第240節 對講機晶片研發和測試
當李飛說出把對講機的射頻收發晶片、MCU微控制器，以及射頻功放（PA）整合在一個晶片，員工們紛紛提出疑慮，認為這樣的晶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，射頻收發晶片、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：摩羅拉對講機採用MC3361射頻接收晶片，發射晶片採用的是mc2831，音頻功率放大器採用的是TA7205…，
所以，李飛把這些晶片全部集成在一個晶片，類似是SOC，完全是超出了員工的想像。
…
但是，作為一個晶片研發工程師，當提出一個新的晶片功能，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！
因為作為大深市晶片產業有限公司的晶片研發工程師，對於提出新晶片的功能，晶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，去記錄出現了什麼技術問題和難題？
…
也就是說，為什麼這樣的晶片設計不行？不可以這樣的晶片設計原因是什麼？然後，把晶片驗證和設計過程，出現的原因寫下來，再組織晶片研發工程師去解決這些難題…
…
即使沒有解決以上晶片設計的問題，晶片研發工程師們在解決晶片研發過程里，積累了一些經驗，可以避免公司在後續的晶片研發，出現類似的晶片設計技術的問題。
…
想到這裡，李飛決定需要改變工程師的研發設計晶片的思路，嚴肅地說道：
「各位，說得沒有錯，按照現有的技術，把射頻和mcu晶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位訊號…」
「不過，既然這樣的晶片功能設計有難度，我們作為大深市晶片產業有限公司的晶片研發工程師，必須靜心下來，應該去驗證設計，為什麼這樣的晶片功能設計不行？…」
…
李飛這麼一說…，員工們安靜下來，紛紛低頭，立即意識道作為一個晶片研發工程師，在面對晶片設計難題時，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，李飛為了讓晶片研發工程師在晶片設計注重實踐和研發過程，就特別再次強調：
「作為晶片研發工程師，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，一定驗證為什麼這樣晶片設計不行？...，這對各位晶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晶片研發工程師的思維記下來，改變晶片研發思維…
…
10分鐘後，李飛就回到主題，關於把對講機的射頻收發晶片、MCU微控制器，以及射頻功放（PA）整合在一個晶片當然對講機除了射頻晶片和CPU晶片，還有就是音頻晶片。就問道：
「各位，目前市場銷售的對講機摩羅拉，建伍…，其CPU晶片和射頻收發晶片是分開的，那麼，市場上對講機的射頻晶片和基帶晶片是什麼？有知曉的嗎」
一位穿著灰白色的襯衫，是第一批進入大深市晶片產業有限公司的上班的晶片研發工程師，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晶片就是mc2831…
李飛點頭：「這是摩羅拉自家生產的晶片，是發射的晶片。「然後，繼續問道：
「你知道mc2831各項參數？「
灰白色的襯衫晶片研發工程師，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。
...
…
目前只說了對講機的發射晶片，還有接收晶片以及MCU晶片等…。李飛繼續問道：
「摩羅拉對講機的使用的接收晶片，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晶片MC3361，各項具體參數都忘記了，只知道Vcc=4.0V，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：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晶片。晶片內部電路包含振盪電路、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
…
當然除了以上的晶片，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範圍（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主控晶片，就是自家生產，為了晶片技術保密，是不對外公布任何相關的晶片資料。
…
經過對比市場上對講機的使用的晶片各項參數，李飛考試製定大深市晶片產業有限公司對講機的晶片參數：
對講機晶片架構：RISC-V，
對講機晶片封裝：QFP
對講機晶片晶片工藝：CMOS。（也就是晶片內部電路全部採用CMOS工藝，其好處價格便宜。）
…
在公司的項目會上，李飛確定大深市晶片產業有限公司對講機的晶片參數，以及晶片內部電路模塊，包括：射頻收發晶片、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，進入對講機晶片前端邏輯設計，編寫RTL與或者門級的代碼了，
RTL是用硬體描述語言（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體，那麼，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。
在晶片電路設計中， 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位數據...，這些處理和控制可以用硬體描述語言來描述。
門級在晶片電路設計中，是用於描述電路元件相互之間連接關係的，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...
…
確定對講機的晶片前端邏輯設計後，就要驗證了RTL代碼的功能是否符合晶片電路的設計，驗證軟體可以採用cadence公司的NC_VERILOG，或者synopsys公司的VCS…
...
再接著，用Cadence的 PKS輸入硬體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體描述語言生成的門級網絡表
…
不過，需要說明的是，對講機晶片整合了射頻收發晶片、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，數位訊號，射頻信號，
如在設計對講機SOC晶片沒有經驗，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，影響模擬信號和數位訊號，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，那麼，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，那麼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，還有就是對講機晶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，對講機晶片設計完成，並把晶片製造文檔發給台積電製造…
...
那麼，在對講機晶片打樣期間，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軟體，是分為兩種功能軟體：邏輯電路軟體和PCB LAYOUT軟體…
首先，在邏輯EDA軟體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軟體繪製完邏輯電路圖後，接下來的工作，就是在PCB EDA軟體對器件進行PCB封裝製作，包括快充主控晶片，MOS管的封裝，二極體封裝…，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軟體里製作好PCB器件封裝後，然後，就是邏輯EDA軟體和PCB EDA軟體進行同步更新，把邏輯EDA的電路圖導入到PCB EDA軟體…，這樣的話，就可以在PCB EDA軟體里，出現了PCB封裝器件和連接電路線路，
…
接著在PCB EDA軟體，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軟體輸出製造PCB加工文件，發給板廠進行PCB製作。
完成對講機晶片的電子電路設計後，就下了就是整理對講機晶片電子物料BOM單子，供成本核算和電子物料準備
…
台積電的對講機晶片的樣品回到公司後，就要立即進行測試了：
對講機晶片放入ATE儀器的測試台內的晶片插座後，打開儀器電源按鈕，然後，確定ATE儀器與對講機晶片連接正常，再開始進行晶片測試，
ATE對晶片測試基本的範圍為：晶片引腳的連通性測試，晶片漏電流測試，晶片引腳DC（直流）測試，晶片功能測試，晶片ESD靜電測試，晶片老化測試（也就是晶片質量驗證）
以及晶片穩定性測試，在溫度（零下30度和高溫50度）進行測試，確定晶片是否能正常工作…
先是對對講機晶片的引腳的連通性測試，晶片漏電流測試，DC（直流）測試，這是晶片測試的第一步，檢測對講機晶片的連通性是否正常，確定對講機晶片的內部電路連通，晶片內部電路是否有缺陷。
…
在對對講機晶片測試的同時，整機電路的測試也要同步，把快充主控晶片的電子元器件，電阻電容，焊接到PCB主板，先是測試PCB主板電流和電壓問題，包括快充主控晶片的性能和功能
…
對講機晶片功能測試合格後，還要需要老化測試範圍包括：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，
如果沒有任何的晶片和電子電路出現問題，那麼，測試合格...。
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雖然說按照目前的對講機內部電路設計，射頻收發晶片、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：摩羅拉對講機採用MC3361射頻接收晶片，發射晶片採用的是mc2831，音頻功率放大器採用的是TA7205…，
所以，李飛把這些晶片全部集成在一個晶片，類似是SOC，完全是超出了員工的想像。
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但是，作為一個晶片研發工程師，當提出一個新的晶片功能，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！
因為作為大深市晶片產業有限公司的晶片研發工程師，對於提出新晶片的功能，晶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，去記錄出現了什麼技術問題和難題？
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也就是說，為什麼這樣的晶片設計不行？不可以這樣的晶片設計原因是什麼？然後，把晶片驗證和設計過程，出現的原因寫下來，再組織晶片研發工程師去解決這些難題…
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即使沒有解決以上晶片設計的問題，晶片研發工程師們在解決晶片研發過程里，積累了一些經驗，可以避免公司在後續的晶片研發，出現類似的晶片設計技術的問題。
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想到這裡，李飛決定需要改變工程師的研發設計晶片的思路，嚴肅地說道：
「各位，說得沒有錯，按照現有的技術，把射頻和mcu晶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位訊號…」
「不過，既然這樣的晶片功能設計有難度，我們作為大深市晶片產業有限公司的晶片研發工程師，必須靜心下來，應該去驗證設計，為什麼這樣的晶片功能設計不行？…」
…
李飛這麼一說…，員工們安靜下來，紛紛低頭，立即意識道作為一個晶片研發工程師，在面對晶片設計難題時，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，李飛為了讓晶片研發工程師在晶片設計注重實踐和研發過程，就特別再次強調：
「作為晶片研發工程師，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，一定驗證為什麼這樣晶片設計不行？...，這對各位晶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晶片研發工程師的思維記下來，改變晶片研發思維…
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10分鐘後，李飛就回到主題，關於把對講機的射頻收發晶片、MCU微控制器，以及射頻功放（PA）整合在一個晶片當然對講機除了射頻晶片和CPU晶片，還有就是音頻晶片。就問道：
「各位，目前市場銷售的對講機摩羅拉，建伍…，其CPU晶片和射頻收發晶片是分開的，那麼，市場上對講機的射頻晶片和基帶晶片是什麼？有知曉的嗎」
一位穿著灰白色的襯衫，是第一批進入大深市晶片產業有限公司的上班的晶片研發工程師，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晶片就是mc2831…
李飛點頭：「這是摩羅拉自家生產的晶片，是發射的晶片。「然後，繼續問道：
「你知道mc2831各項參數？「
灰白色的襯衫晶片研發工程師，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。
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目前只說了對講機的發射晶片，還有接收晶片以及MCU晶片等…。李飛繼續問道：
「摩羅拉對講機的使用的接收晶片，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晶片MC3361，各項具體參數都忘記了，只知道Vcc=4.0V，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：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晶片。晶片內部電路包含振盪電路、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
…
當然除了以上的晶片，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範圍（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主控晶片，就是自家生產，為了晶片技術保密，是不對外公布任何相關的晶片資料。
…
經過對比市場上對講機的使用的晶片各項參數，李飛考試製定大深市晶片產業有限公司對講機的晶片參數：
對講機晶片架構：RISC-V，
對講機晶片封裝：QFP
對講機晶片晶片工藝：CMOS。（也就是晶片內部電路全部採用CMOS工藝，其好處價格便宜。）
…
在公司的項目會上，李飛確定大深市晶片產業有限公司對講機的晶片參數，以及晶片內部電路模塊，包括：射頻收發晶片、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，進入對講機晶片前端邏輯設計，編寫RTL與或者門級的代碼了，
RTL是用硬體描述語言（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體，那麼，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。
在晶片電路設計中， 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位數據...，這些處理和控制可以用硬體描述語言來描述。
門級在晶片電路設計中，是用於描述電路元件相互之間連接關係的，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...
…
確定對講機的晶片前端邏輯設計後，就要驗證了RTL代碼的功能是否符合晶片電路的設計，驗證軟體可以採用cadence公司的NC_VERILOG，或者synopsys公司的VCS…
...
再接著，用Cadence的 PKS輸入硬體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體描述語言生成的門級網絡表
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不過，需要說明的是，對講機晶片整合了射頻收發晶片、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，數位訊號，射頻信號，
如在設計對講機SOC晶片沒有經驗，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，影響模擬信號和數位訊號，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，那麼，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，那麼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，還有就是對講機晶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，對講機晶片設計完成，並把晶片製造文檔發給台積電製造…
...
那麼，在對講機晶片打樣期間，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軟體，是分為兩種功能軟體：邏輯電路軟體和PCB LAYOUT軟體…
首先，在邏輯EDA軟體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軟體繪製完邏輯電路圖後，接下來的工作，就是在PCB EDA軟體對器件進行PCB封裝製作，包括快充主控晶片，MOS管的封裝，二極體封裝…，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軟體里製作好PCB器件封裝後，然後，就是邏輯EDA軟體和PCB EDA軟體進行同步更新，把邏輯EDA的電路圖導入到PCB EDA軟體…，這樣的話，就可以在PCB EDA軟體里，出現了PCB封裝器件和連接電路線路，
…
接著在PCB EDA軟體，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軟體輸出製造PCB加工文件，發給板廠進行PCB製作。
完成對講機晶片的電子電路設計後，就下了就是整理對講機晶片電子物料BOM單子，供成本核算和電子物料準備
…
台積電的對講機晶片的樣品回到公司後，就要立即進行測試了：
對講機晶片放入ATE儀器的測試台內的晶片插座後，打開儀器電源按鈕，然後，確定ATE儀器與對講機晶片連接正常，再開始進行晶片測試，
ATE對晶片測試基本的範圍為：晶片引腳的連通性測試，晶片漏電流測試，晶片引腳DC（直流）測試，晶片功能測試，晶片ESD靜電測試，晶片老化測試（也就是晶片質量驗證）
以及晶片穩定性測試，在溫度（零下30度和高溫50度）進行測試，確定晶片是否能正常工作…
先是對對講機晶片的引腳的連通性測試，晶片漏電流測試，DC（直流）測試，這是晶片測試的第一步，檢測對講機晶片的連通性是否正常，確定對講機晶片的內部電路連通，晶片內部電路是否有缺陷。
…
在對對講機晶片測試的同時，整機電路的測試也要同步，把快充主控晶片的電子元器件，電阻電容，焊接到PCB主板，先是測試PCB主板電流和電壓問題，包括快充主控晶片的性能和功能
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對講機晶片功能測試合格後，還要需要老化測試範圍包括：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，
如果沒有任何的晶片和電子電路出現問題，那麼，測試合格...。