第449章 曝光场（1 / 2）
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高频脉冲电机的研发正式立项了。
文件是从自动化控制中心发出来的，赵老师牵头，联合西军电、长光所、西安电机厂，组成联合攻关组。
项目名称定得很朴实：《晶振同步高频脉冲电机及其控制系统》。
集成电路实验室接下了控制芯片的设计任务。
谢凯在惊雷项目组，宋颜教授和吴国华又要紧跟昆仑工程。
最终，吕辰与诸葛彪、钱兰组成三人接下了设计任务。
这不是一个通用逻辑芯片能解决的问题。
通用芯片要兼顾各种应用场景，设计时必须做大量妥协。而
高频脉冲电机的控制芯片，要求太具体。
要接收晶振的精确时钟，要产生高频脉冲序列，要接收光栅尺的实时反馈，要实现闭环控制算法，最后还要驱动功率放大级。
每一项要求，都是硬指标。
这不是通用逻辑芯片，需要定制化设计。
吕辰从抽屉里翻出一个新的笔记本，封皮是深蓝色的硬壳纸，内页带着淡淡的方格。
扉页上写着一行字：高频脉冲电机控制芯片设计手记。
第一页，用工整的钢笔字梳理着芯片的功能。
晶振接口，接收来自西军电特制晶振的精确时钟信号，频率稳定性优于10^-6级别。
分频/倍频单元，根据电机转速要求，对晶振频率进行分频或倍频，生成基准脉冲。
脉冲生成模块，产生步进脉冲序列，脉冲频率决定电机转速，脉冲数量决定步进角度。
反馈处理单元，接收光栅尺的位置反馈信号，与理论位置进行实时比对。
闭环控制算法，根据比对结果，计算误差修正量，调整下一时刻的脉冲输出。
功率驱动接口，将控制信号放大到足够驱动功率管的电平。
保护逻辑，过流、过压、过热情况下的紧急停机。
吕辰看着这些功能和需求，回忆着这段时间和赵老师、秦教授、长光所专家的讨论。
赵老师关心动态响应，电机启动、停止、变速的时候，控制信号能不能跟得上？延迟不能超过多少微秒？
西军电的专家反复强调“温度稳定性”，晶振再好，温度一变也会漂。
芯片必须能对这个漂移做动态补偿。
长光所的专家更关注“光栅尺接口”，反馈信号怎么处理？是直接读脉冲，还是解码成位置数据？要不要在芯片里集成专用的解码逻辑？
吕辰把这些问题一条一条写在笔记本上。
然后在“反馈处理单元”旁边加了一个括号：“建议集成增量式光栅尺解码逻辑。”
他在“闭环控制算法”旁边又加了一行：“需包含PID控制器的硬件实现，或至少提供PID运算的硬件加速。”
他翻到第三页，这里画着第一版芯片功能框图。
时钟输入→分频/倍频→脉冲生成→反馈处理→功率驱动接口
他盯着这个框图看了很久，然后在“分频/倍频”和“脉冲生成”之间，又加了一个小方框：“温补接口”。
时钟输入，分频倍频，脉冲生成，反馈处理，驱动接口，温补补偿……
这些模块，要集成在一块只有拇指盖大小的芯片里。
线宽五微米，面积不超过四十平方毫米，功耗控制在瓦级以内。
吕辰想起前世那些芯片，动辄几亿个晶体管，几十个核心，几百个接口。
而现在，他要在五微米工艺的限制下，用几千个晶体管，实现一个完整的伺服控制系统。
就像一个木匠，手里只有一把锯子和一把刨子，却要造出一座钟表。
坐在对面的诸葛彪眉头皱起来：“温补接口？西军电的晶振到底需要什么样的补偿曲线。还有光栅尺解码，长光所那边给的信号格式，详细文档什么时候到？”
钱兰也皱着眉头：“按你这个框图，最少得两千五百个晶体管。”
吕辰点头：“五微米工艺，四十平方毫米，应该能放得下。”
“能放下。”诸葛彪说，“但问题是良率。管子越多，良率越低。这个规模，咱们的中试线怕是百分之十都做不到。”
诸葛彪说的是实话。
五微米工艺，缺陷密度摆在那里。
芯片面积越大，晶体管越多，碰到缺陷的概率就越高。
良率不是线性下降，是指数下降。
“那就得取舍。”吕辰走回桌边，“哪些功能必须片上，哪些可以外接？”
钱兰道：“晶振接口、分频倍频、脉冲生成，这三块必须片上。反馈处理可以简化，只做脉冲计数和简单比较，复杂的PID算法放到外面。”
吕辰摇头：“放外面延迟太大。反馈信号要实时处理，过了几十微秒再修正，电机可能已经抖起来了。”
诸葛彪点头：“那就片上，但要留旁路模式。”
他进一步解释：“正常工作时，用片上的PID。如果片上的PID不够用，可以通过一个引脚切换，把反馈信号直接引出去，让外部电路处理。”
钱兰点头：“这个想法有道理，兼顾了集成度和灵活性，但PID算法要乘加运算，要用运算放大器，要用反馈电容电阻。这一块，占的面积至少是分频器的三倍。两千五百个管子，一半都得用在这上头。”
模拟电路占的面积，比数字电路大得多。
一个运算放大器，可能要几十个管子，还要配电阻电容。
在五微米工艺下，这些元件占的地方，能放几百个数字门。
吕辰想了想：“如果砍掉PID，只用简单的比较器，那控制精度就下来了。赵老师那边要的是微米级定位，光靠比较器不行。”
三人沉默了。
图纸摊在桌上，阳光从窗户照进来，照在那张密密麻麻的草图上。
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