混合信号集成让模拟设计人员进入新角色

2011年09月21日16:27:41 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

在过去的十年里，模拟设计人员和电源设计人员的角色一直在发生变化。较近，随着半导体集成水平越来越高以及产品制造领域的全球性变化，这种角色变化的趋势进一步加剧。概括地讲，集成正在从处理器延伸到各种模拟外设，逐渐向上游发展，制造业也正在向中国转移。仔细研究一下，发现这是一个非常有意思，且具有启发性的故事。

新角色

我们首先回顾一下模拟设计人员角色演变的过程。人们曾经希望模拟设计人员(无论男女)成为精通一项不可思议的艺术的大师，他们的任务是实现或多或少的各种单功能器件之间的互连。很久以前，他们处理的器件从无源器件和电子管，然后是晶体管、运算放大器和比较器，发展到简单的定时IC、PLL、ADC和DAC等。他们的工作是驱动模拟收音机和电视、示波器和X光机、雷达装置和投弹瞄准器，从模拟信号的角度来看，大多数这些设备都与真实世界发生交互。较近，数字输出的出现，极大地方便了与微控制器或DSP的交互，而这些器件则是数字设计人员涉及的领域。(请参见：An Early Experience with Mixed-Signal Design Disciplines。)

如今，情况发生了变化。当混合信号芯片厂商发布新产品时，许多新产品(可能是其中的大部分器件)都是面向特定应用的，它们包含整个信号链，从传感器输入以各种形式收集模拟数据，并将模拟数据变成电压电平，到通过信号调节进行数字化。输出通常是针对芯片厂商的某种微控制器或DSP的输入进行预配置的。事实上，一般都会有完整的参考设计可供使用。终端产品厂商唯一要做的事情就是确定要实现哪些功能，价位多少，以及包装电子器件的封装设计。

芯片厂商的这种商业模式似乎在全球范围内都比较普遍。而欧洲、日本和韩国是特例，这些地区的IC制造商都是大型的垂直集成型机构，新款芯片的主要客户可能都是内部客户，而北美芯片公司的客户往往是中国厂商。

对于模拟设计工程师来说，产品集成的这种变化已经改变了他们的职业前景。除了从事工业控制领域工作的工程师以及军事航空和电信公司的工程师之外，以前需要在工作台上进行的设计工作已经不复存在了。所有我访问过的公司都认为，模拟设计领域的机会已经转移到了芯片公司，芯片公司的模拟工程师可以是该公司内部或者这个领域的混合信号芯片设计人员或者应用工程师。

促进改革的推动力

事情发展到这种局面经历了一些过程。显然，IC设计规则一代代地持续缩小推高了集成度，不过由于允许的工作输入电压随着物理尺寸的缩小而降低，也同样带来了各种难题。

仅仅从模拟领域完善模拟芯片设计可能会使芯片生产工艺停留在0.35微米时代。从那时起就已经有必要通过数字领域的技巧来缓解基本的噪声问题。

事实上，设计规则的缩减已经成为混合信号集成的推动因素之一。将信号调节放大器连接到ADC不再需要留给客户工程师来做了：这些工程师并不是非常熟悉工艺技术以及在信号链各级实现的专有技术。芯片厂商如果不希望客户抱怨他们的产品没有在真实设计中达到其数据手册中的特性，他们就必须将接口隐藏在芯片封装内。即使是这样，较终产品的性能也不可能由于客户修改了由工厂开发的布局而得到提升。因此，我们找到了完整的参考设计和Gerber图，并且找到大批现场应用工程师向客户解释，为什么工程师们确实不愿意用便宜的电容来给每个电路板节省半分钱的成本。

OEM还是ODM？

削减材料成本往往会将一个设计置于死地，这种观念为过渡到高集成度混合信号IC产品提供了主要依据。

对于购买新型混合信号产品并将这些产品变成面向普通民众和新兴中产阶段的消费类产品的公司(OEM和ODM)而言，他们正面临着这样的难题。

我们先来了解一下这些首字母缩略词——OEM是原始设备制造商的缩写，而ODM是原始设计制造商的的缩写。我无法在网络上找到一个我认同的明确解释，因此我会提出一个与我在芯片业务中获悉的说法相一致的定义。

概括地讲，这是一种分级的局面：OEM为销售品牌产品的公司生产有品牌的产品。ODM则生产组件，可能有多家公司会在这些组件上加上GUI，并用外壳进行封装后，以多种未注册的商标进行销售。

OEM这个名称是OEM概念在汽车业务中的延伸。福特(Ford)或丰田(Toyota)销售给普通用户的挡风玻璃雨刮器电机可能就是外面的厂家按照福特或丰田的规格生产的。这种电机可能还需要进行某种验收之后才能进入福特或丰田的“车厂到经销商”的供应链中。福特或丰田的品牌以及该电机来自汽车公司的零件部这一事实会给我们带来信心，使得我们愿意接受这些产品高于从产品目录中购买的具有同样规格的产品的价格。

在电子产品由中国厂商(这些厂商可能已经购得了以前比较出名的北美品牌的品牌权)生产的情况中，运行机制是相似的：以拥有品牌的公司的名义销售的产品是无与伦比的，公司可能在十年或者更长的时间都一直在致力于通过优异的性能、过硬的质量和顾客支持，为其品牌建立声誉。

在中国，这类公司往往面向的是海外市场。当海外市场像现在一样不景气的时候，情况就不是很妙，这样，它就无法支持通常较短的消费产品生命周期。(我们应该每三年买一个新电视。)

同时，中国中产阶段群体的规模在与日俱增；这个群体的人群可能要比全球任何地区中产阶段的人都要多，这些普通百姓一般都没有采用一流的消费产品，因此他们现在有了强烈的购买欲望。

此外还需要记住的是，他们没有用信用卡的习惯，因此，虽然他们无法像西方消费者一样消费那么多，但是他们几乎不可能引起经济泡沫，如果像中国一样，你一直接受的是严格的马克思主义经济学的熏陶，这可能是一件好事。

这就是OEM所面临的局面。如果芯片公司的参考设计有足够的功能支持具有各种价位(与实现的功能数成正比)的常规设计，如果可以通过多个国内品牌的不同配置来提供设计，并且ODM能以较低的非重复性工程(NRE)成本迅速将其导入生产阶段，那么这种产品就是一个成功的产品。

也可以这样说，如果产品能够支持终端用户对价格和性能的期望，那么这种产品就是一个成功的产品。例如，很久以前，我曾经写过一篇有关日本和中国空调市场的文章(网址为http://electronicdesign.com/article/power/air-conditioner-chip-set-is-way-cool12211.aspx)。议题是不同的压缩机需要的电机控制以及价格与安静度之间的折衷。日本消费者愿意为噪声比较小的空调支付更高的价格；而中国消费者只要求空调能致冷就行了。

除了经济因素之外，还有各种其它的文化考量。如果你所在国家的大部分地区都存在医生和医院严重短缺的状况，那么资质相对较低的医生使用的比较便宜的医疗仪器将在整体医疗方面起到极大的作用。因此，你会发现ODM不仅生产便宜的笔记本电脑、空调和照相机，而且还生产基本的超声波仪器。(请参见：An Early Experience with Mixed-Signal Design Disciplines，网址为http://electronicdesign.com/article/analog-and-mixed-signal/New-Technology-Treats-Medical-Needs-In-Developing-Countries.aspx。)

如果OEM或ODM的商业模式需要厂商应对高NRE费用，这种商业模式就不起作用。这是我们赞同半导体厂商应该专注于更有难度的模拟设计工作的另一个因素，而不是遵循旧的模式，开发各种单独的高性能IC，并“将这些IC一股脑儿扔给”终端产品设计人员。

缺乏导师

避免这种脱节同样也是近代中国发展的一个侧面。每当我与半导体公司的高级工程师谈起未来的模拟设计人员将来自哪个群体时，他们总是告诉我，新大学毕业生至少需要高级设计人员指导五年之后才能真正充分发挥作用。

毫无疑问，在中国的工程设计院校学习的年轻学生既聪明又勤奋，不过他们毕业之后，却面临着严重缺少高级导师的问题。据悉，由于已在海外工作几十年的退休工程师回到工作岗位，这个问题在一定程度上有所缓解，不过只有等到更多的应届毕业生度过他们的成熟期之后，这个问题才会得到彻底解决。

这并不意味着年青的中国工程师一直在原地踏步。多个资源来源显示，年青的中国工程师非常依赖他们自己的社交媒体，从而在技术问题上寻求相互支持。

影响延伸到无晶圆厂

到此为止，本文讨论的范围已经涉及到了传统的半导体公司及其客户，但是向高混合信号集成度发展以及通过参考设计提供完整的产品化的趋势也延伸到了无晶圆厂新创公司。这里举一个例子，我以前写过一篇有关Samplify公司的文章，该公司从一家IP供应商发展成一家ADC供应商，较后发展成便携式超声波设备的完整产品设计提供商(网址为http://electronicdesign.com/article/analog-and-mixed-signal/The-Mind-Of-An-Entrepreneur.aspx)。

Samplify公司实现这一飞跃的途径是面向ODM进行优化，不过这不是无晶圆厂公司唯一可行的办法。苏格兰公司Wolfson Microelectronics表示，它正在寻求将其编解码器用在大公司的参考设计板的机会，从而能将他们的产品卖给OEM。

中国以外的地区

由于远东地区消费类产品的产量极具影响力，因此在讨论这种趋势时，很难不去详细讨论远东地区。不过更高集成度和预先优化的设计也开始在西方工业控制市场出现。

根据定义，工业控制是专注于特定产业的区域性领域，与消费类产品相比，工业控制领域的任何一种项目需要的IC数都非常少。尽管如此，总的来讲，工业控制领域对于分销商而言也是一笔大业务。这里的问题在于，随着半导体公司不断招收越来越多的应届大学毕业生，并将他们派上芯片设计工程师和应用工程师的工作岗位，从事工业控制开发工作的新模拟设计工程师(无论是大公司还是小设计公司)就存在一定的短缺。与此同时，高级设计工程师日渐年长，纷纷退休，一方面在经验上造成损失，另一方面加剧了供应减少的局势。

认识到这一点之后，一些半导体公司开始改革。美国国家半导体公司(NSC)就是一个很好的例子。被德州仪器(TI)收购后，NSC一定会起死回生的其中一个因素就是其WEBENCH在线设计工具组合产品。

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