“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!