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模擬集成電路設(shè)計(jì)能力的提升，需要和武學(xué)境界的升級一樣，只有在正確的方法之上，再加以漫長時(shí)日的勤學(xué)苦練，可能還同時(shí)需要自身天賦或者神奇際遇，才有可能逐步做到。下面，筆者就自身體驗(yàn)，做了一個總結(jié)，大體從初學(xué)者到有大成者，分成四個等級。之所以不愿意分成更細(xì)的等級，比如所謂九層境界等，就是讓每一級有明顯差異，使不同層次的設(shè)計(jì)師高下立判。

一：初級工程師，初窺門徑

在這個階段，工程師要建立基本知識體系，正確的工作方法，具有一定的技能，可以完成初步設(shè)計(jì)。這個階段是打基礎(chǔ)的階段，是從0到1的過程，工程師通常在這個階段非常興奮，因?yàn)橛X得自己已經(jīng)是模擬集成電路設(shè)計(jì)師了，能夠設(shè)計(jì)一些電路了。但是恰恰是因?yàn)檫^于激動才導(dǎo)致急功近利，不愿意在很多基礎(chǔ)領(lǐng)域做實(shí)做細(xì)，為未來繼續(xù)提升埋下了隱患。大部分所謂中級工程師覺得提升乏力，最后都發(fā)現(xiàn)是基礎(chǔ)沒打好，還是要退回到初級工程師階段繼續(xù)打好基礎(chǔ)，才能繼續(xù)進(jìn)步。因此也可以說，即便有些工程師能做一些具體電路設(shè)計(jì)，甚至做了幾年，也在這些模塊上有了一些所謂的經(jīng)驗(yàn)，但是實(shí)質(zhì)上他還是一個初級工程師。

1：知識

具有集成電路設(shè)計(jì)的基本知識，并且知道集成電路的物理實(shí)現(xiàn)。很多人對于后一部分知識極度欠缺，缺少從設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)的具體直觀感覺，也就是對于設(shè)計(jì)的物理基礎(chǔ)很薄弱。

● 模擬集成電路設(shè)計(jì)。

● 熟練掌握工藝文件細(xì)節(jié)，熟知各類器件的俯視圖/切面圖/工藝步驟，各類器件的差異，寄生參數(shù)的來源等 。

● 熟練理解并能改寫DRC/LVS 的rule文件。

● 可以自己生成PCELL或者自己根據(jù)定義從layer開始畫管子。

2：設(shè)計(jì)能力

正確的設(shè)計(jì)方法學(xué)就是需要從初級工程師開始建立。很多這個階段的工程師僅僅認(rèn)為自己的工作就是原理圖和仿真，這是極端片面的認(rèn)識，這也就是所謂的“spice monkey”的來源。這些工作僅僅是設(shè)計(jì)工作的一部分，甚至可以說都不是最重要的一部分，因?yàn)榉抡娌荒鼙ＷC一個電路工作，仿真工具可以有無數(shù)的手段去欺騙初級設(shè)計(jì)師。如果仿真都work就代表電路都work，那么就不存在不工作的電路了，因?yàn)檎l也不會把仿真不過的電路去流片。因此，正確的方法學(xué)是在自己理解的基礎(chǔ)之上去設(shè)計(jì)電路，不要做不知其所以然的工作。

● 行為模型設(shè)計(jì)一定要先行，因?yàn)檫@可以讓你清楚你到底要做什么，要實(shí)現(xiàn)什么目的，要達(dá)到什么指標(biāo)，只有數(shù)學(xué)清楚了，才能說具體物理實(shí)現(xiàn)不至于偏太遠(yuǎn)。這部分工作很多初級設(shè)計(jì)師不愿意去做，一是不會使用VA或者simulink之類的設(shè)計(jì)工具；二是很多剛開始設(shè)計(jì)的簡單電路都有所謂的參考設(shè)計(jì)，只要根據(jù)工藝調(diào)調(diào)管子參數(shù)即可。這就是典型的從一開始就讓自己做“spice monkey”的做法。初級工程師要為未來打好基礎(chǔ)，急功近利，投機(jī)取巧的做法也許可以讓你完成一些簡單的工作，但是也限制了未來的發(fā)展。更何況，行為模型還有另一個作用，那就是在更高層的仿真的時(shí)候，只有底層的行為模型才可以有效率地進(jìn)行仿真，否則服務(wù)器的硬件資源根本不夠讓所有電路都是在管子level進(jìn)行仿真。

● 熟悉先用紙筆進(jìn)行物理設(shè)計(jì)，這個設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確程度要可以做到八九不離十，電路性能/功能的主要問題都可以在這個階段進(jìn)行論證分析。事實(shí)上，所有關(guān)于電路的書，主要講的就是這個階段的能力提升。這是讓自己不做“spice monkey”的另一個重要環(huán)節(jié)。

● 熟悉主要設(shè)計(jì)的testbench及設(shè)定，顧名思義就是要全面，dc，ac，tran，noise，pss等等。這里需要強(qiáng)調(diào)的是，模擬電路核心需要觀察的信號是電流不是電壓（數(shù)字電路也許看看電壓多半就夠了）。大部分細(xì)節(jié)問題體現(xiàn)在電流里面。也就是說電壓是表象，分析解決問題靠電流效率更高。

● Layout能力，當(dāng)然這里面也包括了DRC/LVS/后仿。這和前面提到的行為模型設(shè)計(jì)一樣，是初級工程師極度排斥的一項(xiàng)工作，但是恰恰是模擬集成電路工程師的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)。如果layout只是一項(xiàng)簡單labor的工作，那就不會存在不同的layout會影響最終實(shí)現(xiàn)的性能差異這類事情的發(fā)生了。另一個初級工程師的誤區(qū)就是，layout工程師畫版圖的能力比我強(qiáng)，他肯定應(yīng)該能實(shí)現(xiàn)更好的版圖。版圖工程師只是在熟練程度上好一些，但是多半沒有對于電路的分析能力（這里不是說經(jīng)驗(yàn)），否則版圖工程師為什么不去做所謂的“設(shè)計(jì)”？！如果說原理圖設(shè)計(jì)是第一次設(shè)計(jì)的話，那么版圖設(shè)計(jì)就是第二次設(shè)計(jì)，哪個設(shè)計(jì)不好都會影響電路的性能。更何況好的版圖就是藝術(shù)，更好地體現(xiàn)出設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)美感，通常不好看的設(shè)計(jì)，性能也不夠理想。因此，設(shè)計(jì)師需要有極好的版圖設(shè)計(jì)能力，有了這個能力，至于說是自己畫版圖，還是指導(dǎo)版圖設(shè)計(jì)師來畫版圖，那是工作分工的問題；這和自己不會畫，讓別人來畫是兩回事。筆者的感受是，如果是一個好的設(shè)計(jì)師，到最后可能都不能容忍別人來畫他的電路的版圖，因?yàn)椴徽搫e人怎么畫，都不一定能實(shí)現(xiàn)他的訴求；或者當(dāng)他有時(shí)間把所有訴求和版圖工程師都說明白了，自己也畫完了。

● 熟悉一些和可靠性，成品率有關(guān)的知識，并在設(shè)計(jì)中加以考慮，如ESD，天線效應(yīng)，EM等。

● 可以按照一定的流程規(guī)范進(jìn)行工作。從symbol，原理圖，testbench，layout可以體現(xiàn)出整潔和美感，形成自己的風(fēng)格或者公司要求的風(fēng)格。設(shè)計(jì)文檔可以做到充分，清楚；原理圖的注釋可以做到簡單，明了等。

3：測試，分析/解決問題

初級工程師的另一大誤區(qū)就是認(rèn)為流片是自己工作的終點(diǎn)，實(shí)際上這僅僅是工作的一半，我們需要讓工作形成閉環(huán)，從設(shè)計(jì)到驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)問題后再改進(jìn)設(shè)計(jì)，螺旋式上升。

● 有意識的在設(shè)計(jì)中加一些測試結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)師在這個階段所加的測試結(jié)構(gòu)通常效率不是太高，不講究優(yōu)化，不是加的太多就是覆蓋性不夠。通常是所加的結(jié)構(gòu)的測試方式和testbench差不多。不過影響不大，但是需要開始建立這方面的意識。

● 分析問題，需要具有一定的直接分析問題的手段。初級工程師通常只能依賴自己的測試結(jié)構(gòu)的直接觀察才能確定問題所在，如果沒有測試結(jié)構(gòu)就手足無措。對于觀察到的問題，都只有簡單的問題，且通常是已經(jīng)很嚴(yán)重且很明顯的程度，才擁有一定的直接分析能力；然而，對于有關(guān)性能的問題，分析能力則遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

● 解決問題，也是通常對于簡單的問題，可以提出一些改版方案。

二：中級工程師，登堂入室

在初級階段把各方面的基礎(chǔ)都打好，再加以更全面的學(xué)習(xí)，同時(shí)有了舉一反三的能力，假以時(shí)日，就可以在中級工程師的道路上成長了?？陀^地講，99%的模擬IC工程師窮其一生，也只是在中級的道路上走得或遠(yuǎn)或近而已。一方面在這個階段的學(xué)習(xí)，本身就是很大的工作量，即便有舉一反三的能力，所需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容也還是很多，而且需要帶著問題反復(fù)學(xué)習(xí)；另一方面，要突破中級需要很多電路以外的知識，需要更高更廣的視野，這也是很多所謂的“專業(yè)”人士不愿意自我突破的地方。筆者對很多人說的所謂“專業(yè)“報(bào)以鄙視的態(tài)度，這多半是”狹隘“的另一種說法而已。

1：知識

全面掌握和電路設(shè)計(jì)有關(guān)各方面的知識。

● 半導(dǎo)體器件，材料，工藝。如果說初級工程師僅僅知道管子的幾種工作模式及IV表達(dá)式就可以進(jìn)行設(shè)計(jì)，那么中級工程師必須要知道更底層的機(jī)理才有可能進(jìn)行更合理的設(shè)計(jì)；如果說初級工程師就分析到電流這個層面基本就夠了，那么中級工程師需要有能力分析到電子的層面上。更何況，新材料/新器件也會不斷在新的工藝中實(shí)現(xiàn)，所以為了可以隨時(shí)掌握和使用先進(jìn)技術(shù)，也需要對于物理有更深的理解。

● 模擬集成電路設(shè)計(jì)。這需要一直學(xué)習(xí)。

● 電路分析。其實(shí)我們在模擬集成電路分析中用到的知識和方法，大部分來自大學(xué)階段學(xué)習(xí)的電路分析，把電路分析的普遍知識應(yīng)用到集成電路這一具體領(lǐng)域而已。因此，把更底層的且有直接聯(lián)系的知識熟練掌握，對于上層應(yīng)用有很多好處。

● 數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)。一方面和模擬集成電路設(shè)計(jì)太近了，必須要懂；另一方面，通常的芯片都是mixed-signal或者SOC，為了和數(shù)字工程師更好地在一起工作，也需要在知識上有交集，這樣才好分工協(xié)作。

● 信號與系統(tǒng)。麻雀雖小五臟俱全，再小的一顆芯片，也是一個系統(tǒng)；更何況任何一顆芯片也是要用于更大的系統(tǒng)之中。所以，從信號與系統(tǒng)的角度去看一個具體模塊的設(shè)計(jì)，通常會更宏觀。

● 電磁學(xué)，微波電路等。很相關(guān)，特別是做射頻的時(shí)候，也需要一直學(xué)習(xí)。

● 電路方面的論文/專利。嚴(yán)格來講，這不是知識，是學(xué)習(xí)方法。很多論文/專利有很精巧的設(shè)計(jì)，可以說是奇技淫巧，需要利用我們上面提到的知識，仔細(xì)分析加深理解。也就是說不需要死記硬背一個具體設(shè)計(jì)，需要理解里面的設(shè)計(jì)思路，方便以后靈活應(yīng)用。

2：設(shè)計(jì)能力

中級模擬集成電路設(shè)計(jì)師需要具有設(shè)計(jì)各種電路的能力，盡管有些電路可能沒有直接的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，但是可以根據(jù)自己的知識和方法很快找出設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)，并且找到合理的結(jié)構(gòu)加以設(shè)計(jì)。這個階段和初級工程師比，設(shè)計(jì)動態(tài)范圍明顯更大，比如能設(shè)計(jì)電路種類多了，會考慮更多的細(xì)節(jié)了，且參與更廣泛的設(shè)計(jì)工作等。

● 各種常用模擬電路的設(shè)計(jì)。通常模擬電路按照功能和性能，分為基帶，射頻，電源管理等三大類。最通常的一個誤解就是，所謂“專業(yè)”就是設(shè)計(jì)某種電路，這樣理解的專業(yè)太狹隘。其實(shí)電路設(shè)計(jì)的基本思路是一致的，只是根據(jù)具體設(shè)計(jì)需要做trade-off的折中點(diǎn)不同而已。在這三類電路中，對于性能要求較低的是電源管理，它關(guān)注的重點(diǎn)是效率，當(dāng)然次之就是在動態(tài)負(fù)載情況下的時(shí)間響應(yīng)。因此它重點(diǎn)關(guān)注工藝，器件，大電流通路上的layout，及各種條件下的環(huán)路穩(wěn)定性和時(shí)間響應(yīng)?；鶐щ娐返闹攸c(diǎn)就是一定的功耗/面積情況下，優(yōu)化信噪比，非線性，速度，等指標(biāo)。因此需要對于各類電路、各類結(jié)構(gòu)的非理想因素的來源非常清楚，知道如何在速度，精度，功耗，面積之間做折中。射頻電路對于高頻信號的波形的對稱性和噪聲要求極高，所以從原理圖到版圖，需要對mismatch，寄生參數(shù)（包括LCR），噪聲都非常清楚。說到版圖，好的射頻電路的設(shè)計(jì)如果對于寄生參數(shù)和對稱性要求特別高，這部分電路最好不要用PCELL進(jìn)行l(wèi)ayout，自己還是根據(jù)物理意義對于每個管子一層一層地畫比較好。

● 建模的工作。初級工程師只是對于單一模塊進(jìn)行簡單地建模，中級工程師可以做到下可以給器件建模，上可以給系統(tǒng)建模。給器件建模，一個很好的例子就是管子的BSIM模型，這是需要學(xué)習(xí)的。如果自己設(shè)計(jì)一個新的器件，不論是二極管，還是在芯片上用金屬走線畫一個環(huán)形電感（比如某些射頻電路中需要用到的電感，這里面的Q值損耗不僅來自于金屬電阻，還有在外延片和空間磁場的損耗），是不是也可以建立盡量真實(shí)的模型呢？不要以為模型應(yīng)該是代工廠來提供，有些先進(jìn)工藝或者自己獨(dú)特的設(shè)計(jì)，代工廠提供不了幫助；即便代工廠提供一些支持，自己也要理解代工廠的模型和我們實(shí)際關(guān)注的重點(diǎn)是不是相符。因?yàn)橐粋€模型都是在一定條件下的近似，不會在各種條件下都是吻合的，所以需要明白適用范圍。

● 參與系統(tǒng)和頂層設(shè)計(jì)工作。模擬模塊盡管很重要，但也是一個系統(tǒng)的一部分。通常一個系統(tǒng)的前后兩端是模擬模塊，中間的處理，整個系統(tǒng)的控制，還有端口，大部分都是數(shù)字設(shè)計(jì)。盡管這個階段的模擬集成電路設(shè)計(jì)師覺得模擬設(shè)計(jì)的好壞對于系統(tǒng)設(shè)計(jì)至關(guān)重要，但也要有開放心態(tài)，和系統(tǒng)工程師一起對于整個系統(tǒng)進(jìn)行建模，分析各個子模塊的指標(biāo)折中點(diǎn)，論證最合理的設(shè)計(jì)方案。

● 整體布局和規(guī)劃的能力。從設(shè)計(jì)，版圖，到頂層仿真，中級設(shè)計(jì)師要不斷要求自己從一個具體小模塊的設(shè)計(jì)師沿著設(shè)計(jì)hierarchy 往上層走，不斷要求自己具有更高更廣的視野。

● 能夠?qū)懻麄€設(shè)計(jì)文檔，指導(dǎo)應(yīng)用工程師做應(yīng)用開發(fā)，甚至幫助市場部門做一些技術(shù)支持。

3：測試，分析/解決問題

中級工程師對于設(shè)計(jì)閉環(huán)的理念已經(jīng)融入到日常的工作實(shí)踐中了，同時(shí)也有了很好的風(fēng)險(xiǎn)控制的設(shè)計(jì)思想和“未慮勝先慮敗”的思想。

● DFT的設(shè)計(jì)，已經(jīng)可以兼顧效率和全面的要求。

● 測試和分析方式，有直接的，有間接的。特別是對于突發(fā)問題，沒有測試結(jié)構(gòu)的問題，不能做FIB直接觀察的問題，需要原位進(jìn)行測量的問題，都可以靈活運(yùn)用合適的直接和間接測量方式，并進(jìn)行問題分析。

● 對于問題的解決方式也更靈活，不僅可以用改版的方式，也可以在系統(tǒng)端、應(yīng)用端想到一些更高效的解決方式。

三：高級工程師，爐火純青，摘葉飛花

這個階段的工程師已經(jīng)在各方面都有相當(dāng)?shù)脑煸?，電路設(shè)計(jì)僅僅是實(shí)現(xiàn)目的的一個手段，但絕不是唯一手段，甚至都不一定是最重要的手段。高級工程師已經(jīng)可以做到“草木竹石，皆可為劍；摘葉飛花，皆可傷人”的程度。

1：知識

不僅是電子學(xué)方面的知識，創(chuàng)造出電子學(xué)的各類基礎(chǔ)學(xué)科，和以電子學(xué)為基礎(chǔ)的各類學(xué)科，高級工程師都很擅長。

● 高等數(shù)學(xué)若不好，別的也都學(xué)不好。

● 概率論，數(shù)理統(tǒng)計(jì)，隨機(jī)過程，至少對于我們分析各類噪聲有幫助。

● 線性代數(shù)，對于我們描述一個復(fù)雜的系統(tǒng)有幫助。

● 邏輯學(xué)，對于分析各類問題都有幫助。

● 物理學(xué)，力，熱，光，電，在模擬IC設(shè)計(jì)中，特別是在傳感器設(shè)計(jì)中都會用到相關(guān)知識。光，電，就不說了；力學(xué)在做芯片的應(yīng)力分析時(shí)候需要用到；熱學(xué)在做芯片的熱分析的時(shí)候需要用到。

● 材料學(xué)，半導(dǎo)體材料科學(xué)。

● 量子力學(xué)，在材料學(xué)中和一些探測機(jī)理研究中需要用到。

● 各類電子學(xué)知識。

● 信號與系統(tǒng)，各類信號變換方式，各種系統(tǒng)的描述方式。

● 通信，調(diào)制/解調(diào)，無線通信，激光通信。

● 信息論，讓我們知道我們能力上限。

● 編碼學(xué)，信息論的一個具體應(yīng)用。

● 控制論，基本上任何系統(tǒng)都需要在控制論下進(jìn)行分析，可觀察性，可控制性，魯棒性等。

● 圖像處理。

● 人工智能，從SVM到CNN。

● ……

2：設(shè)計(jì)能力

由于高級設(shè)計(jì)師在知識端有了更深更廣的儲備，所以對于問題的理解也會更深更廣，而且可以從多個角度去理解同一個問題，進(jìn)行交叉驗(yàn)證。

● 更多地參與頂層，全局的設(shè)計(jì)。

● 更多地參與各個模塊的指標(biāo)制定和方案的選取。

● 更多地參與和應(yīng)用部門，和客戶的論證工作。

3：測試，分析/解決問題

這個層面的工程師，手段相當(dāng)豐富，可以到不論誰設(shè)計(jì)的電路，出現(xiàn)什么問題的電路，都有辦法進(jìn)行測試，分析和解決的程度。

四：頂級設(shè)計(jì)師，隨心所欲，無劍勝有劍

這個層面的設(shè)計(jì)師已經(jīng)無所謂是什么專業(yè)的設(shè)計(jì)師了，他在各個方面的知識都有很深的造詣，用什么樣的手段去解決問題，都無所謂了，但是一定會對問題給出最優(yōu)解。這類人可以用第一性原理去看待，分析和解決問題，往往可以給出超過一般人認(rèn)知的劃時(shí)代的方法。