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《芯片產業帝國》第二百四十節 對講機芯片研發和測試
當李飛說出把對講機的射頻收發芯片、MCU微控制器,以及射頻功放(PA)整合在一個芯片,員工們紛紛提出疑慮,認為這樣的芯片設計會很有很多的問題,並且是不可能完成的…。



雖然說按照目前的對講機內部電路設計,射頻收發芯片、MCU微控制器,以及射頻功放(PA),甚至是音頻功率放大器都是分開的,例如:摩羅拉對講機采用MC3361射頻接收芯片,發射芯片采用的是mc2831,音頻功率放大器采用的是TA7205…,

所以,李飛把這些芯片全部集成在一個芯片,類似是SOC,完全是超出了員工的想象。



但是,作為一個芯片研發工程師,當提出一個新的芯片功能,就立即認為難度大,根本很難實現…等各種各樣的問題,

這是不可以的!

因為作為大深市芯片產業有限公司的芯片研發工程師,對於提出新芯片的功能,芯片研發工程師應該先是去設計,去驗證,然後,在設計和驗證的過程中,去記錄出現了什麽技術問題和難題?



也就是說,為什麽這樣的芯片設計不行?不可以這樣的芯片設計原因是什麽?然後,把芯片驗證和設計過程,出現的原因寫下來,再組織芯片研發工程師去解決這些難題…



即使沒有解決以上芯片設計的問題,芯片研發工程師們在解決芯片研發過程裡,積累了一些經驗,可以避免公司在後續的芯片研發,出現類似的芯片設計技術的問題。



想到這裡,李飛決定需要改變工程師的研發設計芯片的思路,嚴肅地說道:

“各位,說得沒有錯,按照現有的技術,把射頻和mcu芯片整合在一起確實有難度…,也如同各位所說的問題,射頻信號會干擾模擬信號或者數字信號…”

“不過,既然這樣的芯片功能設計有難度,我們作為大深市芯片產業有限公司的芯片研發工程師,必須靜心下來,應該去驗證設計,為什麽這樣的芯片功能設計不行?…”



李飛這麽一說…,員工們安靜下來,紛紛低頭,立即意識道作為一個芯片研發工程師,在面對芯片設計難題時,不應該先是去抱怨或者放大的問題的難度,而是先去分析驗證…,然後,再記錄下…。



見員工們也反思剛才的態度…,接著,李飛為了讓芯片研發工程師在芯片設計注重實踐和研發過程,就特別再次強調:

“作為芯片研發工程師,一定要注重實踐,即使是參考書給出的結果,希望各位再確定時,一定驗證為什麽這樣芯片設計不行?...,這對各位芯片研發經驗有非常好的積累。”



員工們紛紛非常認真地把李飛所說的芯片研發工程師的思維記下來,改變芯片研發思維…



10分鍾後,李飛就回到主題,關於把對講機的射頻收發芯片、MCU微控制器,以及射頻功放(PA)整合在一個芯片當然對講機除了射頻芯片和CPU芯片,還有就是音頻芯片。就問道:

“各位,目前市場銷售的對講機摩羅拉,建伍…,其CPU芯片和射頻收發芯片是分開的,那麽,市場上對講機的射頻芯片和基帶芯片是什麽?有知曉的嗎”

一位穿著灰白色的襯衫,是第一批進入大深市芯片產業有限公司的上班的芯片研發工程師,就說道:

“李工,我查過無線電技術的資料,摩羅拉對講機所用的射頻芯片就是mc2831…

李飛點頭:“這是摩羅拉自家生產的芯片,

是發射的芯片。“然後,繼續問道:“你知道mc2831各項參數?“

灰白色的襯衫芯片研發工程師,稍微想了一下,一臉抱歉地說道:“李工,我忘記了。“

李飛直接說出mc2831各項參數。

...



目前隻說了對講機的發射芯片,還有接收芯片以及MCU芯片等…。李飛繼續問道:

“摩羅拉對講機的使用的接收芯片,各位知道?各項參數,有知道?”

陳迅說道:“李工,摩羅拉對講機的接收芯片MC3361,各項具體參數都忘記了,只知道,耗電典型值僅為3.9mA片1次變頻的通訊接收設備。極限靈敏度:2.6uV(-3bB)(典型值)其封裝分為貼片和插件: DIP16和SO-16兩種封裝形式。”

李飛就直接補充:

“MC3361是語音通訊的無線接收芯片。芯片內部電路包含振蕩電路、混頻電路、限幅放大器、積分鑒頻器、濾波器、抑製器、掃描控制器及靜噪開關電路。一般在電路中,起到混頻、中放和調製。”接著李飛在寫字板上列出相關參數:

電源電壓:2.5-7v

電流(靜噪作用):4.0MA,

限幅靈敏度(-3dB 限幅):2.0UV

檢波器輸出直流電壓:2.0V

檢波器輸出阻抗:400Ω



當然除了以上的芯片,摩羅拉對講機使用了MRF5003這一個寬帶射頻功率放大器,這是很重要的,因為對講機的射頻功放工作在非常寬的頻率范圍(U段的頻率是400-470MHz,V段是130-170MHz ,民用是有16個信道.)。

例如,工作於多個倍頻程甚至於幾十個倍頻程。這就需要對射頻功放進行寬帶匹配設計,寬帶功放具有一些顯著的優點,它不需要調諧諧振電路,可實現快速頻率捷變或發射寬的多模信號頻譜…

寬帶匹配是寬帶阻抗匹配的簡稱,是寬帶射頻功放以及最大功率傳輸系統的主要電路,寬帶匹配的作用是,使射頻功率放大管的輸入、輸出達到最佳的阻抗匹配,實現寬帶內的最大功率放大傳輸。

因此,寬帶阻抗匹配網絡的設計是寬帶射頻功放設計的主要任務。同軸電纜阻抗變換器簡稱同軸變換器,能實現有效的寬帶匹配,可以為射頻功率放大管提供寬頻帶工作的條件。同軸變換器具有功率容量大、頻帶寬和屏蔽性能好的特性,可廣泛應用於HF/VHF/UHF波段。



還用就是摩羅拉對講機MCU主控芯片,就是自家生產,為了芯片技術保密,是不對外公布任何相關的芯片資料。



經過對比市場上對講機的使用的芯片各項參數,李飛考試制定大深市芯片產業有限公司對講機的芯片參數:

對講機芯片架構:RISC-V,

對講機芯片封裝:QFP

對講機芯片芯片工藝:CMOS。(也就是芯片內部電路全部采用CMOS工藝,其好處價格便宜。)



在公司的項目會上,李飛確定大深市芯片產業有限公司對講機的芯片參數,以及芯片內部電路模塊,包括:射頻收發芯片、MCU微控制器,寬帶射頻功率放大器,以及射頻功放(PA),音頻功率放大器…,然後,進入對講機芯片前端邏輯設計,編寫RTL與或者門級的代碼了,

RTL是用硬件描述語言(Verilog 或VHDL)描述想達到電路的功能,門級則是用具體的邏輯單元(依賴廠家的庫)來實現所設計電路的功能,門級最終可以在半導體廠加工成實際的硬件,那麽,RTL和門級的區別是:在設計實現上的不同階段,RTL經過邏輯綜合後,就得到門級。

在芯片電路設計中, RTL是用於描述同步數字電路操作的抽象級,是由一組寄存器以及寄存器之間的邏輯操作構成。之所以如此,是因為絕大多數的電路可以被看成由寄存器來存儲二進製數據...,這些處理和控制可以用硬件描述語言來描述。

門級在芯片電路設計中,是用於描述電路元件相互之間連接關系的,簡單的來說,是一個遵循比較簡單的標記語法的文本文件。門級指的是網表描述的電路綜合級別。是描述電路元件基本是門級或與此同級別的元件...



確定對講機的芯片前端邏輯設計後,就要驗證了RTL代碼的功能是否符合芯片電路的設計,驗證軟件可以采用cadence公司的NC_VERILOG,或者synopsys公司的VCS…

...

再接著,用Cadence的 PKS輸入硬件描述語言轉換成門級網絡表Netlist,去確定電路的面積,時序等目標參數上達到的標準,確定相關參數後,再一次進行仿真,確定模塊電路是否無誤,然後,進行後端設計的數據準備,是確定前期邏輯設計用硬件描述語言生成的門級網絡表



不過,需要說明的是,對講機芯片整合了射頻收發芯片、MCU微控制器,寬帶射頻功率放大器,以及射頻功放(PA),音頻功率放大器…,其內部電路在設計時,是十分複雜的,包括模擬信號,數字信號,射頻信號,

如在設計對講機SOC芯片沒有經驗,就十分容易出問題,造成通話掉線、連接出現噪聲、信道丟失以及接收語音質量很差...等各種各樣的問題。

其原因就是射頻信號在工作狀態,工作電流時非常大,很容易形成一個電磁波EMC和EMI,並向四周散播,影響模擬信號和數字信號,並且,這種電磁波很有可能通過對講機的天線的輸入,又反饋到對講機的接收電路,那麽,如此一來,對講機很容易出現以上的狀況。

如果說要說簡單一點,就是在汽車啟動時,打開FM收音機,那麽收音機就不能正常工作,會出現汽車發動機產生的EMC干擾電流聲…



不光以上,還有就是對講機芯片內部用大量地射頻電路,雖然說工作原理是FM相同,但是完全不同,非常需要有經驗的設計,包括射頻PA功率放大器。



經過三個月的仿真和設計,對講機芯片設計完成,並把芯片製造文檔發給台積電製造…

...

那麽,在對講機芯片打樣期間,就要準備對講機的電子電路設計,在PCB板極電子電路圖的設計中,使用的板極EDA軟件,是分為兩種功能軟件:邏輯電路軟件和PCB LAYOUT軟件…

首先,在邏輯EDA軟件繪製器件的邏輯封裝,再畫出邏輯電路圖,而這個邏輯電路圖是根據u盤的整個模塊功能進行設計的。不過,需要說明的是,在繪製邏輯封裝和電路圖設計時,相關器件的資料一定要向供應商索取,去確定電子器件的參數,



在邏輯EDA軟件繪製完邏輯電路圖後,接下來的工作,就是在PCB EDA軟件對器件進行PCB封裝製作,包括快充主控芯片,MOS管的封裝,二極管封裝…,同樣,PCB封裝是需要按照供應商提供的器件參數進行設計的…



在PCB EDA軟件裡製作好PCB器件封裝後,然後,就是邏輯EDA軟件和PCB EDA軟件進行同步更新,把邏輯EDA的電路圖導入到PCB EDA軟件…,這樣的話,就可以在PCB EDA軟件裡,出現了PCB封裝器件和連接電路線路,



接著在PCB EDA軟件,進行布局,走線,完成後,進行連接和規則檢測,確定沒有錯誤後,在PCB EDA軟件輸出製造PCB加工文件,發給板廠進行PCB製作。

完成對講機芯片的電子電路設計後,就下了就是整理對講機芯片電子物料BOM單子,供成本核算和電子物料準備



台積電的對講機芯片的樣品回到公司後, 就要立即進行測試了:

對講機芯片放入ATE儀器的測試台內的芯片插座後,打開儀器電源按鈕,然後,確定ATE儀器與對講機芯片連接正常,再開始進行芯片測試,

ATE對芯片測試基本的范圍為:芯片引腳的連通性測試,芯片漏電流測試,芯片引腳DC(直流)測試,芯片功能測試,芯片ESD靜電測試,芯片老化測試(也就是芯片質量驗證)

以及芯片穩定性測試,在溫度(零下30度和高溫50度)進行測試,確定芯片是否能正常工作…

先是對對講機芯片的引腳的連通性測試,芯片漏電流測試,DC(直流)測試,這是芯片測試的第一步,檢測對講機芯片的連通性是否正常,確定對講機芯片的內部電路連通,芯片內部電路是否有缺陷。



在對對講機芯片測試的同時,整機電路的測試也要同步,把快充主控芯片的電子元器件,電阻電容,焊接到PCB主板,先是測試PCB主板電流和電壓問題,包括快充主控芯片的性能和功能



對講機芯片功能測試合格後,還要需要老化測試范圍包括:溫度,環境,電壓,跌落…,例如電壓測試:加速的方式進行測試,把溫度突然提高到50度,外接的電壓從正常工作電壓5V突然提高到7V,進行長達3小時,甚至20小時或者30小時的老化測試,

如果沒有任何的芯片和電子電路出現問題,那麽,測試合格...。
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