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专访12年经验模拟芯片设计工程师:细节决定成败

自第一期工程师专访发布后,得到诸位的一致好评和支持,和一位资深工程师聊天我为什么做这件事(计划采访百位以上电子工程师)缘由:在国内工程师的地位不高,生活压力大,希望通过采访工程师,了解他们的生活/工作/经验,以期能更全面反映工程师群体的状况,为工程师发声,鼓舞所有奋斗在一线的工程师们。

本期专访嘉宾:

周华文,2003年10月毕业于清华大学,毕业后进入上海贝岭有限公司实习,从事有源功率因素校正的学习研究,直至2004年6月。2004年8月至2005年5月,在上海的台达电子有限公司,从事电源模块的开发;2005年6月至2008年6,在上海技领半导体有限公司,任高级模拟设计工程师,主要从事模拟芯片如LDO,BUCK,BOOST,PMU等电源芯片的设计研发;2008年6月至2011年12月,与美籍华人一起在上海设定的Micrel的上海研发中心-美科微半导体有限公司,并担任主管设计工程师,参与并带领团队进行各类电源芯片的开发,如负载开关,LDO,MOS驱动等。2012年1月至2014年1月,在Semtech的上海分部组建了上海研发团队,任高级主管设计。2014年2月至2016年5月,合伙创立了一家电源芯片设计公司,设计了车充及移动电源的三合一芯片。2016年至今在晶丰明源做LED驱动芯片的设计。

芯片设计这个工作

电子工程师时间:做了这么多年的芯片设计,你怎么看芯片设计这个工作

周:芯片设计是一个需要全方位考虑周全的事情,不仅是因为每一次流片都需要花费大量的时间和。金钱,更是因为芯片是一个精细的小系统,需要去平衡各方便的参数指示。任何一个考虑欠缺,都将是芯片的一个bug。有时仅是一个小小的BUG,其结果都可能是致命的。

说实话,没有BUG的芯片几乎没有。不论我还是其他比我更牛的人。但是,我们正是在这样曲折中成长。让芯片更加强壮。

每解决一个BUG,或者学习他人解决BUG,都将成自己的能力经验得到提升。因为解决每个BUG,都会让你穷举各种可能出现的状态及状况,然后通过各种技术手段去验证你的猜想,最后找用合理物理、电子等原理来解释所出现的BUG,多个循环后,个人的经验能力也就提升了。不过这样公司也花了大量的时间和财力让你去成长了。

当然并不是芯片中的所有的BUG都能找出原因并把它解决掉。

电子工程师时间:可以分享一个比较难忘的解决bug的经历吗

周:很多经历都是难忘的。讲一个比较典型的:

就曾经有一个全部由晶体管设计的BUCK电路,电路在常温下且中等电流负载下,工作都是正常的。可是一到高温环境,或者负载电流接近电流极限的时候,如表面温度到85度了,或者负载电流达到3A的,输出电流限为3.5A,这时候,芯片就会越来越热,最后烧毁。

我们拿烧毁的芯片进行“尸检”,发现坏的芯片几乎都是坏在一个地方,就是我们功率管的地方。

我们就在不断地猜测:是不是过流保护失效了?是不是在大电流下,电流超过金属连线的最大电流能力了,还是电流能力超过了晶体管本向的电流限能力了,还是晶体管在高温大电流发生击穿?还是在电流或者温度达到一定值会发锁死的情况?

我们不断地猜测,不断用各种方法、如实验、仿真、计算等去验证、排除各位可能性。最近发现是由于工厂在制造过程中有个寄生参数没有控制在足够小的值,导致了晶体管的一个寄生晶体的放大倍数与温度形成一个正反馈,这个寄生晶体管反过来又与我本征设计的晶体管形成了一个正反馈,最后导致我们芯片烧毁冒烟。

电子工程师时间:哪些技能或本领有助于胜任芯片设计这份工作呢?

周:最直接的技能,显而易见,当然是电子电路的知识。对电子电路的理解分三个层次:最先是对每个元器件及每个单元电路的深入学习了解;

第二是,将所学的电路归纳总结几个基本模块:

模块的总结,每个人可以根据自己的喜欢好划分总结,总结的目的是快速读懂电路或者快速搭建系统电路,比如:共射放大,其基放大,射随,电压源,电流源,无源滤波,有源滤波,各种反馈组合 ,各种补偿网络,电压采样,电流采样等等

第三就是形成树状的知识结构,能看到整体也能看到细节。

但是,如果想更深入点,进入更高层次的设计,那就还要包括的知识:生产制造,封装测试,应用场合,成本价格等。

同时还得有开放的思想,多学习别人的电路,良好的身体,比别人花更的时间去研究,哲学的方法,避免钻牛角尖或逃避困难。

电子工程师时间:可以描述下您现在是如何分配自己的时间,典型的一天怎么过的吗?

周:芯片设计与普通的板级电路设计有相似也不同的地方。

我们在芯片开发阶段,那是一天都坐在电脑前设计电路,然后仿真验证每一个模块,再将每一个模块组合后,做整个仿真。

在芯片回来之后,那就是电脑前、实验台前不断地切换,在做测试、验证,有不同于开如设计的,查找原因,也就是通常说的debug。可以每天都是电脑(当然还有一堆草稿纸)、实验台、书本、开会讨论。时间一下子就过去了······

电子工程师时间:你之前提到有过一段芯片设计的创业的经历,而现在国家又是大力扶持IC产业,你可以谈谈关于芯片设计创业的看法吗

周:芯片设计的创业,跟其它创业没有大的区别,都是非常艰辛的。但是又是不同的,他需要大量的资金与资源。而且周期长。因此,对创业者(合伙人)的心态是很大考验。同时芯片设计又是一种高科技的一类,因此,对人才和知识产权要求也很高。

创业不是口号,也不是光环,而是付出与委屈。

电子工程师时间:当前各大芯片厂商不断的合并,对产业市场和工程师你的看法是怎样的呢

周:对产业来说,上下游都要更变得更加强大才能活下,所以也要兼并。对普通技术工程师来没大的影响,只要一技在手,都是人才(竞争加剧是肯定的,但也主要是那些混日子的工程师没有地方混了)

模拟电路设计难点

电子工程师时间:说到电子电路,周工谈谈电子电路知识体系里有哪几个是必须要掌握的呢

周:放大,(正)负反馈,系统稳定性,这主要是指模拟电路方面的。

电子工程师时间:模拟电路最核心的器件是晶体管,在晶体管电路设计应用中,周工可以讲讲有哪些难题呢

周:晶体管电路设计的难点其实也是重点:选择合适的电路架构,设置好工作点;然后就是调整好电路的反馈接法及环路的增益及相位使之稳定。具体来讲:

首先根据所要处理的信号大小,强弱、频率、负载等情况选定是用哪一种晶体管电路。如是NPN还是PNP?多大电流的晶体管?信号驱动能力如何?信号变化幅值多少等,决定是选共射,共基,射随,系统的电源电压是多少?

确定的电路架构后,就来设定电路的工作点,因为电路工作点决定了电路是否能实现所设置的工作目标,如设定流经晶体管的电流多少?驱动晶体管的电流要多少,晶体管的直流电压是否可以满足晶体管在期望的工作范围内等

在确保晶体管都工作在所期望的期间后,我们就要考虑信号流(其实我们的开始搭建时就已经考虑,在这时进一步计划验证),信号的极性,相位,阻抗等

在分析相位时,系统稳定性理论、相位补偿等要不断地反复使用,直至电路在各种条件下都能稳定工作。在分析电路过程中,始终要把工作的电源电压变化、温度变化、负载变化、器件偏差牢记心中,确保量产的一致性及可靠性。

其实,在电路设计之前还有一个很重要的工作,那就是项目的可行性分析,也就是简单评判一下,所提需求的电路是否可以实现,成本、时间如何等。

电子工程师时间:周工,留意到最近你有在开讲晶体管电路设计课程(可在本文末点击阅读原文获知详情),其主要还是重新讲了一遍大学的模拟电路设计课程,那这次重讲晶体管电路设计和学校的课程有什么不同呢?

周:大学的课程更多讲的是理论计算与推导,我们的课程更重要的是引导同学们有一个模拟电路的直觉,定性,定向的分析。我们的课程是从实践中来,更多接近工程实用,而且我们的课程更多讲我们会遇到什么问题,然后怎么去思考这个问题

电子工程师时间:我仔细看过课程目录,讲的主要就是三极管的应用,那在实际的工程中,三极管在应用中常遇到的哪些问题呢?

周:这里说说三极管在应用中常遇到的三个问题:

1、三极管的工作点对工作电压与温度的关系

2、三极管的参数手册的阅读与选择

3、三极管可能失效的情形

就三极管失效就有:过热(温)、过压(三极管过压,有VCE的正向过压,有反向过压,有长时间的过压,有短时间的过压、过流)

因些我们在失效分析时,要对自己电路信号的一些可能出现的情况要充分掌握,也要到器件在不同状况下所面对的电压是如何,这样就有利于我们分析失效,或者说我们可以设计出更加强壮的电路来。

知道了各种失效情形后,同时还可以节省成本,因为不用为一些不存在的“可能会”增加额外的器件或提高器件的额定特性值,就是做到有余量但不又过多余量。

电子工程师时间:周工,那对正在学习或使用晶体管的人,有什么建议可以给他们,让他们能在实际项目中更好运用好晶体管?

周:多动手实践(包括借助软件仿真),对电路不害怕,也不轻视。善于总结

关于工程师职业

电子工程师时间:经过多年的实战洗礼,您在学习和工作的道路上有过困惑么?能否分享下您的经验和故事?

周:困惑就是曾经觉得模拟就是小意思,可是现在看来还有很多不懂啊。感觉没有办法完全掌握他。

当越做越多,越做越复杂的时候,所有状况得考虑,所有的工作环境得考虑,所有器件类似在不断的更新,很多原本不是事(噪声、干扰)也都出来了。EMI的问题也只能经验没有办法量化。在实现模拟电路的过程中,就是取舍的过程,取舍本身就是一件让人不舒服的事情,尤其是这个取舍本身没有对与错,只有是否满足客户的需求,而客户的需求是什么,我们这些研发人员也不是清楚,有时连客户也不是很清清楚楚,这就导致事情更加困惑了。

电子工程师时间:在您职业生涯履历中,有没有对您影响深远的转变和决定?

周:我在公司工作约三年左右的时候,我们公司要招一下人,当时老板面试了两个人,其中一个要的工作只有5000元,一个要了10000元,最后公司要了10000元那个。

我那时深深地体会到,公司真正在意的不是你的工资有多高,而是在意你能公司创造多少价值。从此以后,我就更加专心提高自己的能力。工资的事,自然就上来了。

电子工程师时间:作为一名优秀的工程师,您觉得需要哪些品性素养?

周:开放的心态,对细节敏感;

且敏锐;

追求完美。

电子工程师时间:对于对芯片设计感兴趣的人,您有何忠告?

周:两条忠告:

坚持就是胜利

细节决定成败

电子工程师时间:你如何看工程师这个职业

周:这是一个智力体力综合能力的工作,在中国将会有越来越高的职业地位。但不进则退,学习永不休止

读完对周工的访谈,有解开你的一些困惑吗?如果你有问题想要继续和周工交流,欢迎在留言去留言,我将邀请周工作答。

电子工程师时间百位电子工程师访谈计划:在国内工程师的地位不高,生活压力大,希望通过采访工程师,了解他们的生活/工作/经验,以期能更全面反映工程师群体的状况,为工程师发声,鼓舞所有奋斗在一线的工程师们。如果你愿意接受我们的采访或者有合适人选推荐,欢迎在公众号回复我,我将在第一时间与您联系。

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