電路設計、整合與精通

設計流程(design process)

想想一位好廚師如何構思一道新菜。他不會只是把東西丟進鍋裡。他會先決定這頓飯該是什麼(給六個人的清爽夏日午餐),草擬食譜,買進真正的食材,試煮一小鍋,嚐過味道,調整鹹淡,才端給客人。設計電路也是同樣有紀律的迴圈。設計流程就是那一串有先後次序的步驟,帶你從一個模糊的需求走到一個能用、可信賴的電路;同樣重要的是,當第一次做得不夠好時,再繞回來重做。

這個迴圈,依平實的順序是:釐清需求並寫下規格(它必須做什麼,要做到多好);選一個拓樸或架構(哪一種已知形狀的電路能解決這問題);做信封背面的粗算(先粗略數字,再細算);對照規格書挑選真實元件,並帶著公差與最壞情況的思考;用模擬廉價地揪出大錯;在麵包板或電路板上做出原型;對照規格測試與量測;然後迭代,繞回去修正量測所揭露的任何問題。每個箭頭也可以反向指:一次量測可能把你送回元件選擇,甚至送回去重寫規格,因為原本的需求並不實際。

為什麼非得要有流程?因為跳步是最昂貴的失敗方式。這個順序之所以這樣排,是為了讓錯誤在還便宜時就被抓到:在規格階段抓到的錯花幾分鐘,同一個錯在模擬階段抓到花一小時,在原型上抓到花一天,在量產一千片板子之後才抓到則要花上一筆鉅款。精通的誠實真相是:流程比聰明更重要。一個謙遜、遵循迴圈、尊重規格書、相信量測的工程師,會勝過一個用猜的天才。

受託做一個電池監測器時,設計者先寫下規格(量測 0 到 15 V、準到 0.1 V 內、耗流低於 1 mA),草擬分壓器加運放加 ADC,估算分壓比與電流,模擬,做成麵包板,發現分壓器對電池造成太大負載,於是調高電阻值,再量測,然後才把設計定案成一片板子。

規格、拓樸、計算、模擬、製作、量測、迭代——這個迴圈在出貨前就抓到了分壓器負載過重的錯誤。

箭頭是雙向的。在工作台上發現規格根本做不到,並不是流程的失敗——那正是流程在運作,只是比你希望的更早發生而已。

又稱
design cycledesign loop設計循環設計迴圈