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物聯(lián)網(wǎng)、智能家居的發(fā)展，加深了人與物的連接互動(dòng)，使得我們的生活更加豐富多彩、溝通更為便捷、連接越來(lái)越緊密。我們知道，芯片制造的過(guò)程就如同用樂(lè)高蓋房子一樣，先有晶圓作為地基，再層層往上疊的芯片制造流程后，就可產(chǎn)出必要的 IC 芯片。然而，沒(méi)有設(shè)計(jì)圖，擁有再?gòu)?qiáng)制造能力都沒(méi)有用，因此，建筑師的角色相當(dāng)重要。IC 生產(chǎn)流程中，IC 多由專業(yè) IC 設(shè)計(jì)公司進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)，像是聯(lián)發(fā)科、高通、Intel 等知名大廠，都自行設(shè)計(jì)各自的 IC 芯片，提供不同規(guī)格、效能的芯片給下游廠商選擇。因?yàn)?IC 是由各廠自行設(shè)計(jì)，所以 IC 設(shè)計(jì)十分仰賴工程師的技術(shù)，工程師的素質(zhì)影響著一間企業(yè)的價(jià)值。單單的芯片不成線，物與物的連接還依賴于無(wú)線組網(wǎng)無(wú)線連接，然而當(dāng)前連接協(xié)議卻品類多多，如大類的WiFi、BLE、Zigbee、Z-wave，還有小眾的NB-IoT、LoRa等，且單就WiFi協(xié)議，又有多個(gè)芯片平臺(tái)。這樣一來(lái)給工程師產(chǎn)品開發(fā)前期帶來(lái)困擾： 產(chǎn)品適合選用什么協(xié)議？需要哪些參數(shù)做衡量？ 又有什么測(cè)試測(cè)量手段？芯片到模組，主要有這四個(gè)階段：芯片；模組研發(fā)；模組生產(chǎn)；二次開發(fā)支持。在 IC 設(shè)計(jì)中，最重要的步驟就是規(guī)格制定。這個(gè)步驟就像是在設(shè)計(jì)建筑前，先決定要幾間房間、浴室，有什么建筑法規(guī)需要遵守，在確定好所有的功能之后在進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣才不用再花額外的時(shí)間進(jìn)行后續(xù)修改。IC 設(shè)計(jì)也需要經(jīng)過(guò)類似的步驟，才能確保設(shè)計(jì)出來(lái)的芯片不會(huì)有任何差錯(cuò)。規(guī)格制定的第一步便是確定 IC 的目的、效能為何，對(duì)大方向做設(shè)定。接著是察看有哪些協(xié)定要符合，像無(wú)線網(wǎng)卡的芯片就需要符合 IEEE 802.11 等規(guī)範(fàn)，不然，這芯片將無(wú)法和市面上的產(chǎn)品相容，使它無(wú)法和其他設(shè)備連線。最后則是確立這顆 IC 的實(shí)作方法，將不同功能分配成不同的單元，并確立不同單元間連結(jié)的方法，如此便完成規(guī)格的制定。設(shè)計(jì)完規(guī)格后，接著就是設(shè)計(jì)芯片的細(xì)節(jié)了。這個(gè)步驟就像初步記下建筑的規(guī)畫，將整體輪廓描繪出來(lái)，方便后續(xù)制圖。在 IC 芯片中，便是使用硬體描述語(yǔ)言（HDL）將電路描寫出來(lái)。常使用的 HDL 有 Verilog、VHDL 等，藉由程式碼便可輕易地將一顆 IC 地功能表達(dá)出來(lái)。接著就是檢查程式功能的正確性并持續(xù)修改，直到它滿足期望的功能為止。
重點(diǎn)說(shuō)說(shuō)模組研發(fā)、生產(chǎn)過(guò)程
功能考量：wifi使用的組網(wǎng)方式，一對(duì)一，還是一對(duì)多。終端產(chǎn)品取一對(duì)一，用在網(wǎng)關(guān)、路由上則是一對(duì)多。在傳輸速率上，分流量類，控制類，如果模塊應(yīng)用在智能家電控制方面的，選擇偏控制類的芯片，比如ESP8266即可；如果用在路由器這樣的產(chǎn)品，就要選擇流量類芯片，比如MTK的7620；在功能接口方面，模組開發(fā)商考慮更多的可能就是芯片的接口數(shù)量，功能支持等，比如GPIO功能口、SPI flash擴(kuò)展口、I2C接口；其實(shí)這個(gè)很好理解，比如RTL8710這款物聯(lián)網(wǎng)WiFi芯片，它的GPIO多達(dá)二十多個(gè)，支持多的輸入輸出設(shè)備，或是更多的外部連接或控制。除對(duì)芯片方案的市場(chǎng)需求進(jìn)行分析外，模組開發(fā)商還需要考慮芯片的性價(jià)比與穩(wěn)定性，以及原廠及供貨渠道；一款好的產(chǎn)品就算各個(gè)方面都過(guò)硬，但是價(jià)格脫離市場(chǎng)高的離譜，那么絕對(duì)是沒(méi)有人敢選擇的。當(dāng)然也不能單單只看價(jià)格，俗話說(shuō)便宜沒(méi)好貨是非常有道理的。如果兩款芯片方案優(yōu)勢(shì)差異比較明顯，但是優(yōu)勢(shì)占優(yōu)的芯片方案即使價(jià)格高一點(diǎn)也阻擋不了大家選擇的。說(shuō)到芯片方案的穩(wěn)定性，這個(gè)尤為關(guān)鍵。倘若是一款功耗高易引起發(fā)熱而造成死機(jī)的芯片，你如何讓產(chǎn)品開發(fā)商、消費(fèi)者選擇呢。當(dāng)然發(fā)熱可能是造成不穩(wěn)定眾多因素中的一種，如芯片廠商對(duì)軟件代碼的優(yōu)化不到位，同樣會(huì)引起上述問(wèn)題。不同廠商或者不同品牌提供的芯片方案，可能是各有千秋，甚至是千差萬(wàn)別。在芯片行業(yè)，大家似乎有一種共識(shí)，歐美芯片方案優(yōu)先選擇，接著是日韓，再者就是臺(tái)灣，最后才選擇大陸芯片方案，當(dāng)然這是在芯片方案價(jià)格差異不大的前提之下。當(dāng)然這樣籠統(tǒng)的說(shuō)是不太科學(xué)，但是參照意義還是有的。上述我們提到的模組芯片方案就是來(lái)自臺(tái)灣廠商。模組開發(fā)商選擇好芯片方案后，就就要進(jìn)行模組開發(fā)設(shè)計(jì)。模組研發(fā)設(shè)計(jì)最先做的工作就是，設(shè)計(jì)原理圖。穩(wěn)定性：開發(fā)商需要根據(jù)芯片廠商提供的芯片資料，按照規(guī)格要求設(shè)計(jì)出穩(wěn)定性高的原理圖。成本優(yōu)勢(shì)： 原理圖有多種設(shè)計(jì)方案，但是不能忽視對(duì)成本考量。如兩層電路板設(shè)計(jì)，四層電路板設(shè)計(jì)都可以使用，四層電路板也更優(yōu)，但是價(jià)格就更貴。當(dāng)然這只是成本考慮的一個(gè)方面而已。兼容設(shè)計(jì)：原理圖設(shè)計(jì)時(shí)的電磁兼容設(shè)計(jì)考慮，就是要考慮模組在各種電磁環(huán)境中仍能夠協(xié)調(diào)、有效地進(jìn)行工作。量產(chǎn)難易程度：原理圖設(shè)計(jì)還要考慮日后是否方便加工，好加工也就意味著加工費(fèi)用少。如果設(shè)計(jì)的原理圖致使實(shí)際加工的良品率低的話，同樣會(huì)造成成本增加。上部分的原理圖設(shè)計(jì)，與畫PCB板一塊，被統(tǒng)稱為PCB Layout。兩者都是相輔相成的，原理圖設(shè)計(jì)的就是要在畫PCB板上得到體現(xiàn)，原理圖要考慮的畫PCB板時(shí)同樣需要考慮，并且畫PCB板還需要考慮的更多。當(dāng)然根據(jù)PCB Layout設(shè)計(jì)方案設(shè)所涉及的PCB選型，電阻、電容類型和數(shù)量等各項(xiàng)物料情況，都會(huì)在BOM（Bill of Material）物料清單體現(xiàn)，同樣PCB、貼片生產(chǎn)等也按此表單來(lái)確定物料。由環(huán)氧玻璃樹脂材料制成，有不同信號(hào)層數(shù)，而芯片等貼片元件就貼在PCB上。廠商選擇：對(duì)于PCB打樣，模組廠商如果尋找外部廠商，通常需要考慮這些廠商是否有模組PCB打樣經(jīng)驗(yàn)，廠商的設(shè)備是否滿足需要，廠商管理是否過(guò)硬等等。工藝要求：如果模組PCB要多層打樣，就要找有多層PCB打樣經(jīng)驗(yàn)的廠家。PCBA也就是說(shuō)PCB空板經(jīng)過(guò)SMT上件，再經(jīng)過(guò)DIP插件的整個(gè)制程，簡(jiǎn)稱PCBA，可能理解其為成品線路板。對(duì)于模組的調(diào)試，主要在于硬件電路調(diào)試和軟件調(diào)試。硬件調(diào)試：主要涉及射頻電路、功能電路調(diào)試。射頻調(diào)試包括發(fā)送和接收兩個(gè)大的方面，其中發(fā)送又包括了發(fā)送功率、相位誤差調(diào)試等，接收包括靈敏度、接收電平等。而功能電路調(diào)試更多的涉及到具體的某項(xiàng)硬件功能模塊的電路調(diào)試。射頻參數(shù)的調(diào)試，發(fā)射TX方面主要為功率Power、誤差向量幅度EVM、以及頻偏Freq；在接收RX方面主要是接收靈敏度 Sensitivity，這些參數(shù)影響著WiFi數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸是否穩(wěn)定；需要專門的儀器來(lái)測(cè)試。比如LitePointd的IQ2010、極致匯儀的WT-200； 目前，該行業(yè)RFsister開放實(shí)驗(yàn)室提供這些方面測(cè)試服務(wù)。軟件調(diào)試：主要在于穩(wěn)定性、功能的完整性調(diào)試。一般而言，只是單一，或者部分功能進(jìn)行的具體調(diào)測(cè)，下一步則需要進(jìn)行更全面的測(cè)試是以達(dá)到電路設(shè)計(jì)指標(biāo)為目的而進(jìn)行的一系列的測(cè)量、判斷、調(diào)整、再測(cè)量的反復(fù)進(jìn)行過(guò)程。功能測(cè)試：根據(jù)模塊支持的特性、操作描述和用戶方案，測(cè)試該模塊的特性和可操作行為以確定其是否滿足設(shè)計(jì)需求。性能測(cè)試：主要涉及測(cè)試模塊各個(gè)功能電路，以及信號(hào)的傳輸距離等還其他參數(shù)。穩(wěn)定性測(cè)試：對(duì)涉及模塊的實(shí)際傳輸速率、實(shí)際功耗、吞吐量 、無(wú)線連接等穩(wěn)定性方面測(cè)試。老化測(cè)試： 就是對(duì)模組壽命和在使用過(guò)程中能達(dá)到最佳效果而進(jìn)行的一項(xiàng)測(cè)試。因系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間的處于工作狀態(tài)，在其工作時(shí)對(duì)各器件進(jìn)行負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，只要在這些條件下能保證設(shè)備的性能穩(wěn)定，那么在正常環(huán)境下工作模組的使用壽命就會(huì)更久。認(rèn)證測(cè)試：某些產(chǎn)品必須經(jīng)相關(guān)國(guó)家指定的認(rèn)證機(jī)構(gòu)認(rèn)證合格，取得相關(guān)證書并加施認(rèn)證標(biāo)志后，方能出廠、進(jìn)口、銷售和在經(jīng)營(yíng)服務(wù)場(chǎng)所使用，尤其是通信類產(chǎn)品，而國(guó)際比較普及的認(rèn)證如FCC（美國(guó)）、CE（歐洲）、RoHS（歐洲）等。模組生產(chǎn)主要包含PCB生產(chǎn)、SMT貼片加工、模組測(cè)試三個(gè)環(huán)節(jié)：1、PCB生產(chǎn)：模組生產(chǎn)最基礎(chǔ)也是最重要的環(huán)節(jié)。2、SMT貼片加工：根據(jù)該模組PCB特性，模組貼片采用單面貼裝。（1）物料核對(duì)：生產(chǎn)前還需根據(jù)BOM單和模組生產(chǎn)訂單進(jìn)行物料的規(guī)格、數(shù)量對(duì)SMT物料進(jìn)行核對(duì)；（2）調(diào)機(jī)：同時(shí)還要對(duì)SMT進(jìn)行編程以及調(diào)整，調(diào)機(jī)完成之后即是上料過(guò)程。
（3）印錫：將適量的焊膏均勻的施加在PCB的焊盤上，以保證貼片元器件與PCB相對(duì)應(yīng)的焊盤在回流焊接時(shí)，達(dá)到良好的電氣連接。（4）貼片：印錫過(guò)的PCB板，通過(guò)自動(dòng)送板機(jī)傳送到貼片機(jī)進(jìn)行貼片。貼片機(jī)的程序是事先編制好的，機(jī)器識(shí)別到有板的時(shí)候就會(huì)開始自動(dòng)取料進(jìn)行貼裝。（5）爐前目檢：或稱作中間檢查，需要注意檢查元件的極性、貼裝有沒(méi)有偏移、有無(wú)短路、有無(wú)少件、多件、有無(wú)少錫等。（6）回流焊接：檢查好的線路板經(jīng)過(guò)回流焊之后就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行焊接。（7）爐后檢查：這里主要檢查的是模組的外觀，看有無(wú)焊接不良，即空焊、錫珠、短路、元件偏移、元件豎立等等。外觀檢驗(yàn)方式有：AOI檢測(cè)/X-Ray抽檢、目檢。通常AOI檢查可放在回流焊接前或者后，但多數(shù)廠商AOI檢測(cè)選擇放在回流焊之后，因?yàn)檫@個(gè)位置可發(fā)現(xiàn)遇到的所有裝配錯(cuò)誤。由于采用AOI自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)存在一定的誤判（盲點(diǎn)，少錫等）率，所以AOI的檢測(cè)后還需人工目檢。當(dāng)然AOI檢測(cè)是爐后檢查的通用檢查方式，但因AOI檢測(cè)對(duì)表面附有金屬屏蔽罩模的塊檢測(cè)方法不可行，因此我們可以采用了另一種X-Ray抽檢。X-Ray非接觸式3D檢驗(yàn)法， 當(dāng)電路板層數(shù)越多的時(shí)候，對(duì)內(nèi)層對(duì)位準(zhǔn)確精度的需求就會(huì)越高。其還可對(duì)封裝后內(nèi)部物件的位置和形態(tài)進(jìn)行透視觀察測(cè)量，甚者可透視金屬屏蔽器件。這里需要說(shuō)明的是，雖然X-Ray檢測(cè)透視性強(qiáng)，但其只是一種抽檢測(cè)試方式。目檢就是先用眼睛掃描整片板子，在用顯微鏡對(duì)有缺陷的地方做檢查，如缺錫、短路、或接腳扭曲都可以再經(jīng)由傾斜板子，來(lái)調(diào)整最佳視線時(shí)容易發(fā)現(xiàn)。用眼睛來(lái)檢查不規(guī)則的地方，通常要比用顯微鏡一點(diǎn)一點(diǎn)的檢查更節(jié)省時(shí)間。當(dāng)然發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，再用顯微鏡來(lái)做更詳細(xì)的檢驗(yàn)。（1）燒錄：通用串行編程器進(jìn)行燒錄，首先使用隨機(jī)的并口數(shù)據(jù)線，將編程器與計(jì)算機(jī)并口聯(lián)接，進(jìn)行聯(lián)機(jī)燒寫。（2）GPIO測(cè)試：通過(guò)專有的測(cè)試夾具對(duì)GPIO口進(jìn)行專項(xiàng)測(cè)試。將模組放置在專門設(shè)計(jì)的針床夾具上，使夾具測(cè)試探頭與組件的引線相接觸，通過(guò)查看夾具周邊LED亮度的情況，來(lái)檢查GPIO接口是否合格。（3）接收、發(fā)射功率測(cè)試：利用IQ2010測(cè)試儀對(duì)模組WiFi的發(fā)射功率、接收功率做測(cè)試。在這個(gè)以服務(wù)取勝的時(shí)代，模組廠商通常從售前到售后都提供服務(wù)支持，尤其體現(xiàn)在售后的二次開發(fā)技術(shù)支持。常見應(yīng)用于智能家居、工業(yè)控制產(chǎn)品之中的WiFi模組通常為嵌入式，不同的領(lǐng)域、不同的產(chǎn)品、不同的工程師對(duì)其二次開發(fā)，或多或少會(huì)遇到一些技術(shù)問(wèn)題，模組廠商通常以開發(fā)者社區(qū)、技術(shù)熱線、郵件、即時(shí)通信、上門支持服務(wù)等。在開發(fā)者社區(qū)，通常有應(yīng)用開發(fā)案例、SDK支持、固件更新包、常見問(wèn)題等，個(gè)人比較喜歡泡開發(fā)者社區(qū)，不光能和其他工程獅交流，也偶然分享自己的一些小心得，還可以獲得一些免費(fèi)的經(jīng)典資源，現(xiàn)在用上也算是借花獻(xiàn)佛吧。總結(jié)：從模組研發(fā)前的需求分析到確定方案選型，從原理圖設(shè)計(jì)到繪制PCB板，從模組軟硬件對(duì)接到確認(rèn)BOM物料；從模組生產(chǎn)涉及的PCB生產(chǎn)、到SMT加工、測(cè)試；從模組出貨到售后技術(shù)支持，從這里面的每一步，我們可以看到廠商努力的身影，我們可以感受到廠商內(nèi)心的執(zhí)著，而不是你眼中僅看到的價(jià)格。
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