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1 手机硬件基带知识介绍手机硬件基带知识介绍 2 一、概述 1、平台介绍 2、方案介绍 3、硬件总体框图 3 1、平台介绍 n公司开发平台非常完备，分别是PHS、GSM 、CDMA、WCDMA。 n自研PDA产品p500已经上市。 nTD-SCDMA也在预研中。 n固定台产品线也已经成立。 4 2、方案介绍 nGSM部分主要由TI方案和ADI方案，其中ADI方案比较成熟。 nCDMA部分主要为QUALCOMM方案。 nPHS部分主要为OKI（日本冲电气公司）方案和KYOCERA方案。 nWCDMA部分主要是QUALCOMM方案，ADI方案还在预研中。 nPDA目前主要是INTEL方案。 5 3、硬件总体框图 下载口行列扫描 前端开关 XP222A 功放 08122B 功放控制 AD8315 VCO 0897/1747G 零中频收发器 AD6523 压控振荡器 D1360 08122B 锁相环 AD6524 08122B 晶振 13M 模拟基带 AD6521 基带处理器 AD6522 电池ID 电池温度 电池电压 耳机检测 MICRECEIVE R 键盘板 双色灯 键盘背光 LCD背光 振动马达 霍尔开关 SIM卡 MIDI FLASH SPEAKE R 65K 彩屏 系统连 接器 射频基带 ADI430平台 6 3、硬件总体框图 QALCOMM MSM6250平台 7 二、基带硬件组成 1、基带套片构成 2、基带套片浏览 3、套片功能介绍 4、基带结构框图 5、射频接口 6、关键技术简介 7、功能单元 8 1、基带套片构成 基带套片主要由数字处理、模拟转换、电源管理三 部分组成。 p多芯片：数字基带芯片、模拟基带芯片、电源芯 片 p双芯片 数模混合芯片、电源芯片。 数字基带芯片、模电混合芯片。 p单芯片 9 2、基带套片浏览 ADI方案 10 2、基带套片浏览 QUALLCOM方案 11 3、套片功能简介 1）模拟基带芯片 主要完成IQ信号、语音信号及其它部分信号的调制解调、AD/DA 转换及滤波处理等。 IQ信号部分其它辅助信号部分语音信号部分 12 3、套片功能简介 2）数字基带芯片 一般集ARM和单个或多个DSP于一体，并包含MMI、背光、大 量GPIO、USC、JTAG及与模拟基带芯片和射频部分的接口等。主要 完成数据处理、功能控制、多媒体应用等 13 3、套片功能简介 3）电源芯片 供电：为手机提供各路电源。内部有很多LDO及开关电源，将变 化的电池电压转化为恒定的输出电压。 充电：提供充电功能，支持锂电池、镍氢电池。具有涓流充电、 恒流/恒压及脉冲充电方式，留有外部接口可进行充电电流值的调整。 14 4、基带结构框图 GSM部分为例 模拟基带 数字基带 语音 AD/ DA 射频 AD/ DA GMSK 调制器 解调器 均衡器 协议栈&MMI 部分Layer 1协议 GSM Vocoder 信道编解码器 交织/解交织 加密/解密 Burst形成 天线 射频 收&发 SIM卡 数据 接口 键盘 RAMFLASH LCD显示 蜂鸣器 背光 电源管理 MIC Receiver MMC卡 摄像头 15 4、基带结构框图 CDMA 5105平台 16 5、 RFBB接口 F电源 F时钟 FIQ信号 FAFC、AGC F其他控制信号 17 6、关键技术简介 语音编解码 F目的：在提供可接受话音质量的同时，尽可能降低数据率 F技术 F波形编码：优良的话音质量 24k-32kbps F声源编码：高效压缩性 400bps F混合编码：8k-16kbps F编码方式：GSMRPE-LTP：规则脉冲激励长期预测编码 CDMAQCELP/EVRC：激励线性预测高通编码 PHSADPCM：自适应差分脉码调制 F算法实现：DSP、声码器（Vocoder） 18 6、关键技术简介 信道编解码 F目的 改善传输过程中由噪声和干扰造成的误差，提高系统可靠性 F技术 F分组码/卷积码；线性码/非线性码； 二进制码/多进制码 FViterbi译码 F交织/解交织：比特交织技术分散成群误差趋于随机分布， 改善了码组误码率的性能，降低了对编码的总设计要求 19 6、关键技术简介 基带调制 F目的 F使信号特性与信道特性相匹配 F技术要求 F满足频谱特性 F抗干扰 抗衰落 （包络恒定） F方式 GMSK（GSM）、PSK（CDMA）、QPSK（PHS） 20 6、关键技术简介 自适应均衡 F目的 解决由多径衰落引起的时延扩展造成的高速传输时码元 间的干扰性 F技术 Viterbi算法 （用于接收数据） F其它抗衰落技术 F分集/合并 F跳频 21 7、功能单元 LCD模块 F分类 F黑白、灰度、彩色 F主动、被动 F反射式、半透式、透射式 F主要指标 F视角 F反应速度 F功耗 22 7、功能单元 LCD模块 F构成 F玻璃、IC、FPC、背光、导光板、支架 F工作机制 F液态分子晶体在电压作用下发生排列变化 F液晶层能够使光线发生扭转 F滤色片产生各种色彩 23 7、功能单元 LCD模块 FColor STN（ Color Super Twisted Nematic ） F价格较低、色彩丰富、工艺成熟 FTFT（ Thin Film Transistor LCD ） F响应速度快、色彩鲜艳、高清晰度、技术含量高 FOLED（Organic Light Emitting Diode） F自发光、宽视角、高亮度、色彩多样、快速响应、低功耗 24 7、功能单元 充电器 F充电器分类 F座充 F旅充（线性、开关） F技术要求 F对过冲、过载、过压、短路必需做保护动作 F纹波：充电器稳定输出后在带宽20M内纹波应不大于150mV F温升：充电器外壳温度应不大于65 F安规认证 25 7、功能单元 MIDI F类型 F硬件、软件 F16和弦、32和弦、40和弦、72和弦 F功能： FFM Synthesizer FWave Table（ADPCM/PCM） FBuilt-in Speaker AMP F品牌：Yamaha、OKI 26 7、功能单元 摄像头 FCCD FCharge Coupled Device FCMOS Image Sensor FCMOS工艺 27 7、功能单元 图像协处理器 FJPEG Codec FCIS、LCD控制 F2D、3D图象引擎 FMPEG4 Codec 28 7、功能单元 系统连接器 F功能 F下载软件 F充电 F进行出厂测试 F数据功能 F接附件（如免提耳机、充电器等） F接口统一性 如GSM手机的P101、P100平台、P500平台、P600平台充电、 数据业务接口一致 29 7、功能单元 用户识别卡 F功能 用户的身份识别及通信加密，可存储电话号码、短信息等用户个人信息。 F分类 F制式：GSMSIM卡、CDMAUIM卡 F工作电压：5V、3V、1.8V FPHS手机采用烧号方式，因此没有配备用户识别卡，不过后续会有 F接口信号 时钟（SIM_CLK）、数据（SIM_IO）、电源（SIM_VDD）、复位（SIM_RST） 30 7、功能单元 声响振动 F麦克风（MIC） F将声信号转变成电信号的换能器 F 交流阻抗：2.2k 1kHz F灵敏度：443dB 和423dB F频率响应 F耳机 F话筒由麦克风和麦克风音腔组成 F听筒由speaker和speaker音腔组成 F震动马达 F柱形（Bar Type） F扁平（Coin Type） 31 7、功能单元 声响振动 F受话器（Receiver） F将电信号转换成相应声信号且紧密耦合于人耳的电声换能器 F交流阻抗：3220% 1kHz F灵敏度 F频率响应：100Hz4kHz F扬声器（Speaker） F与受话器的主要区别在于功率、频响范围、交流阻抗不同 F交流阻抗 F灵敏度 F频率响应：10kHz以上 32 7、功能单元 FLASH F分类：NOR和NAND两大系列 F作用：程序/数据存储 F特性 F闪存（Flash） FRAM（SRAM、PSRAM、 SDRAM） F参数 F容量（NOR：16+2、32+4、 64+8、NAND：256+256、 512+512等） 闪存的特点：容量大、存取速度快、编程方便、多块结构 33 7、功能单元 FLASH FlashSRAME2PROM 存取速度快快慢 掉电后数据保存 能不能能 可否按字节擦除不能能能 存储容量最大大小 F利用闪存的多块（BANK）结构或者软件E2PROM仿真技术， 可以用Flash替代E2PROM。 34 7、功能单元 FLASH F两种方式：编程器（批量生产）、在线下载 F在线下载的两种情况 F第一次下载 F已下载过程序 F自引导（BOOT）程序 F编程次数：一般为十万次循环 35 7、功能单元 电源时钟 F电源 F电池：主电池、后备电池（实时时钟） F电源管理芯片（LDO、POWER IC） F时钟 F快时钟 GSM13MHz、 PHS19.2MHz CDMA19.2/19.68/19.8MHz、WCDMA19.2MHz F慢时钟（32.768kHz）：低功耗、实时时钟 36 7、功能单元 数据线 F作用：程序下载和数据通讯 F分类： FUSB数据线 F串口数据线 F速度： FUSB型支持12Mbps F串口支持460800bps 37 三、原理简介 1、键盘扫描 2、充电管理 4、音频子系统 3、存储系统 38 1、键盘扫描 F开关机 以ADI430平台为例，采用5X5矩阵式键盘扫描电路，使用 中断方式进行按键扫描。另有一个开机键，连接于ROW0与地之 间，并与电源芯片ADP3408连接。当此键按下时， ROW0 会变 成低电平，导致ADP3408打开各路LDO，手机程序开机运行。 首先程序检测ROW0输入端保持低电平的时间是否足够长，如果 足够长则正常运行，否则会关机。关机时同样检测ROW0端电平 ，进行类似处理。这样实现了按键开关机功能。 其它平台的处理方法没有太大的差异。 39 1、键盘扫描 F内部逻辑框图 40 2、充电管理 F基本过程 对于锂电池，充电方式主要有涓流充电、恒流充电、恒压 充电和脉冲充电四种方式。对于过放电电池，应采用涓流充电以 提高电池寿命，充电电流较小，当电池电压回升到3.2V左右，再 增加充电电流进入恒流充电方式。当电池电压上升到4.2V时，电 量接近充满，为进一步增加电量，此时进入恒压充电方式，即逐 渐减小充电电流，电池电压缓慢上升，当电压上升到4.35V左右 或者充电电流小于30mA左右，可以认为电池充满，结束充电过 程。 充电管理方式目前已由硬件充电转化为软件充电方式。P100 平台手机就采用软充电方式。TI、3G平台也基本上是软充电方 式。 41 2、充电管理 F典型曲线 42 3、存储系统 手机系统一般均使用flash做为程序存贮器，使用SRAM（静态RAM ）做为随机数据存贮器。为减小芯片面积，通常手机中使用的是将 flash和SRAM集成一体的二合一芯片，俗称“combo”。随着生产工艺 的发展，现在SRAM大有被PSRAM(伪静态RAM)替代的趋势。后者 采用SRAM外部接口，内部使用DRAM的结构，具有很低的成本。 flash和SRAM的容量计算单位通常是Mbit，我们使用的有 16+2、32+4、32+8、64+8、64+16及128+32等几种规格。 对于flash的访问是采用指令方式的，我们支持JEDEC和intel 两种最常用的flash系统。通常访问指令被集成在软件的文件系统中 ，使用函数接口与用户程序连接。一般只需要更改mID和dID即可访 问不同厂家的flash。 F以NOR FLASH为例 43 3、存储系统 为了提高flash的性能，通常flash不仅在内部进行分块 (block)，而且还分bank。通过分bank可完成所谓的“dual bank”功 能，即可以同时对两个bank进行操作，如删除一个bank同时写 入另一个bank，这种操作极大提高手机处理速度。我们的手机 通常都支持“dual bank”功能，因此在选型flash的时候一定要注意 “dual bank”功能的使用，尤其是两个bank的大小是否满足要求。 以下是一个32Mflash的不同bank划分情况； F以NOR FLASH为例 44 4、音频子系统 F示意框图 45 4、音频子系统 数字音频接口（Digital Audio Interface - DAI）提供了在发 送和接收通道上输出13比特PCM码流的能力。GSM04.14中规定DAI有 3种测试模式： F语音解码器测试（下行） FDAI接口 DSP DOWNLINK TASKS PCM DL BUFFER PCM TO TESTER 46 4、音频子系统 F语音编码器测试（上行） DSP UPLINK TASKS PCM UL BUFFER PCM FROM TESTER 47 4、音频子系统 F声学设备测试和A/D & D/A DSP UPLINK TASKS PCM UL BUFFER PCM TO TESTER DSP DOWNLINK TASKS PCM FROM TESTER PCM DL BUFFER 48 3、音频测试 音频测试项目 GSM手机的音频测试共有15项内容，它们分别是： F发送灵敏度/频率响应（Sending Sensitivity/Frequency Respones）*； F 发送响度当量（Sending Loudness Rating）*； F 接收灵敏度/频率响应（Receiving Sensitivity/Frequency Respones）*； F 接收响度当量（Receiving Loudness Rating）*； F 侧音（Side Tone Masking Rating）*； F 受话方侧音当量（Listener Side Tone Rating）； F 回损（Echo Loss）； F 稳定度偏移（Stability Margin）*； F 发送失真（Sending Distortion）*； F 接收失真（Receiving Distortion）； F 侧音失真（Side Tone Distortion）； F 带外信号发送（Out-of-Band Signals - Sending）； F 带外信号接收（Out-of-Band Signals - Receiving）； F 空闲信道噪声发送（Idle Channel Noise - Sending）； F 空闲信道噪声接收（Idle Channel Noise - Receiving）。 6421 vrefcaps C 在以上的测试项目中，带*号的是GSM规范要求的强制测试项目，共7项,也是目前FTA测试中音频测试项。 49 四：详细电路介绍 1、开关机电路介绍 TI平台手机开机过程介绍 n开机键按下，END_ON/OFF信号有效。 nABB产生NRESPWONZ信号给DBB和ABB nDBB输出32K时钟CLK32K_OUT给ABB nABB的VRPC内部状态机开始工作，输出各组LDO： VRDBB,VRABB,VRMEM,VRIO nABB 内部复位完成，输出ON_nOFF高电平给DBB nDBB 输出TCXOEN信号给26M温补晶振 n26M晶振开始工作，经过射频主芯片整形滤波后输出给DBB nDBB对输入的26M时钟信号分频，获得系统时钟CLK13M_OUT nDBB开始执行初始化程序，采用SPI接口配置ABB；采用TSP接口配置射频 主芯片 nDBB进入big sleep模式，直到输出稳定的AFC信号 n26M温补晶振根据AFC信号进行频率校准 nDBB退出big sleep模式，开始进入active 模式。 50 TI平台原理框图 nP102原理框图 51 ADI平台P500开机过程介绍 q只要一加电池,PCF50606内部Vref26V开启,32K起振,除了LPLDO,其他 不输出电压 q用3种开机触发条件中的的任意一种作为触发PCF50606开机, qPCF50606输出VCC_IO电压3.3V电压提供给PXA271,13M起振. qPCF50606输出Reset信号使PXA271复位 qPXA271输出SYS_EN信号给PCF50606的Pin4, qPCF50606输出VCC_MEMORY等外围器件电压组 qPXA271输出PWR_EN信号给PCF50606 的Pin3, qPCF5060,输出VCC_CORE VCCSRAM VCCPLL供PXA271内部供电等 系统电压组 qPCF50606输出VDD-FAULR信号 qPXA271输出nResetOut信号提供给各种外设芯片,如LCD等 应用开机方法：插入充电器Vcharge；插入USB线使 V_USBBUS为高；按手机的开机按键触发PCF50606开机 52 P500原理框图 P500原理框图 53 2、显示电路介绍 数字基带芯片通过图像处理芯片或者直接控制LCD的显示，信号通过主板上的板 板连接器送到LCD转接FPC板，再由FPC板通过板板连接器与LCD模块相连 。为减少LCD接口信号与射频之间的干扰，在数据接口中串接了EMI滤波器 ，如下图所示。 54 3、铃音电路介绍 数字基带芯片通过MIDI芯片控制SPEAKER发音，经过midi芯片处理后的音频信 号通过主板上的板板连接器送到LCD转接FPC板，再由FPC板通过板板连 接器与LCD模块相连。如下图所示。YMU759B是YAMAHA公司的16合弦midi芯 片，它与AD6525有8位数据接口，接收数字音乐信号，直接驱动8SPEAKER。 55 4、语音电路介绍 ADI平台话音回路介绍： 上行链路：麦克风提取话音信号送到AD6537B，经过PGA放大后以8kHz速率进行ADC采样 ，经过数字滤波后通过串口送到AD6525，在AD6525内经过话音编码，信道编码后通过 串口送给AD6537B，AD6537B经过GMSK调制，DAC转换，数字滤波送给射频，经过 变频，放大送到天线。 下行链路：天线接收的信号经过滤波，LNA放大，变频，滤波，放大送入AD6537B，在 AD6537B经过ADC采样，数字滤波送到AD6525，在AD6525进行均衡，信道解码，话 音解码送到AD6537B，在AD6537B经过数字滤波，DAC转换，滤波，PGA放大，驱动 后送到受话器。 AD6537B提供了完整的音频接口，外围的元器件基本不用。音频部分较AD6521增加了许多 通道，共有四路输出通道和两路输入通道。四路输出通道间通过控制串口可灵活切换。 第一路输入口用来做主MIC，第二路输入用来做耳机MIC输入通道；第一路输出送给受话器 ，第三路输出送给耳机。 56 语音处理芯片AD6537外围电路 57 语音输入输出电路详细介绍 AD6537B音频模块由数字滤波器、Sigma-Delta D/A转换器、模拟平滑滤波器、PGA、多路开关和 驱动构成，PGA的调整范围为从-36dB到9dB。AD6537B音频输出接口如下图所示，分别能驱动 32或8负载。 音频输入接口所示为音频输入接口，主、辅通道通过多路开关选择，后接预放大器、PGA、ADC 采样和数字滤波器。 音频输出接口 音频输入接口 58 5、充电电路介绍 由于AD6537B可承受的电压为5.5V，因此不能将充电器输出电压直接加于AD6537B，需要用 一个稳压管降压至5V后送给AD6537B的VCHG管脚进行充电检测，当该电压高于电池电压 100mV时，AD6537B认为检测到了充电器，并通过控制串口发送消息告诉主芯片。 AD6537B充电管理见图图 215图 15 电源管理与充电电路，当电池电压小于3.2V时对电池进行 涓流充电，一旦超过3.2V则对电池进行正常恒流充电，当电池电压达到4.2V时对电池进行恒压 充电，当R212上的压降小于20mV时，AD6537B通过控制串口通知AD6525充电完成，程序可 通过将GATEDRIVE置高来停止充电。充电电流由外接电阻R212来控制。 涓流充电电流：ITRACKLE=20mV/R212=20/0.39=51mA。 正常充电电流：IFULL=165mV/R212=165/0.39=423mA。 59 6、sim卡电路介绍 AD6525内含有一个专用的SIM卡接口，支持1.8V或3V两种电压的SIM卡。满足ISO/IEC7816-3标准和 GSM phase2+。在P100A1中提供如下接口：VSIM、SIMCLK、SIMRESET、SIMDATAIO。 在AD6525中SIM接口是与DMA子系统相连的，分配一个专门的DMA信道来完成与SIM卡的接口。基本的操 作是发送一串字符然后接收一串已知长度的字符串。首先将DMA置为发送方式，DMA将存贮区中要发送 的字符送到SIM卡接口中的发送缓冲区中，SIM卡接口负责将字符发送出去，出现错误时，SIM卡接口实 现自动重发。SIM卡接口缓冲区空时会向DMA申请中断，DMA响应中断直到将存储区中要发送的字符发 送完毕，DMA申请中断，软件响应中断重新配置DMA和SIM卡接口接收字符。DMA负责将希望的字节数 接收到存储区中。 60 7、拍照电路介绍 现在手机普遍使用30万或100万象素的数码摄影功能，P100D1手机光学部分使用OMNIVISION的 OV7660 CMOS SENSOR和定焦镜头组件，图像处理芯片使用EPSON的S1D13916。P102手机拍 照及图像处理功能由图像芯片clc344e实现，模块提供图象传感器接口、LCD接口、和CPU接口。 提供图象的压缩，解压缩及其他效果处理功能，可以灵活选择。 p102图象处理芯片（D600）处理摄像头模块采集到的图像数据，对其进行处理以实现照相模块的所有 功能。如图1所示图像处理模块的电源供给是由一个LDO（D604）提供。如图2摄像头模块的电源供给有 两路：一路是DVDD_CIS（2.8V），由图像处理芯片D600通过PMOSFET （D605）控制提供；另一路是 AVDD_CIS（2.58V），由图像处理芯片D600通过反相器D602控制，由LDO（D603）提供。 图1：图像处理芯片电源（DVDD_2V8） 图像处理芯片D600的时钟M_CLK由D800输出的 13M时钟信号经过D601后产生。 61 图2：摄影头模块电源 摄影头模块由图像处理芯片D600提 供时钟C_MCLK，并反馈C_PCLK 给图像处理芯片344E。图像处理芯 片还给摄影头模块提供：扫描信号 C_HS、C_VS，C_RST、C_SCK 、C_SDA，数据C_DATA。 62 63 8、手机下载、写号、校准接口介绍 在系统连接器接口定义中，有一个标准的串口（UART-MODEM）定义，包括数据收发、流量控制 以及辅助控制信号，由数字基带芯片提供接口信号。另外，为便于生