混合信號(hào)集成讓模擬設(shè)計(jì)人員進(jìn)入新角色

在過(guò)去的十年里，模擬設(shè)計(jì)人員和電源設(shè)計(jì)人員的角色一直在發(fā)生變化。最近，隨著半導(dǎo)體集成水平越來(lái)越高以及產(chǎn)品制造領(lǐng)域的全球性變化，這種角色變化的趨勢(shì)進(jìn)一步加劇。概括地講，集成正在從處理器延伸到各種模擬外設(shè)，逐漸向上游發(fā)展，制造業(yè)也正在向中國(guó)轉(zhuǎn)移。仔細(xì)研究一下，發(fā)現(xiàn)這是一個(gè)非常有意思，且具有啟發(fā)性的故事。

新角色

我們首先回顧一下模擬設(shè)計(jì)人員角色演變的過(guò)程。人們?cè)?jīng)希望模擬設(shè)計(jì)人員(無(wú)論男女)成為精通一項(xiàng)不可思議的藝術(shù)的大師，他們的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)或多或少的各種單功能器件之間的互連。很久以前，他們處理的器件從無(wú)源器件和電子管，然后是晶體管、運(yùn)算放大器和比較器，發(fā)展到簡(jiǎn)單的定時(shí)IC、PLL、ADC和DAC等。他們的工作是驅(qū)動(dòng)模擬收音機(jī)和電視、示波器和X光機(jī)、雷達(dá)裝置和投彈瞄準(zhǔn)器，從模擬信號(hào)的角度來(lái)看，大多數(shù)這些設(shè)備都與真實(shí)世界發(fā)生交互。最近，數(shù)字輸出的出現(xiàn)，極大地方便了與微控制器或DSP的交互，而這些器件則是數(shù)字設(shè)計(jì)人員涉及的領(lǐng)域。(請(qǐng)參見(jiàn)：An Early Experience with Mixed-Signal Design Disciplines。)

如今，情況發(fā)生了變化。當(dāng)混合信號(hào)芯片廠商發(fā)布新產(chǎn)品時(shí)，許多新產(chǎn)品(可能是其中的大部分器件)都是面向特定應(yīng)用的，它們包含整個(gè)信號(hào)鏈，從傳感器輸入以各種形式收集模擬數(shù)據(jù)，并將模擬數(shù)據(jù)變成電壓電平，到通過(guò)信號(hào)調(diào)節(jié)進(jìn)行數(shù)字化。輸出通常是針對(duì)芯片廠商的某種微控制器或DSP的輸入進(jìn)行預(yù)配置的。事實(shí)上，一般都會(huì)有完整的參考設(shè)計(jì)可供使用。終端產(chǎn)品廠商唯一要做的事情就是確定要實(shí)現(xiàn)哪些功能，價(jià)位多少，以及包裝電子器件的封裝設(shè)計(jì)。

芯片廠商的這種商業(yè)模式似乎在全球范圍內(nèi)都比較普遍。而歐洲、日本和韓國(guó)是特例，這些地區(qū)的IC制造商都是大型的垂直集成型機(jī)構(gòu)，新款芯片的主要客戶可能都是內(nèi)部客戶，而北美芯片公司的客戶往往是中國(guó)廠商。

對(duì)于模擬設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō)，產(chǎn)品集成的這種變化已經(jīng)改變了他們的職業(yè)前景。除了從事工業(yè)控制領(lǐng)域工作的工程師以及軍事航空和電信公司的工程師之外，以前需要在工作臺(tái)上進(jìn)行的設(shè)計(jì)工作已經(jīng)不復(fù)存在了。所有我訪問(wèn)過(guò)的公司都認(rèn)為，模擬設(shè)計(jì)領(lǐng)域的機(jī)會(huì)已經(jīng)轉(zhuǎn)移到了芯片公司，芯片公司的模擬工程師可以是該公司內(nèi)部或者這個(gè)領(lǐng)域的混合信號(hào)芯片設(shè)計(jì)人員或者應(yīng)用工程師。

促進(jìn)改革的推動(dòng)力

事情發(fā)展到這種局面經(jīng)歷了一些過(guò)程。顯然，IC設(shè)計(jì)規(guī)則一代代地持續(xù)縮小推高了集成度，不過(guò)由于允許的工作輸入電壓隨著物理尺寸的縮小而降低，也同樣帶來(lái)了各種難題。

僅僅從模擬領(lǐng)域完善模擬芯片設(shè)計(jì)可能會(huì)使芯片生產(chǎn)工藝停留在0.35微米時(shí)代。從那時(shí)起就已經(jīng)有必要通過(guò)數(shù)字領(lǐng)域的技巧來(lái)緩解基本的噪聲問(wèn)題。

事實(shí)上，設(shè)計(jì)規(guī)則的縮減已經(jīng)成為混合信號(hào)集成的推動(dòng)因素之一。將信號(hào)調(diào)節(jié)放大器連接到ADC不再需要留給客戶工程師來(lái)做了：這些工程師并不是非常熟悉工藝技術(shù)以及在信號(hào)鏈各級(jí)實(shí)現(xiàn)的專有技術(shù)。芯片廠商如果不希望客戶抱怨他們的產(chǎn)品沒(méi)有在真實(shí)設(shè)計(jì)中達(dá)到其數(shù)據(jù)手冊(cè)中的特性，他們就必須將接口隱藏在芯片封裝內(nèi)。即使是這樣，最終產(chǎn)品的性能也不可能由于客戶修改了由工廠開(kāi)發(fā)的布局而得到提升。因此，我們找到了完整的參考設(shè)計(jì)和Gerber圖，并且找到大批現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師向客戶解釋，為什么工程師們確實(shí)不愿意用便宜的電容來(lái)給每個(gè)電路板節(jié)省半分錢(qián)的成本。

OEM還是ODM？

削減材料成本往往會(huì)將一個(gè)設(shè)計(jì)置于死地，這種觀念為過(guò)渡到高集成度混合信號(hào)IC產(chǎn)品提供了主要依據(jù)。

對(duì)于購(gòu)買(mǎi)新型混合信號(hào)產(chǎn)品并將這些產(chǎn)品變成面向普通民眾和新興中產(chǎn)階段的消費(fèi)類產(chǎn)品的公司(OEM和ODM)而言，他們正面臨著這樣的難題。

我們先來(lái)了解一下這些首字母縮略詞——OEM是原始設(shè)備制造商的縮寫(xiě)，而ODM是原始設(shè)計(jì)制造商的的縮寫(xiě)。我無(wú)法在網(wǎng)絡(luò)上找到一個(gè)我認(rèn)同的明確解釋，因此我會(huì)提出一個(gè)與我在芯片業(yè)務(wù)中獲悉的說(shuō)法相一致的定義。

概括地講，這是一種分級(jí)的局面：OEM為銷售品牌產(chǎn)品的公司生產(chǎn)有品牌的產(chǎn)品。ODM則生產(chǎn)組件，可能有多家公司會(huì)在這些組件上加上GUI，并用外殼進(jìn)行封裝后，以多種未注冊(cè)的商標(biāo)進(jìn)行銷售。

OEM這個(gè)名稱是OEM概念在汽車業(yè)務(wù)中的延伸。福特(Ford)或豐田(Toyota)銷售給普通用戶的擋風(fēng)玻璃雨刮器電機(jī)可能就是外面的廠家按照福特或豐田的規(guī)格生產(chǎn)的。這種電機(jī)可能還需要進(jìn)行某種驗(yàn)收之后才能進(jìn)入福特或豐田的“車廠到經(jīng)銷商”的供應(yīng)鏈中。福特或豐田的品牌以及該電機(jī)來(lái)自汽車公司的零件部這一事實(shí)會(huì)給我們帶來(lái)信心，使得我們?cè)敢饨邮苓@些產(chǎn)品高于從產(chǎn)品目錄中購(gòu)買(mǎi)的具有同樣規(guī)格的產(chǎn)品的價(jià)格。

在電子產(chǎn)品由中國(guó)廠商(這些廠商可能已經(jīng)購(gòu)得了以前比較出名的北美品牌的品牌權(quán))生產(chǎn)的情況中，運(yùn)行機(jī)制是相似的：以擁有品牌的公司的名義銷售的產(chǎn)品是無(wú)與倫比的，公司可能在十年或者更長(zhǎng)的時(shí)間都一直在致力于通過(guò)優(yōu)異的性能、過(guò)硬的質(zhì)量和顧客支持，為其品牌建立聲譽(yù)。

在中國(guó)，這類公司往往面向的是海外市場(chǎng)。當(dāng)海外市場(chǎng)像現(xiàn)在一樣不景氣的時(shí)候，情況就不是很妙，這樣，它就無(wú)法支持通常較短的消費(fèi)產(chǎn)品生命周期。(我們應(yīng)該每三年買(mǎi)一個(gè)新電視。)

同時(shí)，中國(guó)中產(chǎn)階段群體的規(guī)模在與日俱增；這個(gè)群體的人群可能要比全球任何地區(qū)中產(chǎn)階段的人都要多，這些普通百姓一般都沒(méi)有采用一流的消費(fèi)產(chǎn)品，因此他們現(xiàn)在有了強(qiáng)烈的購(gòu)買(mǎi)欲望。

此外還需要記住的是，他們沒(méi)有用信用卡的習(xí)慣，因此，雖然他們無(wú)法像西方消費(fèi)者一樣消費(fèi)那么多，但是他們幾乎不可能引起經(jīng)濟(jì)泡沫，如果像中國(guó)一樣，你一直接受的是嚴(yán)格的馬克思主義經(jīng)濟(jì)學(xué)的熏陶，這可能是一件好事。

這就是OEM所面臨的局面。如果芯片公司的參考設(shè)計(jì)有足夠的功能支持具有各種價(jià)位(與實(shí)現(xiàn)的功能數(shù)成正比)的常規(guī)設(shè)計(jì)，如果可以通過(guò)多個(gè)國(guó)內(nèi)品牌的不同配置來(lái)提供設(shè)計(jì)，并且ODM能以最低的非重復(fù)性工程(NRE)成本迅速將其導(dǎo)入生產(chǎn)階段，那么這種產(chǎn)品就是一個(gè)成功的產(chǎn)品。

也可以這樣說(shuō)，如果產(chǎn)品能夠支持終端用戶對(duì)價(jià)格和性能的期望，那么這種產(chǎn)品就是一個(gè)成功的產(chǎn)品。例如，很久以前，我曾經(jīng)寫(xiě)過(guò)一篇有關(guān)日本和中國(guó)空調(diào)市場(chǎng)的文章(網(wǎng)址為http://electronicdesign.com/article/power/air-conditioner-chip-set-is-way-cool12211.aspx)。議題是不同的壓縮機(jī)需要的電機(jī)控制以及價(jià)格與安靜度之間的折衷。日本消費(fèi)者愿意為噪聲比較小的空調(diào)支付更高的價(jià)格；而中國(guó)消費(fèi)者只要求空調(diào)能致冷就行了。

除了經(jīng)濟(jì)因素之外，還有各種其它的文化考量。如果你所在國(guó)家的大部分地區(qū)都存在醫(yī)生和醫(yī)院嚴(yán)重短缺的狀況，那么資質(zhì)相對(duì)較低的醫(yī)生使用的比較便宜的醫(yī)療儀器將在整體醫(yī)療方面起到極大的作用。因此，你會(huì)發(fā)現(xiàn)ODM不僅生產(chǎn)便宜的筆記本電腦、空調(diào)和照相機(jī)，而且還生產(chǎn)基本的超聲波儀器。(請(qǐng)參見(jiàn)：An Early Experience with Mixed-Signal Design Disciplines，網(wǎng)址為http://electronicdesign.com/article/analog-and-mixed-signal/New-Technology-Treats-Medical-Needs-In-Developing-Countries.aspx。)

如果OEM或ODM的商業(yè)模式需要廠商應(yīng)對(duì)高NRE費(fèi)用，這種商業(yè)模式就不起作用。這是我們贊同半導(dǎo)體廠商應(yīng)該專注于更有難度的模擬設(shè)計(jì)工作的另一個(gè)因素，而不是遵循舊的模式，開(kāi)發(fā)各種單獨(dú)的高性能IC，并“將這些IC一股腦兒扔給”終端產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員。

缺乏導(dǎo)師

避免這種脫節(jié)同樣也是近代中國(guó)發(fā)展的一個(gè)側(cè)面。每當(dāng)我與半導(dǎo)體公司的高級(jí)工程師談起未來(lái)的模擬設(shè)計(jì)人員將來(lái)自哪個(gè)群體時(shí)，他們總是告訴我，新大學(xué)畢業(yè)生至少需要高級(jí)設(shè)計(jì)人員指導(dǎo)五年之后才能真正充分發(fā)揮作用。

毫無(wú)疑問(wèn)，在中國(guó)的工程設(shè)計(jì)院校學(xué)習(xí)的年輕學(xué)生既聰明又勤奮，不過(guò)他們畢業(yè)之后，卻面臨著嚴(yán)重缺少高級(jí)導(dǎo)師的問(wèn)題。據(jù)悉，由于已在海外工作幾十年的退休工程師回到工作崗位，這個(gè)問(wèn)題在一定程度上有所緩解，不過(guò)只有等到更多的應(yīng)屆畢業(yè)生度過(guò)他們的成熟期之后，這個(gè)問(wèn)題才會(huì)得到徹底解決。

這并不意味著年青的中國(guó)工程師一直在原地踏步。多個(gè)資源來(lái)源顯示，年青的中國(guó)工程師非常依賴他們自己的社交媒體，從而在技術(shù)問(wèn)題上尋求相互支持。

影響延伸到無(wú)晶圓廠

到此為止，本文討論的范圍已經(jīng)涉及到了傳統(tǒng)的半導(dǎo)體公司及其客戶，但是向高混合信號(hào)集成度發(fā)展以及通過(guò)參考設(shè)計(jì)提供完整的產(chǎn)品化的趨勢(shì)也延伸到了無(wú)晶圓廠新創(chuàng)公司。這里舉一個(gè)例子，我以前寫(xiě)過(guò)一篇有