Tác giả bài viết – Rick Zarr – là một kỹ sư tại Texas Instrument, ông đã làm việc trong ngành công nghiệp bán dẫn từ năm 1984. Rick giữ nhiều bằng sáng chế cho các mạch điều khiển LED và các ứng dụng trong ngành mật mã học, đồng thời là một thành viên của IEEE cũng như đã có nhiều ấn phẩm xuất bản trên toàn thế giới. Xu hướng ưa thích của ông hiện tại là hiệu năng trong công nghệ giao tiếp và sự phát triển cùa Internet – bên cạnh đó không thể không để cập đến hơn 20.000 feet cáp truyền thông và hệ thống tự động tối tân mà ông lắp đặt trong ngôi nhà riêng của mình như là một sở thích…kì quặc. Nhưng này! Chúng ta làm kỹ sư để làm gì…một khi đã bắt tay vào thực hiện, đừng bao giờ chùn bước!
Tôi vẫn hay nói rằng: “bạn có khả nănglàm được điều gì đó không có nghĩa là bạn nên thực hiện nó”, và xem chừng điều này rất đúng đối với dân kỹ sư. Có những thiết kế tôi từng thấy được thêm vào quá nhiều thứ tới mức chỉ còn thiếu nốt hệ thống phòng thủ tên lửa nữa là đủ để phòng ngừa “vấn đề này, rắc rối kia” mà các kỹ sư làm ra chúng sợ rằng sẽ xảy đến.(2). Nhưng thú vị thay, những thiết kế đó thường chỉ thiếu sót đôi chút chi tiết kỹ thuật ở nguồn điện hay bảo vệ tĩnh điện ở các mối nối hở. Do vậy tôi muốn chia sẻ 10 bí quyết giúp bạn có thể tiết kiệm công sức và thời gian hơn là tiêu phí chúng vào việc không cần thiết.(3)
#10 – Hãy luôn nghĩ “phải tiết kiệm năng lượng”
Đây là một trong những chủ đề ưa thích của tôi khi nói đến thiết kế kỹ thuật (cái tên Energy Zarr bắt nguồn từ đây). Thật ra tôi phản ứng rất quyết liệt đối với sự lãng phí khi nhìn nhận một giải pháp nào đó. Nói vậy… kiểu như nói rằng đôi lúc thứ tốt nhất, phù hợp nhất để đóng đinh là chiếc búa (chứ không phải dùng tay hay một que củi nào đó để “tiết kiệm” hơn – ND), nhưng nhìn chung, khi xét đến một hệ thống, đã có vào thì ắt sẽ có ra… mà thất thoát đi ra đó thường ở dưới dạng nhiệt. Hãy lấy ví dụ màn hình TV LCD trong phòng khách nhà bạn. Chúng sử dụng đèn LED làm ánh sáng nền (backlight), và bạn nghĩ chắc nó tiết kiệm phải không? Bạn có biết rằng đến 80% ánh sáng phát ra từ những đèn LED đó bị hấp thụ bởi màng lọc màu trên tấm kính LCD? Có thể một chiếc tivi LCD rất mỏng nhưng hoàn toàn không hề tiết kiệm năng lượng chút nào với việc sử dụng đèn nền như vậy. Thay vào đó ta có thể dùng những công nghệ như OLED hay SFLCD(sequential frame LCD) không dùng màng lọc màu chẳng hạn. OLED tự phát sáng và không tiêu tốn năng lượng khi tắt. Còn SFLCD vẫn dùng đèn nền, nhưng là LED RGB. Các khung màu (đỏ, xanh lam, xanh lục) được chuyển đổi qua lại rất nhanh để tạo ra hiệu ứng hình ảnh; các pixel lớn hơn, sáng hơn nhưng dùng ít năng lượng hơn. Ít hơn bao nhiêu? Hãy so sánh một TV dùng SFLCD công suất 80W và một TV LCD bình thường công suất 350W, bạn sẽ thấy sự khác biệt. Năng lượng hiện tại vẫn là một nguồn tài nguyên có giới hạn, nên hãy sáng tạo bằng mọi cách để tiết kiệm chúng.
#9 – Nhớ xem xét lại hệ thống của bạn
Tôi rất thích thú khi nhìn các kỹ sư chăm chăm vào chiếc kính hiển vi trong lúc điều họ cần làm lại là lùi về phía sau vài bước để ngắm nghía bức tranh toàn cảnh. Vấn đề này rất đỗi bình thường và với kinh nghiệm của một kĩ sư tôi hiểu bằng cách nào điều đó đã xảy ra. Chúng ta thường quá tập trung vào một chi tiết như “Làm sao lọc nhiễu ở ngõ vào analog? Bộ lọc bậc 20 đã thiết kế vẫn không đủ đáp ứng…” thay vì nhìn nhận tổng thể và kết luận, “Hệ thống này làm việc trong môi trường có độ nhiễu cao, nên dùng khuếch đại vi sai để cải thiện SNR”. Hãy dành thời gian xác định những điều này, khi đó bạn sẽ không còn phải tiêu tốn 10 opamp cho những thiết kế như vậy.
#8 – Biết giao tiếp
Trong một hệ thống mà công việc được phân chia thành nhiều khâu khác nhau, sự giao tiếp giữa những kỹ sư là cực kỳ quan trọng. Rất dễ dàng tìm ra một yêu cầu nào đó của hệ thống và bắt tay vào thiết kế để thỏa mãn chính xác yêu cầu đó… chúng ta vẫn hay làm thế: “Hãy cho biết đặc tính vào ra – tôi sẽ thiết kế mạch cho bạn”. Điều mấu chốt trong cách suy nghĩ và làm việc này chính là căn bệnh mà tôi hay gọi là hội chứng “Bộ não cô đơn”. Nó có thể làm cho mọi thứ trở nên rườm rà, phức tạp hơn ta nghĩ. Hãy tự hỏi mình: “Nếu như ta là người duy nhất thực hiện hệ thống này, liệu nó có giống vậy không?” Nếu như bạn có thể kiểm soát các công đoạn khác, có thể bạn sẽ không làm như đồng nghiệp của mình…nên hãy nói chuyện và cho họ biết ý định…điều đó sẽ giúp mọi chuyện đon giản hơn.
#7 – Đừng “phát minh” lại
Trong một lần nọ tôi có cuộc trò chuyện thú vị với một luật sư ủy quyền bằng sáng chế về sự trì trệ trong kĩ thuật. Anh ta kể về một công ty thiết kế những vi mạch chẳng khác nhau là bao (và đăng ký bằng sáng chế cho chúng) hàng chục lần. Nghe như thể đó là một công ty tiên phong trong lĩnh vực công nghệ với những sản phẩm mang đầy tính trí tuệ, nhưng hậu quả là, họ đã chỉ làm đi làm lại một vài chức năng. Nếu một người trong số họ biết lập danh sách chi tiết những sản phẩm của mình, chắc công ty ấy đã dành thời gian sáng tạo ra những cái mới hơn là việc sao chép như vậy.
#6 – Kỹ thuật tương tự (analog) là một người bạn tốt
Tôi nhớ từng nói chuyện với cố kỹ sư Bob Pease(4) về hiện trạng sử dụng kỹ thuật số (digital) để giải quyết những vấn đề phức tạp. Ông lịch sự để tôi mặc sức huyên thuyên và sau đó cười xòa, “Vâng, tôi đã thực hiện một hệ thống tương tự như của anh hơn 10 năm rồi, và tôi chỉ cần dùng 2 opamp thôi”. Lúc ấy tôi chỉ muốn trốn đi đâu đó để che giấu nỗi xấu hổ của mình, nhưng tiếc là phòng của ông chỉ toàn nhưng chồng tạp chí khoa học mà ông dày công sưu tầm. Ông ấy đã đúng, có khi một giải pháp thuần analog không những là giải pháp tinh tế nhất mà còn hiệu quả nhất. Đôi lúc bạn sẽ phải cần tới sức mạnh của một vi xử lý DSP cho những hệ thống không tuyến tính hoặc những việc không thể thực hiện trong miền analog. Nhưng đôi lúc một mạch analog đơn giản là quá đủ để giải quyết mọi vấn đề. Đừng quên điều cơ bản bạn đã học ở Đại học.
#5 – Phần mềm (software) cũng cần được lưu tâm
Có hiểu biết tốt về hai lĩnh vực analog và digital hoàn toàn là một lợi thế khi bạn giải quyết các bài toán kĩ thuật phức tạp. Bên cạnh đó kỹ sư phần mềm cũng thỉnh thoảng có thể giúp bạn những vấn đề khó khăn để bảo đảm hệ thống hoạt động thông suốt. Tôi đã đúc kết được một kinh nghiệm rằng việc trao đổi với một kỹ sư phần mềm thường dẫn đến một kết cấu phần cứng đơn giản hơn nhiều, ít tốn dung lượng bộ nhớ và năng lượng hơn…cũng như là giá thành rẻ hơn. Nếu như bạn dùng vi xử lý, có thể sử dụng phương pháp này để giải quyết những rắc rối tưởng chừng đã vào thế bí. Ví dụ, tôi từng gặp vướng mắc về khoảng cách truyền nhận sóng đối với một mạch thu RF đơn giản. Hệ số SNR bị giới hạn vì nhiễu trong bộ giải điều chế – mà chủ yếu là do nhiễu phổ. Yêu cầu về kích thước mạch khiến việc thêm vào các bộ lọc là không khả thi, nhưng may mắn thay tôi có sử dụng một vi xử lý. Và cuối cùng giải pháp là một bộ lọc phân phối đều FIR rời rạc. Hệ số SNR đạt được như mong muốn và vấn đề về khoảng cách đủ đáp ứng các yêu cầu… chỉ với những thay đổi trong phần mềm.
#4 – Luôn nghĩ về người dùng
Đây là điều quan trọng nhất theo ý kiến cá nhân tôi (hơn cả chỉ dẫn #10). Tôi thấy những giao diện, hình thức được thiết kế vụng về ở khắp mọi nơi s– chẳng hạn như cái nắp có khóa trẻ em trên hộp thuốc viêm khớp của bà ngoại…Tôi đoan chắc là bà đã từng rất muốn dùng búa dập thịt để mở nó hơn là dùng tay. Thiết kế giao diện người dùng là một trong những việc dễ dàng trở nên kinh khủng nếu được thực hiện quá “kỹ”. Trong một bài viết hơn một năm trước tôi đã từng nói về điều này, và sẽ tiếp tục đề cập nó cho đến khi nào những người thiết kế hiểu được những gì họ cần nhớ. Hãy xem những nhà sản xuất như Apple, BWM hoặc vài công ty khác đầu tư tìm hiểu ý thích người dùng kỹ như thế nào…và kết quả đã chứng minh họ đúng. Ngược lại nhiều công ty (vô danh, tất nhiên sẽ luôn là vô danh) nghĩ rằng việc cung cấp cho người dùng hàng trăm lựa chọn, vô vàn tính năng là quá đủ… có thể họ nghĩ vậy thôi, nhưng sự thật là ngược lại. Nhìn chung kỹ sư thiết kế hệ thống thường nắm quyền kiểm soát công đoạn này. Hãy suy nghĩ cẩn thận về những yếu tố như màu sắc – tránh những màu có độ tương phản thấp giống vàng và xám – người mù màu sẽ không thể thấy được chúng. Chỉ sử dụng màu sắc khi cần thiết, sắp xếp hệ thống điều khiển theo một trật tự logic. Ở đây chúng ta cần phải suy nghĩ với tư duy “ít và được việc” – liệu có thể gom lại thành một hệ thống điều khiển duy nhất được không? Có thể chuyển một tính năng nào đó vào phần “advance” hoặc tắt đi ở chế độ minimized? Tự hỏi chính bạn, nếu như mẹ bạn phải sử dụng sản phẩm này, liệu bà ấy có tự mò ra chúng không (tất nhiên nếu đó là một kỹ sư máy tính trùm sò thì vấn đề hoàn toàn khác).
#3 – Cập nhật thông tin
Internet là một cỗ máy thần kỳ và nó có thể giúp bạn tìm các datasheet, các bản ghi chú thiết kế mới nhất chỉ trong vài giây về mặt lý thuyết. Thực sự không còn ai có thể viện cớ rằng mình không được tiếp cận những thông tin mới nhất cũng như không có điều kiện tìm hiểu các sản phẩm mới và phù hợp với vấn đề của họ. Đâu đó luôn sẵn có một thiết bị đa năng hơn, giúp thiết kế đơn giản hơn, ít tốn không gian hơn và tất nhiên là tiết kiệm năng lượng hơn.
#2 – Sử dụng các tiện ích
Thật tuyệt vời khi hiện nay có vô vàn các phần mềm và tiện ích hỗ trợ kỹ sư trong việc thiết kế hiệu quả hơn (và rất nhiều trong số đó miễn phí). Cụ thể như WEBENCH của TI không chỉ có khả năng giải quyết các cấu trúc nguồn POL phức tạp mà còn có thể thiết kế các bộ lọc, mạch điều khiển LED cũng như nhiều dạng mạch khác. Ngoài ra còn có những phần mềm cho phép người dùng download như Clock Design Tool rất hữu dụng khi thiết kế các cấu trúc phân phối xung clock. Nó giúp tinh giản hệ thống phân phối xung clock và cung cấp một cái nhìn sâu hơn việc phân phối xung clock cao tần cho một hệ thống.
#1 – Học, học nữa, học mãi
Tôi luôn cảm thấy hứng thú vô cùng với sự học, đặc biệt khi chúng liên quan tới kỹ thuật công nghệ. Có một kinh nghiệm được tôi đúc kết qua hơn 30 năm làm việc trong lĩnh vực này, đó là sự cần thiết có một người thầy thông thái. May mắn là tôi được vài người như vậy trong suốt sự nghiệp và họ đã truyền thụ cho tôi những kỹ năng giúp công việc hiệu quả hơn. Tôi cũng khuyến khích các bạn lựa chọn những đề tài kỹ thuật mới lạ để tìm hiểu. Bởi vì kiến thức bổ sung ngoài chuyên môn đó sẽ rất cần thiết khi bạn đánh giá lại cấu trúc một hệ thống. TI hỗ trợ một trung tâm online hỗ trợ các khóa huấn luyện với nhiều chủ đề khác nhau.
BONUS! – Hãy Biết Chia Sẻ
Điều quan trọng nhất tôi muốn nói chính là sự sẻ chia những kiến thức của bạn. Đây là một hướng cải thiện hiệu quả công việc bằng cách giúp đỡ những kỹ sư ít kinh nghiệm hơn phát triển các thiết kế mạnh mẽ hơn mà lại tiết kiệm năng lượng hơn – do đó gián tiếp làm giảm thời gian tiêu tốn của bạn vào công đoạn giám sát và hiệu chỉnh. Chúng ta mang theo suốt cuộc đời muôn vàn thông tin từ trải nghiệm cá nhân, do đó cơ bản đây là một trong những tính cách quan trọng nhất mà một kỹ sư lâu năm cần có.
Tôi mong bạn thấy những điều trên bổ ích và tràn đầy cảm hứng…nếu như không có gì lố bịch. Hãy chờ đợi những chỉ dẫn khác trong các bài viết sau.
