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模擬集成電路設計能力的提升，需要和武學境界的升級一樣，只有在正確的方法之上，再加以漫長時日的勤學苦練，可能還同時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，做了一個總結(jié)，大體從初學者到有大成者，分成四個等級。之所以不愿意分成更細的等級，比如所謂九層境界等，就是讓每一級有明顯差異，使不同層次的設計師高下立判。

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，可以完成初步設計。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，因為覺得自己已經(jīng)是模擬集成電路設計師了，能夠設計一些電路了。但是恰恰是因為過于激動才導致急功近利，不愿意在很多基礎(chǔ)領(lǐng)域做實做細，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)進步。因此也可以說，即便有些工程師能做一些具體電路設計，甚至做了幾年，也在這些模塊上有了一些所謂的經(jīng)驗，但是實質(zhì)上他還是一個初級工程師。

1：知識

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

● 模擬集成電路設計。

● 熟練掌握工藝文件細節(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：設計能力

正確的設計方法學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為自己的工作就是原理圖和仿真，這是極端片面的認識，這也就是所謂的“spice monkey”的來源。這些工作僅僅是設計工作的一部分，甚至可以說都不是最重要的一部分，因為仿真不能保證一個電路工作，仿真工具可以有無數(shù)的手段去欺騙初級設計師。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，因為誰也不會把仿真不過的電路去流片。因此，正確的方法學是在自己理解的基礎(chǔ)之上去設計電路，不要做不知其所以然的工作。

● 行為模型設計一定要先行，因為這可以讓你清楚你到底要做什么，要實現(xiàn)什么目的，要達到什么指標，只有數(shù)學清楚了，才能說具體物理實現(xiàn)不至于偏太遠。這部分工作很多初級設計師不愿意去做，一是不會使用VA或者simulink之類的設計工具；二是很多剛開始設計的簡單電路都有所謂的參考設計，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候，只有底層的行為模型才可以有效率地進行仿真，否則服務器的硬件資源根本不夠讓所有電路都是在管子level進行仿真。

● 熟悉先用紙筆進行物理設計，這個設計的準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行論證分析。事實上，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)。

● 熟悉主要設計的testbench及設定，顧名思義就是要全面，dc，ac，tran，noise，pss等等。這里需要強調(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，當然這里面也包括了DRC/LVS/后仿。這和前面提到的行為模型設計一樣，是初級工程師極度排斥的一項工作，但是恰恰是模擬集成電路工程師的一項重要基礎(chǔ)。如果layout只是一項簡單labor的工作，那就不會存在不同的layout會影響最終實現(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，他肯定應該能實現(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），否則版圖工程師為什么不去做所謂的“設計”？！如果說原理圖設計是第一次設計的話，那么版圖設計就是第二次設計，哪個設計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)出設計師的設計美感，通常不好看的設計，性能也不夠理想。因此，設計師需要有極好的版圖設計能力，有了這個能力，至于說是自己畫版圖，還是指導版圖設計師來畫版圖，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，如果是一個好的設計師，到最后可能都不能容忍別人來畫他的電路的版圖，因為不論別人怎么畫，都不一定能實現(xiàn)他的訴求；或者當他有時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，并在設計中加以考慮，如ESD，天線效應，EM等。

● 可以按照一定的流程規(guī)范進行工作。從symbol，原理圖，testbench，layout可以體現(xiàn)出整潔和美感，形成自己的風格或者公司要求的風格。設計文檔可以做到充分，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)就是認為流片是自己工作的終點，實際上這僅僅是工作的一半，我們需要讓工作形成閉環(huán)，從設計到驗證，發(fā)現(xiàn)問題后再改進設計，螺旋式上升。

● 有意識的在設計中加一些測試結(jié)構(gòu)。設計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，分析能力則遠遠不夠。

● 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，再加以更全面的學習，同時有了舉一反三的能力，假以時日，就可以在中級工程師的道路上成長了。客觀地講，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或近而已。一方面在這個階段的學習，本身就是很大的工作量，即便有舉一反三的能力，所需要學習的內(nèi)容也還是很多，而且需要帶著問題反復學習；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

全面掌握和電路設計有關(guān)各方面的知識。

● 半導體器件，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表達式就可以進行設計，那么中級工程師必須要知道更底層的機理才有可能進行更合理的設計；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現(xiàn)，所以為了可以隨時掌握和使用先進技術(shù)，也需要對于物理有更深的理解。

● 模擬集成電路設計。這需要一直學習。

● 電路分析。其實我們在模擬集成電路分析中用到的知識和方法，大部分來自大學階段學習的電路分析，把電路分析的普遍知識應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，對于上層應用有很多好處。

● 數(shù)字集成電路設計。一方面和模擬集成電路設計太近了，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計，通常會更宏觀。

● 電磁學，微波電路等。很相關(guān)，特別是做射頻的時候，也需要一直學習。

● 電路方面的論文/專利。嚴格來講，這不是知識，是學習方法。很多論文/專利有很精巧的設計，可以說是奇技淫巧，需要利用我們上面提到的知識，仔細分析加深理解。也就是說不需要死記硬背一個具體設計，需要理解里面的設計思路，方便以后靈活應用。

2：設計能力

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

● 各種常用模擬電路的設計。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)”就是設計某種電路，這樣理解的專業(yè)太狹隘。其實電路設計的基本思路是一致的，只是根據(jù)具體設計需要做trade-off的折中點不同而已。在這三類電路中，對于性能要求較低的是電源管理，它關(guān)注的重點是效率，當然次之就是在動態(tài)負載情況下的時間響應。因此它重點關(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)定性和時間響應。基帶電路的重點就是一定的功耗/面積情況下，優(yōu)化信噪比，非線性，速度，等指標。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，好的射頻電路的設計如果對于寄生參數(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，這是需要學習的。如果自己設計一個新的器件，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的模型呢？不要以為模型應該是代工廠來提供，有些先進工藝或者自己獨特的設計，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際關(guān)注的重點是不是相符。因為一個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)和頂層設計工作。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)字設計。盡管這個階段的模擬集成電路設計師覺得模擬設計的好壞對于系統(tǒng)設計至關(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)進行建模，分析各個子模塊的指標折中點，論證最合理的設計方案。

● 整體布局和規(guī)劃的能力。從設計，版圖，到頂層仿真，中級設計師要不斷要求自己從一個具體小模塊的設計師沿著設計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€設計文檔，指導應用工程師做應用開發(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

中級工程師對于設計閉環(huán)的理念已經(jīng)融入到日常的工作實踐中了，同時也有了很好的風險控制的設計思想和“未慮勝先慮敗”的思想。

● DFT的設計，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，需要原位進行測量的問題，都可以靈活運用合適的直接和間接測量方式，并進行問題分析。

● 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?shù)脑煸劊娐吩O計僅僅是實現(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

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

● 高等數(shù)學若不好，別的也都學不好。

● 概率論，數(shù)理統(tǒng)計，隨機過程，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雜的系統(tǒng)有幫助。

● 邏輯學，對于分析各類問題都有幫助。

● 物理學，力，熱，光，電，在模擬IC設計中，特別是在傳感器設計中都會用到相關(guān)知識。光，電，就不說了；力學在做芯片的應力分析時候需要用到；熱學在做芯片的熱分析的時候需要用到。

● 材料學，半導體材料科學。

● 量子力學，在材料學中和一些探測機理研究中需要用到。

● 各類電子學知識。

● 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，信息論的一個具體應用。

● 控制論，基本上任何系統(tǒng)都需要在控制論下進行分析，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：設計能力

由于高級設計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，進行交叉驗證。

● 更多地參與頂層，全局的設計。

● 更多地參與各個模塊的指標制定和方案的選取。

● 更多地參與和應用部門，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，手段相當豐富，可以到不論誰設計的電路，出現(xiàn)什么問題的電路，都有辦法進行測試，分析和解決的程度。

四：頂級設計師，隨心所欲，無劍勝有劍

這個層面的設計師已經(jīng)無所謂是什么專業(yè)的設計師了，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知的劃時代的方法。