过了好一会儿,诸葛彪开口了:“要不,脉冲发生器,用计数器加ROM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:“传统的脉冲发生器,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,要跑不同的速度,要加减速,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“ROM”。
“用计数器产生地址,ROM里存着预先算好的脉冲时序。电机要跑什么速度,就从ROM里读出对应的脉冲序列。这样,脉冲发生器这一块,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。ROM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ROM查表,确实比纯逻辑实现灵活得多。而且ROM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,u(k) = Kpe(k) + Kisu(e(j)) + Kd*(e(k)-e(k-1))。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ROM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发器。分频器,用可编程计数器阵列。脉冲发生器,用计数器加ROM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。”
诸葛彪也说:“电源和地要多留几个引脚。数字电路和模拟电路要分开供电,减少干扰。”
钱兰又加了一行:“分离供电:模拟VDD/数字VDD/驱动VDD。”
三个人围着那张图纸,一条一条地过。
时钟输入,分频倍频,脉冲生成,反馈处理,数字PID,功率驱动,温补接口,测试接口,分离供电……
每一条都讨论得清清楚楚,每一条都写在笔记本上。
等到全部过完,已经快中午了。
吕辰直起腰,活动了一下僵硬的脖子:“差不多了。下午我把这个框图整理成正式文档,明天咱们去找宋教授汇报。”
诸葛彪点点头,把那些散乱的图纸收起来。
钱兰合上笔记本,笑道:“也难怪陈厂长他们要做这个,昨天我去看了GCA-201CGS,手动进给。操作员得憋着气,一丝颤抖都不敢有,才能把线条对准。”
她比划了一下:“一块晶元放上去,曝光一百次,就是憋气一百次。他们是真的做到了,内炼一口气,外炼精骨皮。”
说完,大家都笑了起来。
诸葛彪道:“GCA-201CGS是半接触式,多少还有电机驱动,已经算好的了,我们中试线那个原型机才真的是要了命。进给全造手动,那个摇柄就是个杠杆,对准了后就不敢松手,一松手就自动漂移,柳工就这样用了半年,谁都没告诉。还是一次陈志国来看了一眼,指出了杠杆原理,车了一个环形柄上去,才算解决,柳工激动得当场招婿。”
他说得热闹,大家都笑了起来。
吕辰道:“下一代光刻机,要自动进给,要微米级精度,要靠咱们这个电机。”
他顿了顿,声音低下来:“如果咱们做不成,下一代光刻机就出不来。下一代光刻机出不来,两微米工艺就上不去。两微米工艺上不去,咱们的芯片就永远停在五微米。五微米的芯片,做不了昆仑工程!”
钱兰道:“所以咱们没得选,必须做成。哪怕良率只有百分之五,哪怕流十颗只能出一颗,也要做。”
诸葛彪总结道:“这说明什么,说明咱们有用。”
三个人都笑了。
正扯着闲,方教授走了进来,脸色不太好。
三人起身打招呼。
吕辰道:“方教授,您怎么来了?快请坐。”
方教授一脸疲惫,摆摆手道:“不坐了,我来找你,是有个事想让你看看。”
“方教授,您说。”
方教授叹了口气:“长光所那边在研发GCA-201CGS的下一代产品,我们工业监测实验室,接了个任务,需要想办法看到光刻机的曝光场景。”
吕辰三人对视一眼:“看到曝光场景?什么意思?”
方教授从兜里掏出一个小本本,翻开。
“光刻机曝光的时候,掩模版上的图案,要通过镜头投影到硅片上。这个过程,肉眼看不见。因为曝光时间很短,而且光刻胶对光敏感,不能拿眼睛直接看。”
他抬起头:“但设计师想知道,曝光的时候,图案到底是怎么落在硅片上的?有没有畸变?有没有衍射?有没有杂散光?这些问题,用理论计算能算个大概,但算不准。”
吕辰点点头:“所以你们想直接看?”
“对。”方教授说,“我们构建了一个思路,用一条纯净的玻璃丝,把曝光台的光信号引出来。然后用一个增强管,把光子、甚至是红外辐射,转换成电子。电子经过高压电场加速,撞击微通道板,产生倍增效应。一个电子,变成成千上万个电子。电子再轰击荧光屏,重新变成光。这样,图像就被放大了几万倍。”
吕辰听着,脑子里飞快地转着。
玻璃丝传光,光电转换,电子倍增,荧光屏显示……
这不就是微光夜视仪吗?
方教授继续说:“验证机做出来了,但是突然遇到一个问题。我们模拟了GCA-201CGS的曝光台,用那个增强管去看,只能看到雪花。曝光的时候,又是一片白光。等曝光结束,又变回雪花。”
他看着吕辰:“小吕,我苦思了很久,也不知道问题出在哪儿。十几万经费,就这么打水漂了。”
吕辰沉默了几秒。
然后他站起来:“方教授,您那验证机,能让我们看看吗?”
方教授也站起来:“可以,就在我们实验室。”