一顆芯片在TI中國誕生的故事 德州儀器研發(fā)團(tuán)隊(duì)精彩表現(xiàn)

在上海張江，TI 的幾個(gè)年輕人聯(lián)手孕育了一款面向全球工業(yè)和汽車市場(chǎng)的明星產(chǎn)品。這是誕生在 TI 中國芯片星河中一顆閃亮的芯。

它的誕生源于市場(chǎng)的召喚。工業(yè)以太網(wǎng)供電的最高電壓已達(dá) 57 伏，汽車用電量的劇增導(dǎo)致傳統(tǒng)的 12 伏和 24 伏電氣系統(tǒng)逐漸被 48 伏電氣系統(tǒng)取代，使得市場(chǎng)為 80 伏電氣系統(tǒng)提供了更高的電壓范圍。雖說這個(gè)需求明明白白地?cái)[在那里，但為什么偏偏是他們?nèi)⒖蛻舻男枨笞兂涩F(xiàn)實(shí)中的產(chǎn)品，而且能夠這么去做？

成功往往會(huì)讓旁觀者忽略過程中曾經(jīng)的坎坷和挫折，以及那些責(zé)任感、堅(jiān)韌，當(dāng)然還有專業(yè)能力。

起稿

4.2 伏至 80 伏的寬電壓范圍，低至 40 微安的靜態(tài)電流、高達(dá) 2.2 MHz的開關(guān)頻率，低 EMI、簡(jiǎn)單的 8 引腳封裝……業(yè)內(nèi)人看到 LMR38020 同步降壓轉(zhuǎn)換器的指標(biāo)就明白它是一位全能型選手。

系統(tǒng)工程師曉兵的職責(zé)就是詳盡地了解市場(chǎng)需求，并定義出適合這些需求的芯片。作為 TI 中國的一名系統(tǒng)工程師，他的工作絕不輕松，詳細(xì)了解市場(chǎng)和客戶的需求只是第一步，如何在一大堆各不相同甚至相互矛盾的需求中找出滿足絕大多數(shù)客戶的指標(biāo)、充分利用公司現(xiàn)有的 IP 技術(shù)、兼具高性能與經(jīng)濟(jì)性等等都極具挑戰(zhàn)。

2019 年 10 月，曉兵開始構(gòu)思 LMR38020 的雛形，這是一款力求在性能和功耗等方面達(dá)到平衡的芯片，并力圖做到更加經(jīng)濟(jì)。“這不可能”，這是設(shè)計(jì)工程師芳莉帶領(lǐng)的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)看到指標(biāo)的第一反應(yīng)，“其實(shí)如果不計(jì)成本，所有技術(shù)層面指標(biāo)都有可能實(shí)現(xiàn)，但我們想要的是既滿足絕大部分客戶新的需求，同時(shí)兼具產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)性”。

如果說系統(tǒng)工程師是理想主義者，那么設(shè)計(jì)者都很現(xiàn)實(shí)，通過對(duì)每個(gè)創(chuàng)新指標(biāo)的大量調(diào)研與驗(yàn)證，反饋給前者哪些是可實(shí)現(xiàn)的。在關(guān)鍵指標(biāo)上，曉兵絕不妥協(xié)，“如果沒有競(jìng)爭(zhēng)力，無法滿足客戶需求，我們不如不做。”

此時(shí)產(chǎn)品和測(cè)試工程師榮臻也已加入討論中，他的主要職責(zé)是通過測(cè)試發(fā)現(xiàn)并解決芯片存在的缺陷，以確保交到客戶手中的芯片的質(zhì)量和可靠性。并且產(chǎn)品采用何種封裝形式、測(cè)試的可行性等因素都需要及早確定，榮臻的角色就是和系統(tǒng)工程師、設(shè)計(jì)工程師一起設(shè)計(jì)和制定測(cè)試規(guī)格書，以滿足所有的測(cè)試需求。

產(chǎn)品和測(cè)試工程師榮臻需要同 TI 的制造廠和團(tuán)隊(duì)一起溝通，反復(fù)確認(rèn)封裝和測(cè)試的可行性，不斷地進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，確保這顆芯擁有最佳的性能。其中芯片的凸點(diǎn)加工和其中的一種封裝形式是在TI的成都工廠完成，“沒有時(shí)差，溝通更高效、更得心應(yīng)手”，榮臻說。

覆色

芯片開發(fā)是個(gè)系統(tǒng)工程，極高的復(fù)雜性很容易牽一發(fā)而動(dòng)全身。因此在前期，團(tuán)隊(duì)會(huì)花費(fèi)大量時(shí)間反復(fù)確認(rèn)各項(xiàng)細(xì)節(jié)，各個(gè)環(huán)節(jié)盡早打通也會(huì)使開發(fā)效率顯著提高。曉兵覺得這就像繪制油畫時(shí)，先期要花大量時(shí)間起素描稿，以決定畫面構(gòu)圖和明暗關(guān)系。

當(dāng)芯片定義完成之后，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)開始著手將藍(lán)圖搬到實(shí)際的畫布上，那些精細(xì)的線路和布局就是作品動(dòng)人的色彩，體現(xiàn)了他們的匠心。“設(shè)計(jì)的最大挑戰(zhàn)之一是靜態(tài)電流”，芳莉說，雖然 TI 在電源領(lǐng)域深耕數(shù)十年，積累的很多 IP 是快速開發(fā)新品的基石，但在實(shí)際中將這些 IP 組合起來形成產(chǎn)品卻并不簡(jiǎn)單。復(fù)用 IP 的原產(chǎn)品只有 60 伏，但 LMR38020 的靜態(tài)電流卻要求降低 50%?！霸O(shè)計(jì)芯片時(shí)要同時(shí)兼顧這兩點(diǎn)，就像要求一件衣服在輕薄的同時(shí)還要保暖。"在時(shí)間有限和整體架構(gòu)已經(jīng)確定的情況下，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)最終通過不懈努力，以創(chuàng)新的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了低靜態(tài)電流。

2021 年 2 月，LMR38020 首次流片即成功，這讓團(tuán)隊(duì)非常振奮。隨即產(chǎn)品進(jìn)入了測(cè)試環(huán)節(jié)，這是確保芯片能達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)的最重要一道工序，也是作品完成的關(guān)鍵步驟。如果說系統(tǒng)工程師在定義指標(biāo)，設(shè)計(jì)師給出模擬的結(jié)果，那么產(chǎn)品和測(cè)試工程師就是在和真實(shí)的芯片打交道，通過測(cè)試來把控風(fēng)險(xiǎn)。榮臻選擇來自三個(gè)不同批次的各千余顆芯片，在不同環(huán)境、不同電壓的條件下進(jìn)行老化測(cè)試，同時(shí)應(yīng)用工程師則會(huì)根據(jù)客戶的實(shí)際使用條件，創(chuàng)建不同的場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用測(cè)試，“用排列組合公式算算就會(huì)明白這是多大的工作量”。

如果沒有他們之間的彼此信任、精誠合作，以及 TI 對(duì)于芯片質(zhì)量控制方面的完備體系，這顆芯片如此順利的誕生是不可想象的。

曉兵表示：“回顧整個(gè)過程，芯片設(shè)計(jì)充滿平衡和創(chuàng)新的藝術(shù)。非常開心，我們的‘藝術(shù)作品’得到了市場(chǎng)的積極回應(yīng)，工業(yè)和汽車等領(lǐng)域的客戶對(duì)這款產(chǎn)品有非常高的認(rèn)可。芯片是創(chuàng)新的源頭，我們致力于通過芯片技術(shù)讓電子產(chǎn)品更經(jīng)濟(jì)實(shí)用，讓世界更美好。”