第240节 对讲机芯片研发和测试
当李飞说出把对讲机的射频收发芯片mcu微控制器,以及射频功放(pa)整合在一个芯片,员工们纷纷提出疑虑,认为这样的芯片设计会很有很多的问题,并且是不可能完成的…。
…
虽然说按照目前的对讲机内部电路设计,射频收发芯片mcu微控制器,以及射频功放(pa),甚至是音频功率放大器都是分开的,例如:摩罗拉对讲机采用mc3361射频接收芯片,发射芯片采用的是mc2831,音频功率放大器采用的是ta7205…,
所以,李飞把这些芯片全部集成在一个芯片,类似是soc,完全是超出了员工的想象。
…
但是,作为一个芯片研发工程师,当提出一个新的芯片功能,就立即认为难度大,根本很难实现…等各种各样的问题,
这是不可以的!
因为作为大深市芯片产业有限公司的芯片研发工程师,对于提出新芯片的功能,芯片研发工程师应该先是去设计,去验证,然后,在设计和验证的过程中,去记录出现了什么技术问题和难题?
…
也就是说,为什么这样的芯片设计不行?不可以这样的芯片设计原因是什么?然后,把芯片验证和设计过程,出现的原因写下来,再组织芯片研发工程师去解决这些难题…
…
即使没有解决以上芯片设计的问题,芯片研发工程师们在解决芯片研发过程里,积累了一些经验,可以避免公司在后续的芯片研发,出现类似的芯片设计技术的问题。
…
想到这里,李飞决定需要改变工程师的研发设计芯片的思路,严肃地说道:
“各位,说得没有错,按照现有的技术,把射频和mcu芯片整合在一起确实有难度…,也如同各位所说的问题,射频信号会干扰模拟信号或者数字信号…”
“不过,既然这样的芯片功能设计有难度,我们作为大深市芯片产业有限公司的芯片研发工程师,必须静心下来,应该去验证设计,为什么这样的芯片功能设计不行?…”
…
李飞这么一说…,员工们安静下来,纷纷低头,立即意识道作为一个芯片研发工程师,在面对芯片设计难题时,不应该先是去抱怨或者放大的问题的难度,而是先去分析验证…,然后,再记录下…。
…
见员工们也反思刚才的态度…,接着,李飞为了让芯片研发工程师在芯片设计注重实践和研发过程,就特别再次强调:
“作为芯片研发工程师,一定要注重实践,即使是参考书给出的结果,希望各位再确定时,一定验证为什么这样芯片设计不行?...,这对各位芯片研发经验有非常好的积累。”
…
员工们纷纷非常认真地把李飞所说的芯片研发工程师的思维记下来,改变芯片研发思维…
…
10分钟后,李飞就回到主题,关于把对讲机的射频收发芯片mcu微控制器,以及射频功放(pa)整合在一个芯片当然对讲机除了射频芯片和cpu芯片,还有就是音频芯片。就问道:
“各位,目前市场销售的对讲机摩罗拉,建伍…,其cpu芯片和射频收发芯片是分开的,那么,市场上对讲机的射频芯片和基带芯片是什么?有知晓的吗”
一位穿着灰白色的衬衫,是第一批进入大深市芯片产业有限公司的上班的芯片研发工程师,就说道:
“李工,我查过无线电技术的资料,摩罗拉对讲机所用的射频芯片就是mc2831…
李飞点头:“这是摩罗拉自家生产的芯片,是发射的芯片。“然后,继续问道:
“你知道mc2831各项参数?“
灰白色的衬衫芯片研发工程师,稍微想了一下,一脸抱歉地说道:“李工,我忘记了。“
李飞直接说出mc2831各项参数。
…
目前只说了对讲机的发射芯片,还有接收芯片以及mcu芯片等…。李飞继续问道:
“摩罗拉对讲机的使用的接收芯片,各位知道?各项参数,有知道?”
陈迅说道:“李工,摩罗拉对讲机的接收芯片mc3361,各项具体参数都忘记了,只知道,耗电典型值仅为片1次变频的通讯接收设备。极限灵敏度:(3bb)(典型值)其封装分为贴片和插件:dip16和so16两种封装形式。”
李飞就直接补充:
“mc3361是语音通讯的无线接收芯片。芯片内部电路包含振荡电路混频电路限幅放大器积分鉴频器滤波器抑制器扫描控制器及静噪开关电路。一般在电路中,起到混频中放和调制。”接着李飞在写字板上列出相关参数:
电源电压:
电流(静噪作用):,
限幅灵敏度(3db限幅):
检波器输出直流电压:
检波器输出阻抗:400Ω
…
当然除了以上的芯片,摩罗拉对讲机使用了mrf5003这一个宽带射频功率放大器,这是很重要的,因为对讲机的射频功放工作在非常宽的频率范围(u段的频率是400470mhz,v段是130170mhz,民用是有16个信道.)。
例如,工作于多个倍频程甚至于几十个倍频程。这就需要对射频功放进行宽带匹配设计,宽带功放具有一些显著的优点,它不需要调谐谐振电路,可实现快速频率捷变或发射宽的多模信号频谱…
宽带匹配是宽带阻抗匹配的简称,是宽带射频功放以及最大功率传输系统的主要电路,宽带匹配的作用是,使射频功率放大管的输入输出达到最佳的阻抗匹配,实现宽带内的最大功率放大传输。
因此,宽带阻抗匹配网络的设计是宽带射频功放设计的主要任务。同轴电缆阻抗变换器简称同轴变换器,能实现有效的宽带匹配,可以为射频功率放大管提供宽频带工作的条件。同轴变换器具有功率容量大频带宽和屏蔽性能好的特性,可广泛应用于hf/vhf/uhf波段。
…
还用就是摩罗拉对讲机mcu主控芯片,就是自家生产,为了芯片技术保密,是不对外公布任何相关的芯片资料。
…
经过对比市场上对讲机的使用的芯片各项参数,李飞考试制定大深市芯片产业有限公司对讲机的芯片参数:
对讲机芯片架构:riscv,
对讲机芯片封装:qfp
对讲机芯片芯片工艺:cmos。(也就是芯片内部电路全部采用cmos工艺,其好处价格便宜。)
…
在公司的项目会上,李飞确定大深市芯片产业有限公司对讲机的芯片参数,以及芯片内部电路模块,包括:射频收发芯片mcu微控制器,宽带射频功率放大器,以及射频功放(pa),音频功率放大器…,然后,进入对讲机芯片前端逻辑设计,编写rtl与或者门级的代码了,
rtl是用硬件描述语言(verilog或vhdl)描述想达到电路的功能,门级则是用具体的逻辑单元(依赖厂家的库)来实现所设计电路的功能,门级最终可以在半导体厂加工成实际的硬件,那么,rtl和门级的区别是:在设计实现上的不同阶段,rtl经过逻辑综合后,就得到门级。
在芯片电路设计中,rtl是用于描述同步数字电路操作的抽象级,是由一组寄存器以及寄存器之间的逻辑操作构成。之所以如此,是因为绝大多数的电路可以被看成由寄存器来存储二进制数据...,这些处理和控制可以用硬件描述语言来描述。
门级在芯片电路设计中,是用于描述电路元件相互之间连接关系的,简单的来说,是一个遵循比较简单的标记语法的文本文件。门级指的是网表描述的电路综合级别。是描述电路元件基本是门级或与此同级别的元件...
…
确定对讲机的芯片前端逻辑设计后,就要验证了rtl代码的功能是否符合芯片电路的设计,验证软件可以采用cadence公司的nc_verilog,或者synoys公司的vcs…
再接着,用cadence的pks输入硬件描述语言转换成门级网络表list,去确定电路的面积,时序等目标参数上达到的标准,确定相关参数后,再一次进行仿真,确定模块电路是否无误,然后,进行后端设计的数据准备,是确定前期逻辑设计用硬件描述语言生成的门级网络表
…
不过,需要说明的是,对讲机芯片整合了射频收发芯片mcu微控制器,宽带射频功率放大器,以及射频功放(pa),音频功率放大器…,其内部电路在设计时,是十分复杂的,包括模拟信号,数字信号,射频信号,
如在设计对讲机soc芯片没有经验,就十分容易出问题,造成通话掉线连接出现噪声信道丢失以及接收语音质量很差...等各种各样的问题。
其原因就是射频信号在工作状态,工作电流时非常大,很容易形成一个电磁波emc和emi,并向四周散播,影响模拟信号和数字信号,并且,这种电磁波很有可能通过对讲机的天线的输入,又反馈到对讲机的接收电路,那么,如此一来,对讲机很容易出现以上的状况。
如果说要说简单一点,就是在汽车启动时,打开fm收音机,那么收音机就不能正常工作,会出现汽车发动机产生的emc干扰电流声…
…
不光以上,还有就是对讲机芯片内部用大量地射频电路,虽然说工作原理是fm相同,但是完全不同,非常需要有经验的设计,包括射频pa功率放大器。
…
经过三个月的仿真和设计,对讲机芯片设计完成,并把芯片制造文档发给台积电制造…
那么,在对讲机芯片打样期间,就要准备对讲机的电子电路设计,在pcb板极电子电路图的设计中,使用的板极eda软件,是分为两种功能软件:逻辑电路软件和pcblayout软件…
首先,在逻辑eda软件绘制器件的逻辑封装,再画出逻辑电路图,而这个逻辑电路图是根据u盘的整个模块功能进行设计的。不过,需要说明的是,在绘制逻辑封装和电路图设计时,相关器件的资料一定要向供应商索取,去确定电子器件的参数,
…
在逻辑eda软件绘制完逻辑电路图后,接下来的工作,就是在pcbeda软件对器件进行pcb封装制作,包括快充主控芯片,mos管的封装,二极管封装…,同样,pcb封装是需要按照供应商提供的器件参数进行设计的…
…
在pcbeda软件里制作好pcb器件封装后,然后,就是逻辑eda软件和pcbeda软件进行同步更新,把逻辑eda的电路图导入到pcbeda软件…,这样的话,就可以在pcbeda软件里,出现了pcb封装器件和连接电路线路,
…
接着在pcbeda软件,进行布局,走线,完成后,进行连接和规则检测,确定没有错误后,在pcbeda软件输出制造pcb加工文件,发给板厂进行pcb制作。
完成对讲机芯片的电子电路设计后,就下了就是整理对讲机芯片电子物料bom单子,供成本核算和电子物料准备
…
台积电的对讲机芯片的样品回到公司后,就要立即进行测试了:
对讲机芯片放入ate仪器的测试台内的芯片插座后,打开仪器电源按钮,然后,确定ate仪器与对讲机芯片连接正常,再开始进行芯片测试,
ate对芯片测试基本的范围为:芯片引脚的连通性测试,芯片漏电流测试,芯片引脚dc(直流)测试,芯片功能测试,芯片esd静电测试,芯片老化测试(也就是芯片质量验证)
以及芯片稳定性测试,在温度(零下30度和高温50度)进行测试,确定芯片是否能正常工作…
先是对对讲机芯片的引脚的连通性测试,芯片漏电流测试,dc(直流)测试,这是芯片测试的第一步,检测对讲机芯片的连通性是否正常,确定对讲机芯片的内部电路连通,芯片内部电路是否有缺陷。
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虽然说按照目前的对讲机内部电路设计,射频收发芯片mcu微控制器,以及射频功放(pa),甚至是音频功率放大器都是分开的,例如:摩罗拉对讲机采用mc3361射频接收芯片,发射芯片采用的是mc2831,音频功率放大器采用的是ta7205…,
所以,李飞把这些芯片全部集成在一个芯片,类似是soc,完全是超出了员工的想象。
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但是,作为一个芯片研发工程师,当提出一个新的芯片功能,就立即认为难度大,根本很难实现…等各种各样的问题,
这是不可以的!
因为作为大深市芯片产业有限公司的芯片研发工程师,对于提出新芯片的功能,芯片研发工程师应该先是去设计,去验证,然后,在设计和验证的过程中,去记录出现了什么技术问题和难题?
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也就是说,为什么这样的芯片设计不行?不可以这样的芯片设计原因是什么?然后,把芯片验证和设计过程,出现的原因写下来,再组织芯片研发工程师去解决这些难题…
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即使没有解决以上芯片设计的问题,芯片研发工程师们在解决芯片研发过程里,积累了一些经验,可以避免公司在后续的芯片研发,出现类似的芯片设计技术的问题。
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想到这里,李飞决定需要改变工程师的研发设计芯片的思路,严肃地说道:
“各位,说得没有错,按照现有的技术,把射频和mcu芯片整合在一起确实有难度…,也如同各位所说的问题,射频信号会干扰模拟信号或者数字信号…”
“不过,既然这样的芯片功能设计有难度,我们作为大深市芯片产业有限公司的芯片研发工程师,必须静心下来,应该去验证设计,为什么这样的芯片功能设计不行?…”
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李飞这么一说…,员工们安静下来,纷纷低头,立即意识道作为一个芯片研发工程师,在面对芯片设计难题时,不应该先是去抱怨或者放大的问题的难度,而是先去分析验证…,然后,再记录下…。
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见员工们也反思刚才的态度…,接着,李飞为了让芯片研发工程师在芯片设计注重实践和研发过程,就特别再次强调:
“作为芯片研发工程师,一定要注重实践,即使是参考书给出的结果,希望各位再确定时,一定验证为什么这样芯片设计不行?...,这对各位芯片研发经验有非常好的积累。”
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员工们纷纷非常认真地把李飞所说的芯片研发工程师的思维记下来,改变芯片研发思维…
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10分钟后,李飞就回到主题,关于把对讲机的射频收发芯片mcu微控制器,以及射频功放(pa)整合在一个芯片当然对讲机除了射频芯片和cpu芯片,还有就是音频芯片。就问道:
“各位,目前市场销售的对讲机摩罗拉,建伍…,其cpu芯片和射频收发芯片是分开的,那么,市场上对讲机的射频芯片和基带芯片是什么?有知晓的吗”
一位穿着灰白色的衬衫,是第一批进入大深市芯片产业有限公司的上班的芯片研发工程师,就说道:
“李工,我查过无线电技术的资料,摩罗拉对讲机所用的射频芯片就是mc2831…
李飞点头:“这是摩罗拉自家生产的芯片,是发射的芯片。“然后,继续问道:
“你知道mc2831各项参数?“
灰白色的衬衫芯片研发工程师,稍微想了一下,一脸抱歉地说道:“李工,我忘记了。“
李飞直接说出mc2831各项参数。
…
目前只说了对讲机的发射芯片,还有接收芯片以及mcu芯片等…。李飞继续问道:
“摩罗拉对讲机的使用的接收芯片,各位知道?各项参数,有知道?”
陈迅说道:“李工,摩罗拉对讲机的接收芯片mc3361,各项具体参数都忘记了,只知道,耗电典型值仅为片1次变频的通讯接收设备。极限灵敏度:(3bb)(典型值)其封装分为贴片和插件:dip16和so16两种封装形式。”
李飞就直接补充:
“mc3361是语音通讯的无线接收芯片。芯片内部电路包含振荡电路混频电路限幅放大器积分鉴频器滤波器抑制器扫描控制器及静噪开关电路。一般在电路中,起到混频中放和调制。”接着李飞在写字板上列出相关参数:
电源电压:
电流(静噪作用):,
限幅灵敏度(3db限幅):
检波器输出直流电压:
检波器输出阻抗:400Ω
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当然除了以上的芯片,摩罗拉对讲机使用了mrf5003这一个宽带射频功率放大器,这是很重要的,因为对讲机的射频功放工作在非常宽的频率范围(u段的频率是400470mhz,v段是130170mhz,民用是有16个信道.)。
例如,工作于多个倍频程甚至于几十个倍频程。这就需要对射频功放进行宽带匹配设计,宽带功放具有一些显著的优点,它不需要调谐谐振电路,可实现快速频率捷变或发射宽的多模信号频谱…
宽带匹配是宽带阻抗匹配的简称,是宽带射频功放以及最大功率传输系统的主要电路,宽带匹配的作用是,使射频功率放大管的输入输出达到最佳的阻抗匹配,实现宽带内的最大功率放大传输。
因此,宽带阻抗匹配网络的设计是宽带射频功放设计的主要任务。同轴电缆阻抗变换器简称同轴变换器,能实现有效的宽带匹配,可以为射频功率放大管提供宽频带工作的条件。同轴变换器具有功率容量大频带宽和屏蔽性能好的特性,可广泛应用于hf/vhf/uhf波段。
…
还用就是摩罗拉对讲机mcu主控芯片,就是自家生产,为了芯片技术保密,是不对外公布任何相关的芯片资料。
…
经过对比市场上对讲机的使用的芯片各项参数,李飞考试制定大深市芯片产业有限公司对讲机的芯片参数:
对讲机芯片架构:riscv,
对讲机芯片封装:qfp
对讲机芯片芯片工艺:cmos。(也就是芯片内部电路全部采用cmos工艺,其好处价格便宜。)
…
在公司的项目会上,李飞确定大深市芯片产业有限公司对讲机的芯片参数,以及芯片内部电路模块,包括:射频收发芯片mcu微控制器,宽带射频功率放大器,以及射频功放(pa),音频功率放大器…,然后,进入对讲机芯片前端逻辑设计,编写rtl与或者门级的代码了,
rtl是用硬件描述语言(verilog或vhdl)描述想达到电路的功能,门级则是用具体的逻辑单元(依赖厂家的库)来实现所设计电路的功能,门级最终可以在半导体厂加工成实际的硬件,那么,rtl和门级的区别是:在设计实现上的不同阶段,rtl经过逻辑综合后,就得到门级。
在芯片电路设计中,rtl是用于描述同步数字电路操作的抽象级,是由一组寄存器以及寄存器之间的逻辑操作构成。之所以如此,是因为绝大多数的电路可以被看成由寄存器来存储二进制数据...,这些处理和控制可以用硬件描述语言来描述。
门级在芯片电路设计中,是用于描述电路元件相互之间连接关系的,简单的来说,是一个遵循比较简单的标记语法的文本文件。门级指的是网表描述的电路综合级别。是描述电路元件基本是门级或与此同级别的元件...
…
确定对讲机的芯片前端逻辑设计后,就要验证了rtl代码的功能是否符合芯片电路的设计,验证软件可以采用cadence公司的nc_verilog,或者synoys公司的vcs…
再接着,用cadence的pks输入硬件描述语言转换成门级网络表list,去确定电路的面积,时序等目标参数上达到的标准,确定相关参数后,再一次进行仿真,确定模块电路是否无误,然后,进行后端设计的数据准备,是确定前期逻辑设计用硬件描述语言生成的门级网络表
…
不过,需要说明的是,对讲机芯片整合了射频收发芯片mcu微控制器,宽带射频功率放大器,以及射频功放(pa),音频功率放大器…,其内部电路在设计时,是十分复杂的,包括模拟信号,数字信号,射频信号,
如在设计对讲机soc芯片没有经验,就十分容易出问题,造成通话掉线连接出现噪声信道丢失以及接收语音质量很差...等各种各样的问题。
其原因就是射频信号在工作状态,工作电流时非常大,很容易形成一个电磁波emc和emi,并向四周散播,影响模拟信号和数字信号,并且,这种电磁波很有可能通过对讲机的天线的输入,又反馈到对讲机的接收电路,那么,如此一来,对讲机很容易出现以上的状况。
如果说要说简单一点,就是在汽车启动时,打开fm收音机,那么收音机就不能正常工作,会出现汽车发动机产生的emc干扰电流声…
…
不光以上,还有就是对讲机芯片内部用大量地射频电路,虽然说工作原理是fm相同,但是完全不同,非常需要有经验的设计,包括射频pa功率放大器。
…
经过三个月的仿真和设计,对讲机芯片设计完成,并把芯片制造文档发给台积电制造…
那么,在对讲机芯片打样期间,就要准备对讲机的电子电路设计,在pcb板极电子电路图的设计中,使用的板极eda软件,是分为两种功能软件:逻辑电路软件和pcblayout软件…
首先,在逻辑eda软件绘制器件的逻辑封装,再画出逻辑电路图,而这个逻辑电路图是根据u盘的整个模块功能进行设计的。不过,需要说明的是,在绘制逻辑封装和电路图设计时,相关器件的资料一定要向供应商索取,去确定电子器件的参数,
…
在逻辑eda软件绘制完逻辑电路图后,接下来的工作,就是在pcbeda软件对器件进行pcb封装制作,包括快充主控芯片,mos管的封装,二极管封装…,同样,pcb封装是需要按照供应商提供的器件参数进行设计的…
…
在pcbeda软件里制作好pcb器件封装后,然后,就是逻辑eda软件和pcbeda软件进行同步更新,把逻辑eda的电路图导入到pcbeda软件…,这样的话,就可以在pcbeda软件里,出现了pcb封装器件和连接电路线路,
…
接着在pcbeda软件,进行布局,走线,完成后,进行连接和规则检测,确定没有错误后,在pcbeda软件输出制造pcb加工文件,发给板厂进行pcb制作。
完成对讲机芯片的电子电路设计后,就下了就是整理对讲机芯片电子物料bom单子,供成本核算和电子物料准备
…
台积电的对讲机芯片的样品回到公司后,就要立即进行测试了:
对讲机芯片放入ate仪器的测试台内的芯片插座后,打开仪器电源按钮,然后,确定ate仪器与对讲机芯片连接正常,再开始进行芯片测试,
ate对芯片测试基本的范围为:芯片引脚的连通性测试,芯片漏电流测试,芯片引脚dc(直流)测试,芯片功能测试,芯片esd静电测试,芯片老化测试(也就是芯片质量验证)
以及芯片稳定性测试,在温度(零下30度和高温50度)进行测试,确定芯片是否能正常工作…
先是对对讲机芯片的引脚的连通性测试,芯片漏电流测试,dc(直流)测试,这是芯片测试的第一步,检测对讲机芯片的连通性是否正常,确定对讲机芯片的内部电路连通,芯片内部电路是否有缺陷。
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