Точки зрения: ловушки проблем – в мире электроники

Итак, мы только что начали еще одну захватывающую работу по проектированию аналоговых микросхем в хорошей компании. Мы похлопываем себя по плечу и гордимся собой, пока к нам на стол не попадает дизайнерская проблема. Мы прыгаем обеими ногами, и, о чудо, то, что наш менеджер сказал нам, было работой на неделю, оказалось намного дольше.

Звучит знакомо? Я полагаю, что я не первый, так как другие, должно быть, столкнулись с тем же самым. Рассмотрим график ниже:

Если мы отложим процент выполнения по оси y и время по оси x и наметим, сколько времени потребуется для выполнения данной задачи, в идеале мы получим зеленую кривую. Зеленая кривая может быть определена простым уравнением;

Где t — время, а T — постоянная времени, которая является мерой эффективности.

Однако в случае, когда мы застряли в проблеме, рассмотрим фиолетовый график. Здесь мы начинаем хорошо и быстро доходим до точки, где мы останавливаемся. Кажется, мы попали в затруднительное положение, пока, в конце концов, не нашли выход из него благодаря чистой решимости и упорству. Мы идем по этой траектории, пока не наткнемся на другую загвоздку и так далее. В конце концов задача выполнена, но не раньше, чем мы столкнемся с препятствиями или тем, что я называю «проблемными ловушками».

На красном графике ловушки проблемы настолько серьезны, что задача просто не завершается и расходится с требуемым решением. В этом случае деятельность необходимо остановить и начать снова.

Давайте рассмотрим простой пример. Ниже приведена схема простого усилителя с общим эмиттером.

Предположим, мы установили падение напряжения на Re примерно на 0,1 В, поэтому я регулирую постоянное напряжение vbias до тех пор, пока напряжение на эмиттере не станет равным 0,1 В. Предполагая, что я хотел добиться усиления 30 дБ или x32, и я установил Re = 100 Ом, что означает, что хвостовой ток составляет 1 мА. Это означает, что re=VT/I, VT=25 мВ, I=1 мА, re=25 Ом. Так что теперь я хочу отработать Rl, так что

Установка G=32, Re=100, re=25 дает Rl=4k!

Теперь, если я установлю Vdd = 3 В, напряжение на коллекторе T1 будет равно -1 В, переход база-коллектор смещен в прямом направлении, поэтому я вряд ли увижу от этого большой выигрыш, однако, если я буду строить конструкцию вслепую, я проходить вдоль фиолетовой линии. Другой проблемой может быть выбор Rbias. Предположим, что импеданс источника, управляющий Cac, равен 1 кОм, и я установил Rbias на 1 кОм. Что ж, в этом случае я должен убедиться, что сигнал, который я подаю на базу, как минимум в два раза больше, чтобы получить усиление 30 дБ. Но если я случайно установлю Rbias на 10 Ом, я ослаблю сигнал непосредственно на входе. Возможно, я записал схему в САПР и случайно оставил Rbias равным 10 Ом, а затем запускаю симуляцию, чтобы убедиться, что коэффициент усиления ниже ожидаемого. Я чешу голову… нет радости.

Я продолжаю симулировать, не думая о параметрах дизайна… так что я столкнулся с еще одной загвоздкой. В конце концов, один из моих дружелюбных коллег проходит мимо и замечает, что Rbias настроен на 10 Ом… они укажут на мою глупую ошибку?

Все это очень хорошо для хорошо понятной математики и простых схем. Жизнь не так проста, и я считаю, что ловушки проблем все еще случаются. При проектировании на гораздо более высоких частотах, скажем, ft/8, мы больше не можем принимать постоянные значения бета. Поэтому, когда наша схема не работает, это происходит не из-за чего-то очевидного, а из-за того, что мы что-то упустили… ловушка проблемы.

Рассмотрим двухкаскадный усилитель, показанный ниже:

Если бы мы предположили, что бета является постоянным значением, мы бы пренебрегли влиянием β.².Р_е1 где, β² “=”

Другими словами, отрицательное сопротивление, которое появится на настроенных нагрузках Lout и Cout. Это может отрицательно сказаться на стабильности усилителя и вызвать колебания. Мы бы не заметили этого, пока не запустим, скажем, транзиент, если бы Re1 ​​был выбран неправильно… еще одна проблема. В этой ситуации мы, возможно, получили красный график, который отклоняется от 100% завершенности и движется в отрицательном направлении… т.е. проблема проектирования никогда не будет завершена.

Если бы мы планировали вокруг этого, мы бы сначала подумали, действительно ли нам нужен Tef, и подключили выходной каскад напрямую к входному каскаду по переменному току. Таким образом, я могу независимо смещать выходной каскад и не беспокоиться об отрицательном импедансе. Ну не совсем потому, что на эмиттере Tout1 будет паразитная емкость.

В этом случае паразитная шапка будет проявляться как отрицательный импеданс между Lout//Cout… опять же, нам нужно следить за этими эффектами.

Перспективы

Гарриет Грин говорит, цитируя Уэйна Шефера (Даже лучшие инженеры могут столкнуться с предвзятостью подтверждения):

«Мой опыт показывает, что изготовление вещей может быть сложным! Даже самые передовые, хорошо управляемые производственные среды будут постоянно сталкиваться с производственными проблемами. Некоторые из них будут простыми и будут иметь очевидное и быстрое решение, в то время как другие потребуют тщательного изучения, чтобы выявить основную причину. ”

«Одна вещь, которая, однако, не должна измениться, это то, как инженеры подходят к проблемам производства, технического обслуживания, проектирования и производства. Я думаю, что важно тщательно рассмотреть все возможные причины и решения, прежде чем прийти к выводу. По мере сбора и анализа данных первоначальные решения могут быть непреднамеренно предпочтительнее более правильных вариантов. То, о чем говорит Уэйн, — это «предвзятость подтверждения». Это означает, что сознательно или неосознанно нравится больше информации, которая поддерживает предвзятые идеи, и игнорируя или дискредитируя данные, которые им противоречат. Это распространенная и часто подсознательная тенденция, поэтому для инженеров чрезвычайно важно осознавать эту предвзятость по моему скромному опыту».

«Необходимо приложить все усилия, чтобы рассмотреть все точки зрения, причины и решения для достижения наилучшего результата для данной проблемы, избегая при этом неоптимальных результатов и продолжающихся или повторяющихся сбоев. Склонность отдавать предпочтение одному конкретному решению или зацикливаться на нем можно преодолеть только с помощью надежных инструментов и методологии решения проблем. В зависимости от характера проблемы, желаемого результата и доступных ресурсов могут быть задействованы различные инструменты. Один из примеров, процесс Red X, помогает избежать предвзятости подтверждения различными способами. Красный X, разработанный Дорианом Шайниным, относится к доминирующей первопричине, показанной красным цветом на диаграмме, которая отдает приоритет тому, что наблюдается, чтобы иметь наибольшее влияние на качество процесса (также известная как диаграмма Парето)».

Как подчеркивает Харриет, вместо того, чтобы сразу бросаться решать проблему, лучше спланировать работу заранее, чтобы можно было максимально избежать проблемных ловушек.

Гарет Джонс

Другая точка зрения исходит от Гарета Джонса, директора проектов Garfield Microelectronics. Он говорит следующее о проблемных ловушках:

«Как часть полного предложения GF Micro услуг по проектированию и поставке кремниевых компонентов, наш процесс проектирования направлен на выявление потенциальных ловушек проблем на раннем этапе жизненного цикла проекта, прежде чем какие-либо работы по проектированию будут начаты. Эта оценка принимает форму технико-экономического обоснования, в ходе которого мы изучаем плюсы и минусы спецификации заказчика и предлагаемых нами архитектур проектирования, а затем оцениваем риск, связанный с каждым предложением».

«Этот подход позволяет GF Micro лучше понять возможные проблемы и разработать планы по их устранению, чтобы уменьшить влияние проблемных ловушек. После технико-экономического обоснования, когда мы работаем над полной разработкой проекта, все еще могут быть ловушки проблем, но серьезность этих проблем уменьшается благодаря предыдущему планированию. Это позволяет нам оставаться ближе к идеальной зеленой кривой ловушки проблемы, тем самым уменьшая вероятное влияние на общий график проекта».

Марк Теккерей

Марк Теккерей — известный бизнесмен, который в течение многих лет был директором/менеджером проекта, внедряя корпоративное программное обеспечение в некоторых крупнейших компаниях мира.

Ловушки проблем возникают, когда команды, продукты и сроки не согласованы, общение в управлении проектами имеет важное значение для предотвращения сбоев, один из способов, с помощью которого ловушки проблем могут быть отмечены как решенные, заключается в использовании визуального управления, решения, разработанного для быстрого согласования всех сторон с любыми проблемами и определения дорожная карта разрешения.

План не прыгать

Таким образом, ловушки проблем возникают во всех аспектах проектирования, и нам нужно знать о них, чтобы мы могли планировать их.

Переходя в новое дизайнерское пространство с небольшим опытом, мы, скорее всего, пересечем фиолетовую черту, но со временем мы туда доберемся. Суть, которую я пытаюсь здесь подчеркнуть, заключается в том, что мы планируем нашу работу как можно лучше, прежде чем браться за дело.

Автор

Ветеран с 31-летним стажем работы в индустрии аналоговых интегральных схем Эш Мадни продолжает вносить свой вклад в быстро меняющийся мир микроэлектроники. В настоящее время он является техническим директором испанского стартапа WIMMIC со штаб-квартирой в Лас-Пальмасе, Гран-Канария. Он руководит всей технической деятельностью трех команд в Великобритании, Лас-Пальмасе и континентальной Испании.

Он работал в ряде крупных компаний, таких как Ferranti, STL, GEC Plessey Semiconductors, Maxim Integrated, Dialog Semiconductors и многих других. Он также работал в стартапах, таких как Phyworks. За время работы в GEC Plessey Semiconductors Эш получил более 20 патентов, в том числе Synthesis Exploiting Algebraic Design, который успешно использовался в ряде продуктов.

Для отдыха Эш любит бегать, гулять, проводить время с женой, дочери и внуки. Эш также активно работает как композитор как в камерных, так и в оркестровых произведениях.

Смотрите также: Точка зрения: от BC108 до SiGe BiCMOS — почему аналоговые ИС великолепны