第240節 對講機芯片研發和測試
更新時間:2021-04-06 作者:樹葉上的水珠
芯片產業帝國 第240節 對講機芯片研發和測試
當李飛出把對講機的射頻接收芯片，射頻發射芯片、以及射頻功放(PA)整合在一個芯片模塊，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，并且是不可能完成的…。 雖然按照目前的對講機內部電路設計，射頻接收芯片，射頻發射芯片、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模塊，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，對于提出新芯片的功能，芯片研發工程師應該先是去設計，去驗證，然后，在設計和驗證的過程中，去記錄出現了什么技術問題和難題？ 也就是，為什么這樣的芯片設計是不行？不可以這樣的芯片設計原因是什么？然后，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里，積累了一些經驗，可以避免公司在后續的芯片研發，出現類似的芯片設計技術的問題。 想到這里，李飛決定需要改變工程師的研發設計芯片的思路，嚴肅地道： “各位，得沒有錯，按照現有的技術，把射頻芯片和音頻芯片整合在一起確實有難度…，也如同各位所的問題，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，為什么這樣的芯片功能設計不行？…” 李飛直接指出員工們研發思維…，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問題的難度，而是先去分析驗證…，然后，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，一定驗證為什么這樣芯片設計不行？...，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的芯片研發工程師的思維記下來，改變芯片研發思維… 10分鐘后，李飛就回到主題，關于把對講機的射頻收發芯片、音頻放大器，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…，其射頻功率放大器和射頻收發芯片是分開的，那么，市場上對講機的射頻收發芯片是什么？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。“然后，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，一臉抱歉地道：“李工，我忘記了。“ 李飛直接出mc2831各項參數： 工作電壓：3～8V 工作電流：4毫安 目前只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，.0V，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：)（典型值）。其封裝分為貼片和插件：6兩種封裝形式。” 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、抑制器、掃描控制器及靜噪開關電路。一般在電路中，起到混頻、中放和調制...等相關作用。”接著李飛在寫字板上列出相關參數： 電源電壓：2.57v 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400470MHz，V段是130170MHz，民用是有16個信道.）。 例如：工作于多個倍頻程甚至于幾十個倍頻程。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… 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。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，具有功率容量大、頻帶寬和屏蔽性能好的特性，可廣泛應用于HFVHFUHF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模塊參數： 對講機芯片模塊架構：RISCV， 對講機芯片模塊封裝：QFP 對講機芯片模塊工藝：CMOS。（也就是芯片內部電路全部采用CMOS工藝，其好處價格便宜。） 對講機芯片模塊工作頻率：U段的頻率是400470MHz，個通訊頻道。 對講機芯片模塊對外輸出功率：。 工作電壓范圍：。 通訊距離：在空曠無阻擋物體可通訊5公里。 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模塊參數，以及芯片內部電路模塊，包括：射頻收發芯片、寬帶射頻功率放大器，以及射頻功放(PA)，音頻功率放大器…，然后，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（）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，那么，RTL和門級的區別是：在設計實現上的不同階段，RTL經過邏輯綜合后，就得到門級。 在芯片電路設計中，RTL是用于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制數據...，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，是用于描述電路元件相互之間連接關系的，簡單的來，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后，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cadeLOG，或者synopsys公司的VCS… 再接著，用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，確定相關參數后，再一次進行仿真，確定模塊電路是否無誤，然后，進行后端設計的數據準備，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，需要明的是，對講機芯片模塊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，是十分復雜的，包括模擬信號，數字信號，射頻信號， 如在設計對講機芯片模塊沒有經驗，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，并向四周散播，影響模擬信號和數字信號，并且，這種電磁波很有可能通過對講機的線的輸入，又反饋到對講機的接收電路，那么，如此一來，對講機很容易出現以上的狀況。 如果，要簡單一點，就是在汽車啟動時，打開FM收音機，那么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2個月的仿真和設計，對講機芯片設計完成，并把芯片制造文檔發給臺積電制造… 那么，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PCBLAYOUT軟件… 首先，在邏輯EDA軟件繪制器件的邏輯封裝，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，需要明的是，在繪制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軟件繪制完邏輯電路圖后，接下來的工作，就是在PCBEDA軟件對器件進行PCB封裝制作，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PCBEDA軟件里制作好PCB器件封裝后，然后，就是邏輯EDA軟件和PCBEDA軟件進行同步更新，把邏輯EDA的電路圖導入到PCBEDA軟件…，這樣的話，就可以在PCBEDA軟件里，出現了PCB封裝器件和連接電路線路， 接著在PCBEDA軟件，進行布局，走線，完成后，進行連接和規則檢測，確定沒有錯誤后，在PCBEDA軟件輸出制造PCB加工文件，發給板廠進行PCB制作。 完成對講機芯片的電子電路設計后，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 臺積電的對講機芯片的樣品回到公司后，就要立即進行測試了： 對講機芯片放入ATE儀器的測試臺內的芯片插座后，打開儀器電源按鈕，然后，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后，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3V突然提高到9V，進行長達3時，甚至20時或者30時的老化測試， 如果沒有任何的芯片和電子電路出現問題，那么，測試合格...。 芯片產業帝國 第240節 對講機芯片研發和測試
當李飛出把對講機的射頻接收芯片，射頻發射芯片、以及射頻功放(PA)整合在一個芯片模塊，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，并且是不可能完成的…。 雖然按照目前的對講機內部電路設計，射頻接收芯片，射頻發射芯片、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模塊，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，對于提出新芯片的功能，芯片研發工程師應該先是去設計，去驗證，然后，在設計和驗證的過程中，去記錄出現了什么技術問題和難題？ 也就是，為什么這樣的芯片設計是不行？不可以這樣的芯片設計原因是什么？然后，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里，積累了一些經驗，可以避免公司在后續的芯片研發，出現類似的芯片設計技術的問題。 想到這里，李飛決定需要改變工程師的研發設計芯片的思路，嚴肅地道： “各位，得沒有錯，按照現有的技術，把射頻芯片和音頻芯片整合在一起確實有難度…，也如同各位所的問題，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，為什么這樣的芯片功能設計不行？…” 李飛直接指出員工們研發思維…，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問題的難度，而是先去分析驗證…，然后，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，一定驗證為什么這樣芯片設計不行？...，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的芯片研發工程師的思維記下來，改變芯片研發思維… 10分鐘后，李飛就回到主題，關于把對講機的射頻收發芯片、音頻放大器，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…，其射頻功率放大器和射頻收發芯片是分開的，那么，市場上對講機的射頻收發芯片是什么？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。“然后，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，一臉抱歉地道：“李工，我忘記了。“ 李飛直接出mc2831各項參數： 工作電壓：3～8V 工作電流：4毫安 目前只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，.0V，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：)（典型值）。其封裝分為貼片和插件：6兩種封裝形式。” 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、抑制器、掃描控制器及靜噪開關電路。一般在電路中，起到混頻、中放和調制...等相關作用。”接著李飛在寫字板上列出相關參數： 電源電壓：2.57v 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400470MHz，V段是130170MHz，民用是有16個信道.）。 例如：工作于多個倍頻程甚至于幾十個倍頻程。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… 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。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，具有功率容量大、頻帶寬和屏蔽性能好的特性，可廣泛應用于HFVHFUHF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模塊參數： 對講機芯片模塊架構：RISCV， 對講機芯片模塊封裝：QFP 對講機芯片模塊工藝：CMOS。（也就是芯片內部電路全部采用CMOS工藝，其好處價格便宜。） 對講機芯片模塊工作頻率：U段的頻率是400470MHz，個通訊頻道。 對講機芯片模塊對外輸出功率：。 工作電壓范圍：。 通訊距離：在空曠無阻擋物體可通訊5公里。 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模塊參數，以及芯片內部電路模塊，包括：射頻收發芯片、寬帶射頻功率放大器，以及射頻功放(PA)，音頻功率放大器…，然后，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（）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，那么，RTL和門級的區別是：在設計實現上的不同階段，RTL經過邏輯綜合后，就得到門級。 在芯片電路設計中，RTL是用于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制數據...，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，是用于描述電路元件相互之間連接關系的，簡單的來，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后，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cadeLOG，或者synopsys公司的VCS… 再接著，用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，確定相關參數后，再一次進行仿真，確定模塊電路是否無誤，然后，進行后端設計的數據準備，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，需要明的是，對講機芯片模塊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，是十分復雜的，包括模擬信號，數字信號，射頻信號， 如在設計對講機芯片模塊沒有經驗，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，并向四周散播，影響模擬信號和數字信號，并且，這種電磁波很有可能通過對講機的線的輸入，又反饋到對講機的接收電路，那么，如此一來，對講機很容易出現以上的狀況。 如果，要簡單一點，就是在汽車啟動時，打開FM收音機，那么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2個月的仿真和設計，對講機芯片設計完成，并把芯片制造文檔發給臺積電制造… 那么，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PCBLAYOUT軟件… 首先，在邏輯EDA軟件繪制器件的邏輯封裝，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，需要明的是，在繪制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軟件繪制完邏輯電路圖后，接下來的工作，就是在PCBEDA軟件對器件進行PCB封裝制作，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PCBEDA軟件里制作好PCB器件封裝后，然后，就是邏輯EDA軟件和PCBEDA軟件進行同步更新，把邏輯EDA的電路圖導入到PCBEDA軟件…，這樣的話，就可以在PCBEDA軟件里，出現了PCB封裝器件和連接電路線路， 接著在PCBEDA軟件，進行布局，走線，完成后，進行連接和規則檢測，確定沒有錯誤后，在PCBEDA軟件輸出制造PCB加工文件，發給板廠進行PCB制作。 完成對講機芯片的電子電路設計后，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 臺積電的對講機芯片的樣品回到公司后，就要立即進行測試了： 對講機芯片放入ATE儀器的測試臺內的芯片插座后，打開儀器電源按鈕，然后，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后，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3V突然提高到9V，進行長達3時，甚至20時或者30時的老化測試， 如果沒有任何的芯片和電子電路出現問題，那么，測試合格...。 芯片產業帝國 第240節 對講機芯片研發和測試
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