Dus we zijn net begonnen aan een andere spannende baan in Analog IC ontwerp bij een goed bedrijf. We kloppen onszelf op de schouder en zijn trots op onszelf totdat een ontwerpprobleem op ons bureau terechtkomt. We springen er met beide voeten in en zie, wat onze manager ons vertelde dat een week werk was, bleek veel langer te duren.
Klinkt bekend? Ik veronderstel dat ik niet de eerste ben, aangezien anderen hetzelfde moeten zijn tegengekomen. Beschouw de onderstaande grafiek:
Als we het percentage voltooid op de y-as en de tijd op de x-as uitzetten, en schetsen hoe lang het duurt om een bepaalde taak te voltooien, eindigen we idealiter met de groene curve. De groene curve kan worden gedefinieerd door een eenvoudige vergelijking;
Waar t tijd is en T de tijdconstante, wat een maatstaf is voor efficiëntie.
Als we echter vast komen te zitten in een probleem, overweeg dan de paarse grafiek. Hier beginnen we goed en komen al snel op een punt waar we afhaken. We lijken een addertje onder het gras te hebben geraakt, totdat we er uiteindelijk uit komen, door pure vastberadenheid en vasthoudendheid. We volgen dit traject totdat we weer een probleem tegenkomen, enzovoort. Uiteindelijk is de taak voltooid, maar niet voordat we de obstakels hebben ervaren, of wat ik 'probleemvallen' noem.
In de rode grafiek zijn de probleemvallen zo ernstig dat de taak simpelweg niet wordt voltooid en afwijkt van de vereiste oplossing. In dit geval moet de activiteit worden gestopt en opnieuw worden gestart.
Laten we naar een eenvoudig voorbeeld kijken. Het onderstaande diagram van een eenvoudige gemeenschappelijke emitterversterker.
Stel dat we de spanning daling over Re tot ongeveer 0.1V, dus pas ik de gelijkspanning vbias aan totdat de spanning over de emitter 0.1V is. Ervan uitgaande dat ik een versterking van 30dB of x32 wilde bereiken, en ik Re = 100 ohm instelde, wat betekent dat de staartstroom 1mA is. Dit betekent re=VT/I, VT=25mV, I=1ma, re=25 ohm. Dus nu wil ik Rl uitwerken, dus
Instelling G=32, Re=100, re=25 geeft Rl=4k!
Als ik nu Vdd = 3V instel, is de spanning op de collector van T1 -1V, de basiscollectorovergang is naar voren gericht, dus ik zal hier waarschijnlijk niet veel winst uit halen, maar als ik blindelings het ontwerp bouw, zal ik dat doen langs de paarse lijn rijden. Een ander probleem zou de keuze van Rbias kunnen zijn. Laten we aannemen dat de bronimpedantie die Cac aandrijft 1k is en ik stel Rbias in op 1k. Welnu, in dat geval moet ik ervoor zorgen dat het signaal dat ik in de basis stuur minstens twee keer zo groot is om 30 dB versterking te bereiken. Maar als ik Rbias per ongeluk op 10 ohm zet, verzwak ik het signaal direct aan de ingang. Misschien heb ik het schema op de CAD-tool vastgelegd en Rbias per ongeluk op 10 ohm gelaten en daarna voer ik een simulatie uit om te controleren of mijn versterking veel lager is dan verwacht. Ik krab mijn hoofd ... geen vreugde.
Ik blijf simuleren zonder na te denken over de parameters in het ontwerp ... dus ik heb nu een ander addertje onder het gras. Uiteindelijk loopt een van mijn vriendelijke collega's langs en merkt dat Rbias is ingesteld op 10 ohm ... zullen ze mijn domme fout aanwijzen?
Dit is allemaal heel goed voor goed begrepen wiskunde en eenvoudige schakelingen. Het leven is niet zo eenvoudig en ik geloof dat probleemvallen nog steeds voorkomen. Bij het ontwerpen op veel hogere frequenties, bijvoorbeeld ft/8, kunnen we niet langer uitgaan van gelijkstroomwaarden van bèta. Dus als ons circuit niet werkt, is dat niet vanwege iets voor de hand liggends, maar hebben we iets over het hoofd gezien... een probleemval.
Beschouw de hieronder getoonde tweetrapsversterker:
Als we hadden aangenomen dat bèta een dc-waarde was, hadden we het effect van β verwaarloosd2.Re1 waar, ß2 =
Met andere woorden, een negatieve weerstand die zal verschijnen over de afgestemde belasting Lout en Cout. Dit kan een nadelig effect hebben op de stabiliteit van de versterker en gaan oscilleren. Dat zouden we pas hebben opgemerkt als we bijvoorbeeld een voorbijgaande gebeurtenis hadden uitgevoerd, als Re1 slecht was gekozen ... weer een probleemval. In deze situatie kunnen we zijn geëindigd met de rode grafiek die van 100% voltooid spiraalsgewijs naar de negatieve richting beweegt ... dwz het ontwerpprobleem zal nooit worden voltooid.
Als we dit hadden gepland, hadden we eerst gedacht, hebben we Tef echt nodig en hadden we de eindtrap rechtstreeks op de ingangstrap aangesloten door ac-koppeling. Op deze manier kan ik de eindtrap onafhankelijk instellen en hoef ik me geen zorgen te maken over een negatieve impedantie. Nou, niet helemaal omdat er een parasitaire capaciteit zal zijn bij de zender van Tout1.
In dit geval zal de parasitaire kap verschijnen als een negatieve impedantie over Lout//Cout... opnieuw moeten we uitkijken voor deze effecten.
Perspectieven
Harriet Green zegt, verwijzend naar Wayne Schaefer (Zelfs de beste ingenieurs kunnen vooroordelen over bevestiging ervaren):
“Het is mijn ervaring dat dingen maken ingewikkeld kan zijn! Zelfs de meest geavanceerde, goed beheerde productieomgevingen zullen voortdurend productieproblemen ondervinden. Sommige hiervan zullen eenvoudig zijn en een voor de hand liggende, snelle oplossing hebben, terwijl andere grondig moeten worden onderzocht om de oorzaak te achterhalen. ”
“Een ding dat echter niet mag veranderen, is de manier waarop ingenieurs omgaan met productie-, onderhouds-, ontwerp- en werkvloerproblemen. Ik denk dat het belangrijk is om zorgvuldig alle mogelijke oorzaken en oplossingen te overwegen voordat je tot een conclusie komt. Terwijl gegevens worden verzameld en geanalyseerd, kunnen initiële oplossingen onbedoeld de voorkeur krijgen boven meer correcte opties. Waar Wayne het over heeft is 'confirmation bias', dit houdt in dat je bewust of onbewust meer informatie leuk vindt die vooropgezette ideeën ondersteunt, terwijl je gegevens negeert of in diskrediet brengt die deze tegenspreken. Het is een veel voorkomende en vaak onbewuste neiging, waardoor het voor ingenieurs uiterst belangrijk is om zich bewust te zijn van deze vooringenomenheid in mijn bescheiden ervaring.”
“Alles moet in het werk worden gesteld om de totaliteit van perspectieven, oorzaken en oplossingen te overwegen om tot het beste resultaat voor een bepaald probleem te komen, terwijl suboptimale resultaten en aanhoudende of terugkerende storingen worden vermeden. De neiging om de voorkeur te geven aan of te fixeren op één bepaalde oplossing kan alleen worden overwonnen met solide probleemoplossende tools en methodologieën. Verschillende tools kunnen worden ingezet, afhankelijk van de aard van het probleem, het gewenste resultaat en de beschikbare middelen. Een voorbeeld, het Red X-proces, helpt op verschillende manieren bevestigingsbias te voorkomen. Red X, ontwikkeld door Dorian Shainin, verwijst naar de dominante oorzaak die wordt weergegeven als een kleurgecodeerd rood op een kaart die prioriteit geeft aan wat wordt waargenomen als het grootste effect op de kwaliteit van een proces (ook bekend als een Pareto-kaart).
Zoals Harriet schetst, is het beter om het werk van tevoren te plannen dan het probleem meteen op te lossen, zodat probleemvallen zoveel mogelijk kunnen worden vermeden.
Gareth Jones
Een ander perspectief komt van Gareth Jones, projectdirecteur van Garfield Microelectronics. Over probleemvallen zegt hij het volgende:
“Als onderdeel van GF Micro's volledige aanbod van diensten op het gebied van siliciumontwerp en levering van silicium, kijkt ons ontwerpproces al vroeg in de levenscyclus van het project naar mogelijke valkuilen voordat er met ontwerpwerkzaamheden wordt begonnen. Deze evaluatie heeft de vorm van een haalbaarheidsstudie waarbij we de voor- en nadelen van de klantspecificatie en onze voorgestelde ontwerparchitecturen onderzoeken en vervolgens het risico evalueren dat aan elk voorstel is verbonden.”
“Door deze aanpak te volgen, krijgt GF Micro een beter inzicht in mogelijke problemen en stelt het GF Micro in staat om mitigatieplannen op te stellen om de impact van probleemvallen te verminderen. Na de haalbaarheidsstudie, waar we werken aan de volledige ontwikkeling van het ontwerp, zijn er waarschijnlijk nog steeds valkuilen, maar de ernst van deze problemen neemt af als gevolg van de eerdere planning. Hierdoor kunnen we dichter bij de ideale groene curve van de probleemval blijven, waardoor de waarschijnlijke impact op de algehele projectplanning wordt verkleind.”
Mark Thackeray
Mark Thackeray is een gerenommeerd zakenman en is jarenlang projectdirecteur/manager geweest, waarbij hij bedrijfssoftware implementeerde bij enkele van 's werelds grootste bedrijven.
Problem traps treden op wanneer teams, producten en tijdlijnen niet worden bereikt, communicatie in projectmanagement is essentieel om falen te voorkomen. Eén manier waarop Mark lost problem traps is door het gebruik van Visual Management, een oplossing die is ontworpen om alle partijen snel op één lijn te brengen met eventuele problemen en definieer een stappenplan voor resolutie.
Plan niet springen
Kortom, probleemvallen komen voor in alle aspecten van engineering en we moeten ons hiervan bewust zijn, zodat we er omheen kunnen plannen.
Als we met weinig ervaring naar een nieuwe ontwerpruimte verhuizen, zullen we waarschijnlijk de paarse lijn overschrijden, maar na verloop van tijd zullen we daar komen. Het punt dat ik hier probeer te maken is dat we ons werk zo goed mogelijk plannen voordat we erin springen.
Auteur
Hij heeft gewerkt voor een aantal grote bedrijven, zoals Ferranti, STL, GEC Plessey Semiconductors, Maxim Integrated, Dialog Semiconductors, om er maar een paar te noemen. Hij heeft ook in startups gewerkt, zoals Phyworks. Tijdens zijn ambtsperiode bij GEC Plessey Semiconductors heeft Ash meer dan 20 patenten aangevraagd, waaronder Synthesis Exploiting Algebraic Design, dat met succes in een aantal producten werd gebruikt.
Ter ontspanning houdt Ash van hardlopen, wandelen, tijd doorbrengen met zijn vrouw, dochters en kleinkinderen. Ash is ook actief als componist, zowel in kamer- als orkestwerken.
Zie ook: Gezichtspunt: Van BC108 tot SiGe BiCMOS - waarom analoge IC's geweldig zijn
Bekijk meer : IGBT-modules | LCD-schermen | Elektronische Componenten