Então, acabamos de começar outro trabalho emocionante no Analog IC design em uma boa empresa. Nós nos damos tapinhas nas costas e nos sentimos orgulhosos de nós mesmos até que um problema de design atinge nossa mesa. Pulamos com os dois pés e, vejam só, o que nosso gerente nos disse ser uma semana de trabalho acabou sendo muito mais tempo.
Soa familiar? Suponho que não seja o primeiro, pois outros devem ter encontrado a mesma coisa. Considere o gráfico abaixo:
Se plotarmos a porcentagem concluída no eixo y e o tempo no eixo x e esboçarmos quanto tempo levará para concluir uma determinada tarefa, idealmente, acabamos com a curva verde. A curva verde pode ser definida por uma equação simples;
Onde t é o tempo e T é a constante de tempo, que é uma medida de eficiência.
No entanto, no caso de ficarmos presos em um problema, considere o gráfico roxo. Aqui, começamos bem e rapidamente chegamos a um ponto em que paramos. Parece que chegamos a um obstáculo, até que finalmente encontramos uma saída, por pura determinação e tenacidade. Seguimos nessa trajetória até encontrarmos outro obstáculo e assim por diante. Eventualmente, a tarefa é concluída, mas não até que tenhamos experimentado os empecilhos, ou o que chamo de “armadilhas de problemas”.
No gráfico vermelho, as armadilhas do problema são tão graves que a tarefa simplesmente não é concluída e diverge da solução necessária. Nesse caso, a atividade precisa ser interrompida e iniciada novamente.
Vejamos um exemplo simples. O diagrama abaixo de um amplificador de emissor comum simples.
Suponha que definimos o Voltagem cai em Re para aproximadamente 0.1 V, então eu ajusto a voltagem dc vbias até que a voltagem no emissor seja 0.1 V. Supondo que eu queira obter um ganho de 30dB ou x32 e defina Re=100 ohms, o que significa que a corrente de cauda é 1mA. Isso significa re=VT/I, VT=25mV, I=1ma, re=25 ohms. Então agora eu quero calcular Rl, então
Definir G=32, Re=100, re=25, dá Rl=4k!
Agora, se eu definir Vdd = 3V, a tensão no coletor de T1 é -1V, a junção do coletor de base é polarizada para frente, então provavelmente não verei muito ganho com isso, no entanto, se eu construir cegamente o design, irei estar atravessando a linha roxa. Outra questão pode ser a escolha de Rbias. Vamos supor que a impedância da fonte que conduz Cac é 1k e eu defino Rbias para 1k. Bem, nesse caso, tenho que garantir que o sinal que dirijo para a base seja pelo menos duas vezes maior para obter um ganho de 30dB. Mas se acidentalmente definir Rbias para 10 ohms, estou atenuando o sinal diretamente na entrada. Talvez eu capturei o esquema na ferramenta CAD e acidentalmente deixei Rbias em 10 ohms e então executei uma simulação para verificar se meu ganho está muito abaixo do esperado. Eu coço minha cabeça... sem alegria.
Continuo simulando sem pensar nos parâmetros do projeto... então agora encontrei outro obstáculo. Eventualmente, um dos meus colegas amigáveis passa e percebe que Rbias está definido para 10 ohms ... eles apontarão meu erro bobo?
Isso tudo é muito bom para matemática bem compreendida e circuitos simples. A vida não é tão simples e acredito que armadilhas de problemas ainda ocorrem. Ao projetar em frequências muito mais altas, digamos ft/8, não podemos mais assumir valores dc de beta. Portanto, quando nosso circuito não funciona, não é por causa de algo óbvio, mas sim porque perdemos algo... uma armadilha de problema.
Considere o amplificador de dois estágios mostrado abaixo:
Se tivéssemos assumido que beta era um valor dc, teríamos negligenciado o efeito de β2.Re1 onde, β2 =
Em outras palavras, uma resistência negativa que aparecerá entre a carga sintonizada Lout e Cout. Isso pode ter um efeito prejudicial na estabilidade do amplificador e oscilar. Não teríamos notado isso até executarmos, digamos, um transiente, se Re1 foi mal escolhido... outra armadilha de problema. Nesta situação, podemos ter acabado com o gráfico vermelho que está se afastando de 100% completo e se movendo na direção negativa... ou seja, o problema de design nunca será concluído.
Se tivéssemos planejado isso, primeiro teríamos pensado se realmente precisamos de Tef e conectado o estágio de saída diretamente ao estágio de entrada por acoplamento CA. Dessa forma, posso polarizar o estágio de saída de forma independente e não ter que me preocupar com uma impedância negativa. Bem, não exatamente porque haverá uma capacitância parasita no emissor de Tout1.
Nesse caso, o limite parasitário aparecerá como uma impedância negativa em Lout//Cout… novamente, precisamos observar esses efeitos.
Perspectivas
Harriet Green diz, citando Wayne Schaefer (Even the Finest Engineers Can Experience Confirmation Bias):
“Tem sido minha experiência que fazer coisas pode ser complicado! Mesmo os ambientes de produção mais avançados e bem gerenciados enfrentarão problemas de fabricação continuamente. Alguns deles serão simples e terão uma solução óbvia e rápida, enquanto outros exigirão uma exploração rigorosa para descobrir a causa raiz. ”
“No entanto, uma coisa que não deve mudar é como os engenheiros abordam os problemas de manufatura, manutenção, projeto e chão de fábrica. Acho que é fundamental considerar cuidadosamente todas as possíveis causas e soluções antes de chegar a uma conclusão. À medida que os dados são coletados e analisados, as soluções iniciais podem inadvertidamente ser favorecidas em detrimento de opções mais corretas. O que Wayne fala é 'viés de confirmação', isso envolve, consciente ou inconscientemente, gostar de mais informações que apoiem ideias preconcebidas enquanto ignora ou desacredita dados que as contradizem. É uma tendência comum e muitas vezes subconsciente, o que torna extremamente importante que os engenheiros estejam cientes desse viés em minha humilde experiência.”
“Todos os esforços devem ser feitos para considerar a totalidade das perspectivas, causas e soluções para chegar ao melhor resultado para um determinado problema, evitando resultados abaixo do ideal e mau funcionamento contínuo ou recorrente. A tendência de favorecer ou fixar em uma solução particular só pode ser superada usando ferramentas e metodologia sólidas de solução de problemas. Várias ferramentas podem ser implantadas dependendo da natureza do problema, do resultado desejado e dos recursos disponíveis. Um exemplo, o processo Red X, ajuda a evitar o viés de confirmação de várias maneiras. O Red X, desenvolvido por Dorian Shainin, refere-se à causa raiz dominante mostrada como um código de cores vermelho em um gráfico que prioriza o que é observado como tendo o maior efeito na qualidade de um processo (também conhecido como gráfico de Pareto).”
Como Harriet descreve, em vez de pular para resolver o problema, é melhor planejar o trabalho com antecedência, para que as armadilhas do problema possam ser evitadas tanto quanto possível.
Gareth Jones
Outra perspectiva vem de Gareth Jones, Diretor de Projetos da Garfield Microelectronics. Ele diz o seguinte, em relação às armadilhas de problemas:
“Como parte da oferta completa da GF Micro de serviços de design de silício e fornecimento de silício, nosso processo de design analisa possíveis armadilhas de problemas no início do ciclo de vida do projeto, antes que qualquer trabalho de design seja iniciado. Essa avaliação assume a forma de um estudo de viabilidade em que investigamos os prós e contras da especificação do cliente e nossas arquiteturas de design propostas e, em seguida, avaliamos o risco associado a cada proposta.”
“Ao adotar essa abordagem, permite que a GF Micro tenha uma melhor compreensão dos possíveis problemas e implemente planos de mitigação para reduzir o impacto das armadilhas de problemas. Após o estudo de viabilidade, onde estamos trabalhando no desenvolvimento completo do projeto, ainda é provável que haja armadilhas de problemas, mas a gravidade desses problemas é diminuída devido ao planejamento anterior realizado. Isso nos permite ficar mais perto da curva verde ideal da armadilha do problema, reduzindo assim o provável impacto no cronograma geral do projeto.”
Mark Thackeray
Mark Thackeray é um empresário renomado e foi Diretor/Gerente de Projetos por anos, implementando software corporativo para algumas das maiores empresas do mundo.
As armadilhas de problemas ocorrem quando equipes, produtos e cronogramas não estão alinhados, a comunicação no gerenciamento de projetos é essencial para evitar falhas, uma das maneiras pelas quais Mark resolveu as armadilhas de problemas é por meio do uso do Gerenciamento Visual, uma solução projetada para alinhar todas as partes a quaisquer problemas rapidamente e definir um roteiro de resolução.
Planeje não pular
Em resumo, as armadilhas de problemas ocorrem em todos os aspectos da engenharia e precisamos estar cientes delas, para que possamos planejá-las.
Entrando em um novo espaço de design com pouca experiência, provavelmente cruzaremos a linha roxa, mas com o tempo chegaremos lá. O ponto que estou tentando enfatizar aqui é que planejamos nosso trabalho da melhor maneira possível antes de começar.
Autor
Ele trabalhou em várias grandes empresas, como Ferranti, STL, GEC Plessey Semiconductors, Maxim Integrated, Dialog Semiconductors, entre outras. Ele também trabalhou em startups, como a Phyworks. Durante seu mandato na GEC Plessey Semiconductors, Ash levantou mais de 20 patentes, incluindo Synthesis Exploiting Algebraic Design, que foi usado com sucesso em vários produtos.
Para relaxar, Ash gosta de correr, caminhar, passar tempo com sua esposa, filhas e netos. Ash também atua como compositor em obras de câmara e orquestrais.
Veja também: Ponto de vista: Do BC108 ao SiGe BiCMOS – por que os ICs analógicos são ótimos
Veja mais : Módulos IGBT | Ecrãs LCD | Componentes Eletrônicos