《手机基带电路》PPT课件.ppt

数字基带信号处理器电路,移动电话的电路分为射频（RF）与基带（Baseband）两大部分 现代移动电话的基带电路多采用高度集成的基带信号处理器 基带信号处理器分两片与单芯片两种 两芯片的基带信号处理器包含 数字基带信号处理器（DBB，Digital Baseband） 模拟基带信号处理器（ABB，Analog Baseband）,基带电路概述,单芯片的基带信号处理器其本质也是DBB、ABB两个芯片用多芯片组装工艺形成的 飞利浦与英飞凌公司出品的基本上都是单芯片的基带信号处理器 高通公司的CDMA基带芯片也是单芯片的处理器 ADI、杰尔、Skyworks与TI公司出品的基本上都是双芯片的基带信号处理器,杰尔（AGERE）的基带信号处理器实物图,单芯片的CDMA 基带信号处理器,不论移动电话的基带电路如何变化，它都包MCU单元（也称CPU单元）、DSP单元、ASIC单元、音频编译码单元、射频接口单元，提供按键接口、显示接口、送话器与受话器、铃声驱动等最基本的人机界面电路 在现代移动电话中，通常将MCU、DSP、ASIC单元集成在一起，得到数字基带信号处理器；将射频接口单元、音频编译码单元及一些A/DC、D/AC单元集成在一起，得到模拟基带信号处理器,1、微处理器单元,微处理器MCU（ Microcontroller Unit）相当于计算机中的CPU，它通常是简化指令集的计算机芯片（RISC） MCU单元通常会提供一些用户界面、系统控制等；它通常包含一个CPU（中央处理器）核心，和单片机支持系统 移动电话的微处理器单元有采用Intel处理器内核的，有采用ARM处理器内核的 多数移动电话的微处理器单元都采用ARM处理器内核,系统控制（System Control）；通讯控制（Communication Control）；身份验证（Authentication）；射频监测（RF Monitoring）；工作模式控制（Power up / down Control）；附件监测（Accessory Monitoring）；电池监测（Battery Monitoring）等 提供与PC机、外部调试设备的通讯接口，如JTAG接口等 不同厂家MCU或许在构造上有这样那样的不同，但它们的基本功能都相似 移动电话中的MCU单元都被集成在（数字）基带信号处理器中,MCU通常执行多种功能,2、数字语音处理器单元,DSP 是Digital signal processing的缩写，即是数字信号处理 移动电话的DSP由DSP内核加上内建的RAM和加载了软件代码的ROM 组成 DSP通常提供如下的一些功能： 射频控制；信道编码；均衡；分间插入与去分间插入；AGC、AFC、SYCN；密码算法、邻近蜂窝监测等 DSP 核心还要处理一些其他的功能，包括双音多频音的产生和一些短时回声的抵消 在GSM移动电话的DSP中，通常还有突发脉冲（Burst）建立,ASIC是application specific integrated circuit的缩写，即专用应用集成电路 在移动电话中，ASIC通常包含如下的一些功能： 提供MCU与用户模组之间的接口； 提供MCU与DSP之间的接口； 提供MCU、DSP与射频逻辑接口电路之间的接口； 产生时钟； 提供用户接口； 提供SIM卡接口（GSM手机），或提供UIM接口（CDMA手机）；提供时间管理及外接通讯接口等 除了诺基亚早期的一些GSM手机外，很少有独立的ASIC单元 ASIC单元所包含的接口电路通常被集成在数字基带信号处理器中,3、ASIC 单 元,语音信号的A/D、D/A转换、PCM编译码、音频路径转换 发射话音的前置放大 接收话音的驱动放大器 双音多频DTMF信号发生等,4、音频编译码单元,接收音频处理示意图,音频编译码单元,发射音频处理示意图,音频编译码单元,接收来之接收射频电路输出的接收机模拟基带信号，并通过ADC处理将接收基带信号转换为数字接收基带信号，接收数字基带信号被送到DSP单元进行进一步的处理 在发射方面，射频逻辑接口电路接收DSP单元输出的发射数字基带信号，并通过GMSK调制（或QPSK调制等）、DAC转换，将发射数字基带信号转化为模拟的发射基带信号TXI/Q。TXI/Q信号被送到发射机射频部分的发射I/Q调制电路，调制到发射中频（或射频）载波上 通常还提供AFC信号处理、AGC与APC信号处理等,5、射频逻辑接口,基带信号处理器,1、单芯片基带信号处理器,集成了微处理器单元、数字语音处理器单元、射频逻辑接口单元、语音编译码及音频放大单元、接口及总线（ASCI单元）等多个单元电路 单芯片的基带信号处理器通常可以直接与人机界面的终端连接，如受话器、送话器与耳机等,单芯片基带信号处理器,模拟基带部分,数字基带部分,2、双芯片基带信号处理器,双芯片基带信号处理器实际上被称为基带芯片组，包含数字基带信号处理器DBB与模拟基带信号处理器ABB 优势：比较灵活，通信平台稳定、省电，而外挂的协处理器由手机的定位决定，例如，中低端手机就可以选择一个处理MP3的协处理器 客户比较容易去设计，可以应对市场的变化，使设计得以尽快市场化 ADI、TI、杰尔与Skyworks通常都是提供双芯片的基带信号处理器,双芯片基带信号处理器,DBB,双芯片基带信号处理器,ABB,3、微处理器内核,移动电话中的基带信号处理器是采用单芯片方案，抑或是采用双芯片方案，大都采用双处理器内核，其中一个是微处理器内核（MCU），一个是DSP内核 实际上，MCU与DSP都可以说是微处理器，只是应用的侧重点不同而已 MCU的侧重点在于手机系统的控制功能 DSP的侧重点在于数字信号处理器、信号编译码功能 ARM7TDMI是ARM核，而不是芯片，ARM核与其他部件，如RAM、ROM、片内外设组合在一起才构成现实的芯片,通常情况下，在基带信号处理器进行无线通信的运作，在应用处理器中进行PDA与多媒体应用等处理 手机中的应用处理器多采用TI的OMAP处理器 应用处理器的分离旨在实现一个平衡运作的系统，单独的ARM控制器完全可以在满足通话需求的同时降低功耗，而且应用处理器又能更好地满足用户需求 语音通信功能得到了保证，不因应用处理器上的多媒体应用出现故障而殃及通话功能 采用通信和应用分开的双核芯片可以构建一个平衡的系统，使每个芯片都以适中的速度运行，是解决功率消耗过多的一种有效途径,4、应用处理器,移动电话中的存储器,移动电话可以说是一个微型的计算机系统，有显示、键盘以及送话、受话、铃声及无线接口等输入输出接口 除数字基带信号处理器中的处理器内核外，存储器是单片机系统的主要部分，运行的程序需要存储器，处理数据需要存储器，存储数据也需要存储器 没有存储器，系统无法工作 一个单片机最小系统，就必须包括程序存储器和数据存储器,1、只读存储器（ROM）,只读存储器（ROM）在正常工作状态下只能从中读数据，不能快速地随时修改或重新写入数据 优点是电路结构简单，而且在断电以后数据不会丢失；缺点是只使用于存储那些固定数据的场合 可编程ROM （PROM）中的数据可以由用户根据自己的需要写入，但一经写入以后就不能再修改了，数字基带信号处理器中的BOOT ROM多采用该类器件，用以存储启动代码 手机工作时，一般先由ROM中的引导程序启动系统，再从FLASH存储器中读取系统程序和应用程序，送到RAM中 在程序的运行过程中，中间结果一般放在内存RAM中，程序结束时，又将结果送到FLASH存储器,2、EEPROM存储器,EEPROM典型优点是非挥发性、可字节擦除、编程速度快（一般小于10ms） 对 EEPROM 编程无需将EEPROM 从系统中移出，从而使存储和刷新数据（或编程）非常方便、有效、可行 通常被用来存储器机器码、机器参数等，大多数手机维修人员将手机中的EEPROM称为“码片” EEPROM出现故障可分两种情况：一是芯片本身损坏；二是内部存储的数据丢失 手机出现“锁机”、“联系服务商”等故障多与EEPROM及其内部数据错误相关,3、RAM 存 储 器,随机存储器可分为静态存储器（简称SRAM）和动态存储器（简称DRAM） 动态存储器存储单元的结构非常简单，集成度远高于静态存储器 动态存储器的存取速度不如静态存储器快 作用主要是存储一些手机运行过程中须暂时保留的信息，比如暂时存储各种功能程序运行的中间结果，作为运行程序时的数据缓存区 手机中常用的存储器是静态存储器（SRAM），其对数据（如输入的电话号码、短信息、各种密码等）或指令（如驱动振铃器振铃、开始录音、启动游戏等指令）的存取速度快，存储精度高，但其所存信息一旦断电，就会丢失,FLASH存储器是1987年提出来的，是EEROM走向成熟和半导体技术发展到1m技术以下、以及对大容量电可擦/存储器需求的产物 FLASH存储器的优点是存储容量大，可以整片擦除 FLASH存储器属于EEPROM类型，既有ROM的特点，又有很高的存取速度，而且易于擦除和重写，功耗很小,4、FLASH 存 储 器,程序存储器由两部分组成，一是FLASH存储器，俗称字库或版本；一是EEPROM存储器，俗称码片 程序存储器存储着手机工作所必须的各种软件及重要数据，是整机的灵魂所在,5、程 序 存 储 器,字库或版本,FLASH作为只读存储器（ROM）来使用，主要是存储工作主程序，即以代码的形式装载了话机的基本程序和各种功能程序，话机的基本程序管理着整机工作 FLASH存储器是一种非易失性存储器，当关掉电路的电源以后，所存储的信息不会丢失 存储器单元是电可擦除的，即FLASH存储器既可电擦除，又可用新的数据再编程 FLASH存储器在手机中一般用于相对稳定的、正常使用手机时不用更改程序的存储，这与它们有限的擦除、重写能力有关 FLASH存储器若发生故障，整个手机将陷入瘫痪,主要特点是能进行在线修改存储器内的数据或程序，并能在断电的情况下保持修改结果 各种类型的手机所采用的码片的作用几乎是一样的，在手机中主要存放系统参数和一些可修改的数据，如射频校准数据、手机拨出的电话号码、菜单的设置、手机解锁码、PIN码、手机的机身码等以及一些检测程序，如电池检测程序、显示电压检测程序等 码片出现问题时，手机的某些功能将失效或出错，如：菜单错乱、背景灯失控等，此时有如下现象：显示“联系服务商(CONTACT SERVICE)”：显示“电话失效，联系服务商(PHONE FAILED SEE SERVICE)”；显示“手机被锁(PHONE LOCKED)”；显示“软件出错(WRONG SOFTWARE)”；出现低电压告警、显示黑屏、不开机、不入网、显示字符不完整、不认卡等 EEPROM可以用电擦除，当出现数据丢失时可以用各手机相应的免拆机软件故障检修仪重新写入相应的数据,码 片,存 储 器 接 口,数字基带信号处理器的存储器接口包含地址线、数据线、片选、读写控制等 数字基带信号处理器的存储器接口往往并不只是用于存储器电路，还用于和弦音铃声电路、LCD显示电路、照相机图像处理器电路，以及其他功能的单元电路 不同的数字基带信号处理器、不同的机器中的存储器接口的应用是不同的，在实际的工作中需要根据具体的电路来分析,时 钟 接 口,实时时钟单元（RTC）有被设计在数字基带部分的，有被设计在复合电源管理单元（PMU）的 在TI、ADI、英飞凌、杰尔、Skyworks等基带芯片组电路中，实时时钟振荡电路通常都是被设计在数字基带部分的 实时时钟振荡电路通常都很简单，由基带芯片内的RTC振荡器与外接的实时时钟晶体（32.768kHz的晶体）及补偿电容或电阻一起组成,1、实 时 时 钟（RTC）,2、系 统 主 时 钟,系统主时钟信号通常由射频部分的参考振荡电路产生，时钟信号被送到DBB电路后，该信号并不直接使用，还需要经一系列的处理，以得到各种相应的时钟信号,诺基亚 3210手机的时钟图解,对于移动电话中的参考振荡（系统主时钟电路）来说，还有一个重要的控制信号AFC（自动频率控制信号） DSP单元根据基站系统的频率校正信号得到控制数据信号，控制数据信号经AFC DAC单元转换后，得到AFC信号,3、自动频率控制信号（AFC）,PMB7850基带电路AFC信号产生示意图,3210手机的复位与看门狗图解,4、看 门 狗 与 复 位,9.6 接 口 电 路,使微处理器正常工作的辅助电路，如时钟信号、中断请求等 输出/输出接口电路,GPIO是General Purpose Input/Output的缩写，意为通用输入输出 基带信号处理器的各GPIO信号端口在不同的机器中的功能是不确定的，其端口的具体功能有各相应机器的系统软件来设定 这些GPIO信号端口可以用来输出射频单元电路的控制信号，输出铃声、振动等单元电路的控制信号，也可输入耳机监测、翻盖动作监测等信号 某些数字基带信号处理器的一些GPIO信号端口还可用作I2C、红外、SIM卡接口、连接蓝牙通信电路等,1、GPIO接口,2、SIM（UIM）接口,基带信号处理器都会提供SIM卡接口（GSM手机）或UIM卡接口（CDMA、WCDMA手机），这些接口通常都有复位信号、时钟信号、数据信号,AD6522的SIM卡接口,ULYSSE处理器的SIM卡接口示意图,相当多的基带信号处理器都提供一个I2C总线 用以控制复合电源管理器、EEPROM、LCD显示电路、照相机驱动电路等,3、I2C总线接口,I2S接口是一个数字音频传输接口 包含字节选择信号线（WAO，word select）、时钟信号线（CAO，CLO）、数据信号线（DAO） 在系统软件的支持下，它也可用作一些特殊的控制,4、I2S总线接口,松下X70手机的蓝牙通信电路方框图,5、蓝牙通信接口,蓝牙通信接口,LCD显示电路通常都是连接到数字基带信号处理器的 LCD显示接口有两种，一种是采用并行数据传输，一种是采用串行数据传输 如今多数移动电话的LCD电路都是采用并行接口,6、LCD显示接口,控制LCD 的可以是8位或16位的并行接口，使用数据、地址线、一个写信号、一个显示电路片选 下一幻灯片中图所示波导G100手机的LCD显示接口采用的就是8位并行接口。其中的数据线DATA00DATA07是数据线，LCD_A0是基带信号处理器AD6522的地址线ADD0，LCD_CS是片选信号，LCD_RES控制L