第243節 手機RF射頻功率放大器

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  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,李飛並沒有說出,在21世紀,2G手機是完全使用CMOS工藝的射頻PA晶片,在3G手機上CMOS和Gaas各為一半,但是,由於CMOS工藝的問題,在4G和5G手機上基本是Gaas工藝射頻PA壟斷。

  …

  那麼,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。並且在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2億台!

  …

  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的工藝解釋後...,員工們發自內心的驚嘆:李工可真是晶片技術研發大神,不光熟悉電子電路技術研發,對晶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晶片工藝技術資料。

  …

  確定了射頻PA的工藝後,接下來,就是確定手機射頻PA的內部電路模塊:前級電路,一緩衝級、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,然後,李飛大概地說出手機RF射頻功率放大器工作原理:

  「從射頻收發晶片輸出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,由於射頻收發晶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,一緩衝級、中間放大級、末級功率放大級,獲得足夠的射頻功率以後,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(0.2W-2W),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,用於控制不同的功率等級。其原因就是根據手機的工作場景,手機基帶晶片根據接收的信號強度,去確定手機發射的距離,然後進行功率自動控制,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的工作原理後,李飛就確定大深市晶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,

  2 GSM功率輸出:33.5dBm

  3 DCS功率輸出:31.0dBm

  4 GSM發射功率效率:45%

  5 DCS發射功率效率:45%。

  6 封裝類型 LGA, 7.0mm x7.0mm x 1.2mm

  …

  確定了射頻PA的各項參數後,那麼,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的晶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,一緩衝級、中間放大級、末級功率放大級…

  再輸入硬體描寫語言,以代碼來描述去實現模塊功能,並生成電路圖和狀態轉移圖,然後再用Cadence的Verilog-XL,Cadence的NC-Verilog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Netlist,以及模塊電路與晶片製造工廠提供的標準單元、宏單元和I/O Pad的庫文件相等一致...

  再進行晶片布局,晶片布線...

  …

  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,那麼,在射頻PA高功率工作狀態之下,會產生電磁波,干擾晶片內部周圍的電子電路,

  …

  由於,李飛在設計CMOS工藝的RF射頻功率放大器有豐富的經驗,在一個月內完成了晶片設計,並在各項參數上,完全超出了當初制定的參數…

  …

  然後,輸出價格製造文件,交給台級電進行生產,不過,當郵件發給台級電客戶總監,一個小時後的時間,台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晶片製造文件,我收到了…」

  李飛客氣地說道:那麼,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…

  台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的工藝採用的是CMOS。

  雖然說李飛的回答是非常明確…,但是,台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…

  台級電客戶總監,說道:李工,我說實話吧,我們晶片製造工程師看到你們公司制定的射頻PA晶片是採用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…

  對於台級電客戶總監的提醒,李飛感謝道:謝謝…,不過,這是我們公司採用的最新的射頻PA技術…,所以,你們按照我們公司制定工藝要求生產製造即可…

  …

  再次,得到李飛明確地確認…,台級電客戶總監舒鬆了一口氣,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晶片製造工程師,這是大深市晶片產業有限公司研發的射頻PA採用最新的CMOS工藝技術…。2周的時間一定完成射頻PA晶片的樣品..」

  …

  完成了晶片設計後,馬上進行PCB設計,因為不光是要測試射頻PA的晶片,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軟體,是分為兩種功能軟體:邏輯電路軟體和PCB LAYOUT軟體…

  先是在邏輯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,包括射頻PA主控晶片,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,就下了就是整理射頻PA的電子物料BOM單子,供成本核算和電子物料準備

  …

  台積電的射頻晶片的樣品回到公司後,就要立即進行測試了:

  射頻PA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…

  先是射頻PA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,檢測晶片的連通性是否正常,確定晶片的內部電路連通,晶片內部電路是否有缺陷。

  …

  射頻PA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,

  如果沒有任何的晶片和電子電路出現問題,那麼,測試合格...。

  …

  RF射頻PA晶片測試合格後,那麼,RF射頻電路的測試也要同步,把RF射頻晶片,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晶片的性能和功能,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的頻寬和調製帶寬

  6射頻PA的輸出動態範圍

  …

  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射頻晶片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,那麼,就要寫出Datasheet,把射頻PA的晶片測試結果記錄下來。然後,客戶通過datasheet了解RF射頻晶片相關的參數。

  …

  RF射頻PA晶片所有的推銷的工作完成後,那麼,就要正式對外銷售了,李飛把RF射頻晶片相關參數,以大深市晶片產業有限公司的名義,用郵件發送到世界無線電技術雜誌,告知大深市晶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:

  1 純正CMOS工藝,

  2 GSM功率輸出:33.5dBm

  3 DCS功率輸出:31.0dBm

  4 GSM發射功率效率:45%

  5 DCS發射功率效率:45%。

  6 封裝類型 LGA, 7.0mm x7.0mm x 1.2mm

  …

  位於米國加州的世界無線電技術雜誌,其雜誌主編收到郵件後,看到大深市晶片產業有限公司的郵件,興奮道:大深市晶片產業有限公司終於給我們雜誌發送最新的晶片技術,這肯定是先進的晶片技術…

  世界無線電技術雜誌的主編還特意把手洗乾淨,然後,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晶片參數:

  1 純正CMOS工藝,

  2 GSM功率輸出:33.5dBm

  3 DCS功率輸出:31.0dBm

  4 GSM發射功率效率:45%

  5 DCS發射功率效率:45%。

  6 封裝類型 LGA, 7.0mm x7.0mm x 1.2mm

  …

  世界無線電技術雜誌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…,並震驚地喃喃自語:我的天…,手機射頻PA採用的是CMOS工藝!!!,

  …

  不過,震驚過後,世界無線電技術雜誌的主編,就滿臉不相信:

  這…這…怎麼可能?手機射頻PA怎麼可能是CMOS工藝?而且輸出功率和效率完全與GAas工藝一致相同…這怎麼可能?

  …

  世界無線電技術雜誌的主編雖然說不是晶片設計工程師,但是,知道RF手機射頻PA的各項參數…。例如21世紀,去買電腦和智慧型手機,雖然不知道電腦晶片和手機晶片的工作原理,但是,一定知道那一款晶片是最好的!

  …

  世界無線電技術雜誌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?

  並在郵件上直接寫出,目前世界上射頻晶片設計公司知道CMOS工藝的優點:成本低,工藝成熟,且產能穩定…,並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誌的主編郵件後,李飛直接地回覆:這是大深市晶片產業有限公司研發最新的手機射頻PA晶片,歡迎世界手機製造商諮詢…

  …

  收到李飛非常明確地回覆郵件後,世界無線電技術雜誌的主編立即敏銳地感到RF射頻晶片將會迎來巨大的改變,立即打電話給雜誌的印刷部,要求停止印刷…

  印刷部的主管一臉驚訝,說道:可是,現在,這一期的雜誌都印好了,3天後可以正式進入市場銷售了,

  世界無線電技術雜誌的主編態度堅決地說道:馬上重新印刷!

  印刷部的主管在電話里雜舌頭,不滿道:嘖嘖嘖…,你說得容易,重新印刷,那不是之前的印刷時白幹了,這成本不是增加了。

  世界無線電技術雜誌的主編,簡單道:這你不用擔心,我會向老闆解釋的,總之,你現在必須停止!說完後,立即掛斷電話,然後,世界無線電技術雜誌的主編把李飛發送的郵件直接轉發到老闆…

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