軍用設(shè)備的預(yù)期服務(wù)壽命有幾十年之長，因此設(shè)計新的系統(tǒng)需要采用最先進(jìn)的集成電路技術(shù)，以真正地實現(xiàn)系統(tǒng)性能和能力的最大化，然而這項工作有時與旨在支持和維護(hù)使用時間已長達(dá) 30 年的老式系統(tǒng)所投入的精力顯然是有沖突的。這些設(shè)計可以追溯到半導(dǎo)體工業(yè)的早期，當(dāng)時，航空航天和國防領(lǐng)域推動了半導(dǎo)體的需求并產(chǎn)生了相當(dāng)大的影響。對國防行業(yè)而言，并不容易應(yīng)對技術(shù)的迅速進(jìn)步和 IC 商品化以及相關(guān)的半導(dǎo)體商業(yè)模式的變化。那么從設(shè)計角度可以吸取哪些教訓(xùn)以最大限度減少未來的組件供應(yīng)問題呢?

戰(zhàn)略性供應(yīng)商選擇

生命周期模型

關(guān)于軍用產(chǎn)品和消費類產(chǎn)品生命周期的不同，已經(jīng)有很多論述了，典型的消費類產(chǎn)品也許僅有兩年的壽命，相比之下，在國防、工業(yè)、交通運輸和能源市場，產(chǎn)品壽命可能超過 30 年。對于產(chǎn)品設(shè)計和支持各個方面的考慮也有顯著不同，軍用產(chǎn)品用戶看重實用性和可靠性而不是美觀和成本。從設(shè)計角度來看，至關(guān)重要的是，要與秉持以下業(yè)務(wù)戰(zhàn)略和宗旨的供應(yīng)商合作：從設(shè)計開始到簽訂備件和支持合同，在整個生命周期中保持對其組件提供支持。盡管初創(chuàng) IC 公司可以提供一些富有吸引力的產(chǎn)品或技術(shù)，能夠為設(shè)計帶來額外的性能或集成度優(yōu)勢，但是必須連同供應(yīng)連續(xù)性風(fēng)險一起來權(quán)衡這種優(yōu)勢。新公司容易成為收購對象，或者更容易在發(fā)展初期遭遇商業(yè)失敗，從而導(dǎo)致在怎樣為產(chǎn)品提供支持方面產(chǎn)生不確定性。

保護(hù)設(shè)計資源

設(shè)計資源是一種很有價值的商品，而一款產(chǎn)品的成功將在極大程度上依賴于設(shè)計工作的質(zhì)量;不過，組件的正確選擇當(dāng)然遠(yuǎn)不止于挑選某種良好的參數(shù)擬合。

公司指導(dǎo)其設(shè)計團(tuán)隊時，最順理成章的方法之一是，使用 “優(yōu)選器件清單”和 / 或 “獲準(zhǔn)供應(yīng)商” 方案。這種做法試圖在以下兩方面之間取得恰當(dāng)?shù)钠胶猓涸O(shè)計自由度;以及需要在復(fù)雜的預(yù)批準(zhǔn)系統(tǒng)列入所采用的每一項新內(nèi)容。風(fēng)險自然是過度受限的設(shè)計過程會導(dǎo)致上市滯后的無競爭力產(chǎn)品。至關(guān)重要的是，負(fù)責(zé)管理組件選擇流程的人不要無意之中成為設(shè)計師和供應(yīng)商的技術(shù)或產(chǎn)品專家之間理念或概念探討的過濾器。

怎樣選擇首選供應(yīng)商是各個公司的戰(zhàn)略問題，重要影響因素可能包括上述生命周期模型中的 4 個關(guān)鍵因素。從設(shè)計角度來看，創(chuàng)新包括一些理念，例如組件或子系統(tǒng)的競爭力、基礎(chǔ)技術(shù)路線圖和供應(yīng)商支持設(shè)計流程的意愿。事實上，是否提供支持正在成為一個關(guān)鍵因素，因為國防預(yù)算繼續(xù)收緊，而且設(shè)計團(tuán)隊面臨著資源較少、開發(fā)時間較短和設(shè)計復(fù)雜性持續(xù)攀升的境況。為此，常規(guī)的做法是采用 “保密協(xié)議” 以允許供應(yīng)商更深入地了解敏感應(yīng)用的細(xì)節(jié)。

國防行業(yè)以及現(xiàn)在的其他長生命周期行業(yè)越來越意識到，如果老的產(chǎn)品中有淘汰的組件，會迫使設(shè)計做出更改，保留這樣的產(chǎn)品耗費了大量設(shè)計資源。據(jù)我們所知，在嚴(yán)重的情況下，客戶在這類工作上耗費了多達(dá) 40% 或 50% 的設(shè)計資源，客戶痛苦地意識到，這些寶貴的資源應(yīng)該用在新產(chǎn)品開發(fā)上。

技能差距

展開來看在設(shè)計過程中提供支持這一理念，在構(gòu)成凌力爾特 (現(xiàn)隸屬 ADI 公司) 產(chǎn)品核心的電源和高性能模擬 IC 領(lǐng)域，很明顯的是，技能差距在擴(kuò)大。考慮一個有大量 FPGA 的系統(tǒng)時，很容易想到數(shù)字技術(shù)方面的挑戰(zhàn)，而忽視給這些器件供電的困難。低于 1V 的內(nèi)核消耗 10A 至 20A 電流時，在所有條件下需要 <50mV 的良好瞬態(tài)響應(yīng)，這使環(huán)路響應(yīng)、布局、電壓基準(zhǔn)準(zhǔn)確度和負(fù)載監(jiān)視變得至關(guān)重要。再加上更大的 PCB 密度、更高的時鐘速率、對傳導(dǎo)輻射的擔(dān)憂以及工作溫度方面的考慮，這一切很快就變成了模擬和 RF 難題。專攻這些領(lǐng)域的設(shè)計師數(shù)量越來越少，而對高性能解決方案的需求卻在增加，因此技能差距也就擴(kuò)大了。好的供應(yīng)商會通過提供應(yīng)用支持、評估電路板、電路分析模型，當(dāng)然還有出色的產(chǎn)品，來解決這些問題。

有助于消除技能差距、滿足性能需求和提供長期產(chǎn)品供貨的一種方法是，越來越多地使用模塊化技術(shù)。

圖 1：采用 9mm x 6.25mm BGA 封裝的 60VIN、3A、Silent Switcher® μModule 穩(wěn)壓器 LTM8073

ADI 公司的一系列μModule® 穩(wěn)壓器和信號鏈路器件就像表面貼裝 IC 一樣，每個產(chǎn)品都是完整的系統(tǒng)級封裝解決方案，可簡化設(shè)計并最大限度減少外部組件數(shù)量。還可以開發(fā)占板面積和引腳布局兼容的子系列器件，從而更容易按照功率或性能需求做出調(diào)整，而不用對電路板布局進(jìn)行大量更改。從內(nèi)部看，是采用不同技術(shù)的多個 IC 芯片與完全模制在襯底上的無源組件的組合。布局和設(shè)計針對電氣性能和熱效率進(jìn)行了細(xì)致的優(yōu)化，與采用標(biāo)準(zhǔn)組件封裝相比，實現(xiàn)了更小的解決方案尺寸。這些模塊為滿足業(yè)界最高標(biāo)準(zhǔn)而開發(fā)，提供接近標(biāo)準(zhǔn) IC 的出色可靠性。

商用考慮

在設(shè)計階段選擇組件的另一個決定因素是成本。首先，區(qū)分組件價格和解決方案成本很重要。以上述μModule 穩(wěn)壓器為例，解決方案成本等于組件單價，而考慮 DC-DC 控制器和 MOSFET 的單位成本時，不會考慮無源組件、磁性元件、設(shè)計時間以及與開發(fā)高效率開關(guān)穩(wěn)壓器相關(guān)的技術(shù)挑戰(zhàn)。另外，技能差距對成本估算也會產(chǎn)生影響。此外，給定解決方案的壽命期成本極大程度上取決于組件是否長期供貨。如果需要重新設(shè)計，那么重新設(shè)計的成本可能很容易成為壽命期成本的主導(dǎo)因素，如以下例子所示。組件 1 必須重新設(shè)計兩次，而組件 2 在項目壽命期內(nèi)一直保持供貨。

表 1

顯然，即使隨著每次重新設(shè)計降低了單價，仍然不夠補(bǔ)償重新設(shè)計的成本，現(xiàn)實中重新設(shè)計的成本也許遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于本文提供的數(shù)字，尤其是對于更加復(fù)雜且牽涉到軟件的組件而言。

設(shè)計時需考慮組件淘汰問題

為新設(shè)計選擇組件時，優(yōu)秀的組件工程專家可以根據(jù)他們的經(jīng)驗就供應(yīng)商的業(yè)績記錄提供至關(guān)重要的看法，但這絕不僅是在眾多商用器件的在線數(shù)據(jù)庫中查找的問題。需要做的工作常常包括，對制造商政策中未考慮的、即將到來的組件淘汰提供數(shù)學(xué)預(yù)測。例如，ADI 公司制定了不淘汰政策，我們?nèi)匀讳N售諸如 LT1001 等 30 年前推出的產(chǎn)品。通過緊密的供應(yīng)商關(guān)系，可以獲得有關(guān)組件受歡迎程度、生產(chǎn)能力和新工藝技術(shù)的內(nèi)部信息，這有助于針對新設(shè)計做出更有根據(jù)的選擇。因此，專門花時間培養(yǎng)這類關(guān)系很重要。

返工和假冒組件帶來的風(fēng)險

美國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會 (Semiconductor Industry Association) 估計，仿冒部件每年給美國半導(dǎo)體公司造成的收入損失超過 75 億美元。在航空航天和國防工業(yè)供應(yīng)鏈中發(fā)現(xiàn)假冒組件，并且由此造成設(shè)備發(fā)生故障危險 (存在引起人身傷害或死亡的可能性) 的例子有很多�？焖僭诰W(wǎng)上搜索一下，就會發(fā)現(xiàn)無數(shù)的組件回收事例和銷售網(wǎng)點實例，他們手里掌握著大量的報廢或虛報組件。雖然相關(guān)機(jī)構(gòu)正在努力地加強(qiáng)針對這類非法活動的管制，不過簡單的解決方案就是不要從那些未經(jīng)授權(quán)的貨源或中間商那里購買組件。另外，應(yīng)確保此類采購政策推廣到合同制造商也是很重要，不可允許合同制造商混合存放為其他客戶采購的相同器件，因為其他客戶的控制和采購政策也許不同。供應(yīng)商的謹(jǐn)慎選擇以及與其緊密的合作關(guān)系還將有助于解決最棘手的產(chǎn)品過時廢棄問題。在嚴(yán)格的條件下，Analog Devices 將以裸片的形式提供組件，以使客戶能夠在原先的封裝組件過時廢棄的情況下采用第三方的封裝。從設(shè)計的角度來說，在不需要進(jìn)行任何其他變更或 PCB 重新設(shè)計的場合，這會是一種很有益處的選項。

結(jié)論

在供應(yīng)商選擇和開發(fā)過程中，設(shè)計經(jīng)理是主要參與方，應(yīng)該鼓勵設(shè)計師在實現(xiàn)其設(shè)計目標(biāo)的過程中，培養(yǎng)緊密的工作關(guān)系。

強(qiáng)大的創(chuàng)新能力、穩(wěn)定供貨、高質(zhì)量以及一直對航空航天和國防市場有長期承諾，是為可靠的供應(yīng)商關(guān)系奠定堅實基礎(chǔ)的全部要素。

組件選擇不僅僅是找到滿足性能需求的器件的問題。供應(yīng)商提供的一流設(shè)計支持有助于加快產(chǎn)品上市進(jìn)程、消除技能差距以及在器件選擇時做出有根據(jù)的決策。這樣就能夠提供最具競爭力的解決方案，并在較長期內(nèi)降低組件淘汰問題帶來的風(fēng)險。

要當(dāng)心錯誤信息，互聯(lián)網(wǎng)充斥著可以即時得到的答案和數(shù)據(jù)，但是組件專家的知識和經(jīng)驗以及供應(yīng)商方面優(yōu)秀的聯(lián)系人將有助于提供更高質(zhì)量的信息。