我是如何成為一名射頻工程師的?--一個硬件從業(yè)者的真實(shí)經(jīng)歷
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有人問我射頻怎么學(xué)?能不能速成?老實(shí)說我這水平也只是剛?cè)腴T,5G/4G/V2X/毫米波雷達(dá)/相控陣等等我都沒有設(shè)計過,僅僅是對PA,LNA,混頻器,濾波器,單芯片收發(fā)(零中頻/低中頻),超外差架構(gòu)等等有一些對應(yīng)的項(xiàng)目設(shè)計,今天分享一下我是怎么入門的,希望能給同學(xué)們一些啟發(fā)。
我上大學(xué)的時候?qū)W的電子信息工程無線電專業(yè),印象最深刻的就是唯一的一節(jié)SMT實(shí)踐課,按照老師發(fā)的圖紙,使用鋼網(wǎng)刷上錫膏,放置SMD元器件,最后放到抽屜式的加熱臺里面,做了一個收音機(jī),居然能收搜到幾個電臺,當(dāng)時還挺有成就感的;然后期末考核,全班每人都做了一個音響,用到了音頻放大器,啥型號忘掉了,應(yīng)該非常經(jīng)典,不過沒幾個成功的,哈哈!現(xiàn)在回想起來,總結(jié)了幾個原因:
第一,焊接水平不行,當(dāng)時用的學(xué)校發(fā)的10元一把的電洛鐵,也不知道錫絲有鉛還是無鉛,洛鐵頭不好就用銼刀打磨一下;
第二,阻容三極管等元器件不認(rèn)識,極容易焊錯;
第三,電路短路,直接上電導(dǎo)致元器件燒壞。
還記得有一個同學(xué)特別喜歡琢磨電路,喜歡自己動手焊接一些PCB板,用運(yùn)放搭幾個電路,聽室友說他非常厲害,已經(jīng)能讀懂電路圖并且自己動手調(diào)試了,雖然好奇但是他性格比較孤僻,也沒有打多少交道。我們的班長應(yīng)該是學(xué)無線電最好的了,考試成績也最好,班主任也喜歡他回答問題,鎖相環(huán)電路,超外差電路、電容三點(diǎn)式、電感三點(diǎn)式等等應(yīng)該都特別熟練吧。
大學(xué)的時候有單片機(jī)課程,當(dāng)時已經(jīng)是用C語言編程了,但是我也只是僅僅滿足于考試及格并沒有用心去學(xué),這點(diǎn)每次想到還是有很多遺憾的。
大學(xué)時間過的也快,等到工作時經(jīng)常看到電子設(shè)計大賽,大學(xué)期間居然從沒有聽說過,果然人以群分,我大概在忙著打游戲吧。。。。
第一次參加工作,公司人數(shù)不到20人,第一年的時候,從生產(chǎn)開始,學(xué)習(xí)焊接了一年P(guān)CB板,帶我焊接的師傅還是非常厲害的,單板焊接基本沒出過問題,一年下來,F(xiàn)PGA,DSP的器件已經(jīng)非常熟練了,我的焊接速度已經(jīng)非??炝耍F(xiàn)在想想也還是有點(diǎn)小驕傲的。
理論部分陸陸續(xù)續(xù)的看了模擬電路,數(shù)字電路,射頻電路理論,通信原理等,不過這些都是書本上的,還沒有正式的用到實(shí)踐中去。后來開始接觸到射頻調(diào)試工作,調(diào)試的話就用到了示波器,信號源,頻譜儀,綜合測試儀以及網(wǎng)絡(luò)分析儀,這些設(shè)備雖然有的是二手的,頻率也不高,3G以內(nèi),但是買下來也需要大幾十萬了,對于剛?cè)肼毑?000多的工資,得工作多少年才能賺到這么多錢??!
對于射頻的調(diào)試還是很有講究的,從最基礎(chǔ)的濾波器開始,當(dāng)時發(fā)射機(jī)末端應(yīng)該是LPF 的巴特沃斯濾波器,具體幾階忘掉了,用來抑制發(fā)射的諧波。因?yàn)楫?dāng)時量不大,所有的線圈都是手工繞制的,線徑0.5mm的線圈繞3圈,4圈,5圈,每圈幾個nH的電感值,先焊接到PCB小板上,調(diào)試起來就是用鑷子去撥動線圈之間的間隙,降低電感的耦合,減小電感量,當(dāng)時也沒有LCR去測試具體的感值,所以也不知道到底最后調(diào)到了多大,衡量的唯一指標(biāo)就是看綜測上面功率是否大于30dbm,也就是1w的功率。因?yàn)闉V波器前端的末級放大器功率的匹配值不是一致的,所以導(dǎo)致每個濾波器都要在產(chǎn)品上面調(diào)試,可見放大器的功率還是很可觀的,絕對有超過2w的。后來有一次面試居然憑著對超外差架構(gòu)的了解以及收發(fā)信機(jī)的每個射頻單元的指標(biāo)分配輕松的拿下了一個offer,也和常年的調(diào)試密不可分。
在調(diào)試了收發(fā)信機(jī)半年時間后,對發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的組成總算有了大概的了解,不過也僅僅限于了解,碰到退貨維修件還是有很多難點(diǎn)搞不清楚,更別提做射頻設(shè)計了。不過也有好的方面,公司的幾個優(yōu)秀的同事都是我們學(xué)校出來的,有的在大一的時候已經(jīng)進(jìn)了射頻實(shí)驗(yàn)室,常見的電路設(shè)計已經(jīng)沒有問題,搞射頻的動手能力都相當(dāng)強(qiáng),為人也比較熱心,遇到不懂的問題很樂意與同事分享,所以我很感謝我的同事。
記得一次公司從深圳某公司買了200套1W和100套5W的數(shù)傳電臺,我和同事負(fù)責(zé)測試驗(yàn)收工作,幾十臺的靈敏度都不合格,指標(biāo)不到-70dbm,兩種電臺收發(fā)芯片都是用的TI的CC1020,1W放大器LNA和預(yù)放都用的R25(2SC3356),末級放大器用的東芝的一款1元左右的放大器,5W的末級功放應(yīng)該是用的三菱的RA07H4047M功放模塊。當(dāng)時我所有的知識都是從同事那邊學(xué)來的,測試設(shè)置也是同事搭建好的,根本不知道哪兒出了問題,查問題更是無從下手。和原廠溝通后,對方總工要求將電臺寄回去查查具體原因,但是由于時間緊,客戶催得急,于是就有了接下來的深圳差旅之行,對于我們來說,從沒有去過深圳,更沒有去過華強(qiáng)北,很高興有機(jī)會能夠去見識一下。
第一次出差坐飛機(jī)去深圳還是挺開心的,反正有同事在,我對這次差旅也沒有多少壓力,后來我每次出差都是挺開心的,幾乎每次都能很順利的完成任務(wù),下班了就出去玩玩。到了供應(yīng)商公司,接待還是挺給力的,可見公司每年的采購額還是相當(dāng)可觀。到供應(yīng)商公司后,把有問題的模塊給供應(yīng)商總工進(jìn)行了靈敏度測試,確實(shí)不到-70dbm,不過測試的方法不同,采用的是加衰減器的方式測試的,(當(dāng)時看覺得也沒啥問題,回到公司就被問到射頻泄露怎么辦,怎么沒有加屏蔽措施,可惜我連泄露都不知道。。。。),然后懷疑是程序的問題,只見他打開keil,比對了一下寄存器設(shè)置,調(diào)試更新了一下代碼,再然后重新測試,居然好了!我和同事都覺得很神奇,這難道就是軟件的魅力,這才是高級嵌入式工程師的能力,軟硬件都精通,不過他沒有透露具體怎么配置的,只是說代碼有問題,我們總結(jié)下來就是這個人太小氣了。。。?,F(xiàn)在想來應(yīng)該是有一級R25 LNA沒有打開,前級放大之后L型或者一字型走線泄露到芯片接收輸入端口導(dǎo)致靈敏度特別低??刂聘哳l三極管的方法就是通過GPIO控制它的基級偏置,以polling的方式進(jìn)行接收,如果接收到信號則打開放大器,如果沒有則關(guān)閉,同時還是一個不錯的低功耗方案的選擇呢!
后來由于公司的采購量增大,客戶要求降價,但是供應(yīng)商的價格卻談不下來,年采購量要大于5000套才能有一定的降幅,一年采購就得花幾百萬,畢竟公司體量就這么大,所以老板覺得自己做比較劃算。也就有了后來的研發(fā),所以我是從生產(chǎn)焊接-測試-調(diào)試-維修-研發(fā),這么一步一步過來的,前后經(jīng)歷了2年多時間,這段時間完成了我從學(xué)生到打工人的轉(zhuǎn)變。
所以現(xiàn)在好多人都在說進(jìn)大公司好還是小公司好?從我個人的考慮來看,各有各的好處,我在小公司變得特別全能,什么事情都能干,我的同事們也是多面手,后來在大公司確實(shí)研究的深了,可以和行業(yè)內(nèi)的大佬直接交流,遇到問題必須找到root cause ,一連幾個月都在干一件事情,但是就業(yè)面也窄了,純粹做射頻工程師,或者純粹做汽車電子工程師,對個人發(fā)展局限性也是比較大的,所以建議要做多面手,射頻我很精通,基礎(chǔ)硬件設(shè)計,常用運(yùn)放電路,DCDC設(shè)計,EMC,高速電路等等都玩得轉(zhuǎn),這時候就業(yè)面就非常廣,個人見解,僅供參考!
研發(fā)產(chǎn)品難嗎?對于剛剛接觸射頻硬件設(shè)計的我來說非常難,設(shè)計和調(diào)試、維修不同,調(diào)試是在老帶新的基礎(chǔ)上,按照圖紙甚至圖紙都不要就可以按照SOP流程得到性能高的產(chǎn)品;維修的話,看懂原理圖是必須的,但是你并不需要知道具體的設(shè)計參數(shù),射頻故障一般按照級聯(lián)信號,找到壞的元器件,用熱風(fēng)槍吹下來,重新焊接一片好的IC就可以了。但是研發(fā)不一樣,僅僅知道這些如何是無法開展設(shè)計的,總結(jié)一下當(dāng)時的困境:
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沒有自己查詢、下載過芯片datasheet;
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英文閱讀水平差;
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射頻系統(tǒng)指標(biāo)不清楚;
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電源如何設(shè)計不清楚;
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串口是什么不清楚;
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SPI、I2C總線不清楚;
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單芯片接收方案為什么集成度這么高;
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放大器,濾波器如何設(shè)計;
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通信協(xié)議如何做到與原系統(tǒng)兼容;
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加密解密算法如何破解;
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從沒有畫過原理圖、PCB。
問題遠(yuǎn)不止這些,對于新手來說,這都是需要解決的問題。這時候就體現(xiàn)出一個老板的胸懷了,如果他老是催你的話,工作的壓力會非常大,最好的方法就是提桶跑路了,哈哈。但是逃避也解決不了問題,好的是有小伙伴一起扛,他是做軟件開發(fā)的,算是比較有經(jīng)驗(yàn)的一位。前幾天看到一位前輩寫的關(guān)于射頻IC設(shè)計的文章,其中提到,逆向開發(fā)是學(xué)習(xí)最快的一種方式,當(dāng)然并不是鼓勵抄板或者抄芯片設(shè)計,最起碼經(jīng)過驗(yàn)證的電路在功能實(shí)現(xiàn)上是沒有問題的。這的確也是量產(chǎn)產(chǎn)品降本的一種好方法,對比一下同行的主要IC BOM清單,會更快的找到與競爭對手之間的差別,如果一年百萬級,千萬級別的量,降本1毛錢就節(jié)省十萬,百萬了,這也是大廠每年的績效考核之一。
一開始主要設(shè)計工作都是另一位同事在完成,我干一些雜活兒,不過我也挺開心的,除了有一些緊急的生產(chǎn)任務(wù),需要全公司人員加班趕貨,我已經(jīng)不用一直在生產(chǎn)那邊或者待在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試了。這時候我開始查資料,從同事那邊了解到芯片手冊datasheet,除了常用的一些有翻譯成中文的之外,幾乎所有的資料都是英文的,同事告訴我網(wǎng)址:www.alldatasheet.com,我不知道當(dāng)時有沒有立創(chuàng)商城,得捷、貿(mào)澤我反正從沒有用過。我把相關(guān)的芯片datasheet都下載下來,用翻譯軟件一點(diǎn)點(diǎn)看,真的挺痛苦的,關(guān)鍵是參數(shù)我都能看到,但是怎么用又是一竅不通,別提什么降額設(shè)計,隔離,屏蔽,EMC,熱設(shè)計之類的了,另一位同事做軟件的,對于硬件也基本和我差不多,我又比較內(nèi)向,不好意思一直問其他同事問題,而且每個人工作都挺飽和的,所以大部分時間都是自己摸索,現(xiàn)在回想起來,如果有好的師傅愿意帶你,一定要特別感謝他,真的可以少走好多的彎路。遇到不會的,多提提問題,膽大一點(diǎn)其實(shí)也沒有啥不好意思的,最壞的結(jié)果就是同事不理你罷了,沒啥大不了的,以后幾十年的職業(yè)生涯,這些摸爬滾打的日子才是最值得紀(jì)念的!不過我遇到的工程師都還是挺好的,沒啥壞心眼。
從主芯片開始學(xué)習(xí),我去TI的官網(wǎng)上下載了關(guān)于CC1020的所有資料,發(fā)現(xiàn)CC1100這款芯片用的挺多的,淘寶上也有好多賣的,有好多相似的地方。我先了解了這個芯片內(nèi)部零中頻的收發(fā)架構(gòu),發(fā)現(xiàn)和超外差挺像的,解決了鏡頻的問題。用的調(diào)制方式是GFSK,不過當(dāng)時我連FSK為什么有頻偏都不清楚,更別提說加了個高斯濾波器的調(diào)制方式了,反正也沒人問,測試了原來供應(yīng)商的模塊發(fā)現(xiàn)GFSK發(fā)射出來的波形頻譜相對FSK變窄了,估計就是這個差別,加了個濾波器嘛,可不把濾波器帶寬外的頻譜衰減了,在頻譜儀上面自然看不到了。值得注意的是工程師必須掌握測試測量儀器正確的使用方法,這樣才能有正確的結(jié)果!其實(shí)想想如果當(dāng)時有個TI FAE的哥們支持一下,情況也會大不同的,不過沒有啥量,老板肯定不會付咨詢費(fèi)的,就別想了,哈哈。
具體后面怎么設(shè)計的就不說了,有好多事情淡忘了,但是忘不了的是PCBA回板后,測試代碼驗(yàn)證成功后的那份喜悅!(完)