分析2304份有效調(diào)查問卷發(fā)現(xiàn)，工程師認(rèn)為最具挑戰(zhàn)性的設(shè)計前五位分別為EMI/EMC設(shè)計、射頻設(shè)計、低噪聲電路設(shè)計、信號處理和電源管理，分別占到受訪工程師總數(shù)的42%、33%、30%、27%和24%，而EMI/EMC設(shè)計、射頻設(shè)計、低噪聲電路設(shè)計和電源管理都直接關(guān)系到模擬電路設(shè)計。模擬電路設(shè)計成為中國電子設(shè)計工程師面臨的最大設(shè)計挑戰(zhàn)。

模擬電路設(shè)計挑戰(zhàn)分析

“模擬電路設(shè)計更像一門藝術(shù)而不是一門科學(xué)?！边@是業(yè)界對模擬設(shè)計特點的高度總結(jié)，而藝術(shù)的東西是需要時間去沉淀的，本次參加調(diào)查的所有回復(fù)者中，工作經(jīng)驗在5年以下的占55%，缺乏設(shè)計經(jīng)驗，尤其是對實踐性很強的模擬電路設(shè)計經(jīng)驗的缺乏是這些工程師的普遍問題。此外，眾多的半導(dǎo)體廠商不斷推出集成各種新功能和新特性的器件，了解并掌握這些器件對于提高工程師解決問題的能力十分重要，而這本身對于設(shè)計工程師來說具有一定的挑戰(zhàn)性。另一方面，如何適應(yīng)電子產(chǎn)品更新?lián)Q代對設(shè)計工程師設(shè)計知識和經(jīng)驗帶來的更新需求，是所有硬件設(shè)計工程師都必須面對的問題。

1． 射頻設(shè)計的多種挑戰(zhàn)因素

射頻設(shè)計挑戰(zhàn)在通信行業(yè)更普遍存在，46%以上的通信設(shè)計工程師認(rèn)為射頻設(shè)計是最大的技術(shù)挑戰(zhàn)之一。在通信產(chǎn)品設(shè)計中，射頻問題比較多的表現(xiàn)在射頻干擾、天線匹配、接收靈敏度、天線耦合靈敏度、器件參數(shù)一致性等問題，解決這些問題需要具有豐富的設(shè)計經(jīng)驗、驗證測試工具和方法。

隨著3C融合趨勢的不斷發(fā)展，越來越多的消費電子產(chǎn)品需要采用射頻電路，這給很少接觸射頻的消費電子工程師帶來極大的挑戰(zhàn)。長虹數(shù)字平面顯示公司一位工程師就遇到這個問題，在該公司的一款采用802.11無線傳輸音視頻信號的產(chǎn)品中，如何解決射頻信號帶來的穩(wěn)定性、EMI和噪聲問題十分棘手。海信公司一位數(shù)字電視機頂盒設(shè)計師表示，如何選擇滿足國內(nèi)有線網(wǎng)絡(luò)特點的高頻頭，提高高頻頭輸出后端電路靈敏度是設(shè)計中非常具有挑戰(zhàn)性的問題。

射頻元器件本身對射頻電路設(shè)計也帶來極大的挑戰(zhàn)。重慶信威通信公司的一位工程師指出，由于元器件參數(shù)的不一致性導(dǎo)致產(chǎn)品射頻接收電路的實際性能與電路設(shè)計通常有一定的差異，這種問題在設(shè)計中很難控制，只能在產(chǎn)品調(diào)試中發(fā)現(xiàn)并在后期解決。這種問題在射頻設(shè)計中很普遍，如手機天線開關(guān)與放大器之間的匹配、天線耦合靈敏度、射頻模塊本身的質(zhì)量問題等。

缺乏必要的測試設(shè)備和方法是工程師在射頻設(shè)計中普遍存在的問題。某知名分銷商的一位高級工程師表示，通常設(shè)計中的仿真分析與實際的結(jié)果存在較大的差距，然而客戶常常缺乏必要的測試設(shè)備，產(chǎn)品中出現(xiàn)因為射頻設(shè)計帶來的問題時很難通過有效的方式解決，而經(jīng)驗和試驗通常成為唯一的解決辦法。

2． 低噪聲、電磁兼容設(shè)計：缺乏經(jīng)驗是最大的挑戰(zhàn)

低噪聲設(shè)計挑戰(zhàn)更多地出現(xiàn)在一些小信號處理應(yīng)用中，如傳感應(yīng)用、小信號測試、信號采集以及高端音頻系統(tǒng)等。噪聲源通常來自電源/地波動、數(shù)字信號的高頻分量干擾、同步開關(guān)噪聲、信號線與電源及地之間交互影響以及器件本身的熱噪聲。

電磁兼容和低噪聲設(shè)計需要綜合考慮器件本身的性能、寄生參數(shù)、產(chǎn)品的性能要求、成本以及系統(tǒng)設(shè)計中的每一個功能模塊，通過布局布線優(yōu)化、增加去耦電容、磁珠、磁環(huán)、屏蔽、PCB諧振抑制等措施來確保EMI在控制范圍內(nèi)，需要工程師具有良好的理論基礎(chǔ)并具有豐富的實踐經(jīng)驗，認(rèn)真處理設(shè)計中的每個細(xì)節(jié)。然而，這些素養(yǎng)是很多電子設(shè)計工程師所不具備的，必須在不斷的工程實踐中培養(yǎng)和積累。

另外，成本因素對電磁兼容和低噪聲設(shè)計帶來極大的壓力。華為的一位工程師表示，考慮到成本的因素， PCB的層數(shù)需要盡可能少，因此可能沒有完整的地層，這對克服EMI和信號噪聲帶來很大的挑戰(zhàn)性。而為了提高EMC，須要采用像濾波器、磁珠和磁環(huán)這些額外器件，對產(chǎn)品成本帶來極大的壓力。如何以最低的材料成本滿足EMC要求對工程師的設(shè)計能力提出了極高的要求。

電子產(chǎn)品需要通過3C、CE、FCC和VCCI等認(rèn)證，電磁兼容性已經(jīng)成為硬件設(shè)計工程師必需考慮的問題。通標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)有限公司一位實驗室經(jīng)理向本刊透露，由于工程師普遍缺乏EMC的設(shè)計經(jīng)驗，幾乎所有產(chǎn)品都必須進(jìn)行多次設(shè)計整改才能通過認(rèn)證測試，通常DVD產(chǎn)品的3C認(rèn)證通過率僅為20%左右，彩電通過率在50%左右。

3． 電源管理挑戰(zhàn)

工程師對電源設(shè)計知識和電源元器件缺乏了解是產(chǎn)生電源管理挑戰(zhàn)的主要原因之一。TI的一位高級應(yīng)用工程師指出，很多設(shè)計工程師對電源解決方案和電源技術(shù)缺乏了解，不能清楚了解電源產(chǎn)品架構(gòu)的優(yōu)缺點、特性差異，他們更多的是從價格來區(qū)分產(chǎn)品。

半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展對管理帶來不斷的變革。當(dāng)前處理器、CPU在不同工作狀態(tài)和頻率下，一般有至少有兩個不同的工作電壓需求；另外，一些先進(jìn)的電源解決方案增加了很多新的特性，如利用串行接口或片上EEPROM的可編程特性等。這些新的功能特性對于習(xí)慣于傳統(tǒng)電源設(shè)計的工程師來說，在接受這些產(chǎn)品架構(gòu)特點和設(shè)計方法上有一定挑戰(zhàn)性。

產(chǎn)品的更新?lián)Q代同樣給電源設(shè)計帶來挑戰(zhàn)，對那些集成媒體播放等豐富功能的便攜式電子產(chǎn)品設(shè)計來說，低功耗的電源管理壓力是傳統(tǒng)同類產(chǎn)品所未有的。而在一些產(chǎn)品中低功耗并不是唯一的問題，創(chuàng)維公司的一位資深設(shè)計工程師就困擾于電源散熱問題：與傳統(tǒng)CRT彩電相比，液晶電視具有厚度規(guī)定，很難采用傳統(tǒng)彩電所用的散熱片散熱方法，而背光和顯示屏產(chǎn)生的環(huán)境溫度很高，如何提高電源效率、降低電源本身發(fā)熱非常重要。

此外，電源通常是主要的EMI和噪聲源，面臨當(dāng)前更嚴(yán)格的電磁兼容認(rèn)證要求，電源設(shè)計工程師需要在設(shè)計中抑制產(chǎn)生的紋波、傳導(dǎo)、輻射干擾和噪聲。

高校教育缺失之痛

對于中國電子工程師普遍面臨的模擬電路設(shè)計技術(shù)挑戰(zhàn)，山東大學(xué)一位教授指出了問題的癥結(jié)：“模擬電路因為難學(xué)通常被學(xué)生戲稱為‘魔鬼電路’，他們普遍偏重數(shù)字電路和軟件。而且，模擬電路設(shè)計實踐性很強，而高校難以提供大量的模擬電路設(shè)計操作條件?！边@樣的觀點得到了很多高校教授的認(rèn)同，天津大學(xué)電子信息工程學(xué)院一位資深教授在接受我們的電話采訪時，對于中國射頻技術(shù)教育的缺失痛心疾呼：“中國電子設(shè)計人才培養(yǎng)最差的就是射頻技術(shù)，高校在射頻技術(shù)的教育上快成空白了?！彼赋觯漕l課程的教學(xué)需要配合大量的實驗課程，需要投入大量的高端儀器，而國內(nèi)高校普遍都嚴(yán)重缺乏這方面的投入。

高校教育的缺位導(dǎo)致設(shè)計工程師普遍在模擬設(shè)計上基礎(chǔ)薄弱。在對參與本次調(diào)查的工程師抽樣回訪中，就射頻設(shè)計、電磁兼容、低噪聲電路設(shè)計和電源管理幾個反饋最多的設(shè)計挑戰(zhàn)問題，聽到最多的就是“沒有接觸過”、“缺乏經(jīng)驗”、“積累不夠”、“缺乏實踐指導(dǎo)類書籍”。一位開發(fā)ZigBee工業(yè)應(yīng)用產(chǎn)品的工程師坦言，他們對射頻技術(shù)缺乏了解，甚至對一些基本的概念都不清楚。而這些設(shè)計團(tuán)隊最終的解決辦法通常就是采用完整的芯片組方案和參考設(shè)計以及半導(dǎo)體廠商/分銷商的技術(shù)支持，而這樣一來不可避免會犧牲產(chǎn)品設(shè)計的靈活性、成本等，同時難以實現(xiàn)設(shè)計經(jīng)驗的積累。