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第四十五章 新版素子传送模块

  对于素子传送模块这部分的电路,在时光旅行胶囊中几乎找不到可以参考的资料,因为时光旅行胶囊只有进行时间上的传送而没有进行空间上的传送,所以现在只能全靠自己的本事了。我再一次把这部分的电路认认真真地看来一遍,我已经记不得这是我第几遍看这部分电路了,之前无论看多少遍都觉得这部分电路已经完美,没有再修改的必要了,但不知道为什么,现在的我再看的时候,却发现,其实我可以设计得更好。

  我尽力去遗忘现有的设计资料,因为只有这样,我才能真正意义上构思出全新的设计方案。这次设计我打算以稳定性为重点,来展开设计。我闭上双眼,在脑海中想象素子传送模块的全新设计框架,包括需要哪些功能,要使用什么类型的芯片,以及最小系统的设计方案。

  脑补完大致的框架后,我便在工作站上打开了原理图设计软件,新建一个工程文件去设计一个全新的素子传送模块。我直接调用现有的库文件,从中挑选出我所需要的最新款的芯片,直接拉到原理图内。因为重视稳定性,每一个阻容器件的参数都经过缜密的计算,不敢有半点马虎。我一直不停地画着原理图,手速甚至已经跟不上大脑思考的速度,我已经构想到了很远的部分,可自己却还在画前几秒想到的原理图。灵感就喷泉一样喷涌而出,根本停不下来。

  经过这么多个月的研究。现在所使用到的芯片我都已经了如指掌,芯片手册的大部分内容皆谙熟于心,省去了翻阅的时间,大大缩短了作业时间,提高了设计效率。原理图就像蜘蛛织网一样,由里到外,一点一点地绘制而成。

  然而一切并没有那么顺利,绘制到大概三分之一位置的时候,我的灵感就枯竭了,我坐在屏幕前深思熟虑。这时我才注意到,现在已经是凌晨3点了。即便灵感继续涌现,也不可能在一天之内完成的。正所谓身体是革命的本钱,想到郝工的事后,我决定还是先去睡觉,明天再继续奋斗。

  我连洗漱都懒得做了,拖着僵硬的身躯直接就倒在了便携式折叠床上。

  第二天早晨一醒来就跟打了鸡血似的,睁开眼睛就清醒了,飞快的洗漱之后,连早餐也懒得吃了,直接坐到工作站前,继续昨天的绘图。人在疲惫的时候工作果然会事倍功半,昨晚深夜的时候效率越来越低,睡一晚上后,灵感就继续喷涌而出,这张蜘蛛网般的原理图也被越织越大,一页接着一页的增加,工程文件也一点一点的增大。每次沉浸在电子的世界里,总是觉得时间过得特别的快,我感觉才画了没多久,却已经12点了。由于早上没有吃饭,饥饿的感觉迫使我停止了手头的工作,我觉得此时我需要补充大量的糖分,补充足够的葡萄糖后我的大脑才能继续高速运转。

  我没有选择去小倩那里蹭饭,因为料理机器人做饭也需要一点时间,现在的我连一点时间都不想浪费,争分夺秒地小跑向了负一楼的食堂,随便点了些看上去比较甜的食物。饥饿的时候无论吃什么东西都觉得特别好吃,我如狼似虎地吞咽着,短短几分钟后就连盘子都舔干净了。

  拖着沉重的身躯,我回到了电路实验室。要是平日里,我可能会选择午休一小会儿,可今天从早上就处于亢奋状态,完全没有想要休息的意思。我回到工作站前,接着早上的原理图继续绘制。

  当天晚上8点,在H市听完宣讲会的牛工马不停蹄的回到了电路实验室,明明已经过了下班的时间,可他却赶回来,跟我的状态一样亢奋,激动地拉住我说“石工,石工,换芯片,换芯片。”

  “俄州仪器的芯片吗?”

  “对啊,宣讲会结束后我就马上找在场的工程师索要了芯片的原理图库文件和封装库文件,芯片的出厂数据手册PDF档也带回来了。”

  “噢,那正好,我现在正在构思新的素子传送模块方案,我看看哪些能替换的都给替换成俄州仪器的芯片。”

  “噢,新的方案已经有啦,不错嘛,我本来还想着就替换旧方案上的芯片先试试。”

  “我是觉得既然要优化,就大面积优化,以前看了很多遍都觉得没有地方可以优化了。当我把设计重心转移到稳定性上后,就豁然开朗了。等我新方案设计完给你看看,如果可以就画PCB了。”

  “嗯,好,那你先画你的新方案,反正样片还没那么快能到。”

  “顺利的话明天就能画好原理图了。”

  “可以啊,小伙子,这部分原理图的旧方案我可是构思了5个月啊。”

  “哈哈,灵感来了,停不下来啊。”

  “哈哈哈哈,那你继续,我就不打扰你了。”

  牛工开心的离开了电路实验室,估计是就这么回家了。我暂时停止了原理图的绘制工作,转而开始阅读俄州仪器最新推出的通信芯片的数据手册。我先是只看了每种芯片的数据手册的前几页,前几页有大致描述芯片的功能、特点及应用,对于能否运用在素子传送模块上,可以很直观的看出。全部筛选下来,发现有3款芯片的功能似乎符合自己的需求,所以对这3款芯片的数据手册又进行了详细的研究,每一份数据手册都是上千页,因此看起来花费了大量的时间。

  经过一轮细致的阅读后,每一个引脚的功能、工作电压、最大输出电流、IO口工作模式、数据传输速率、内部时钟频率、AD转换精度、串口类型、芯片工作温度、封装类型等等,所有的信息都被保存到了大脑中,方便随时调用。

  由于一时间所接受的信息量太大,大脑有些缺氧,出现了头晕的症状。看了下时间,已经凌晨4点了,看来这是身体给我发出的警告信号,如果再不休息,明天估计得出事。我遵从身体的指示停止了工作,累趴在了折叠床上。

  翌日,牛工叫醒了睡梦中的我,应该是因为昨天工作太久的缘故,今天睡到了早上9点,要不是牛工看不下去,把我给叫醒了,还真指不定什么时候能起得来。一醒来我就带着朦胧的嗓音对牛工说“我看完你带来的资料了,其中有3款芯片可以用。分别是CC6500RTKR、BQ9830YMA-95、OPA5137Z,可以替换旧图里位号为U143、U197、U204这3片。”

  牛工回答说“很好,和我想的一样。你刚才还在睡觉的时候,我就已经把旧图的替换好了。”

  “不愧是牛工,牛啊。”

  “但是比起旧图,我更期待你现在画的新图,加上最新的芯片后说不定实验就能成功了。”

  “呵呵呵,别太期待了,说不定效果还比旧图更差呢。”

  “不管怎样,试过才知道,你赶紧起来继续画图吧,等实验成功后再让你睡个够。”

  “好。”

  我缓慢地坐起身,恋恋不舍地离开了我的便携式折叠床。反正都这个点了,我就懒得再去吃早饭了,洗漱完后就返回电路研究室。回到电路研究室后发现牛工已经不见了,估计去忙别的事情去了。这样也好,一个人在实验室里更能集中精力工作。

  我的思维和我的双手都没有停下来的意思,要不是膀胱的逼迫和饥饿感的骚扰,我可以像个雕像一样在屏幕面前坐上一整天,不动如山。即使知道久坐对身体不好,可现在的我又哪里管得了那么多,一心只想快点完成自己的作品,生怕拖延一会儿,灵感就马上消失了。在我又持续奋战了一整天后,终于完成了新版的素子传送模块原理图,我把自己画的原理图欣赏了一遍又一遍,像是在欣赏艺术品一样,爱不释手。在确认没有发现问题后,我发邮件给了程矢,连同工程文件一起发给他,请求他按照原理图进行仿真测试,仿真时所使用的示例代码让他自己去找小倩索要。素子传送模块的原理图还算比较复杂的,要进行全面仿真测试估计得要花上几天时间,前提还是程矢没有别的事情要处理,在此期间,我的唯一任务就是尽快完成PCB图的绘制。之前学习过了程矢绘制的PCB图后,我觉得现在的我一定也能设计出那种艺术品等级的PCB图。

  根据克洛诺斯的结构设计尺寸,我先预设好PCB板的形状和尺寸,然后将原理图所用到的所有器件导入进PCB工程文件中,确认好所有器件导入成功后,接下来便是摆件的工作。所谓摆件,就是将原理图中导入进来的所有器件摆放在预设的板子的正反面,摆件工作看似简单,实际上却对后面的走线造成极大的影响,合理的摆件能够使走线更加轻松,信号间干扰减小,节省板子空间。摆件的技术考验的是工程师是想象力和经验,理论知识再怎么牢固,对摆件这块也不是很有帮助。

  就摆件而言,在大学时期我的水平和程矢是不相上下的,然而我在魔方研究所的这段时间里,程矢对PCB布线的研究已经大有提升,单从经验上看就已经超过我了。理论上来说这次的PCB图layout交给程矢会比较合适,可是程矢已经有郝工的工作在身,还得帮我仿真,不可能再给他增加负担了。虽然经验不足,但是我对自己的想象力还是很有自信的。

  我闭上双眼,背靠在椅子上,双手架在了椅子两边的扶手上,微微仰起头,缓慢地深呼吸几下后。我的大脑变成了一片黑暗,就像绘制PCB图的软件背景一样。在黑暗中慢慢浮现出了板子的框架,板子的旁边又出现了所用到的的元器件,都是我所熟悉的元器件。元器件先是集中在一团里,然后突然就像爆炸一样的散乱开来,各自飞向了PCB板子的正面和背面。当所有的元器件在脑海中已经都镶嵌在板子上的时候,元器件自动发生了位移,就如同自己产生了意识一般,在做微小的位置调整。一切都调整完毕后,元器件不再移动,并且渐变成了红和蓝两种颜色,贴在正面的是红色,贴在背面的是蓝色。紧接着板子从二维的状态变成了三维状态,在我脑海的想象中旋转了起来,旋转的速度非常的缓慢,这给我了足够的时间去分析这样的布局是否合理。在一段时间的深思熟虑后,我对极个别的器件做了调整,最后决定就以这样的摆件布局作为新素子传送模块PCB图的第一版。

  在大脑没有忘记刚才所想象的摆件布局之前,我争分夺秒的在工作站上画图,期间大脑中浮现的图像不断与实际绘制的PCB图进行对比。差不多每隔5秒,脑海中就会闪现出想象的PCB图画面,只有频繁的闪现才能尽可能长时间保留这种临时想象的画面。我的大脑进入了高度紧张的状态,我可以感觉得出自己身体的部分机能进入了待机模式,体温在逐渐的下降,而呼吸却在逐渐地加快,身体里的血液正加速向大脑供氧。

  这种高度集中的状态一直持续将近了1个小时,才把大脑中的图像完美的复制到了工作站上。摆件完成后,我依旧没有任何放松的意思,趁着现在状态好,我紧接着继续布线的作业。一个好的摆件可以大大降低布线的难度,可即便如此,素子传送模块这样比较复杂的板子也没那么容易布线。我将板子设置为24层板,顶层和底层用作摆放元器件,中间的22层走超高速信号线,每隔一层都会穿插一层电源层或地层,电源层和地层按照习惯我都设置为了内电层。新版的素子传送模块用到的电源分为模拟电源和数字电源,按照电压级别的不同又分割为很多块。地则分为数字地、模拟地、功率地、信号地、机壳地。由于所用到的电源和地的种类繁多,设计起来比较困难,就我的经验来看,将电源层和地层设置为内电层是合理的做法。

  根据以往的设计习惯,在PCB布线的时候,我会先从主要的芯片开始布线,而主要芯片往往有上百个引脚,我会先从电源和地的引脚开始布线。把所有的电源和地都布置完成后,再回头处理信号线。其中布置电源线和地线就是很大一门学问了,根据计算可以知道每一路将会走的电流大小,根据电流大小和板材铜厚可以计算出所需要的线宽尺寸,布线的时候必须严格按照合理的线宽尺寸来作业。而地线的布线规则更为复杂,各个种类的地要严格区分,不然会产生各种意想不到的故障,尤其是信号地,根据信号频率不同来选择是单点接地还是多点接地,同时跟地线的长度也有关联。地线如果能设计的好,就能尽可能提高板子的抗噪声能力,降低EMI和EMC,提高板子功能的稳定性,这一点也是这套新素子传送模块所追求的。

  这种24层板子的PCB布线显然不是一两天之内能搞定的事情,不过反正要等程矢的仿真结果,也要等牛工拿到样片,所以我也就没有必要那么急。可是明知无需着急,亢奋的状态并没有让我停下来的意思。我不断的连着粗细不同、色彩斑斓的各种线条,线条折来折去,纵横交错,相互叠加,与之前看程矢绘制的PCB图有种异曲同工之妙。如果把工程师比作画家的话,那么摆件就是画底稿,连上各种颜色的线条就像是给底稿上色一般。艺术家们在灵感来临时的感受应该和我现在的感觉是一样的,处于极度亢奋的状态,精神高度集中,手速跟不上思考的速度,恨不得自己再多几双手。

  即使摆件做得再好,面对这种比较复杂的板子,在布线的过程中还是遇到了不少问题。线没有地方可以走,或是绕来绕去不好看,我就重新调整了元器件的位置,往往调整一个元器件会影响到一大片的元器件,所以不得不进行大面积的调整,这也是PCB布线耗时的一个地方。这几天不知道是没有人进来实验室,还是我根本就没有察觉,反正我觉得我一个人闭关在实验室里画图,没有受到任何外界干扰。

  经过几天的不懈努力,新版的素子传送模块PCB图终于大功告成。保存好工程文件,邮件发送给牛工叫他审阅后,我累趴在了折叠床上,我觉得我需要用一整天的时间来补觉。整个人就像高速运转了几天的电机,突然断电停止了运行。体温就如同被喷了急冷剂一样瞬间冷却,大脑也不再充血,进入了睡眠模式。

  这一觉,我做了一个很长的梦,梦见的是朱雀和年轻时的袁天罡、李淳风。以前的梦做的都很模糊,连人物的脸都看不清,甚至一醒来就忘了,而这次出现在我梦中的人却是清晰可见,五官分明。醒来之后仍记忆犹新,就像是亲身经历过的一样。

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