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第449章 曝光场（第2页）

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。”

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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。

过了好一会儿，诸葛彪开口了：“要不，脉冲生器，用计数器加ro查表实现？”

吕辰看向他：“什么意思？”

诸葛彪拿起笔，在纸上画了个示意图：“传统的脉冲生器，是用分频器加逻辑门，产生固定的步进脉冲。但咱们这个电机，要跑不同的度，要加减，要s曲线，靠纯逻辑太复杂了。”

他在图上画了一个方框，标着“计数器”，又画了一个方框，标着“ro”。

“用计数器产生地址，ro里存着预先算好的脉冲时序。电机要跑什么度，就从ro里读出对应的脉冲序列。这样，脉冲生器这一块，就可以做成数字电路，面积小，功耗低，还灵活。”

钱兰眼睛亮了：“这个思路好。ro可以用晶体管阵列实现，一个比特一个管子，比模拟电路省地方多了。”

吕辰盯着那张图，脑子里飞快地转着。

计数器加ro查表，确实比纯逻辑实现灵活得多。而且ro是数字电路，面积小，工艺容错性好。就算有几个坏掉的存储单元，也可以通过冗余设计来弥补。

“pid那块怎么办？”他问。

钱兰想了想：“pid还是要片上。但可以把连续时间的模拟pid，改成离散时间的数字pid。”

吕辰愣了一下：“数字pid？”

“对。”钱兰拿起笔，在纸上写了个公式，“位置式pid算法，uk=kpek+kisuj+kdek-ek-。这个可以用加法器、乘法器、寄存器实现，全是数字电路。”

诸葛彪凑过来看那个公式，眉头皱着：“数字pid……要用乘法器？乘法器占地方也不小。”

“可以用移位加代替乘法。”钱兰说，“kp、ki、kd这些系数，事先量化成二进制，然后通过移位和加法来实现。精度可能差一点，但对于电机控制足够了。”

吕辰笑道：“你们两个，今天这是开了窍了？一个ro查表，一个数字pid，全是数字方案。”

诸葛彪也笑了：“被逼出来的。就那么点地方，不往数字上靠，根本放不下。”

钱兰在笔记本上飞快地记着：“那咱们就这么定，晶振接口，用差分放大器加施密特触器。分频器，用可编程计数器阵列。脉冲生器，用计数器加ro查表。反馈处理，用增量式光栅尺解码逻辑加误差比较器。pid控制器，用数字pid，系数可配置。功率驱动接口，用推挽输出加过流保护。温补接口，用温度传感器加查表补偿。”

她写完，抬起头，看着吕辰和诸葛彪：“还有什么要加的？”

吕辰想了想：“留测试接口。芯片流出来，要能测里面每个模块的工作状态。不然出了问题，都不知道是哪个模块坏了。”

钱兰点点头，在笔记本上加了一行：“测试接口：扫描链+关键节点引出。”