芯片產業帝國 第243節 手機RF射頻功率放大器
在會議室,李飛解釋手機射頻PA在工藝材料上可分為CMOS和GAas這兩種工藝的區別…,以及,在未來市場的分析…。
不過,李飛并沒有說出,在21世紀,2G手機是完全使用CMOS工藝的射頻PA芯片,在3G手機上CMOS和Gaas各為一半,但是,由于CMOS工藝的問題,在4G和5G手機上基本是Gaas工藝射頻PA壟斷。
那么,根據重生前的記憶,CMOS工藝的射頻PA真正地大規模商用,大約是在2009年,在這之前,Gaas工藝一直是射頻PA的主流,
也就是說,現在推出CMOS工藝的手機射頻PA是有非常大的市場。并且在2G和3G手機市場上有絕對的優勢,要知道,即使在2020年,2G手機銷售量還是達到了2億臺!
當然,除了在手機射頻PA的CMOS和GAas這兩種工藝,還有其它的工藝…
聽完李飛對手機射頻PA的工藝解釋后...,員工們發自內心的驚嘆:李工可真是芯片技術研發大神,不光熟悉電子電路技術研發,對芯片工藝也是非常精通…!!!
因為李飛所說的手機射頻PA的CMOS和GAas這兩種工藝,是21世紀所研發的射頻PA芯片工藝技術資料。
確定了射頻PA的工藝后,接下來,就是確定手機射頻PA的內部電路模塊:前級電路,一緩沖級、中間放大級、末級功率放大級…。在寫字板上寫出手機射頻PA的內部電路模塊,然后,李飛大概地說出手機RF射頻功率放大器工作原理:
“從射頻收發芯片輸出GSM射頻發射信號和DCS射頻發射中頻信號,經過濾波電路和阻抗匹配電路,輸入到RF射頻功率放大器PA的前級電路,不過,由于射頻收發芯片輸出發射中頻信號功率是很小,需要經過RF射頻功率放大器一系列的放大,一緩沖級、中間放大級、末級功率放大級,獲得足夠的射頻功率以后,才能饋送到天線上發射出去。”
“而手機RF射頻PA的發射功率可分為19個等級(0.2W2W),是通過手機基帶的自動功率控制APC信號通過電壓來實現對PA的控制,用于控制不同的功率等級。其原因就是根據手機的工作場景,手機基帶芯片根據接收的信號強度,去確定手機發射的距離,然后進行功率自動控制,送出適當的發射等級信號,從而來決定射頻PA的功率…。”
說完手機RF射頻PA的工作原理后,李飛就確定大深市芯片產業有限公司研發手機RF射頻功率放大器的參數:
1純正CMOS工藝,
2GSM功率輸出:33.5dBm
3DCS功率輸出:31.0dBm
4GSM發射功率效率:45
5DCS發射功率效率:45。
6封裝類型LGA,7.0mmx7.0mmx1.2mm
確定了射頻PA的各項參數后,那么,就要開始進行射頻PA電路設計了,先進行前端的設計,是對射頻PA的芯片內部模塊進行合理地劃分功能,以及確定各個模塊的功能指標,例如:前級電路,一緩沖級、中間放大級、末級功率放大級…
再輸入硬件描寫語言,以代碼來描述去實現模塊功能,并生成電路圖和狀態轉移圖,然后再用Cadence的Verilog-XL,Cadence的NCVerilog進行仿真,確定模塊電路設計是否正確,
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Netlist,以及模塊電路與芯片制造工廠提供的標準單元、宏單元和I/OPad的庫文件相等一致...
再進行芯片布局,芯片布線...
當然,在設計過程里,除了對射頻PA電路功能仿真,去驗證制定的參數…,還是需要對射頻PA電路進行各種的仿真,例如:電磁干擾EMI,因為射頻PA的工作電流是非常大,最高可高達2W,那么,在射頻PA高功率工作狀態之下,會產生電磁波,干擾芯片內部周圍的電子電路,
由于,李飛在設計CMOS工藝的RF射頻功率放大器有豐富的經驗,在一個月內完成了芯片設計,并在各項參數上,完全超出了當初制定的參數…
然后,輸出價格制造文件,交給臺級電進行生產,不過,當郵件發給臺級電客戶總監,一個小時后的時間,臺級電客戶總監打電話過來,語氣尊敬地問道:
“李工,你發的射頻PA芯片制造文件,我收到了…”
李飛客氣地說道:那么,就麻煩你們了,這個項目比較急,希望在二周時間內完成RF射頻PA的樣品…
臺級電客戶總監在電話里支支吾吾,說話的語氣充滿了疑惑:李工,我看到了你們公司射頻PA工藝要求是CMOS,是不是搞錯了?
李飛在電話里微笑道:呵呵,沒有錯,我公司研發的射頻PA的工藝采用的是CMOS。
雖然說李飛的回答是非常明確…,但是,臺級電客戶總監還是不放心地提醒道:李工,目前市場RF射頻PA都是Gaas工藝,國際射頻PA大廠SKYWORKS,瑞薩,RFMD都是Gaas工藝…,
李飛簡單道:呵呵,我們公司研發射頻PA不一樣…
臺級電客戶總監,說道:李工,我說實話吧,我們芯片制造工程師看到你們公司制定的射頻PA芯片是采用CMOS工藝…,就很驚訝…,認為是不是寫錯了?所以我把問題反饋到你…
對于臺級電客戶總監的提醒,李飛感謝道:謝謝…,不過,這是我們公司采用的最新的射頻PA技術…,所以,你們按照我們公司制定工藝要求生產制造即可…
再次,得到李飛明確地確認…,臺級電客戶總監舒松了一口氣,同時,說話的語氣充滿敬佩:“好的,李工,我馬上告訴我們公司的芯片制造工程師,這是大深市芯片產業有限公司研發的射頻PA采用最新的CMOS工藝技術…。2周的時間一定完成射頻PA芯片的樣品..”
完成了芯片設計后,馬上進行PCB設計,因為不光是要測試射頻PA的芯片,還有測試射頻PA整體的電路設計…
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…
先是在邏輯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射頻PA的整個模塊功能進行設計的。不過,需要說明的是,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,包括射頻PA主控芯片,電阻封裝,電容封裝,天線開關封裝…,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,就下了就是整理射頻PA的電子物料BOM單子,供成本核算和電子物料準備
臺積電的射頻芯片的樣品回到公司后,就要立即進行測試了:
射頻PA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…
先是射頻PA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,檢測芯片的連通性是否正常,確定芯片的內部電路連通,芯片內部電路是否有缺陷。
射頻PA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3.7V突然提高到9V,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,那么,測試合格...。
RF射頻PA芯片測試合格后,那么,RF射頻電路的測試也要同步,把RF射頻芯片,電阻電容,焊接到PCB主板,利用RF測試儀器安捷倫8960,去測試RF射頻PA芯片的性能和功能,包括:
1射頻PA發射功率
2射頻PA發射工作效率
3射頻PA的增益,輸出飽和功率
4射頻PA的雜散和失真
5射頻PA的頻寬和調制帶寬
6射頻PA的輸出動態范圍
當然,在對RF射頻PA的電子電路進行測試時,如相關參數指標沒有達到設定的要求,就需要微調RF射頻芯片PA的外圍電阻電容的值…這樣的話,完全達到了所制定的參數。
完成了所有的RF射頻PA的測試,那么,就要寫出Datasheet,把射頻PA的芯片測試結果記錄下來。然后,客戶通過datasheet了解RF射頻芯片相關的參數。
RF射頻PA芯片所有的推銷的工作完成后,那么,就要正式對外銷售了,李飛把RF射頻芯片相關參數,以大深市芯片產業有限公司的名義,用郵件發送到世界無線電技術雜志,告知大深市芯片產業有限公司研發出CMOS工藝的手機RF射頻功率放大器,參數如下:無廣告72文學網amww.72wx
1純正CMOS工藝,
2GSM功率輸出:33.5dBm
3DCS功率輸出:31.0dBm
4GSM發射功率效率:45
5DCS發射功率效率:45。
6封裝類型LGA,7.0mmx7.0mmx1.2mm
位于米國加州的世界無線電技術雜志,其雜志主編收到郵件后,看到大深市芯片產業有限公司的郵件,興奮道:大深市芯片產業有限公司終于給我們雜志發送最新的芯片技術,這肯定是先進的芯片技術…
世界無線電技術雜志的主編還特意把手洗干凈,然后,搓揉著雙手,懷著尊敬地姿態,內心激動,顫顫巍巍地打開郵件,當看到郵件上RF射頻PA芯片參數:
1純正CMOS工藝,
2GSM功率輸出:33.5dBm
3DCS功率輸出:31.0dBm
4GSM發射功率效率:45
5DCS發射功率效率:45。
6封裝類型LGA,7.0mmx7.0mmx1.2mm
世界無線電技術雜志的主編整個身子都驚呆了,瞪大眼睛,身子一動也不動,如同雕塑…,并震驚地喃喃自語:我的天…,手機射頻PA采用的是CMOS工藝!!!,
不過,震驚過后,世界無線電技術雜志的主編,就滿臉不相信:
這…這…怎么可能?手機射頻PA怎么可能是CMOS工藝?而且輸出功率和效率完全與GAas工藝一致相同…這怎么可能?
世界無線電技術雜志的主編雖然說不是芯片設計工程師,但是,知道RF手機射頻PA的各項參數…。例如21世紀,去買電腦和智能手機,雖然不知道電腦芯片和手機芯片的工作原理,但是,一定知道那一款芯片是最好的!
世界無線電技術雜志的主編立即發郵件給李飛,詢問是不是射頻PA的cmos工藝是不是寫錯了?
并在郵件上直接寫出,目前世界上射頻芯片設計公司知道CMOS工藝的優點:成本低,工藝成熟,且產能穩定…,并紛紛斥資數億美金研發CMOS工藝的手機射頻PA,但是,研發出的CMOS工藝的射頻PA,其各項參數完全達不到GAas工藝…
收到世界無線電技術雜志的主編郵件后,李飛直接地回復:這是大深市芯片產業有限公司研發最新的手機射頻PA芯片,歡迎世界手機制造商咨詢…
芯片產業帝國 第243節 手機RF射頻功率放大器