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第二百四十三节 手机RF射频功率放大器

小说:芯片产业帝国 作者:树叶上的水珠

在会议室,李飞解释手机射频PA在工艺材料上可分为CMOS和GAas这两种工艺的区别…,以及,在未来市场的分析…。

不过,李飞并没有说出,在21世纪,2G手机是完全使用CMOS工艺的射频PA芯片,在3G手机上CMOS和Gaas各为一半,但是,由于CMOS工艺的问题,在4G和5G手机上基本是Gaas工艺射频PA垄断。

那么,根据重生前的记忆,CMOS工艺的射频PA真正地大规模商用,大约是在2009年,在这之前,Gaas工艺一直是射频PA的主流,

也就是说,现在推出CMOS工艺的手机射频PA是有非常大的市场。并且在2G和3G手机市场上有绝对的优势,要知道,即使在2020年,2G手机销售量还是达到了2亿台!

当然,除了在手机射频PA的CMOS和GAas这两种工艺,还有其它的工艺…

听完李飞对手机射频PA的工艺解释后...,员工们发自内心的惊叹:李工可真是芯片技术研发大神,不光熟悉电子电路技术研发,对芯片工艺也是非常精通…!!!

...

因为李飞所说的手机射频PA的CMOS和GAas这两种工艺,是21世纪所研发的射频PA芯片工艺技术资料。

确定了射频PA的工艺后,接下来,就是确定手机射频PA的内部电路模块:前级电路,一缓冲级、中间放大级、末级功率放大级…。在写字板上写出手机射频PA的内部电路模块,然后,李飞大概地说出手机RF射频功率放大器工作原理:

“从射频收发芯片输出GSM射频发射信号和DCS 射频发射中频信号,经过滤波电路和阻抗匹配电路,输入到 RF射频功率放大器PA的前级电路,不过,由于射频收发芯片输出发射中频信号功率是很小,需要经过RF射频功率放大器一系列的放大,一缓冲级、中间放大级、末级功率放大级,获得足够的射频功率以后,才能馈送到天线上发射出去。”

“而手机RF射频PA的发射功率可分为19个等级(0.2W-2W),是通过手机基带的自动功率控制APC信号通过电压来实现对PA 的控制,用于控制不同的功率等级。其原因就是根据手机的工作场景,手机基带芯片根据接收的信号强度,去确定手机发射的距离,然后进行功率自动控制,送出适当的发射等级信号,从而来决定射频PA的功率…。”

说完手机RF射频PA的工作原理后,李飞就确定大深市芯片产业有限公司研发手机RF射频功率放大器的参数:

1 纯正CMOS工艺,

2 GSM功率输出:33.5dBm

3 DCS功率输出:31.0dBm

4 GSM发射功率效率:45%

5 DCS发射功率效率:45%。

6 封装类型 LGA, 7.0mm x7.0mm x 1.2mm

确定了射频PA的各项参数后,那么,就要开始进行射频PA电路设计了,先进行前端的设计,是对射频PA的芯片内部模块进行合理地划分功能,以及确定各个模块的功能指标,例如:前级电路,一缓冲级、中间放大级、末级功率放大级…

再输入硬件描写语言,以代码来描述去实现模块功能,并生成电路图和状态转移图,然后再用Cadence的Verilog-XL,Cadence的NC-Verilog进行仿真,确定模块电路设计是否正确,

接着,用Cadence的 PKS输入硬件描述语言转换成门级网络表Netlist,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Netlist,以及模块电路与芯片制造工厂提供的标准单元、宏单元和I/O Pad的库文件相等一致...

再进行芯片布局,芯片布线...

当然,在设计过程里,除了对射频PA电路功能仿真,去验证制定的参数…,还是需要对射频PA电路进行各种的仿真,例如:电磁干扰EMI,因为射频PA的工作电流是非常大,最高可高达2W,那么,在射频PA高功率工作状态之下,会产生电磁波,干扰芯片内部周围的电子电路,

由于,李飞在设计CMOS工艺的RF射频功率放大器有丰富的经验,在一个月内完成了芯片设计,并在各项参数上,完全超出了当初制定的参数…

然后,输出价格制造文件,交给台级电进行生产,不过,当邮件发给台级电客户总监,一个小时后的时间,台级电客户总监打电话过来,语气尊敬地问道:

“李工,你发的射频PA芯片制造文件,我收到了…”

李飞客气地说道:那么,就麻烦你们了,这个项目比较急,希望在二周时间内完成RF射频PA的样品…

台级电客户总监在电话里支支吾吾,说话的语气充满了疑惑:李工,我看到了你们公司射频PA工艺要求是CMOS,是不是搞错了?

李飞在电话里微笑道:呵呵,没有错,我公司研发的射频PA的工艺采用的是CMOS。

虽然说李飞的回答是非常明确…,但是,台级电客户总监还是不放心地提醒道:李工,目前市场RF射频PA都是Gaas工艺,国际射频PA大厂SKYWORKS,瑞萨,RFMD都是Gaas工艺…,

李飞简单道:呵呵,我们公司研发射频PA不一样…

台级电客户总监,说道:李工,我说实话吧,我们芯片制造工程师看到你们公司制定的射频PA芯片是采用CMOS工艺…,就很惊讶…,认为是不是写错了?所以我把问题反馈到你…

对于台级电客户总监的提醒,李飞感谢道:谢谢…,不过,这是我们公司采用的最新的射频PA技术…,所以,你们按照我们公司制定工艺要求生产制造即可…

再次,得到李飞明确地确认…,台级电客户总监舒松了一口气,同时,说话的语气充满敬佩:“好的,李工,我马上告诉我们公司的芯片制造工程师,这是大深市芯片产业有限公司研发的射频PA采用最新的CMOS工艺技术…。2周的时间一定完成射频PA芯片的样品..”

完成了芯片设计后,马上进行PCB设计,因为不光是要测试射频PA的芯片,还有测试射频PA整体的电路设计…

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PCB LAYOUT软件…

先是在逻辑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射频PA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PCB EDA软件对器件进行PCB封装制作,包括射频PA主控芯片,电阻封装,电容封装,天线开关封装…,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PCB EDA软件里制作好PCB器件封装后,然后,就是逻辑EDA软件和PCB EDA软件进行同步更新,把逻辑EDA的电路图导入到PCB EDA软件…,这样的话,就可以在PCB EDA软件里,出现了PCB封装器件和连接电路线路,

接着在PCB EDA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PCB EDA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,就下了就是整理射频PA的电子物料BOM单子,供成本核算和电子物料准备

台积电的射频芯片的样品回到公司后,就要立即进行测试了:

射频PA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…

先是射频PA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,检测芯片的连通性是否正常,确定芯片的内部电路连通,芯片内部电路是否有缺陷。

射频PA芯片功能测试合格后,还要需要老化测试范围包括:温度,环境,电压,跌落…,例如电压测试:加速的方式进行测试,把温度突然提高到50度…,外接的电压从正常工作电压3.7V突然提高到9V,进行长达3小时,甚至20小时或者30小时的老化测试,

如果没有任何的芯片和电子电路出现问题,那么,测试合格...。

RF射频PA芯片测试合格后,那么,RF射频电路的测试也要同步,把RF射频芯片,电阻电容,焊接到PCB主板,利用RF测试仪器安捷伦8960,去测试RF射频PA芯片的性能和功能,包括:

1射频PA发射功率

2 射频PA发射工作效率

3 射频PA的增益,输出饱和功率

4 射频PA的杂散和失真

5射频PA的频宽和调制带宽

6射频PA的输出动态范围

当然,在对RF射频PA的电子电路进行测试时,如相关参数指标没有达到设定的要求,就需要微调RF射频芯片PA的外围电阻电容的值…这样的话,完全达到了所制定的参数。

完成了所有的RF射频PA的测试,那么,就要写出Datasheet,把射频PA的芯片测试结果记录下来。然后,客户通过datasheet了解RF射频芯片相关的参数。

RF射频PA芯片所有的推销的工作完成后,那么,就要正式对外销售了,李飞把RF射频芯片相关参数,以大深市芯片产业有限公司的名义,用邮件发送到世界无线电技术杂志,告知大深市芯片产业有限公司研发出CMOS工艺的手机RF射频功率放大器,参数如下:

1 纯正CMOS工艺,

2 GSM功率输出:33.5dBm

3 DCS功率输出:31.0dBm

4 GSM发射功率效率:45%

5 DCS发射功率效率:45%。

6 封装类型 LGA, 7.0mm x7.0mm x 1.2mm

位于米国加州的世界无线电技术杂志,其杂志主编收到邮件后,看到大深市芯片产业有限公司的邮件,兴奋道:大深市芯片产业有限公司终于给我们杂志发送最新的芯片技术,这肯定是先进的芯片技术…

世界无线电技术杂志的主编还特意把手洗干净,然后,搓揉着双手,怀着尊敬地姿态,内心激动,颤颤巍巍地打开邮件,当看到邮件上RF射频PA芯片参数:

1 纯正CMOS工艺,

2 GSM功率输出:33.5dBm

3 DCS功率输出:31.0dBm

4 GSM发射功率效率:45%

5 DCS发射功率效率:45%。

6 封装类型 LGA, 7.0mm x7.0mm x 1.2mm

世界无线电技术杂志的主编整个身子都惊呆了,瞪大眼睛,身子一动也不动,如同雕塑…,并震惊地喃喃自语:我的天…,手机射频PA采用的是CMOS工艺!!!,

不过,震惊过后,世界无线电技术杂志的主编,就满脸不相信:

这…这…怎么可能?手机射频PA怎么可能是CMOS工艺?而且输出功率和效率完全与GAas工艺一致相同…这怎么可能?

世界无线电技术杂志的主编虽然说不是芯片设计工程师,但是,知道RF手机射频PA的各项参数…。例如21世纪,去买电脑和智能手机,虽然不知道电脑芯片和手机芯片的工作原理,找书苑www.zhaoshuyuan.com 但是,一定知道那一款芯片是最好的!

世界无线电技术杂志的主编立即发邮件给李飞,询问是不是射频PA的cmos工艺是不是写错了?

并在邮件上直接写出,目前世界上射频芯片设计公司知道CMOS工艺的优点:成本低,工艺成熟,且产能稳定…,并纷纷斥资数亿美金研发CMOS工艺的手机射频PA,但是,研发出的CMOS工艺的射频PA,其各项参数完全达不到GAas工艺…

收到世界无线电技术杂志的主编邮件后,李飞直接地回复:这是大深市芯片产业有限公司研发最新的手机射频PA芯片,欢迎世界手机制造商咨询…

收到李飞非常明确地回复邮件后,世界无线电技术杂志的主编立即敏锐地感到RF射频芯片将会迎来巨大的改变,立即打电话给杂志的印刷部,要求停止印刷…

印刷部的主管一脸惊讶,说道:可是,现在,这一期的杂志都印好了,3天后可以正式进入市场销售了,

世界无线电技术杂志的主编态度坚决地说道:马上重新印刷!

印刷部的主管在电话里杂舌头,不满道:啧啧啧…,你说得容易,重新印刷,那不是之前的印刷时白干了,这成本不是增加了。

世界无线电技术杂志的主编,简单道:这你不用担心,我会向老板解释的,总之,你现在必须停止!说完后,立即挂断电话,然后,世界无线电技术杂志的主编把李飞发送的邮件直接转发到老板…




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