如何提高设计能力以及应对研发挑战

如何提高设计能力以及应付研发挑战在详细设计过程中，EMI/EMC、低噪声设计、RF设计、信号办理、电源管理等还是困扰最多工程师的最主要技术挑战；在项目层面的挑战方面，"成本限制"高居榜首，并且比率有所提高，"缺少先进的测试和丈量仪器"今年跃居第二，紧跟后来的"对有关标准不理解"与"缺少最新器件的信息"比率相当(见表2)。本刊特别邀请一些拥有深沉技术背景的业界资深专家，来分享他们对提高设计能力以及应付各样挑战的独到看法。这些专家分别来自测试设施厂商、当先半导体和有关技术供给商以及当地同处研发一线的系统厂商，能够说颇具威望性和代表性。我们能够看到RF设计的一个发展趋向就是愈来愈多的部分会经过数字电路来实现，这就需要精晓数字和射频微波的综合型人材；另一方面，研发的手段也需要更新，包含仿真工具和测试考证手段，这常常要联合工程师的多年经验才能充散发挥其功能，因为任何一个细微的变化都可能惹起设计质量的改变，比方关于设计考证，我们可能会使用探头连结方式来测试，任何探头都会对被测对象带来负载效应，若能获取探头及其连结附件的仿真模型(如SPICEmodel)，则能够仿真其负载效应。关于低噪声电路设计的考证，我们要清楚测试设施自己的噪声是多大。无线通讯设施的调制和解调部分可能完好用数字部分实现，手边的逻辑剖析仪等工具能否支持星座图测试、EVM测试就变得很重点；而关于FPGA设计，可否考证其内部节点和外头电路之间的及时互动关系是很重要，选择合适的FPGA和测试设施支持insight调试变得相对重要。高速电路设计的测试和考证很困难，很多芯片封装是BGA的形式，没法探测到一些重点信号，同时关于一些高速信号，标准上的定义常常是针对芯片管脚，而您能接触到的测试点常常是距管脚有一段距离，此间可能会有电容或一段传输线，如何能获取没法直接涉及的点的波形特别重点；还有一种状况，在芯片管脚处测得的信号眼图是闭合的，但实质上，电路系统运转正常，这可能是因为在芯片内部会对信号进行特意的DSP办理，办理此后的眼图是完好张开的，不过因为这一部分完好用数学的方法实现，设计者没法直接探测而已，如何解决这种问题呢，工程师能够联合仿真软件和丈量工具，将建模、仿真剖析、实质量测融为一体，依据实质丈量点得波形推测其余点的波形，或推测经过某种特别数学办理以后的波形。好多状况下，我们遇到经费的限制，没法获取很高级的仪器，但这其实不意味着无法提高研发水平，所以要充散发挥现有资源的优势。比如，若您从事宽带通讯系统(如信号带宽超出80MHz)的研发，可能不用担忧没有一台动向范围很高的仪器，因为宽带信号自己的动向范围可能就不高，或许一台矢量示波器就完好胜任这一丈量任务。安捷伦试图从两个角度来帮助工程师提高的研发水平。第一，我们近来大大增强了仿真软件对信号完好性和EMI/EMC剖析的功能，更重要的是，该仿真软件能够和安捷伦的示波器、逻辑剖析仪、频谱剖析仪、射频信号源等丈量工具合在一起使用，组成一个闭环的半实物仿真测试考证测试环境。其次，安捷伦力争让简单的仪器能够达成复杂的丈量考证功能，比方其混淆信号示波器不过在一般示波器的基础上集成了额外的16个逻辑通道，成本远比逻辑剖析仪加上示波器的方案低很多。此外，使一般的示波器和逻辑剖析仪能够支持矢量信号的解调或解码剖析，这无疑能够节俭大批的专用设施测试花费。坦率地说，我很吃惊地看到EMI/EMC、低噪声以及RF设计成为中国设计者面对的最主要挑战。这也反应出中国的设计水平上了一个台阶，显示他们已经超越逻辑设计阶段，正处于质量设计阶段。以EMI/EMC设计为例，只有好的系统/印刷电路板EMC设计是不够的。为了在芯片级获取好的EMI/EMC性能，一定在芯片设计规划阶段就要予以考虑。诸如片上电源布线、总线电容、电源栅格电容以及外面耦合电容等都要认真考虑。在芯片设计结束以前一定对EMC容差进行深入的计算和剖析。在我看来，最大的项目级挑战就是缺少有经验的、熟知整个开发流程的项目管理者。自然每个项目都面对成本限制，因为中国的营运成本较低，我们应当能够实现较低的成本。但是，获取一个经验丰富的项目经理仿佛比方何管理成本更难。英飞凌正致力于将最新的技术带到中国，我们也为中国带来了好多有挑战的新项目。经过实质的项目，工程师将能提高研发的水平，仅从理论课程/培训是不行能获取这种提高的。所以我的建议是多着手、多实践，你将获益匪浅。中国确实拥有能干的研发工程师，工程师、大学和研发团队的素质不断提高，研发能力不断进步，对比其余发达国家，研发的创新以及研发成就转变为商业产品的能力一定进一步增强，以帮助提高投资回报。关于如何应付RF设计挑战，我以为经验不是一夜之间得来的，考虑到上市时间和恪守标准要求，工程师和制造商应当评估和充分利用某些供给商供给的经过考证的参照设计。为了设计一个拥有成本效益的系统，需要对准将来2-3年的趋向尽早对系统的要求进行清楚的定义。开发者需要早先拟订好清楚的策略和发展宏图，而不是暂时来选择恰巧知足要求的特别解决方案。关于大公司，他们应当培育与少量顶尖制造商的长久合作关系，而后一起进行系统的定义。这样，他们就能躲避那些最后会拖慢产出和上市时间的一系列问题。供给商们愈来愈多地供给完好平台解决方案，而不不过某一点上的元器件方案，这为拥有研发能力的公司带来高价值。这些供给商能够帮助中国工程师理解完好系统中的问题，与后者一起定义合适特定领域或客户需求的下一代方案，并实现产品的差别化。关于高性能电子设计，诸如电信应用，电源管理和信号完好性当前是两项重要的技术挑战。在电源管理方面，设计者需要同时降低静态功耗和动向功耗以在功率估算内实现更好的性能。比如，我们的客户借助Xilinx独有的可减少漏电流而不影响性能的90nm三栅极氧化层

(triple

oxide)

技术来降低静态功耗。

90nm工艺使晶体管尺寸更小，栅极电容就减少了，加上使用高性能、低功耗的嵌入式硬

IP

内核，设计者还能够降低动态功耗。至于信号完好性，设计应当使串扰最小化以增强高速应用的系统性能，包含广泛使用的储存器接口。我们的客户经过整合最新的SparseChervon输出管脚位图来减少串扰，这种位图将地和电源管脚部署成凑近每个信号管脚。封装内耦合电容方案和连续的电源/地线面也可有助于减少电子设计中的串扰。几乎每一位电子设计者都会碰到增添系统级性能、降低整体成本和更快速面市这三大挑战。在我看来，电子设计者的最好时机是使用可编程技术来解决上述挑战。现在平台FPGA集成了4种主要的IC技术-逻辑、串行连结、DSP和嵌入式办理，这使得设计者能够开发可编程的系统级设计。此外，对比ASIC方案，电子设施制造商可经过使用FPGA来明显降低R&D项目的风险。我以为中国研发社群最优先应当做的事情就是快速学习最新IC技术和设计方法学，以便创立面向当地市场和出口业务的创新产品。半导体供给商应当经过技术演示、培训中心和商展以及商讨会、网站指南文章加速对当地设计工程师的知识转移过程，同时一定供给易用的设计工具、IP内核、参照设计以及开发套件。此外，元器件公司能够与当地客户和大学形成合作伙伴关系、成立联合实验室，以提高后者的R&D水平易为中国市场开发新的应用。项目的时间进度是研发人员的重要挑战。因为中国公司广泛希望将产品的研发周期缩短，使得产品的质量难以保证，并且产品的功能也会遇到影响。这对设计工程师造成很大的困难，简单造成项目的失败。设计经验也是挑战。中国的工程师广泛年青化，对产品的理解比较浅，并且喜爱不断地改换项目，不把一个项目做精，实质上对个人的发展是不利的。一个项目做不到2年，实质上并无完好理解这个项目，没有理解设计的精髓，感觉都懂了，其实是一孔之见。提高设计能力的门路：解剖成功的产品，学习先进的设计理念。先进的设计理念是工程师成功的重点，多看多思索是最好的学习门路，一流的工程师，需要具备一流的设计理念；要有人追踪最新的标准动向，掌握技术发展动向，提早做好技术的贮备工作，减少产品研发的周期；要在思想上提高建立做精选的理念。设计一个成功的产品第一要有做精选的意识，才可能做出最好的产品。间接参数设计和考证是很多中国设计工程师的共同阻碍，这往常被称为是"缺少经验"或"布板问题"。这种问题包含：启动设计、容差和异样状态或输入的恢复设计、连线的传输建模和EMI。在好多状况下，过分依靠和盼望仿真工具会使简单的问题复杂化，而在设计早期参照很多物理过程基础理论、配合工具考证能够快速有效地改良设计。在实践中，快速响应、大电流电源带来的问题多半与布板过程中马虎的元件布局以及有关的布线有关。信号链中的钳位和功率水平规划是RF设计中的一个广泛问题，而这些问题最后可能致使误码率提高或功耗增添。理解其物理体制以及信号的表现方式是成功设计一个电路的优秀初步。应付"成本限制"挑战其实是一个在减少支出和保证可实现性之间的折衷优化过程。即便市场价钱压力很大，也需要慎重保持必定的设计余量和容差。必需时，设计师须坚持保存设计余量和容差，而能够裁汰掉一些功能和特征。低设计余量和低容差会致使较高的现场故障风险。余量和容差是详细电路设计领域的问题，可是对项目级的挑战也有侧重要影响。功能、特征的裁汰和组合往常是成本控制更有效的门路。选择那些能够供给生产过程测试和考证设计的参照方案是安全快速进入市场的捷径。做任何设计工作，迎接任何设计挑战，掌握技术、受过优秀培训的工程师队伍都是必不行少的。此外，我以为"面市时间"和"缺少对系统的宏观理解"是两项重要挑战。研究(Research)是做技术研究，开发(Develop)是在技术研究的基础长进行开发，这都需要一段时间，也是一种成本。如何能够在最早的时间里把产品做出来，放到市场上，对每个公司来说都特别重要但是也是一大挑战。此外，"成本限制"和对整个系统的理解不足相同形成了挑战。如何在短时间内、在控制成本的状况下，把大的系统整合到一起，很快做出产品，需要有很强的项目管理能力，而在这方面，中国的经验还不够先进。在帮助工作提高中国设计能力方面，第一，飞利浦半导体将R＆D方面的技术优势移植到中国，把比较复杂的项目拿到中国来做。我们当前在上海成立"花费半导体创新中心(CBIC)"就是一个很好的例子。下一步则应当辅助中国使整体的R＆D环境更成熟，而其实不是简单地把R＆D的结果带到中国来卖，这样能够形成一个环境，使整个行业和行业中的各个集体都得益。在中国，大多半电子工程师面对产品快速面市和花时间掌握技术的两难境地。我在拜见客户过程中发现好多工程师以他们的经验足以能很快地解决电路中的问题，但他们中的大多半人没有时间或意向用电子学理论去研究这些问题的本源，这会阻挡工程师进一步提高他们的设计能力。当他们碰到不熟习的领域和状况，没有正确理论的帮助，他们的经验可能就不太有效了。关于EMI/EMC、低噪声设计、RF设计这三种设计挑战，寄生参数是特别重点的，这需要工程师拥有优秀的理论基础其实不断实践；更为侧重细节是提高解决这三种挑战能力的另一个重要方面。在高频或低噪声系统中，每个功能块都会影响整系统统性能，有些时候，工程师需要学习IC的内部构造以便开发出最优化的电路。成本限制"、"缺少先进的测试和丈量仪器"和"对有关标准不理解"这三项挑战均与技术资源的长久投资有关。为了有效减少系统成本，工程师一定很好认识系统，系统需要的是什么，衡量折衷的标准是什么。这需要工程师(特别是系统工程师)花时间研究市场和客户。后两项不过一个时间和资本的投入问题。没有投资，公司将老是依靠芯片或技术供给商以及第三方。作为IC供给商，TI供给很多工具以使设计更简易。这些工具包含数据手册、新技术的白皮书、评估板，参照设计、设计软件、选择指南、应用说明书、免费软件代码实例、定制设计服务等，可帮助中国工程师开发拥有优秀特征、高性能和低成本的个性化产品。实质着手是提高设计能力的最好门路，做项目的多少与工程师的水平成正比，同时也要求工程师要不断的总结经验和教训。我是负责手机产品测试的高级工程师和主管，关于解决一些主要挑战有一些领会。1．新功能的测试：这常常需要几个部门共同工作。硬件部门供给原理图及相应的产品性能文档，软件部门供给相应的软件，测试部门才能研究出最合适的测试方案。测试方案包含新的测试软件、测试硬件、测试夹具和测试仪器。2．客户的新需求：当前，客户对产品的成本控制得愈来愈严，希望尽可能复用已有的生产测试设施，目的就是尽量不做新的投资。这就对测试方案供给者带来巨大的挑战：如何能在规定的时间内，鉴于客户供给的设施，向客户交托成熟的测试方案呢？答案是需要测试部门内部的共同工作：测试硬件工程师要评估客户的现有硬件规范，明确其可行性，并可能开发新的测试板卡以适应需求；测试软件工程师要从头编写仪器的驱动，优化甚至大规模改正已有的测试软件。在二者分别达成各自的工作后，还要进行联合调试。这样的工作就需要测试工程师有扎实的基本功和灵巧的变通能力。在平常的工作中就要多累积，有了足够的技术积淀，就能冷静应付，不然会所以延缓项目投产时间以致失掉最好的上市时间甚至客户的相信。新的测试技术和测试仪器每个月都会被推出，测试工程师要想保持其技术的先