Así que acabamos de comenzar otro trabajo emocionante en Analog IC diseño en una buena empresa. Nos damos palmaditas en la espalda y nos sentimos orgullosos de nosotros mismos hasta que un problema de diseño llega a nuestro escritorio. Saltamos con ambos pies y, he aquí, lo que nuestro gerente nos dijo que era una semana de trabajo resultó ser mucho más larga.
¿Suena familiar? Supongo que no soy el primero, ya que otros deben haber encontrado lo mismo. Considere el siguiente gráfico:
Si trazamos el porcentaje completado en el eje y y el tiempo en el eje x, y dibujamos cuánto tiempo llevará completar una tarea determinada, idealmente, terminaremos con la curva verde. La curva verde se puede definir mediante una ecuación simple;
Donde t es el tiempo y T es la constante de tiempo, que es una medida de eficiencia.
Sin embargo, en el caso de que nos quedemos atascados en un problema, considere el gráfico morado. Aquí, empezamos bien y rápidamente llegamos a un punto en el que nos estancamos. Parece que nos hemos topado con un obstáculo, hasta que finalmente encontramos la salida, por pura determinación y tenacidad. Procedemos a lo largo de esta trayectoria hasta que encontramos otro obstáculo y así sucesivamente. Eventualmente, la tarea se completa, pero no hasta que hayamos experimentado los inconvenientes, o lo que yo llamo "trampas de problemas".
En el gráfico rojo, las trampas del problema son tan graves que la tarea simplemente no se completa y diverge de la solución requerida. En este caso, la actividad debe detenerse y comenzar de nuevo.
Veamos un ejemplo sencillo. El siguiente diagrama de un amplificador de emisor común simple.
Supongamos que configuramos el voltaje cae a través de Re a aproximadamente 0.1 V, por lo que ajusto el voltaje de CC vbias hasta que el voltaje a través del emisor es de 0.1 V. Suponiendo que quería lograr una ganancia de 30dB o x32, y configuré Re=100 ohmios, lo que significa que la corriente de cola es de 1 mA. Esto significa re=VT/I, VT=25mV, I=1ma, re=25 ohmios. Entonces ahora quiero calcular Rl, entonces
¡Configurando G=32, Re=100, re=25, da Rl=4k!
Ahora, si configuro Vdd = 3 V, el voltaje en el colector de T1 es -1 V, la unión del colector base está polarizada hacia adelante, por lo que no es probable que vea mucha ganancia de esto, sin embargo, si construyo el diseño a ciegas, lo haré estar atravesando a lo largo de la línea morada. Otro tema podría ser la elección de Rbias. Supongamos que la impedancia de la fuente que impulsa a Cac es 1k y configuro Rbias en 1k. Bueno, en ese caso, tengo que asegurarme de que la señal que conduzco a la base sea al menos el doble de grande para lograr una ganancia de 30dB. Pero si accidentalmente configuro Rbias a 10 ohmios, estoy atenuando la señal directamente en la entrada. Quizás capturé el esquema en la herramienta CAD y accidentalmente dejé Rbias a 10 ohmios y luego ejecuté una simulación para verificar que mi ganancia es mucho más baja de lo esperado. Me rasco la cabeza... sin alegría.
Sigo simulando sin pensar en los parámetros del diseño... así que ahora me he topado con otro inconveniente. Eventualmente, uno de mis amigables colegas pasa y nota que Rbias está configurado en 10 ohmios... ¿señalarán mi tonto error?
Todo esto está muy bien para las matemáticas bien entendidas y los circuitos simples. La vida no es tan simple y creo que todavía ocurren trampas de problemas. Al diseñar a frecuencias mucho más altas, digamos ft/8, ya no podemos asumir valores de beta de CC. Entonces, cuando nuestro circuito no funciona, no es por algo obvio, sino que nos hemos perdido algo... una trampa de problemas.
Considere el amplificador de dos etapas que se muestra a continuación:
Si hubiéramos asumido que beta era un valor dc, habríamos despreciado el efecto de β2.Re1 donde, β2 =
En otras palabras, una resistencia negativa que aparecerá a través de la carga sintonizada Lout y Cout. Esto podría tener un efecto perjudicial sobre la estabilidad del amplificador y oscilar. No nos habríamos dado cuenta de eso hasta que corrimos, digamos, un transitorio, si Re1 fue mal elegido... otra trampa de problemas. En esta situación, es posible que hayamos terminado con el gráfico rojo que se aleja del 100% completo y se mueve hacia la dirección negativa... es decir, el problema de diseño nunca se completará.
Si hubiéramos planeado esto, primero habríamos pensado, ¿realmente necesitamos Tef y conectado la etapa de salida directamente a la etapa de entrada mediante un acoplamiento de CA? De esta manera, puedo sesgar la etapa de salida de forma independiente y no tener que preocuparme por una impedancia negativa. Bueno, no del todo porque habrá una capacitancia parásita en el emisor de Tout1.
En este caso, el tope parasitario aparecerá como una impedancia negativa en Lout//Cout… Nuevamente, debemos estar atentos a estos efectos.
Perspectivas
Harriet Green dice, citando a Wayne Schaefer (Incluso los mejores ingenieros pueden experimentar el sesgo de confirmación):
“¡Según mi experiencia, hacer cosas puede ser complicado! Incluso los entornos de producción más avanzados y mejor administrados experimentarán problemas de fabricación de forma continua. Algunos de estos serán simples y tendrán una solución rápida y obvia, mientras que otros requerirán una exploración rigurosa para descubrir la causa raíz. ”
“Sin embargo, una cosa que no debería cambiar es la forma en que los ingenieros abordan los problemas de fabricación, mantenimiento, diseño y planta. Creo que es clave considerar cuidadosamente todas las posibles causas y soluciones antes de llegar a una conclusión. A medida que se recopilan y analizan los datos, las soluciones iniciales pueden verse favorecidas inadvertidamente sobre opciones más correctas. De lo que habla Wayne es del 'sesgo de confirmación', esto implica que, a sabiendas o no, le guste más información que respalde ideas preconcebidas mientras ignora o desacredita los datos que las contradicen. Es una tendencia común y, a menudo, subconsciente, lo que hace que sea extremadamente importante que los ingenieros sean conscientes de este sesgo en mi humilde experiencia”.
“Se debe hacer todo lo posible para considerar la totalidad de las perspectivas, causas y soluciones para llegar al mejor resultado para un problema dado, evitando resultados subóptimos y fallas continuas o recurrentes. La tendencia a favorecer o fijarse en una solución en particular solo se puede superar utilizando herramientas y metodología sólidas para la resolución de problemas. Se pueden implementar varias herramientas según la naturaleza del problema, el resultado deseado y los recursos disponibles. Un ejemplo, el proceso Red X, ayuda a evitar el sesgo de confirmación de varias maneras. Red X, desarrollado por Dorian Shainin, se refiere a la causa raíz dominante que se muestra como un código de color rojo en un gráfico que prioriza lo que se observa que tiene el mayor efecto en la calidad de un proceso (también conocido como gráfico de Pareto)”.
Como señala Harriet, en lugar de lanzarse a resolver el problema, es mejor planificar el trabajo con anticipación, de modo que las trampas del problema se puedan evitar tanto como sea posible.
Gareth Jones
Otra perspectiva proviene de Gareth Jones, director de proyectos de Garfield Microelectronics. Él dice lo siguiente, con respecto a las trampas de problemas:
“Como parte de la oferta completa de servicios de diseño de silicio y suministro de silicio de GF Micro, nuestro proceso de diseño analiza las posibles trampas de problemas al principio del ciclo de vida del proyecto antes de que se inicie cualquier trabajo de diseño. Esta evaluación toma la forma de un estudio de factibilidad donde investigamos los pros y los contras de la especificación del cliente y nuestras arquitecturas de diseño propuestas y luego evaluamos el riesgo asociado con cada propuesta”.
“Al adoptar este enfoque, permite a GF Micro tener una mejor comprensión de los posibles problemas y poner en marcha planes de mitigación para reducir el impacto de las trampas de problemas. Después del estudio de factibilidad, en el que estamos trabajando en el desarrollo completo del diseño, es probable que todavía haya trampas de problemas, pero la gravedad de estos problemas disminuye debido a la planificación previa realizada. Esto nos permite estar más cerca de la curva verde ideal de la trampa del problema, lo que reduce el impacto probable en el cronograma general del proyecto”.
marca thackeray
Mark Thackeray es un hombre de negocios de renombre y ha sido director/gerente de proyectos durante años, implementando software empresarial en algunas de las empresas más grandes del mundo.
Las trampas de problemas ocurren cuando los equipos, los productos y los cronogramas no se cumplen, la comunicación en la gestión de proyectos es esencial para evitar fallas, una forma en que Mark resolvió las trampas de problemas es mediante el uso de Visual Management, una solución diseñada para alinear a todas las partes con cualquier problema rápidamente y definir una hoja de ruta de resolución.
Planea no saltar
En resumen, las trampas de problemas ocurren en todos los aspectos de la ingeniería y debemos ser conscientes de ellas para poder planificar en torno a ellas.
Al mudarnos a un nuevo espacio de diseño con poca experiencia, es probable que crucemos la línea morada, pero con el tiempo llegaremos allí. El punto que estoy tratando de hacer aquí es que planificamos nuestro trabajo lo mejor que podemos antes de saltar.
Autor
Ha trabajado para varias grandes empresas, como Ferranti, STL, GEC Plessey Semiconductors, Maxim Integrated, Dialog Semiconductors, por nombrar algunas. También ha trabajado en startups, como Phyworks. Durante su mandato en GEC Plessey Semiconductors, Ash obtuvo más de 20 patentes, incluida Synthesis Exploiting Algebraic Design, que se utilizó con éxito en varios productos.
Para relajarse, a Ash le gusta correr, caminar, pasar tiempo con su esposa, hijas y nietos. Ash también está activo como compositor tanto en obras de cámara como orquestales.
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