從頭到尾了解混合信號單片高集成度系統(tǒng)(SOC)設計(2)：定義概念

背景：Tamara Schmitz 博士準備轉(zhuǎn)型成為一名工程經(jīng)理，于是向Dave Ritter工程師發(fā)出了邀請，共同討論集成電路從概念到產(chǎn)品的誕生過程，于是兩人的談話就此開始，為我們揭示了混合信號單片高集成度系統(tǒng)設計的奧秘。

Tamara Schmitz 是Intersil公司光傳感器應用經(jīng)理，她于2007年加入Intersil。Tamara持有美國斯坦福大學電子工程學士學位、電子工程碩士學位、以及RF CMOS電路設計博士學位。在1997年8月到2002年8月期間，她在斯坦福大學擔任電子工程講師；從2002年8月到2007年8月，她在圣何塞州立大學擔任電子工程助理教授職位。

Dave Ritter 曾是Intersil公司設計工程師，在半導體行業(yè)有20多年的經(jīng)驗。

Tamara Schmitz：上次我們談了集成電路項目的概要內(nèi)容。如果你還記得的話，我們的關(guān)鍵步驟清單內(nèi)容包括：

產(chǎn)品概念—來自市場需求(在本例中)

技術(shù)可行性— 包括樣品。

商業(yè)計劃 —包括成本、時間表和潛在市場數(shù)據(jù)。

IC設計— 搭建晶體管電路和仿真結(jié)果

測試開發(fā)— 包括內(nèi)置測試。

試驗臺驗證— 使用視頻測試設備測試首批產(chǎn)品。

自動測試設備（ATE）—使用自動測試設備測試多個首批產(chǎn)品。

試驗臺/ATE相關(guān)性 —確保試驗臺測試和ATE測試結(jié)果一致。

客戶評估板—按照實際的應用場景來設計和搭建

最終產(chǎn)品資料，包括規(guī)格、曲線和應用部分—由應用人員撰寫。

宣傳和支持資料—由Marcom（營銷傳播部）編制。

Dave Ritter：你還做筆記？我真是受寵若驚！

Tamara博士：Dave，我們的談話確實值得記錄。這一次我想知道每個步驟的具體內(nèi)容。你準備好了嗎？

Dave：作為一個童子軍（好長時間以前），我們的座右銘是“時刻準備著。”我準備好了。

Tamara博士：太好了！第一步——也可能是最困難的一步——是提出想法。你提到你的最新視頻均衡器——亦即MegaQ——是來自營銷工程師和應用工程師的設想。

Dave：實際上，MegaQ是由應用工程師和營銷工程師在我們過去幾年開發(fā)的一些分立解決方案的基礎上設想出來的。問題是：我們能否集成它，能否予以自動化。以及??我們能否讓傳輸距離達到一英里。但想法可能來自任何人，包括本科實習生。

Tamara博士：聽上去你有一個故事想告訴我……

Dave：沒錯。那是一個開啟了我的職業(yè)生涯的項目。

Tamara博士：Dave，我們現(xiàn)在說的可是電子行業(yè)的事兒，不是蒸汽機！

Dave：沒有那么久，是在上世紀80年代中期。我進入了一個生產(chǎn)測試設備的小公司。他們那時正在定義下一代“波形/矢量示波器”——一種專用于視頻系統(tǒng)的示波器。該示波器有多個輸入，所以按下一個按鈕最多可以觀察三個攝像頭。有意思的是在產(chǎn)品定義中：產(chǎn)品一次只顯示一個信號，因為多個信號會讓用戶混淆。

Tamara博士：這也算問題嗎？

Dave：是的，如果你是負責校對多個攝像頭的技術(shù)主管的話。最后發(fā)現(xiàn)我們對該產(chǎn)品增加的一項最有用功能（我們增加了許多功能：第一個控制式監(jiān)視器、觸摸面板屏幕控制等）是同時疊加三個小型和三個矢量顯示的能力。攝像頭安裝技術(shù)人員能夠在一個屏幕上同時查看攝像頭的所有關(guān)鍵定時方面，而且他能在攝像頭工作時這樣做。

要是在以前，他必須提前來進行，并使用特殊效應面板來進行疊加。我們得到了一個著名深夜網(wǎng)絡新聞節(jié)目的技術(shù)總監(jiān)的褒獎——我們使他的工作更加容易。

Tamara博士：所以想法是來自客戶和生產(chǎn)更佳的產(chǎn)品……

Dave：大概如此。實際情況是前一個夏天我一直與當?shù)赜芯€電視臺的工作人員在其狹小的演播室中忙個不停。我需要使用波形監(jiān)測儀和矢量示波器來對正攝像頭，由于一次只能校對一個，所以這實際上是一件令人頭疼的事。所以我確信我們的新產(chǎn)品用其‘三重疊加顯示’解決了這個問題，所以Nightline節(jié)目的那些人才那么喜歡它。

Tamara博士：那么這個想法是因為您偶然在有線公司有過一次兼職實習而產(chǎn)生的？！

Dave：沒錯。它是客戶需求、競爭產(chǎn)品和偶然兼職實習的綜合結(jié)果。無論想法來自何處，它幾乎總是與現(xiàn)場工作人員相互交流的結(jié)果。這可能是源于負責解決問題的現(xiàn)場應用工程師。也可能是在研討會上甚至在你自己的自助餐廳進行的交談。有時是負責分析競爭形勢的營銷人員??諸如此類，數(shù)不勝數(shù)。

Tamara博士：我認為想法也是隨著時間的推移而逐漸形成的。

Dave：不錯。單個客戶可能有一個具體要求，但我們想服務于整個市場。所以與大量潛在用戶進行交流，并提出可給他們幫助的解決方案是很有意義的。這需要時間。

Tamara博士：我們增加了什么功能來讓它對大量客戶有用？

Dave：包括許多功能。可能是針對增益或通道的可編程性。這可能意味著使某個元件脫離芯片，以便用戶能夠設定電流電平。

Tamara博士：具體到MegaQ是什么？

Dave：關(guān)于MegaQ，我們希望能夠改進和延長復合視頻的傳輸距離。我們添加了三項主要功能來使之易于用于廣泛的應用。首先是，它是一種只需安裝在接收器端的均衡器系統(tǒng)（不需要配置安裝在柱子上或建筑物角落的攝像頭）。

其次，MegaQ會對0-5，300英尺的電纜進行自動均衡校準，以消除復雜的安裝。第三，它有一項自動反轉(zhuǎn)功能，在安裝者無意使視頻輸入反向時予以反轉(zhuǎn)。

Tamara博士：明白了。這聽上去易于使用并具有開發(fā)挑戰(zhàn)性。現(xiàn)在我們來談商業(yè)計劃吧——我們需要賺錢。

Dave：如果你在問有關(guān)錢的事情，我想你已經(jīng)進入了管理層。讓我們先來看技術(shù)可行性。如果具有可行性，那么來看我們是否用它能夠賺錢才有意義。

Tamara博士：當然。我們來看。我想知道客戶如何應對這個問題，以前做了什么以及競爭對手目前有哪些東西。

Dave：有時你會發(fā)現(xiàn)目前的技術(shù)水平是分立設計。有時又是一種與用于其他應用的集成電路產(chǎn)品結(jié)合起來的系統(tǒng)。有時我們非常幸運，能夠發(fā)現(xiàn)尚未出現(xiàn)出色解決方案的領(lǐng)域。

Tamara博士：MegaQ是否就是這種情況？

Dave：是的。MegaQ是面向模擬安全視頻，事實證明它是相當獨特的。我們已經(jīng)有面向其他市場的手動調(diào)整均衡器，但安保人員想要自動化的解決方案：只需插入電纜，其余的事情就由MegaQ來做。市面上唯一單片解決方案的傳輸距離是有限的，但一些客戶將它與其自己添加的分立器件一起使用。另一些客戶使用分立解決方案，最先進的分立解決方案有微控制器來支持自動操作。

Tamara博士：你能畫一個示例電路圖來說明客戶解決該問題的方式嗎？

Dave：當然。它們使用圖1所示的基本均衡級。這樣的電路可使用手動開關(guān)或微控制器來自動控制它們。當然，自動化的意思是我們有一種算法來有效地控制均衡器。

Tamara博士：在你第一眼看到當前的客戶解決方案時，你是否想過你能在你的單片（單個集成電路）解決方案中包括多少這些元件？

Dave：盡可能多……

Tamara博士：是的，當然。但是，有哪些折衷權(quán)衡幫助團隊決定在封裝中集成哪些元件而將哪些元件留為外置？

Dave：這個問題問得真好。隨著當前技術(shù)水平的進步，客戶希望集成越來越多的元件。真正出色的芯片在電源上擁有旁路電容，此外別無差別。但在我們的例子中，所有問題集中于報廢風險。我們有一個樣品，我們有全芯片仿真，但它們和芯片本身并不完全相同。

例如，我們選擇對輸入使用外置耦合電容，以便我們能夠處理任何DC電平而不帶來任何問題。如果這些電容是在芯片上，則它們的DC范圍會更有限。隱藏的優(yōu)勢的視頻箝位時間恒量現(xiàn)在由外置元件決定。

這對使產(chǎn)品適應高噪聲環(huán)境有很大幫助。現(xiàn)在我們能夠集成幾乎任何東西，但需要平衡成本和風險來確保我們得到適合銷售的產(chǎn)品。

Tamara博士：顯而易見，這是我們今天遺留的一個問題——平衡成本和風險。從這里我們能夠很好地引出我們下次要談的話題：商業(yè)計劃。(未完待續(xù))

圖1 典型分立均衡器解決方案按框圖