從頭到尾了解混合信號單片高集成度系統(SOC)設計(2)：定義概念

背景：Tamara Schmitz 博士準備轉型成為一名工程經理，于是向Dave Ritter工程師發出了邀請，共同討論集成電路從概念到產品的誕生過程，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設計的奧秘。

Tamara Schmitz 是Intersil公司光傳感器應用經理，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，在半導體行業有20多年的經驗。

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

產品概念—來自市場需求(在本例中)

技術可行性— 包括樣品。

商業計劃 —包括成本、時間表和潛在市場數據。

IC設計— 搭建晶體管電路和仿真結果

測試開發— 包括內置測試。

試驗臺驗證— 使用視頻測試設備測試首批產品。

自動測試設備（ATE）—使用自動測試設備測試多個首批產品。

試驗臺/ATE相關性 —確保試驗臺測試和ATE測試結果一致。

客戶評估板—按照實際的應用場景來設計和搭建

最終產品資料，包括規格、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生涯的項目。

Tamara博士：Dave，我們現在說的可是電子行業的事兒，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。有意思的是在產品定義中：產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主管的話。最后發現我們對該產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。攝像頭安裝技術人員能夠在一個屏幕上同時查看攝像頭的所有關鍵定時方面，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絡新聞節目的技術總監的褒獎——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更佳的產品……

Dave：大概如此。實際情況是前一個夏天我一直與當地有線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品用其‘三重疊加顯示’解決了這個問題，所以Nightline節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生的？！

Dave：沒錯。它是客戶需求、競爭產品和偶然兼職實習的綜合結果。無論想法來自何處，它幾乎總是與現場工作人員相互交流的結果。這可能是源于負責解決問題的現場應用工程師。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，數不勝數。

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（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，它有一項自動反轉功能，在安裝者無意使視頻輸入反向時予以反轉。

Tamara博士：明白了。這聽上去易于使用并具有開發挑戰性。現在我們來談商業計劃吧——我們需要賺錢。

Dave：如果你在問有關錢的事情，我想你已經進入了管理層。讓我們先來看技術可行性。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：有時你會發現目前的技術水平是分立設計。有時又是一種與用于其他應用的集成電路產品結合起來的系統。有時我們非常幸運，能夠發現尚未出現出色解決方案的領域。

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。我們已經有面向其他市場的手動調整均衡器，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。隱藏的優勢的視頻箝位時間恒量現在由外置元件決定。

這對使產品適應高噪聲環境有很大幫助。現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：商業計劃。(未完待續)

圖1 典型分立均衡器解決方案按框圖