多一点余量，少一点尴尬

        设计余量，一点不让人陌生。如果没有记错，特权同学还在搞军工那会，对于电路的设计余量常常要求达到50%。对于大多数设计应用来说，这样的余量标准近乎浪费。在这个资源匮乏的节约型社会，也对工程师们提出新的思考，到底要不要余量？多少才算合适？

        曾经有一段时间，觉得一个好的设计，是能够把电路板的面积、其上所有的元器件、甚至芯片的每一项功能都用到极致。也许，这样的设计可以达到成本最小化，是BOSS最希望看到的。不过，这种设计也许危机四伏，不留一点余量或许也意味着电路状态已经逼近“是”与“非”的临界点。换个角度来看，没有余量的设计也断了产品升级换代的后路。

        设计余量，余量设计……是与非，对与错，讨论问题本身也没有太大意义。客观的看，余量这个问题是不能脱开设计本身来说事的。具体问题具体分析或许更合适一些，有些设计无所谓余量不余量（基本上应该是它的余量实在太大了，以至于你可以忽略了余量这个问题），而另有些设计还真的很讲究余量（或许这个设计的主角儿要么稀缺要么昂贵，总之它的余量大了会让咱的BOSS心疼就对了）。

        让特权同学拿余量说事还真是事出有因，最近遇上了这么个case，折腾了大半个月，最后发现还真是余量问题，于是就各种感慨。问题的细节不便多说，轻描淡写一下，希望也能够成为大家的间接经验，感同身受一下。

        某个设计中有一个主要芯片需要供2.8V的电压，芯片中有4处电源管脚用到这个电压。根据实际工作模式，以及从datasheet中查询到如图1所示的参考电流消耗：Typ电流 < 6.4+69+3.4+5=83.8mA，Max电流 < 50+80+6+6=142mA。如图2所示，使用TI的某款电源管理芯片，用于供给这个2.8V电压的LDO最大输出电流仅为100mA。产品设计完成后一直相安无事，直到小批量测试时问题便浮出水面，问题有多种症状，在芯片工作于重载情况时，最明显的一个症状在大半的样品中出现。

图1

图2

        理论上分析，芯片绝大多数时候应该是工作在typ电流状况中，极少情况会过流，当然过载时很可能过流，那么问题也就随之而来。在实测过程中发现，芯片工作过程中所消耗的平均电流为72.81mA，最高电流为94mA，如图3所示。而且电流的波形以及电压的波形看上去都很干净，没有明显的突变。如果这么看来，似乎LDO还是处于可以胜任的状况。问题貌似简单，其实暗藏玄机。

图3

        再看另一个测试，将LDO的输出割断，使用2.8V的电源箱单独给芯片供电，结果如图4所示。平均电流达到了82.60mA，而峰值电压更是达到了108mA。从某种意义上看，还确实是负载能力有限的LDO大大“抑制”了芯片对电流的“需求”。

图4

        这是一个很典型的案例，电压很干净、电流也很干净，一点没有受干扰的痕迹，但问题却始终是存在着的。其实按照正常的设计考虑，LDO至少应该能够提供超过负载可能的最大142mA的电流，再加上一些余量考虑，加上20%-30%的负载能力一点不为过。

        在电路设计过程中，我们也常常会犯这样那样的低级错误，大多时候是粗心大意，也有些时候实在是出于无奈。但是无论如何，特权同学提出下面几点作为参考，或许总有一点能够在电路最终因为余量出现尴尬状况的时候给你一条生路：

        ① 电路设计阶段尽可能留足余量，设计余量满足的最起码底线应该是电路的最坏情况，通常建议能够在此基础上再多20%-30%的余量，再多恐怕就叫浪费了。

        ② 在选型时，做好可替换性考虑。可替换情况通常有两种，横向和纵向，横向是指功能、性能基本一致的替换；而纵向是指某些关键指标可上可下的替换，这里重点要看的是纵向可替换性。

        ③ 原型设计阶段，对实在没有条件留足余量的设计做好必要的检验和测试，将可能的问题扼杀在襁褓阶段。