单芯片解决方案实现系统电路的优化
【2012LED照明开发者论坛精彩笔录】

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本文整理自汇佳电子公司运营总监刘国清先生在2012智能手机、平板电脑与LED照明开发者论坛上的演讲。

非常感谢主办方给我机会和大家分享单芯片解决方案实现系统的优化，这是我的演讲的主题。我是广州汇佳电子科技有限公司的运营总监。我的单芯片解决方案实现电路的优化，实际上来说，我个人来说十几年的工作经验，我发现我们一些芯片的方案，我们的工程师也好，我们的学生也好，就是在教学工作中，在应用过程中，发现我们的方案应用到芯片也好电路也好都非常复杂。

在目前电子产品的应用里面我发现了许多工程师在产品的系统电路设计上不了解产品更多的芯片，往往在设计电路的时候应用多个芯片组成系统电路，造成电路变得很复杂。当然有的产品功能不同，涉及产品的功能的芯片还没有进行整合和优化，我们汇佳电子主要是LED的应用方案。汇佳电子做了一些单芯片LED方案的整合优化，实现了电路的简化，使成本降低，使产品的故障率降低。


我们在做优化的同时，规定我们做芯片怎么样做到优化或者怎么把产品做到更好，当然和我们芯片的制造工艺有关，芯片的制造工艺我们回顾一下我们的历史。我们计算机的发展促进了集成电路制造工艺的发展，最早的计算机是1945年的埃尼阿克，它是采用电子管作为计算机的基本元件，现在的计算机我们叫做集成电路，我们第二代到了晶体管，第一代还是电子管。

第三代实现了集成电路的数字计算机，第四代以后是大规模集成电路，我们也叫做LSI。

经过50多年的发展，计算机从电子管到晶体管，从单核到多核，从几十吨重到几千克，甚至几百克重，晶体管从几千个到几千万个的集成，耗电从150千瓦到现在几十瓦甚至几瓦，经历了一个高度集成的发展变迁。
这个变迁离不开集成电路的发展计算机的发展归益于电子的发展，电子的发展又归依于集成电路的发展，电子的发展，首先从电子管的出现到大量的应用，然后出现 晶体管再到晶体管的大规模应用，从晶体管又发展到CMOS电路，由于集成电路的工艺飞速发展，如今一颗芯片内部可以集成上百万颗晶体管或CMOS管。

现在发展到集成电路，超大规模的集成电路。我们可以看一下，这是最早的，我们1.5寸上的集成电路，世界上最早的集成电路。

第一颗CPU与0.18uM奔腾4CPU，芯片的发展、集成电路的发展。

我们世界上有个摩尔定律。摩尔定律与集成电路的线宽发展专家预测以前是25微米，现在到了0.05个微米。

集成电路的线宽我记得是10微米、5微米和8微米形成这样阶段性的发展，到最后的0.035微米，就是未来2014年左右0.035微米。下面这个因为太小了，集成电路线宽的发展最后做到14.5个纳米。
系统的发展我觉得离不开芯片的工艺发展，还一个芯片工艺发展的话线宽不断变小的。第二个系统功能的不减少的情况下或者增加的情况下来整合系统外部构建。

在整合系统外部构建的时候我们分了几个方面，一个就是进行外部电阻的这种集成优化，电阻的集成整合就是把方案的芯片外围电路的电阻在下一次芯片整合时把能够整合到芯片内部的电阻整合到芯片中去，从而使方案的系统外围电路更简单。为什么有一些电阻能整合进去，有一些电阻不能整合进去呢？比如说几十M的电阻，有的可能整合不进去，因为它一个平方微米的话可能是几十克十几克，你占的空间太大还不如放到外面来。一般在十几克几十克的电阻都可以整合进去。下面这个电路图，原来的电路很多电阻，现在我们整合后就这么几个电阻，把这个进行板图优化，电路系统优化，把有些电阻整合到里面去了，从而使电路板更简单。

第二个我们做了一个三极管的整合，我们有些工艺可以做一些三极管把它做进去，除了做电阻做三极管做其他二极管不可以做进去。三极管集成优化就是把方案的芯片外围电路的三极管在下一次芯片整合时根据选择的芯片工艺把能够整合到芯片内部的整合整合到芯片中去，从而使方案的系统外围电路更简单。

另外我们做了一些芯片也能进行整合，比如一些逻辑芯片在我们下次开发的时候也整合到芯片里面去了。芯片的集成整合就是把方案的主控芯片外围电路的芯片，在下一次芯片整合时根据选择的主控芯片工艺把能够整合到主控芯片内部的外围芯片，如逻辑芯片整合到主控芯片中去，从而使方案的系统外围电路更简单。

下面图的就是说我们整合了一个电磁炉的方案，电磁炉的外围有一个LM339，我们把LM339整合到我们的芯片中去了，这样使我们的电路更简单，电路板也更好做，加工的时候也很方便。
刚才讲的是单芯片，现在我们讲的是多芯片，就是几个芯片都可以整合进去。多芯片的集成整合就是把方案的某些功能的芯片如时钟芯片、RS232芯片、逻辑芯片，根据主控芯片的相同工艺，把方案的外围电路的某些功能的芯片在下一次芯片整合时能够整合到芯片内部。我们原来做芯片的时候，逻辑芯片做了一大堆，但是这些芯片原来是2微米或者3微米或者1微米的工艺，但是现在随着工艺的发展以后，比如说我是5V的，我现在改为0.5V或者其他都可以整合进去。所以我们做了多芯片的整合，这里面一个LED显示屏。通过整合使电路非常简单，同时保持原来的功能，从而使方案的系统外围电路更简单，进一步得到优化。

其他电路的整合，我们做了集成电路的模块，把温度、数码管的工艺和芯片的工艺和控制电路的部分整合成一个，让它能够显示温度的模块。这个模块有一个好处是防潮，然后整个芯片整合到同一个模块里面，就是数码管里面有一个芯片，这个芯片在驱动部分，包括CPU控制部分、温度测试部分都是一个芯片，这样子的。

刚才讲的是单芯片的一些东西，我们下一步是应用。外部电阻的优化，就是电子钟的主办，我们做了以后场景更优化，整合以后更简单，电路板也比较简单。整合以后，我们只需要一颗芯片，一颗芯片可以接72个LED。


前面就是我们汇佳电子做了芯片的优化整合方面，汇佳电子主要是致力于消费性电子产品集成电路设计，还有应用软件开发以及提供整体的解决方案。其实汇佳电子先走方案开发，在方案开发的基础上发现有哪些问题，哪些需要优化的地方再进行芯片的开发，我们是先走方案开发再走芯片开发，这样一个思路来走。我们希望有更多的公司还有更多的朋友来一起探讨，使我们的电路板越来越简单。其实原来的有一些芯片都是很老的工艺，很陈旧的工艺，但是电路是一样的，工艺不一样了。结果就是说，您把电路整合到新的工艺里面，我们的芯片就会越来越小。

今天我就讲到这里，有不足的地方请大家多多指教。谢谢大家！