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“麻雀 Rev b”首批工程样片测试暴露出的问题,如同三座大山,沉甸甸地压在了芯启科技每一个研发人员的心头:音频输出存在超预期的噪声、pLL(锁相环)在目标频率下不稳定、pmU(电源管理单元)效率略低于设计值导致功耗偏高。

这其中,任何一个问题如果不能妥善解决,都可能导致芯片无法满足设计规格,甚至无法满足远大电子那份“生死状”般的订单要求。时间紧迫,不容有失!

林轩亲自坐镇,迅速成立了三个并行的调试攻关小组,分别由陈家俊(负责数字逻辑与系统集成)、顾维钧(负责模拟电路,主攻音频和pLL)和李志远(负责利用EdA工具进行辅助分析和验证)牵头,调集了公司最精锐的技术力量,开始了争分夺秒、昼夜不停的调试风暴。

实验室成了名副其实的战场。

白板上写满了各种假设、分析和测试方案。示波器、逻辑分析仪、频谱仪、电源分析仪等各种仪器设备高速运转,屏幕上闪烁着复杂的波形和数据。工程师们围着测试台,时而激烈争论,时而埋头苦干,眼中布满了血丝,但精神却高度亢奋。速溶咖啡和提神饮料的空罐堆满了垃圾桶。

攻坚战一:音频噪声溯源

顾维钧带领的模拟团队,首先聚焦在音频输出噪声的问题上。这是一个棘手的问题,因为噪声的来源可能有很多:可能是Audio dAc(数模转换器)本身的设计缺陷,可能是电源噪声通过模拟电路耦合进来了,也可能是数字电路的开关噪声干扰了敏感的模拟信号,甚至可能是pcb测试板本身的设计考虑不周。

他们尝试了各种方法来定位噪声源。

首先,他们修改了测试程序,让dAc输出不同幅度和频率的信号,观察噪声的变化规律。发现噪声似乎与信号频率关联不大,但与输出幅度有一定的关系,且在高频段尤为明显。

接着,他们尝试对芯片的模拟电源和数字电源进行更严格的滤波处理,甚至使用高精度的外部线性电源单独为模拟部分供电,以排除电源噪声的干扰。结果发现,虽然噪声有所减小,但并未完全消失,说明电源并非唯一(甚至不是主要)的噪声来源。

然后,他们将目光转向了芯片内部的版图设计。模拟电路对版图布局非常敏感,不合理的走线、不充分的地线屏蔽,都可能引入噪声。顾维钧调出了Audio dAc部分的版图文件,和负责版图设计的工程师一起,在电脑上逐一检查敏感信号线的走线路径、地线屏蔽的完整性、数字信号与模拟信号之间的隔离距离……

经过两天两夜几乎不眠不休的排查和仿真对比,他们终于找到了一个重要的可疑点:在版图设计中,为了节省面积,dAc的输出走线与一组高速切换的数字时钟信号线距离过近,且地线屏蔽做得不够充分,导致数字时钟噪声耦合到了模拟输出信号上!

找到了病根,就好对症下药了。虽然已经流片的芯片无法修改版图,但顾维钧提出了一个巧妙的“软件补偿”方案:通过微调dAc内部的某些校准参数,并配合输出端的一个小型Rc滤波电路(这个可以在外部测试板上添加),可以在一定程度上抑制这种高频耦合噪声。

经过反复实验和参数调整,最终,虽然无法完全达到最初仿真设计的理想指标,但音频输出的信噪比得到了显着改善,基本达到了可以接受的水平。“至少,听起来不会有明显的杂音了。”顾维钧疲惫但欣慰地说道。

攻坚战二:驯服不羁的pLL

相比音频噪声,pLL不稳定的问题更加棘手,因为它直接关系到整个芯片能否稳定运行在设计的目标频率(这决定了mp3解码的流畅度和处理能力)。

李志远利用“追光者”StA工具和购买的第三方电路仿真软件,对pLL模块进行了更深入的分析。仿真结果显示,pLL的环路带宽(Loop bandwidth)和相位裕度(phase margin)在某些工艺角(process corner)和高温条件下,确实处于临界状态,容易发生振荡或失锁。

顾维钧和负责pLL设计的工程师一起,再次审视了pLL的设计。他们发现,问题可能出在Vco(压控振荡器)的设计上,其频率控制曲线在某些电压下不够线性,导致环路难以稳定。此外,环路滤波器的参数选择,可能也过于激进,没有为工艺偏差和温度变化留出足够的裕度。

这又是一个设计上的瑕疵!要在现有硅片上彻底解决这个问题,几乎不可能。

团队陷入了困境。如果pLL无法稳定工作在目标频率,芯片性能将大打折扣,甚至无法满足mp3流畅解码的基本要求。

就在大家一筹莫展之际,林轩提出了一个大胆的想法。

“我们能不能不追求最高频率的稳定?”林轩在一次深夜的技术讨论会上说道,“远大的订单是针对低成本促销市场的,他们对性能的要求未必那么极致。我们能不能找到一个稍低一些的、pLL能够稳定工作的频率点?比如,目标频率是100mhz,我们能不能找到一个在80mhz或90mhz下,所有芯片都能稳定工作的‘甜点’(sweet spot)?”

他接着补充道:“同时,我们可以通过优化mp3解码的软件算法(运行在芯片内部的cpU核上),用软件效率来弥补一部分硬件频率的损失。只要最终能保证流畅解码,满足基本的用户体验,或许就能过关?”

这个“降频求稳+软件优化”的思路,让大家眼前一亮!

接下来的几天,测试团队对不同批次、不同位置的芯片样品,进行了大量的频率扫描和压力测试,终于找到了一个相对保守,但在各种条件下pLL都能可靠锁定的工作频率——85mhz。虽然比最初设计的100mhz低了不少,但至少保证了稳定性。

与此同时,林轩亲自指导嵌入式软件团队,针对85mhz的主频,对mp3解码算法的关键部分进行了汇编级的代码优化,最大限度地提升了软件执行效率。

最终测试结果表明,在85mhz主频下,配合优化后的解码软件,“麻雀 Rev b”依然能够流畅地解码各种比特率的mp3文件!虽然损失了一部分性能裕量,但总算保住了核心功能!

攻坚战三:功耗优化与良率爬坡

pmU效率偏低的问题,虽然不像pLL那样致命,但也直接影响到芯片的功耗和发热,对于便携式设备来说,这同样是关键指标。顾维钧团队通过调整pmU内部的工作模式和开关频率,并配合软件层面的电源管理策略(比如在空闲时动态降低cpU频率和电压),在一定程度上优化了整体功耗。虽然仍未达到最初的理想目标,但也控制在了一个可以接受的范围内。

在解决这些设计问题的同时,另一个严峻的挑战摆在面前——良率(Yield)。

初步测试显示的60%-70%的良率,对于需要大规模出货的量产芯片来说,是远远不够的。低良率意味着高成本和不稳定的供货。

林轩指示陈家俊和测试团队,必须尽快找出导致芯片失效的主要原因,并与台积电方面密切沟通,共同优化生产工艺和测试流程,努力提升良率。

通过对失效芯片的解剖分析(需要借助专业的失效分析实验室),他们逐渐定位了一些导致不良的关键因素,比如某些金属连线的微小短路、氧化层缺陷、离子注入不均匀等。有些是设计上可以改进的(比如增加冗余设计),有些则需要调整优化台积电的制造工艺参数。

这是一个需要耐心和细致,并且需要与代工厂紧密配合的长期工作。在短期内大幅提升良率并不现实,但至少,他们找到了努力的方向。

远大电子的“催命符”

就在芯启科技内部为了调试芯片而焦头烂额之际,来自远大电子的压力也与日俱增。

距离十一月底的交货期限越来越近,远大电子的采购经理几乎每天一个电话打给黄耀龙,询问芯片的测试进展和确切的交货日期。他们的语气也从最初的恳求,逐渐变得焦躁,甚至带上了一丝威胁的意味。

“黄总监,你们的芯片到底行不行啊?我们的播放器外壳、电池、包装盒全都准备好了,生产线也空出来了,就等你们的芯片下锅了!要是你们到时候交不了货,我们这个欧洲订单就彻底黄了!我们的损失谁来承担?!”

黄耀龙承受着巨大的压力。他既要安抚远大那边焦躁的情绪,又要从技术团队那里获取相对准确的信息。他常常夹在中间,左右为难。

林轩也知道,不能再拖下去了。虽然芯片还有一些小瑕疵,良率也还不理想,但核心功能已经基本验证通过。他必须尽快给远大一个交代。

他指示测试团队,从已经测试通过的ES样品中,筛选出一批性能相对稳定、满足基本解码要求的芯片(哪怕只是几十片),作为首批工程样品,立刻发给远大电子,让他们先进行整机测试和软件联调。

“告诉远大,”林轩对黄耀龙说,“首批样品已经发出,大规模量产正在按计划进行。我们会尽一切努力,确保在十一月底前,交付第一批至少一万片的合格芯片!”

这是一个冒险的承诺。因为量产芯片的稳定性和良率,还需要时间来验证和爬坡。但他必须先稳住远大,为自己争取更多的时间。

同时,他也再次联系了赵雅凝。这次,是请她帮忙审阅与远大电子的供货合同补充条款。鉴于首批芯片可能存在的性能波动和良率问题,林轩希望在合同中加入一些免责或协商条款,以降低自身的风险。

赵雅凝在了解到芯片测试的实际情况后,立刻明白了林轩的意图。她连夜工作,帮助芯启科技起草了一份措辞严谨又不失灵活的补充协议,既明确了芯启科技会尽最大努力保证产品质量和按时交货,也为可能出现的意外情况,预留了一定的协商空间。

“林轩,这份补充协议可以帮你规避一部分法律风险。但最终,还是要靠产品说话。”赵雅凝在电话里叮嘱道,“远大现在是急需救命稻草,但如果你们的产品真的问题太多,他们也可能会不顾一切地追究违约责任。”

“我明白。”林轩的声音带着一丝疲惫,但更多的是坚定,“我们已经没有退路了。”

第一批“麻雀 Rev b”的工程样品,承载着芯启科技的希望与风险,终于踏上了送往远大电子的旅程。

实验室里的调试风暴仍在继续,良率爬坡的战斗也才刚刚开始。

距离十一月底的最后期限,只剩下不到一个月的时间。

芯启科技,能否在这场生死时速中,最终冲过终点线?

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