简化系统设计过程

在设计过程中，寻求优化的动机有很多，尤其是在电源子系统方面，人们通常认为子系统是一种麻烦但必不可少、又不直接帮助高价值系统实现功能集的设备。电源解决方案往往也是系统物料清单 (BOM) 中价格最昂贵的元器件之一。这些原因，加上直接重用合格设计模块或商用电源模块所带来的信心，是从一个项目到另一个项目大力推行利用/重用策略的主要动机。

一个关键要点在于，即使电源利益相关者要对最终结果负责，但他们往往不是构成初始阶段过程中不可或缺的一部分。鉴于专业重点领域需要多学科背景（通常仅来自多年的现场经验），人们常常感到疑惑，在子系统的早期设计过程中，为何很少寻求电源利益相关者的观点，而子系统往往是系统尺寸、重量、功率和成本（即著名 SWaP-C 因素）优化的主要控制因素。由于电子设备在没有电源的情况下无法运行，因此性能和可靠性也应添加到该列表中。除了要求项目开发过程完美无误之外，还希望项目时间线能比之前的产品缩短 10% 的上市时间 (TTM)，这只是在所有这些理想化要求上的锦上添花。

现在进入谈判过程。工程师们都接受过培训善于解答问题，因此当面临一系列挑战性问题时，他们的本能反应就是开始深入研究解决方案（例如 - 是否存在现有器件可以满足这种功率密度和尺寸？气流应该从前到后还是从后到前才能满足系统热范围的要求？诸如此类…）。这不仅是一个起点，也是首次深入探讨系统预算及其形成原因的机会。例如，所有负载（尤其是大负载）同时消耗最大电流的频率是多少？显然，许多子系统设计与其他子系统反相位（例如，计算与内存功率需求或睡眠/唤醒/传送操作周期的经典示例），因此最大值之和（通常基于数据表，该数据表可能从一个不切实际且包含安全裕度的最大值开始）对整体功率预算有意义的情况实为罕见。从开始到最终完成，考虑功率预算的每个重要因素。每个利益相关者也会额外增加预算以应对不确定因素，因此累积起来确实是一笔不小的数目。这些额外的负担在设计上耗费了大量的金钱和资源，以应对即使是在最极端的使用情况下也能出现的完全不切实际的操作场景。

在对抗系统功率预算过度膨胀的斗争中，另一个关键点是知道何时能够识别到预算优化的最大机会。从系统中最大、需求最高的负载开始，与最了解负载实际功率需求的关键利益相关者交谈，并尽可能获取真实的特性数据。这样做可能会为实施智能电源管理 (IPM) 技术打开大门，例如聚合低压电源轨、负载共享/减载和短期电源分配。IPM 是“硬件和软件的组合，用于优化计算机系统和数据中心的电源分配和使用”[1]。虽然该术语是为数据中心应用而创造，但其适用性相当普遍，因为它更多的是一种设计方法的思维模式。例如，将电源子系统架构方法从“始终开启”转变为“始终可用”，这种思维的转变可以带来最终解决方案结果的范式转变。这种转变需要与团队成员以及外部供应商进行广泛讨论。

换句话说，与其花费大量精力试图改变物理和可用元器件以满足不切实际的要求，不如将大量精力放在减少系统预算上，基于一个真实、甚至最坏情况下的最大功率负载（从每个单独电源的角度来看）的现实评估，这样做通常更简单、更快速、也更经济。鉴于缩短时间和降低成本的压力始终存在，遵循这一策略会让团队利益相关者之间的协商过程更加顺畅，并在时间、成本和质量之间找到实际平衡。不管我们多么希望不是这样，这些不可避免的权衡总是彼此紧密相连，如下图所示。例如，一个产品可以针对时间/成本/质量中的其中一个进行优化，而不针对其他两项进行优化。

直接重用是指采用现有的设计并完全复制。实际上，这与购买 COTS 元器件是一回事，尽管有时这可能会引起一些混淆，但一些固定设计实际上具有一定灵活性。例如，针对不同的应用重用具有宽输入电压范围或可编程输出的电源块。利用一个器件系列也很常见，尤其是在为常见尺寸设计的电源模块时，优化特定模块功能（即输入/输出电压范围、功率密度、电流处理、引脚排列、滤波等）以适应不同的应用。