Quindi abbiamo appena iniziato un altro entusiasmante lavoro in Analog IC design presso una buona azienda. Ci diamo una pacca sulla spalla e ci sentiamo orgogliosi di noi stessi finché un problema di progettazione non colpisce la nostra scrivania. Entriamo con entrambi i piedi e, guarda caso, quella che il nostro manager ci ha detto che valeva una settimana di lavoro si è rivelata molto più lunga.
Suona familiare? Suppongo di non essere il primo, poiché altri devono aver riscontrato la stessa cosa. Considera il grafico qui sotto:
Se tracciamo la percentuale di completamento sull'asse y e il tempo sull'asse x, e abbozziamo quanto tempo ci vorrà per completare una determinata attività, idealmente, ci ritroveremo con la curva verde. La curva verde può essere definita da una semplice equazione;
Dove t è il tempo e T è la costante di tempo, che è una misura dell'efficienza.
Tuttavia, nel caso in cui rimaniamo bloccati in un problema, considera il grafico viola. Qui si parte bene e si arriva rapidamente a un punto in cui ci si ferma. Sembra che abbiamo incontrato un intoppo, finché alla fine non troviamo la via d'uscita, con pura determinazione e tenacia. Procediamo lungo questa traiettoria finché non incontriamo un altro intoppo e così via. Alla fine il compito è completato, ma non prima di aver sperimentato gli ostacoli, o ciò che io chiamo "trappole problematiche".
Nel grafico rosso, le trappole del problema sono così gravi che l'attività semplicemente non viene completata e si discosta dalla soluzione richiesta. In questo caso, l'attività deve essere interrotta e ricominciata.
Diamo un'occhiata a un semplice esempio. Lo schema seguente di un semplice amplificatore a emettitore comune.
Supponiamo di impostare il voltaggio cadere attraverso Re a circa 0.1 V, quindi aggiusto la tensione continua vbias fino a quando la tensione attraverso l'emettitore è 0.1 V. Supponendo di voler ottenere un guadagno di 30dB o x32, e ho impostato Re=100 ohm, il che significa che la corrente di coda è 1mA. Ciò significa re=VT/I, VT=25mV, I=1ma, re=25 ohm. Quindi ora voglio risolvere Rl, quindi
Ponendo G=32, Re=100, re=25, si ottiene Rl=4k!
Ora, se imposto Vdd=3V, la tensione sul collettore di T1 è -1V, la giunzione del collettore di base è polarizzata in avanti quindi non è probabile che io veda molto guadagno da questo, tuttavia, se costruisco ciecamente il progetto, lo farò essere attraversato lungo la linea viola. Un altro problema potrebbe essere la scelta di Rbias. Supponiamo che l'impedenza della sorgente che guida Cac sia 1k e ho impostato Rbias su 1k. Ebbene, in tal caso, devo assicurarmi che il segnale che guido nella base sia almeno il doppio per ottenere un guadagno di 30 dB. Ma se imposto accidentalmente Rbias a 10 ohm, sto attenuando il segnale direttamente all'ingresso. Forse ho catturato lo schema sullo strumento CAD e lasciato accidentalmente Rbias a 10 ohm e poi eseguo una simulazione per verificare che il mio guadagno sia molto inferiore al previsto. Mi gratto la testa... nessuna gioia.
Continuo a simulare senza pensare ai parametri del progetto...quindi ora ho incontrato un altro intoppo. Alla fine, uno dei miei colleghi amici passa e nota che Rbias è impostato su 10 ohm... mi faranno notare il mio stupido errore?
Tutto questo va molto bene per la matematica ben compresa e per i circuiti semplici. La vita non è così semplice e credo che si verifichino ancora trappole problematiche. Quando si progetta a frequenze molto più alte, diciamo ft/8, non possiamo più assumere valori dc di beta. Quindi, quando il nostro circuito non funziona, non è per qualcosa di ovvio, ma piuttosto ci siamo persi qualcosa... una trappola problematica.
Considera l'amplificatore a due stadi mostrato di seguito:
Se avessimo supposto che beta fosse un valore dc, avremmo trascurato l'effetto di β2.Re1 dove, β2 =
In altre parole, una resistenza negativa che apparirà attraverso il carico sintonizzato Lout e Cout. Ciò potrebbe avere un effetto dannoso sulla stabilità dell'amplificatore e oscillare. Non ce ne saremmo accorti finché non avessimo eseguito, diciamo, un transitorio, se Re1 fosse stato scelto male... un'altra trappola problematica. In questa situazione, potremmo essere finiti con il grafico rosso che si sta allontanando dal 100% completo e si sta muovendo verso la direzione negativa... cioè il problema di progettazione non sarà mai completato.
Se avessimo pianificato questo, avremmo prima pensato, abbiamo davvero bisogno di Tef e collegato lo stadio di uscita direttamente allo stadio di ingresso tramite accoppiamento in corrente alternata. In questo modo, posso polarizzare lo stadio di uscita in modo indipendente e non devo preoccuparmi di un'impedenza negativa. Beh, non proprio perché ci sarà una capacità parassita all'emettitore di Tout1.
In questo caso, il cappuccio parassitario apparirà come un'impedenza negativa attraverso Lout//Cout... ancora una volta dobbiamo fare attenzione a questi effetti.
Prospettive
Harriet Green afferma, citando Wayne Schaefer (Even the Finest Engineers Can Experience Confirmation Bias):
“È stata la mia esperienza che fare cose può essere complicato! Anche gli ambienti di produzione più avanzati e ben gestiti sperimenteranno problemi di produzione su base continuativa. Alcuni di questi saranno semplici e avranno una soluzione ovvia e rapida, mentre altri richiederanno un'esplorazione rigorosa per scoprire la causa principale. "
“Una cosa che non dovrebbe cambiare, tuttavia, è il modo in cui gli ingegneri affrontano i problemi di produzione, manutenzione, progettazione e officina. Penso che sia fondamentale considerare attentamente tutte le potenziali cause e soluzioni prima di arrivare a una conclusione. Man mano che i dati vengono raccolti e analizzati, le soluzioni iniziali possono inavvertitamente essere preferite rispetto a opzioni più corrette. Ciò di cui parla Wayne è il "pregiudizio di conferma", questo implica che consapevolmente o inconsapevolmente apprezzi più informazioni che supportano idee preconcette ignorando o screditando i dati che le contraddicono. È una tendenza comune e spesso inconscia, il che rende estremamente importante per gli ingegneri essere consapevoli di questo pregiudizio nella mia modesta esperienza.
“Ogni sforzo deve essere fatto per considerare la totalità delle prospettive, delle cause e delle soluzioni per arrivare al miglior risultato per un dato problema, evitando risultati non ottimali e malfunzionamenti continui o ricorrenti. La tendenza a favorire o fissarsi su una particolare soluzione può essere superata solo utilizzando solidi strumenti e metodologie di risoluzione dei problemi. È possibile utilizzare vari strumenti a seconda della natura del problema, del risultato desiderato e delle risorse disponibili. Un esempio, il processo Red X, aiuta a evitare bias di conferma in vari modi. Red X, sviluppato da Dorian Shainin, si riferisce alla causa principale dominante mostrata come un codice colore rosso su un grafico che dà la priorità a ciò che si osserva avere il massimo effetto sulla qualità di un processo (noto anche come grafico di Pareto).
Come sottolinea Harriet, piuttosto che saltare alla soluzione del problema, è meglio pianificare il lavoro in anticipo, in modo da evitare il più possibile le trappole del problema.
Gareth Jones
Un'altra prospettiva viene da Gareth Jones, Projects Director di Garfield Microelectronics. Dice quanto segue, riguardo alle trappole problematiche:
“Come parte dell'offerta completa di servizi di progettazione del silicio e fornitura di silicio di GF Micro, il nostro processo di progettazione esamina le potenziali trappole dei problemi all'inizio del ciclo di vita del progetto, prima che venga avviato qualsiasi lavoro di progettazione. Questa valutazione assume la forma di uno studio di fattibilità in cui esaminiamo i pro e i contro delle specifiche del cliente e le nostre architetture di progettazione proposte e quindi valutiamo il rischio associato a ciascuna proposta.
“Adottando questo approccio, consente a GF Micro di avere una migliore comprensione dei possibili problemi e di mettere in atto piani di mitigazione per ridurre l'impatto delle trappole dei problemi. Dopo lo studio di fattibilità, in cui stiamo lavorando allo sviluppo completo del progetto, è probabile che ci siano ancora problemi, ma la gravità di questi problemi è ridotta a causa della precedente pianificazione intrapresa. Questo ci consente di rimanere più vicini alla curva verde ideale per la trappola del problema, riducendo così il probabile impatto sulla pianificazione complessiva del progetto".
Marco Thackeray
Mark Thackeray è un rinomato uomo d'affari ed è stato Project Director/Manager per anni, distribuendo software aziendale ad alcune delle più grandi aziende del mondo.
Le trappole dei problemi si verificano quando i team, i prodotti e le tempistiche non vengono rispettati, la comunicazione nella gestione del progetto è essenziale per prevenire il fallimento, un modo per contrassegnare le trappole dei problemi risolti è attraverso l'uso di Visual Management, una soluzione progettata per allineare rapidamente tutte le parti a qualsiasi problema e definire una roadmap di risoluzione.
Piano non saltare
In sintesi, le trappole dei problemi si verificano in tutti gli aspetti dell'ingegneria e dobbiamo esserne consapevoli, in modo da poterle pianificare.
Entrando in un nuovo spazio di progettazione con poca esperienza, è probabile che supereremo la linea viola, ma col tempo ci arriveremo. Il punto che sto cercando di chiarire qui è che pianifichiamo il nostro lavoro nel miglior modo possibile prima di entrare.
Autore
Ha lavorato per numerose grandi aziende, come Ferranti, STL, GEC Plessey Semiconductors, Maxim Integrated, Dialog Semiconductors, solo per citarne alcune. Ha anche lavorato in startup, come Phyworks. Durante il suo incarico presso GEC Plessey Semiconductors, Ash ha accumulato oltre 20 brevetti, tra cui Synthesis Exploiting Algebraic Design, che è stato utilizzato con successo in numerosi prodotti.
Per rilassarsi, ad Ash piace correre, camminare, passare il tempo con sua moglie, figlie e nipoti. Ash è anche attivo come compositore sia in opere da camera che orchestrali.
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