一位牛人对模拟电路的理解

前言:虽然以后从微电子本科毕业就不再碰电路相关的东西,但我一直觉得电子是最接地气的一门专业。下至数理基础,上至软件、测试,非常扎实的课程安排,从这个专业出来的人,发展方向非常广泛。在电子很多方向中,有一个非常中重要的领域:模拟电路。在很多普通工程师职位都被计算机辅助设计所取代的今天,唯独模电工程师们保持着独特的优越感,因为他们的工作不是普通的软件能够代替的。Ps,希望有人愿意分享下模电学习的经验,来用亲身经历说明:为什么模电工程师的工作不是电脑可以取代的

    本文的作者来自复旦微电子专业模拟芯片设计方向的研究生,到现在有五年多工作经验。这篇文章是他工作学习的一点心得体,和大家共享。

      我记得本科刚毕业时,由于本人打算研究传感器的,后来阴差阳错进了复旦逸夫楼专用集成电路与系统国家重点实验室做研究生.现在想来这个实验室名字大有深意,只是当时惘然.电路和系统,看上去是两个概念, 两个层次. 我同学有读电子学与信息系统方向研究生的,那时候知道他们是“系统”的, 而我们呢,是做模拟“电路”设计的,自然要偏向电路.而模拟芯片设计初学者对奇思淫巧的电路总是很崇拜,尤其是这个领域的最权威的杂志JSSC (IEEE Journal of solid state circuits), 以前非常喜欢看, 当时立志看完近二十年的文章,打通奇经八脉,总是憧憬啥时候咱也灌水一篇, 那时候国内在此杂志发的文章凤毛麟角, 就是在国外读博士,能够在上面发一篇也属优秀了.

     读研时,我导师是郑增钰教授,李联老师当时已经退休,逸夫楼邀请李老师每个礼拜过来指导.郑老师治学严谨,女中豪杰.李老师在模拟电路方面属于国内先驱人物,现在在很多公司被聘请为专家或顾问. 李老师在87年写的一本(运算放大器设计);即使现在看来也是经典之作.李老师和郑老师是同班同学,所以很要好,我自然相对于我同学能够幸运地得到李老师的指点.李老师和郑老师给我的培养方案是:先从运算放大器学起.所以我记得我刚开始从小电流源开始设计.那时候感觉设计就是靠仿真调整参数.但是我却永远记住了李老师语重心长的话:运放是基础,运放设计弄好了,其他的也就容易了.当时不大理解,我同学的课题都是AD/DA,锁相环等“高端”的东东,而李老师和郑老师却要我做“原始”的模块,我仅有的在(固体电子学) (国内的垃圾杂志)发过的一篇论文就是轨到轨(rail-to-rail)放大器. 做的过程中很郁闷,非常羡慕我同学的项目,但是感觉李老师和郑老师讲的总有他们道理,所以我就专门看JSSC运放方面的文章,基本上近20多年的全看了.当时以为很懂这个了,后来工作后才发现其实还没懂. 所谓懂,是要真正融会贯通,否则塞在脑袋里的知识再多,也是死的.但是运算放大器是模拟电路的基石,只有根基扎实方能枝繁叶茂,两位老师的良苦用心工作以后才明白.总的来说,在复旦,我感触最深的就是郑老师的严谨治学之风和李老师的这句话.

      硕士毕业,去找工作,当时有几个offer. 我师兄孙立平, 李老师的关门弟子,推荐我去新涛科技,他说里面有个常仲元,鲁汶天主教大学博士,很厉害.我听从师兄建议就去了.新涛当时已经被IDT以8500万美金收购了,成为国内第一家成功的芯片公司.面试我的是公司创始人之一的总经理Howard. C. Yang(杨崇和). Howard是Oregon State University 的博士,锁相环专家.面试时他当时要我画了一个两级放大器带Miller补偿的, 我很熟练.他说你面有个零点,我很奇怪,从没听过,云里雾里,后来才知道这个是Howard在国际上首先提出来的, 等效模型中有个电阻,他自己命名为杨氏电阻. 当时出于礼貌,不断点头.不过他们还是很满意,反正就这样进去了.我呢,面试的惟一的遗憾是没见到常仲元, 大概他出差了.

      进入新涛后,下了决心准备术业有专攻.因为本科和研究生时喜欢物理,数学和哲学,花了些精力在这些上面.工作后就得真刀真枪的干了.每天上班仿真之余和下班后,就狂看英文原版书.第一本就是现在流行的Razavi的那本书.读了三遍.感觉大有收获.那时候在新涛,初生牛犊不怕虎,应该来说,我还是做得很出色的,因此得到常总的赏识,被他评价为公司内最有potential的人.偶尔常总会过来指点一把,别人很羡慕.其实我就记住了常总有次聊天时给我讲的心得, 他大意是说做模拟电路设计有三个境界:第一是会手算,意思是说pensile-to-paper, 电路其实应该手算的,仿真只是证明手算的结果.第二是,算后要思考,把电路变成一个直观的东西. 第三就是创造电路. 我大体上按照这三部曲进行的.Razavi的那本书后面的习题我仔细算了.公司的项目中,我也力图首先以手算为主, 放大器的那些参数,都是首先计算再和仿真结果对比.久而久之,我手计算的能力大大提高,一些小信号分析计算,感觉非常顺手.这里讲一个小插曲,有一次在一个项目中,一个保护回路AC仿真总不稳定, 调来调去,总不行,这儿加电容,那儿加电阻,试了几下都不行,就找常总了.因为这个回路很大,所以感觉是瞎子摸象.常总一过来三下五除二就摆平了, 他仔细看了,然后就导出一个公式,找出了主极点和带宽表达式.通过这件事,我对常总佩服得五体投地, 同时也知道直观的威力.所以后来看书时,都会仔细推导书中的公式,然后再直观思考信号流, 不直观不罢手.一年多下来, 对放大器终于能够透彻理解了,感觉学通了, 通之后发现一通百通.最后总结:放大器有两个难点,一个是频率响应,一个是反馈.其实所谓电路直观,就是用从反馈的角度来思考电路.每次分析了一些书上或者JSSC上的“怪异”电路后,都会感叹:反馈呀,反馈!然后把分析的心得写在paper上面.

       学通一个领域后再学其他相关领域会有某种“加速”作用. 常总的方式是每次做一个新项目时,让下面人先研究研究.我在离开新涛前,做了一个锁相环. 我以前没做过,然后就把我同学的硕士论文,以及书和很多paper弄来研究,研究了一个半月,常总过来问我:锁相环的3dB带宽弄懂了吧? 我笑答:早就弄懂了.我强大的运放的频率响应知识用在锁相环上,小菜了.我这时已经去研究高深的相位噪声和jitter了.之后不久,一份30多页的英文研究报告发出来,常总大加赞赏!. 后来在COMMIT时,有个项目是修改一个RF Transceiver芯片, 使之从WCDMA到TD-SCDMA.里面有个基带模拟滤波器.我以前从没接触过滤波器,就花了两个月时间,看了三本英文原版书,第一本有900多页,和N多paper, 一下子对整个滤波器领域,开关电容的,GmC的,Active RC的都懂了.提出修改方案时, 由于我运放根基扎实,看文章时对于滤波器信号流很容易懂,所以很短时间就能一个人提出芯片电路原理分析和修改方案.最后报告写出来(也是我的又一个得意之作),送给TI. TI那边对这边一下子肃然起敬,Conference call时, 他们首先说这份报告是“Great job!”,我英文没听懂,Julian对我夸大拇指,说“他们对你评价很高呢”.后来去Dallas, TI那边对我们很尊敬, 我做报告时,很多人来听.总之,现在知道,凡事情,基础很重要,基础扎实学其他的很容易切入, 并且越学越快.

       我是02年 11月去的COMMIT,当时面试我的也是我现在公司老板Julian. Julian问我:你觉得SOC (system on chip)设计的环节在哪儿? 我说:应该是模拟电路吧,这个比较难一些.Julian说错了,是系统.我当时很不以为然, 觉得模拟电路工程师应该花精力在分析和设计电路上. Julian后来自己run了现在这公司On-Bright,把我也带来, 同时也从TI拉了两个,有一个是方博士.我呢,给Julian推荐了朱博士.这一两年,我和朱博士对方博士佩服得五体投地.方博士是TI华人里面的顶级高手, 做产品能力超强.On-Bright现在做电源芯片,我和朱博士做了近两年,知道了系统的重要性.芯片设计最终一定要走向系统, 这个是芯片设计的第四重境界.电路如同砖瓦,系统如同大厦.芯片设计工程师一定要从系统角度考虑问题,否则就是只见树木,不见森林.电源芯片中,放大器,比较器都是最最普通的, 其难点在于对系统的透彻理解.在On-Bright,我真正见识了做产品,从定义到设计,再到debug, 芯片测试和系统测试,最后到RTP (release to production). Julian把TI的先进产品开发流程和项目管理方式引入On-Bright,我和朱博士算是大开眼界,也知道了做产品的艰辛.

转载自:http://www.dianyuan.com/article/55254

延伸阅读

IC设计大体可以分为三个方向,RFIC,analog IC,digital IC,依此展开
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RFIC

要求:射频集成电路需要非常丰富的经验以及非常扎实的基础知识,不论是工艺还是电路理论都

要非常精通,才能设计出不错的芯片

就业面:RFIC一般包括LNAMIXERPLLPA等等模块,还需要了解inductor&&transformer等无

源器件,需要依靠EDA工具不多,由于涉及到的模块不多,因此工作量也不大,多半是依靠经验

和直觉,所以在企业中职位很少,对于一个较大的项目,一到两个RFIC工程师足矣

国内现状:RFIC属于稀缺人才,但是仅仅是对于优秀的RFIC工程师,国内可提供的职位较少,因

此对于出道的RFIC工程师,就业比较困难

国外现状:目前RFIC最核心的技术,都掌握在国外企业和国外著名专家和教授课题组中,比如伯

克利、UCLA、佐治亚理工大学、史丹福大学等等,能去这些大学的知名课题组,是不错的选择,

RFIC是个非常依靠经验的方向,所以有牛人带的话,会事半功倍。

选此方向建议:国内复旦、东南、清华可以考虑,其他学校请慎重,没有流片机会请慎重,能去

国外几大著名课题组,那么小弟恭喜你,中国未来的RFIC就靠您了。。。

列举几个国外著名课题组:

1Ali Niknejad,伯克利教授,2000年伯克利博士毕业,巨牛之人,小弟当初做变压器建模

时候,对他佩服得五体投地,国际上60GHz cmos transceiver研究方向领导者,国内最近也有

位开始研究这个方向,此人最近当上2013 IEEE Fellows,伯克利EECS主页上有新闻报道,40

就是fellow了,不简单啊(有个北大本科毕业的,在他手下读的博士,06年毕业,叫Li Gang

他的主页:http://www.eecs.berkeley.edu/Faculty/Homepages/niknejad.html

2Asad.A.AbidiUCLA教授,在JSSCISSCC上发表了N多个cmos transceiver,已经牛到不行了,

感觉像这样的牛人,他们只对自己研究的感兴趣,可能他研究出一个新的transceiver结构会非

兴奋,但是当上一个fellow或者颁个什么奖,估计还不如前者兴奋

3、还有几个大家都很熟悉的,他们的书大家都看过的,AllenP.R.GrayRazaviSansen等等
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模拟IC

要求:模拟集成电路需要大家有非常好的基础,对工艺也需要非常了解,这个其实和RFIC

较像,只不过没有RFIC频率高,模拟ICRFIC工作量要大一些,但是最主要的还是要有非常好

的基础和多年的经验,才做得比较顺手,才能做出高性能的模拟IC产品,不然模拟IC也不会被

称为是艺术了。

就业面:涉及到模拟IC的模块,主要有filterADCVGAPGARSSIband gapOP Amp等等

,由于模ICRFIC在基础和经验要求上的相似性,其就业面也比较窄,并且很多模块正在受

到数字IC的吞噬

国内现状:模拟IC也属于稀缺人才,但是仅仅是对于优秀的模拟IC工程师,目前国内一般般水

平的模拟IC设计师,一抓一大把,这里面的原因,一是国内微电子专业的扩招,现在有些专科

学校都开设微电子专业,这已经不是前几年宣传的那样,只有不到十家985高校开设了微电子

专业,中国教育部就是这样,喜欢一窝蜂搞死搞臭,二就是模拟IC太容易上手,你让一个本科

信息类的学生,只要给他软件平台和资料,在放大器都没搞清白的情况下,一个月之内就能

搞个像模像样的ADC或者VGA出来,但是性能如何,那就另说,你要具体问他里面原理,那

对是十万个不知道,大家要清楚,我们要的是高性能模拟IC产品,三就是企业和学生的普遍浮

躁,企业现在招人,什么ADC之内的已经的需要掌握的基本电路了,学生为了迎合企业招聘,

二年研究生就能把所有模拟模块做个遍,到头来其实什么也没得到,不排除你能找到一个工作

,但是想要长久立足,no不知道大家有没有看过复旦一个牛人写的模拟IC成长之路,大概就

是他研究是就把放大器学得还可以,最后毕设做了个rail to rail 放大器,后来工作的时候,他发

现吧放大器基础打牢固之后,其他模块都一通百通了,其实模拟

里面都是放大器,不同模块就是一个不同结构的问题,很容易熟悉,所以放大器是关键。

国外现状:目前对于高性能模拟IC,核心技术还是在国外几个大佬手上,比如ADIMaximTI

Linear TechNXP等等,随便拉一家出来,整个国内模拟IC都要低头,其实模拟IC的利润是很高

,大家可以去了解一下凌力尔特这家公司的盈利能力,但是前提是你设计出来的模拟IC是不

是高性能的,目前国内也能设计一些模拟IC的产品,

但是就是算价格低得像白菜,就算是国内的采购商都不敢买,更别说走向国际。因此模拟IC

一块并不能像做消费电子产品一样,提倡产品上市速度,这个得慢慢熬,慢慢修炼内功。

选此方向建议:国内工科top10都可以考虑,两电和华东师大也可以考虑,其他学校请慎重,

没有流片机会请慎重,国外课题组可以参考RFIC

PS目前模拟IC比较尴尬,貌似很少有单纯招模拟IC的了,有的是和RFIC合在一起,RFIC

程师顺带着做模拟模块,有的是和数字IC合在一起了,成为了数模混合IC设计,模拟方向正在

受到RFIC和数字IC两大方向的压缩,不过ADC&&DAC&&PLL还是不错的,前两者是模拟世界和

数字世界的接口,最后一个是transceiver的心脏,也在很多其他的地方会用到,国内复旦和清

华中的两篇ISSCC都是PLL
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数字IC

要求:有较好的数字电路基础和一定的模拟电路基础,有较强的编程能力,对EDA工具要有

好感,要熟悉基本的数字IC设计流程和各种EDA软件使用,熟悉接口、协议、算法、结构等等

就业面:毫无疑问,现在是数字的世界,数字IC在最近几年蓬勃发展,就业机会是上面两

者的好几倍,当然因为门槛低,会的人也多,但是总体来说,就业情况比较好,从鄙校最近

几年的就业情况看,数字IC大概每个人有两到三个offerMS

国内现状:国内数字IC的发展,相对于RFIC和模拟IC要好很多,有不少优秀的企业诞生,像

华为海思、展讯等等,都设计出了非常不错的数字芯片或者SOC解决方案,发展迅猛

国外现状:高科技数字核心芯片技术,还是在国外大佬手上,比如IntelARMTISamsung

等等,他们掌握了CPUGPUDSP等高端数字芯片的设计,并且引领了CMOS制程沿着摩尔定

律的发展,国内还无能力研发此内高端芯片

选此方向建议:国内工科top30都可以考虑

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