模擬芯片設(shè)計(jì)的四個(gè)層次從復(fù)旦攻讀微電子專業(yè)模擬芯片設(shè)計(jì)方向研究生開始到現(xiàn)在五年工作經(jīng)驗(yàn),已經(jīng)整整八年了,其間聆聽過很多國內(nèi)外專家的指點(diǎn)。最近,應(yīng)朋友之邀,寫一點(diǎn)心得體會(huì)和大家共享。 我記得本科剛畢業(yè)時(shí),由于本人打算研究傳感器的,后來陰差陽錯(cuò)進(jìn)了復(fù)旦逸夫樓專用集成電路與系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室做研究生,F(xiàn)在想來這個(gè)實(shí)驗(yàn)室名字大有深意,只是當(dāng)時(shí)惘然。電路和系統(tǒng),看上去是兩個(gè)概念, 兩個(gè)層次。 我同學(xué)有讀電子學(xué)與信息系統(tǒng)方向研究生的,那時(shí)候知道他們是“系統(tǒng)”的, 而我們呢,是做模擬“電路”設(shè)計(jì)的,自然要偏向電路。而模擬芯片設(shè)計(jì)初學(xué)者對(duì)奇思淫巧的電路總是很崇拜,尤其是這個(gè)領(lǐng) 域的最權(quán)威的雜志JSSC (IEEE Journal of solid state circuits), 以前非常喜歡看, 當(dāng)時(shí)立志看完近二十年的文章,打通奇經(jīng)八脈,總是憧憬啥時(shí)候咱也灌水一篇,那時(shí)候國內(nèi)在此雜志發(fā)的文章鳳毛麟角, 就是在國外讀博士,能夠在上面發(fā)一篇也屬優(yōu)秀了。 讀研時(shí),我導(dǎo)師是鄭增鈺教授,李聯(lián)老師當(dāng)時(shí)已經(jīng)退休,逸夫樓邀請(qǐng)李老師每個(gè)禮拜過來指導(dǎo)。鄭老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn),女中豪杰。李老師在模擬電路方面屬于國內(nèi)先驅(qū)人物,現(xiàn)在在很多公司被聘請(qǐng)為專家或顧問。 李老師在87年寫的一本(運(yùn)算放大器設(shè)計(jì));即使現(xiàn)在看來也是經(jīng)典之作。李老師和鄭老師是同班同學(xué),所以很要好,我自然相對(duì)于我同學(xué)能夠幸運(yùn)地得到李老師的指點(diǎn)。李老師和鄭老師給我的培養(yǎng)方案是:先從運(yùn)算放大器學(xué)起。所以我記得我剛開始從小電流源開始設(shè)計(jì)。那時(shí)候感覺設(shè)計(jì)就是靠仿真調(diào)整參數(shù)。但是我卻永遠(yuǎn)記住了李老師語重心長的話:運(yùn)放是基礎(chǔ),運(yùn)放設(shè)計(jì)弄好了,其他的也就容易了。當(dāng)時(shí)不大理解,我同學(xué)的課題都是AD/DA,鎖相環(huán)等“高端”的東東,而李老師和鄭老師卻要我做“原始”的模塊,我僅有的在(固體電子學(xué)) (國內(nèi)的垃圾雜志)發(fā)過的一篇論文就是軌到軌(rail-to-rail)放大器。 做的過程中很郁悶,非常羨慕我同學(xué)的項(xiàng)目,但是感覺李老師和鄭老師講的總有他們道理,所以我就專門看JSSC運(yùn)放方面的文章,基本上近20多年的全看了。當(dāng)時(shí)以為很懂這個(gè)了,后來工作后才發(fā)現(xiàn)其實(shí)還沒懂。所謂懂,是要真正融會(huì)貫通,否則塞在腦袋里的知識(shí)再多,也是死的。但是運(yùn)算放大器是模擬電路的基石,只有根基扎實(shí)方能枝繁葉茂,兩位老師的良苦用心工作以后才明白?偟膩碚f,在復(fù)旦,我感觸最深的就是鄭老師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)之風(fēng)和李老師的這句話。 碩士畢業(yè),去找工作,當(dāng)時(shí)有幾個(gè)offer。 我?guī)熜謱O立平, 李老師的關(guān)門弟子,推薦我去新濤科技,他說里面有個(gè)常仲元,魯汶天主教大學(xué)博士,很厲害。我聽從師兄建議就去了。新濤當(dāng)時(shí)已經(jīng)被IDT以8500萬美金收購了,成為國內(nèi)第一家成功的芯片公司。面試我的是公司創(chuàng)始人之一的總經(jīng)理Howard. C. Yang(楊崇和)。 Howard是Oregon State University 的博士,鎖相環(huán)專家。面試時(shí)他當(dāng)時(shí)要我畫了一個(gè)兩級(jí)放大器帶Miller補(bǔ)償?shù)模?我很熟練。他說你面有個(gè)零點(diǎn),我很奇怪,從沒聽過,云里霧里,后來才知道這個(gè) 是Howard在國際上首先提出來的, 等效模型中有個(gè)電阻,他自己命名為楊氏電阻。 當(dāng) 時(shí)出于禮貌,不斷點(diǎn)頭。不過他們還是很滿意,反正就這樣進(jìn)去了。我呢,面試的惟一 的遺憾是沒見到常仲元, 大概他出差了。 進(jìn)入新濤后,下了決心準(zhǔn)備術(shù)業(yè)有專攻。因?yàn)楸究坪脱芯可鷷r(shí)喜歡物理,數(shù)學(xué)和哲學(xué), 花了些精力在這些上面。工作后就得真刀真槍的干了。每天上班仿真之余和下班后,就 狂看英文原版書。第一本就是現(xiàn)在流行的Razavi的那本書。讀了三遍。感覺大有收獲。 那時(shí)候在新濤,初生牛犢不怕虎,應(yīng)該來說,我還是做得很出色的,因此得到?偟馁p 識(shí),被他評(píng)價(jià)為公司內(nèi)最有potential的人。偶爾?倳(huì)過來指點(diǎn)一把,別人很羨慕。其 實(shí)我就記住了?傆写瘟奶鞎r(shí)給我講的心得, 他大意是說做模擬電路設(shè)計(jì)有三個(gè)層次: 第一是會(huì)手算,意思是說pensile-to-paper, 電路其實(shí)應(yīng)該手算的,仿真只是證明手算 的結(jié)果。第二是,算后要思考,把電路變成一個(gè)直觀的東西。 第三就是創(chuàng)造電路。 我 大體上按照這三部曲進(jìn)行的。Razavi的那本書后面的習(xí)題我仔細(xì)算了。公司的項(xiàng)目中, 我也力圖首先以手算為主, 放大器的那些參數(shù),都是首先計(jì)算再和仿真結(jié)果對(duì)比。久而 久之,我手計(jì)算的能力大大提高,一些小信號(hào)分析計(jì)算,感覺非常順手。這里講一個(gè)小 插曲,有一次在一個(gè)項(xiàng)目中,一個(gè)保護(hù)回路AC仿真總不穩(wěn)定, 調(diào)來調(diào)去,總不行,這兒 加電容,那兒加電阻,試了幾下都不行,就找?偭。因?yàn)檫@個(gè)回路很大,所以感覺是 瞎子摸象。常總一過來三下五除二就擺平了, 他仔細(xì)看了,然后就導(dǎo)出一個(gè)公式,找出 了主極點(diǎn)和帶寬表達(dá)式。通過這件事,我對(duì)?偱宸梦弩w投地, 同時(shí)也知道直觀的威 力。所以后來看書時(shí),都會(huì)仔細(xì)推導(dǎo)書中的公式,然后再直觀思考信號(hào)流, 不直觀不罷 手。一年多下來, 對(duì)放大器終于能夠透徹理解了,感覺學(xué)通了, 通之后發(fā)現(xiàn)一通百 通。最后總結(jié):放大器有兩個(gè)難點(diǎn),一個(gè)是頻率響應(yīng),一個(gè)是反饋。其實(shí)所謂電路直 觀,就是用從反饋的角度來思考電路。每次分析了一些書上或者JSSC上的“怪異”電路 后,都會(huì)感嘆:反饋呀,反饋!然后把分析的心得寫在paper上面。 學(xué)通一個(gè)領(lǐng)域后再學(xué)其他相關(guān)領(lǐng)域會(huì)有某種“加速”作用。 ?偟姆绞绞敲看巫鲆粋(gè)新 項(xiàng)目時(shí),讓下面人先研究研究。我在離開新濤前,做了一個(gè)鎖相環(huán)。 我以前沒做過,然 后就把我同學(xué)的碩士論文,以及書和很多paper弄來研究,研究了一個(gè)半月,?傔^來問 我:鎖相環(huán)的3dB帶寬弄懂了吧? 我笑答:早就弄懂了。我強(qiáng)大的運(yùn)放的頻率響應(yīng)知識(shí) 用在鎖相環(huán)上,小菜了。我這時(shí)已經(jīng)去研究高深的相位噪聲和jitter了。之后不久,一 份30多頁的英文研究報(bào)告發(fā)出來,?偞蠹淤澷p!。 后來在COMMIT時(shí),有個(gè)項(xiàng)目是修改 一個(gè)RF Transceiver芯片, 使之從WCDMA到TD-SCDMA。里面有個(gè)基帶模擬濾波器。我以 前從沒接觸過濾波器,就花了兩個(gè)月時(shí)間,看了三本英文原版書,第一本有900多頁,和 N多paper, 一下子對(duì)整個(gè)濾波器領(lǐng)域,開關(guān)電容的,GmC的,Active RC的都懂了。提出 修改方案時(shí), 由于我運(yùn)放根基扎實(shí),看文章時(shí)對(duì)于濾波器信號(hào)流很容易懂,所以很短時(shí) 間就能一個(gè)人提出芯片電路原理分析和修改方案。最后報(bào)告寫出來(也是我的又一個(gè)得 意之作),送給TI. TI那邊對(duì)這邊一下子肅然起敬,Conference call時(shí), 他們首先說 這份報(bào)告是“Great job!”,我英文沒聽懂,Julian對(duì)我夸大拇指,說“他們對(duì)你評(píng)價(jià) 很高呢”。后來去Dallas, TI那邊對(duì)我們很尊敬, 我做報(bào)告時(shí),很多人來聽?傊 現(xiàn)在知道,凡事情,基礎(chǔ)很重要,基礎(chǔ)扎實(shí)學(xué)其他的很容易切入, 并且越學(xué)越快。 我是02年 11月去的COMMIT,當(dāng)時(shí)面試我的也是我現(xiàn)在公司老板Julian。 Julian問我: 你覺得SOC (system on chip)設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)在哪兒? 我說:應(yīng)該是模擬電路吧,這個(gè)比較 難一些。Julian說錯(cuò)了,是系統(tǒng)。我當(dāng)時(shí)很不以為然, 覺得模擬電路工程師應(yīng)該花精力 在分析和設(shè)計(jì)電路上。 Julian后來自己run了現(xiàn)在這公司On-Bright,把我也帶來, 同時(shí)也從TI拉了兩個(gè),有一個(gè)是方博士。我呢,給Julian推薦了朱博士。這一兩年,我和 朱博士對(duì)方博士佩服得五體投地。方博士是TI華人里面的頂級(jí)高手, 做產(chǎn)品能力超強(qiáng)。 On-Bright現(xiàn)在做電源芯片,我和朱博士做了近兩年,知道了系統(tǒng)的重要性。芯片設(shè)計(jì)最 終一定要走向系統(tǒng), 這個(gè)是芯片設(shè)計(jì)的第四重層次。電路如同磚瓦,系統(tǒng)如同大廈。芯 片設(shè)計(jì)工程師一定要從系統(tǒng)角度考慮問題,否則就是只見樹木,不見森林。電源芯片中,放大器,比較器都是最最普通的, 其難點(diǎn)在于對(duì)系統(tǒng)的透徹理解。在On-Bright, 我真正見識(shí)了做產(chǎn)品,從定義到設(shè)計(jì),再到debug, 芯片測(cè)試和系統(tǒng)測(cè)試,最后到RTP (release to production)。 Julian把TI的先進(jìn)產(chǎn)品開發(fā)流程和項(xiàng)目管理方式引入On- Bright,我和朱博士算是大開眼界,也知道了做產(chǎn)品的艱辛。 芯片失效分析13488683602 產(chǎn)品和學(xué)術(shù)是兩片天地,學(xué)術(shù)可以天馬行空,做出一個(gè)樣品就OK了。產(chǎn)品開發(fā)是一個(gè)系 統(tǒng)工程,牽涉到方方面面的工作,N多的人一起協(xié)作,最終才能使產(chǎn)品成功推向市場(chǎng)。芯 片領(lǐng)域,我以前非常崇拜學(xué)術(shù)界牛人, 現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)工業(yè)界水平還是較學(xué)術(shù)界領(lǐng)先, 朱博 士說他以前在瑞士理工黃秋亭(IEEE的著名Fellow)那兒做過半年研究, 當(dāng)時(shí)很崇拜黃, 現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)方博士水平更高。所以就像(天龍八部)中,一個(gè)無名掃地老僧是頂級(jí)高手。但 無論工業(yè)界還是學(xué)術(shù)界,這四重層次卻是共同的, 每個(gè)模擬芯片設(shè)計(jì)者都應(yīng)該一步一步 腳踏實(shí)地,逐次跨越這四重層次。 |