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芯片北斗终端北斗导航终端芯片的7年国产化之路

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37岁,电子科大微电子专业博士,成都国腾电子技术股份有限公司技术中心主任。

在《射雕英雄传》中,有一种阵法叫北斗七星阵,是根据北斗星的七颗亮星的排列方位来确定人的步法,可以对敌人形成包围,虽然阵式不断变化,但方向始终明确。而在现代国际星名的命名体系中,北斗星属于大熊星座。

37岁的杨洪强从不看武侠小说或者电视剧,对大熊星座也没什么研究。但是,他却对星空中另外9颗“北斗星”格外关注,它们的名字叫北斗导航卫星。杨洪强所做的,就是能够让地面上的人可以得到北斗导航卫星提供的定位、时间以及通信服务。

去年年底,作为成都国腾电子技术股份有限公司(简称国腾电子)技术中心主任,他和团队研发了北斗导航终端的射频芯片和基带芯片,为北斗终端安上了成都“芯”。这也是目前全国唯一一个导航终端整机都使用自主芯片的公司团队。

A“用耳朵听到风的声音”

这条路他走了整整7年

1994年,被命名为“北斗”的中国导航卫星定位系统工程正式启动。1999年,国腾电子成功进入北斗卫星导航应用产业链企业,开始生产一些元器件。在2003年杨洪强来到国腾电子之前,公司的导航终端芯片完全依赖进口,并没有相关的研发团队。这个电子科大微电子专业的博士,成了公司的指望。

从北斗导航终端来说,最关键是两个“芯”:射频芯片和基带芯片。所谓射频芯片,就是要接受天上的北斗导航卫星发射的波形信号,“是一种模拟信号,需要用芯片来把它放大,变成数字信号。”而基带芯片的作用,就是选择天上的卫星,并且选择一定的算法来解码卫星型号,从而读出位置以及时间信息。

杨洪强最先负责的就是射频芯片的研发。因为卫星信号经过非常远的距离到达地面已经非常微弱,而且北斗导航终端的电路板本身都有一定的噪声,再加上地面一些建筑物对信号的干扰,要从众多的声音中辨别出微弱的信号,好比用耳朵听到风的声音。

2004年,杨洪强组建了15个人的技术团队,开始研发射频芯片。“刚开始什么都不懂,没什么设备,也没什么人。”在杨洪强的回忆中,那个时期,他们每天都在电脑前,利用软件做仿真设计,然后再做测试,最后做成流片,拿去试用。这个流程之后,杨洪强就会和团队成员拿着终端成品做试用,在成都市选择各种各样的位置,然后把终端成品放到车上到处跑,来测验实际效果。除此以外,团队还会设置各种各样的场景,看这个位置的信号怎样,看那个大楼会不会产生干扰。“问题不会一次出现,每次遇到细小的问题都要回去再重头开始,寻找关键细节。”最开始的半年多,杨洪强每个月几乎要看200篇有关导航芯片的论文,有的是从高校借的,大部分是从国外买来的。

这样一条路,杨洪强和公司团队整整走了7年。

B从依赖进口

到成功自主研发

“研发芯片不止需要技术,还要人的一颗心。

”杨洪强从大学到毕业工作一直是这么想的。

1994年,杨洪强考入电子科技大学微电子专业。凭着一股扎实劲儿,每次的专业头名都非他莫属。大三结束,他基本确定了保研资格。导师陈星毕让他从大四就开始进入教研室做课题研究,“从最基本的电路板一点一点开始”,杨洪强到现在还在庆幸当初的训练。读研究生照样顺风顺水,他取得了硕博连读的资格,5年时间过去,他说一定要做微电子方面的工作。

进入国腾电子后,从2004年到2007年期间,杨洪强逐渐为公司培养出了4名技术骨干。正当研发稍有起色时,4名技术骨干却相继离开了公司。“做研发太辛苦了,不但要承受身体上的压力,还要承受足够的孤独感。”杨洪强所说的“孤独感”其实是研发遇到瓶颈而无人分担的挫折感。2007年,几乎被击垮的杨洪强向国腾电子提出了辞职申请。他反复地思考,要不要继续做芯片的研发?是不是已经到了山穷水尽的地步了呢?公司老总极力挽留,杨洪强最终带着这样的疑问又回到了公司,并决心找出答案。

杨洪强开始一面招聘科技人才,一面研发芯片。随着技术人员不断增多,射频芯片和基带芯片的研究从2007年年底又重新开始了。杨洪强的要求也更加苛刻了,用同事耿建强的话来说是“比大学老师要求严格多了”。一次,耿建强在做完仿真设计及测试时,意识到做出的流片可能有些细节上的问题,但觉得无伤大雅,就没在芯片评审时说出来。用户试用后,问题反馈回来,他被外表看起来温文尔雅的杨洪强“一顿臭骂”。

2010年,国腾电子终于研制了具有自主知识产权的射频芯片和基带芯片,摆脱了芯片进口的束缚,成为了国内唯一能够提供全系列基带、射频、天线、功率放大器、低噪放等北斗终端关键元器件的厂商,在国内市场,北斗终端产品市场占有率达40%以上。

C不断造“芯”领跑行业

最新自产SOC芯片降低能耗12.5倍

在完成射频芯片和基带芯片的研发后,北斗导航终端产品开始大量应用于交通、水利、气象等领域,但是“块头大、功率大”的问题也随之暴露出来。国腾电子又把研究方向投向定位更加精确、功耗更低、体积更小的导航终端产品,而关键之钥仍是芯片。

于是,杨洪强又带领团队开始研究基带芯片SOC技术。目前,国腾电子自主研发的低功耗SOC芯片已完成成品测试,这个千万门级的芯片,能够大幅度降低功耗,使耗电量从1瓦降低到80毫瓦,相当于能源消耗降低了12.5倍。而且,产品的体积也相对缩小,只相当于普通手机的一半。

在国腾电子的成果展示厅,记者看到了国腾最新自主研发的低功耗SOC芯片,正方形的芯片只有9毫米见方。杨洪强表示,低功耗的SOC芯片研发对于北斗导航终端应用于民用非常重要,“终端的功耗和体积变小了后,产品价格就可能降下来,利于民用终端产品的批量生产。”目前,“成都造”北斗卫星终端主要是行业应用,但随着2020年北斗全球卫星导航系统的建成,拥有成都“芯”的北斗卫星终端最终将走向普通消费者使用的民用产品上。

按照国家发展计划,到2012年,我国将发射更多颗北斗导航卫星,完成服务范围覆盖亚太地区的目标;到2020年,将建成由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成的北斗全球卫星导航系统,预计中国卫星导航产业年产值将达到4000亿元的规模。

这样说来,杨洪强和公司团队还有很长的路要走。(祝迅徐群冠一)

北斗卫星导航系统

中国自行研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统(CNSS),是继美国的全球定位系统(GPS)、俄罗斯的GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统,立足向全球用户提供高质量的定位、导航和授时服务。

2011年7月,我国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭,成功将第九颗北斗卫星送入预定转移轨道。

杨洪强团队所做的就是能够让地面上的人可以得到北斗导航卫星提供的定位、时间以及通信服务。他和团队研发了北斗导航终端的射频芯片和基带芯片,为北斗终端安上了成都“芯”。这也是目前全国唯一一个导航终端整机都使用自主芯片的公司团队。


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