混合信號集成讓模擬設計人員進(jìn)入新角色

在過(guò)去的十年里，模擬設計人員和電源設計人員的角色一直在發(fā)生變化。最近，隨著(zhù)半導體集成水平越來(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，逐漸向上游發(fā)展，制造業(yè)也正在向中國轉移。仔細研究一下，發(fā)現這是一個(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計人員角色演變的過(guò)程。人們曾經(jīng)希望模擬設計人員(無(wú)論男女)成為精通一項不可思議的藝術(shù)的大師，他們的任務(wù)是實(shí)現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。他們的工作是驅動(dòng)模擬收音機和電視、示波器和X光機、雷達裝置和投彈瞄準器，從模擬信號的角度來(lái)看，大多數這些設備都與真實(shí)世界發(fā)生交互。最近，數字輸出的出現，極大地方便了與微控制器或DSP的交互，而這些器件則是數字設計人員涉及的領(lǐng)域。(請參見(jiàn)：An Early Experience with Mixed-Signal Design Disciplines。)

如今，情況發(fā)生了變化。當混合信號芯片廠(chǎng)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)都是面向特定應用的，它們包含整個(gè)信號鏈，從傳感器輸入以各種形式收集模擬數據，并將模擬數據變成電壓電平，到通過(guò)信號調節進(jìn)行數字化。輸出通常是針對芯片廠(chǎng)商的某種微控制器或DSP的輸入進(jìn)行預配置的。事實(shí)上，一般都會(huì )有完整的參考設計可供使用。終端產(chǎn)品廠(chǎng)商唯一要做的事情就是確定要實(shí)現哪些功能，價(jià)位多少，以及包裝電子器件的封裝設計。

芯片廠(chǎng)商的這種商業(yè)模式似乎在全球范圍內都比較普遍。而歐洲、日本和韓國是特例，這些地區的IC制造商都是大型的垂直集成型機構，新款芯片的主要客戶(hù)可能都是內部客戶(hù)，而北美芯片公司的客戶(hù)往往是中國廠(chǎng)商。

對于模擬設計工程師來(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，以前需要在工作臺上進(jìn)行的設計工作已經(jīng)不復存在了。所有我訪(fǎng)問(wèn)過(guò)的公司都認為，模擬設計領(lǐng)域的機會(huì )已經(jīng)轉移到了芯片公司，芯片公司的模擬工程師可以是該公司內部或者這個(gè)領(lǐng)域的混合信號芯片設計人員或者應用工程師。

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設計規則一代代地持續縮小推高了集成度，不過(guò)由于允許的工作輸入電壓隨著(zhù)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)域完善模擬芯片設計可能會(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)數字領(lǐng)域的技巧來(lái)緩解基本的噪聲問(wèn)題。

事實(shí)上，設計規則的縮減已經(jīng)成為混合信號集成的推動(dòng)因素之一。將信號調節放大器連接到ADC不再需要留給客戶(hù)工程師來(lái)做了：這些工程師并不是非常熟悉工藝技術(shù)以及在信號鏈各級實(shí)現的專(zhuān)有技術(shù)。芯片廠(chǎng)商如果不希望客戶(hù)抱怨他們的產(chǎn)品沒(méi)有在真實(shí)設計中達到其數據手冊中的特性，他們就必須將接口隱藏在芯片封裝內。即使是這樣，最終產(chǎn)品的性能也不可能由于客戶(hù)修改了由工廠(chǎng)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計和Gerber圖，并且找到大批現場(chǎng)應用工程師向客戶(hù)解釋?zhuān)瑸槭裁垂こ處焸兇_實(shí)不愿意用便宜的電容來(lái)給每個(gè)電路板節省半分錢(qián)的成本。

OEM還是ODM？

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

對于購買(mǎi)新型混合信號產(chǎn)品并將這些產(chǎn)品變成面向普通民眾和新興中產(chǎn)階段的消費類(lèi)產(chǎn)品的公司(OEM和ODM)而言，他們正面臨著(zhù)這樣的難題。

我們先來(lái)了解一下這些首字母縮略詞——OEM是原始設備制造商的縮寫(xiě)，而ODM是原始設計制造商的的縮寫(xiě)。我無(wú)法在網(wǎng)絡(luò )上找到一個(gè)我認同的明確解釋?zhuān)虼宋視?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，這是一種分級的局面：OEM為銷(xiāo)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，以多種未注冊的商標進(jìn)行銷(xiāo)售。

OEM這個(gè)名稱(chēng)是OEM概念在汽車(chē)業(yè)務(wù)中的延伸。福特(Ford)或豐田(Toyota)銷(xiāo)售給普通用戶(hù)的擋風(fēng)玻璃雨刮器電機可能就是外面的廠(chǎng)家按照福特或豐田的規格生產(chǎn)的。這種電機可能還需要進(jìn)行某種驗收之后才能進(jìn)入福特或豐田的“車(chē)廠(chǎng)到經(jīng)銷(xiāo)商”的供應鏈中。福特或豐田的品牌以及該電機來(lái)自汽車(chē)公司的零件部這一事實(shí)會(huì )給我們帶來(lái)信心，使得我們愿意接受這些產(chǎn)品高于從產(chǎn)品目錄中購買(mǎi)的具有同樣規格的產(chǎn)品的價(jià)格。

在電子產(chǎn)品由中國廠(chǎng)商(這些廠(chǎng)商可能已經(jīng)購得了以前比較出名的北美品牌的品牌權)生產(chǎn)的情況中，運行機制是相似的：以擁有品牌的公司的名義銷(xiāo)售的產(chǎn)品是無(wú)與倫比的，公司可能在十年或者更長(cháng)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，這類(lèi)公司往往面向的是海外市場(chǎng)。當海外市場(chǎng)像現在一樣不景氣的時(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產(chǎn)品生命周期。(我們應該每三年買(mǎi)一個(gè)新電視。)

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

此外還需要記住的是，他們沒(méi)有用信用卡的習慣，因此，雖然他們無(wú)法像西方消費者一樣消費那么多，但是他們幾乎不可能引起經(jīng)濟泡沫，如果像中國一樣，你一直接受的是嚴格的馬克思主義經(jīng)濟學(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計有足夠的功能支持具有各種價(jià)位(與實(shí)現的功能數成正比)的常規設計，如果可以通過(guò)多個(gè)國內品牌的不同配置來(lái)提供設計，并且ODM能以最低的非重復性工程(NRE)成本迅速將其導入生產(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(hù)對價(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)日本和中國空調市場(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需要的電機控制以及價(jià)格與安靜度之間的折衷。日本消費者愿意為噪聲比較小的空調支付更高的價(jià)格；而中國消費者只要求空調能致冷就行了。

除了經(jīng)濟因素之外，還有各種其它的文化考量。如果你所在國家的大部分地區都存在醫生和醫院嚴重短缺的狀況，那么資質(zhì)相對較低的醫生使用的比較便宜的醫療儀器將在整體醫療方面起到極大的作用。因此，你會(huì )發(fā)現ODM不僅生產(chǎn)便宜的筆記本電腦、空調和照相機，而且還生產(chǎn)基本的超聲波儀器。(請參見(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(chǎng)商應對高NRE費用，這種商業(yè)模式就不起作用。這是我們贊同半導體廠(chǎng)商應該專(zhuān)注于更有難度的模擬設計工作的另一個(gè)因素，而不是遵循舊的模式，開(kāi)發(fā)各種單獨的高性能IC，并“將這些IC一股腦兒扔給”終端產(chǎn)品設計人員。

缺乏導師

避免這種脫節同樣也是近代中國發(fā)展的一個(gè)側面。每當我與半導體公司的高級工程師談起未來(lái)的模擬設計人員將來(lái)自哪個(gè)群體時(shí)，他們總是告訴我，新大學(xué)畢業(yè)生至少需要高級設計人員指導五年之后才能真正充分發(fā)揮作用。

毫無(wú)疑問(wèn)，在中國的工程設計院校學(xué)習的年輕學(xué)生既聰明又勤奮，不過(guò)他們畢業(yè)之后，卻面臨著(zhù)嚴重缺少高級導師的問(wèn)題。據悉，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(zhù)年青的中國工程師一直在原地踏步。多個(gè)資源來(lái)源顯示，年青的中國工程師非常依賴(lài)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(chǎng)

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