手机硬件基带培训资料.ppt

1,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,公司开发平台非常完备，分别是PHS、GSM、CDMA、WCDMA。 自研PDA产品p500已经上市。 TD-SCDMA也在预研中。 固定台产品线也已经成立。,4,2、方案介绍,GSM部分主要由TI方案和ADI方案，其中ADI方案比较成熟。 CDMA部分主要为QUALCOMM方案。 PHS部分主要为OKI（日本冲电气公司）方案和KYOCERA方案。 WCDMA部分主要是QUALCOMM方案，ADI方案还在预研中。 PDA目前主要是INTEL方案。,5,3、硬件总体框图,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。 多芯片：数字基带芯片、模拟基带芯片、电源芯片 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。 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,数字基带,语音 AD/ DA,射频 AD/ DA GMSK 调制器,协议栈&MMI,部分Layer 1协议,SIM卡,数据 接口,键盘,RAM,FLASH,LCD显示,蜂鸣器 背光,电源管理,MMC卡,摄像头,15,4、基带结构框图,CDMA 5105平台,16,5、 RFBB接口,电源 时钟 IQ信号 AFC、AGC 其他控制信号,17,6、关键技术简介,语音编解码,目的：在提供可接受话音质量的同时，尽可能降低数据率 技术 波形编码：优良的话音质量 24k-32kbps 声源编码：高效压缩性 400bps 混合编码：8k-16kbps 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 算法实现：DSP、声码器（Vocoder）,18,6、关键技术简介,信道编解码,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 技术 分组码/卷积码；线性码/非线性码； 二进制码/多进制码 Viterbi译码 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,目的 使信号特性与信道特性相匹配 技术要求 满足频谱特性 抗干扰 抗衰落 （包络恒定） 方式 GMSK（GSM）、PSK（CDMA）、QPSK（PHS）,20,6、关键技术简介,自适应均衡,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 技术 Viterbi算法 （用于接收数据） 其它抗衰落技术 分集/合并 跳频,21,7、功能单元,LCD模块,分类 黑白、灰度、彩色 主动、被动 反射式、半透式、透射式 主要指标 视角 反应速度 功耗,22,7、功能单元,LCD模块,构成 玻璃、IC、FPC、背光、导光板、支架 工作机制 液态分子晶体在电压作用下发生排列变化 液晶层能够使光线发生扭转 滤色片产生各种色彩,23,7、功能单元,LCD模块,Color STN（ Color Super Twisted Nematic ） 价格较低、色彩丰富、工艺成熟 TFT（ Thin Film Transistor LCD ） 响应速度快、色彩鲜艳、高清晰度、技术含量高 OLED（Organic Light Emitting Diode） 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,充电器分类 座充 旅充（线性、开关） 技术要求 对过冲、过载、过压、短路必需做保护动作 纹波：充电器稳定输出后在带宽20M内纹波应不大于150mV 温升：充电器外壳温度应不大于65 安规认证,25,7、功能单元,MIDI,类型 硬件、软件 16和弦、32和弦、40和弦、72和弦 功能： FM Synthesizer Wave Table（ADPCM/PCM） Built-in Speaker AMP 品牌：Yamaha、OKI,26,7、功能单元,摄像头,CCD Charge Coupled Device CMOS Image Sensor CMOS工艺,27,7、功能单元,图像协处理器,JPEG Codec CIS、LCD控制 2D、3D图象引擎 MPEG4 Codec,28,7、功能单元,系统连接器,功能 下载软件 充电 进行出厂测试 数据功能 接附件（如免提耳机、充电器等） 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,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。 分类 制式：GSMSIM卡、CDMAUIM卡 工作电压：5V、3V、1.8V PHS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 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,麦克风（MIC） 将声信号转变成电信号的换能器 交流阻抗：2.2k 1kHz 灵敏度：443dB 和423dB 频率响应 耳机 话筒由麦克风和麦克风音腔组成 听筒由speaker和speaker音腔组成 震动马达 柱形（Bar Type） 扁平（Coin Type）,31,7、功能单元,声响振动,受话器（Receiver） 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 交流阻抗：3220% 1kHz 灵敏度 频率响应：100Hz4kHz 扬声器（Speaker） 与受话器的主要区别在于功率、频响范围、交流阻抗不同 交流阻抗 灵敏度 频率响应：10kHz以上,32,7、功能单元,FLASH,分类：NOR和NAND两大系列 作用：程序/数据存储 特性 闪存（Flash） RAM（SRAM、PSRAM、SDRAM） 参数 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,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,两种方式：编程器（批量生产）、在线下载 在线下载的两种情况 第一次下载 已下载过程序 自引导（BOOT）程序 编程次数：一般为十万次循环,35,7、功能单元,电源时钟,电源 电池：主电池、后备电池（实时时钟） 电源管理芯片（LDO、POWER IC） 时钟 快时钟 GSM13MHz、 PHS19.2MHz CDMA19.2/19.68/19.8MHz、WCDMA19.2MHz 慢时钟（32.768kHz）：低功耗、实时时钟,36,7、功能单元,数据线,作用：程序下载和数据通讯 分类： USB数据线 串口数据线 速度： USB型支持12Mbps 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,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,内部逻辑框图,40,2、充电管理,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,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。,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；,以NOR FLASH为例,44,4、音频子系统,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： 语音解码器测试（下行）,DAI接口,46,4、音频子系统,语音编码器测试（上行）,47,4、音频子系统,声学设备测试和A/D & D/A,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： 发送灵敏度/频率响应（Sending Sensitivity/Frequency Respones）*； 发送响度当量（Sending Loudness Rating）*； 接收灵敏度/频率响应（Receiving Sensitivity/Frequency Respones）*； 接收响度当量（Receiving Loudness Rating）*； 侧音（Side Tone Masking Rating）*； 受话方侧音当量（Listener Side Tone Rating）； 回损（Echo Loss）； 稳定度偏移（Stability Margin）*； 发送失真（Sending Distortion）*； 接收失真（Receiving Distortion）； 侧音失真（Side Tone Distortion）； 带外信号发送（Out-of-Band Signals - Sending）； 带外信号接收（Out-of-Band Signals - Receiving）； 空闲信道噪声发送（Idle Channel Noise - Sending）； 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 开机键按下，END_ON/OFF信号有效。 ABB产生NRESPWONZ信号给DBB和ABB DBB输出32K时钟CLK32K_OUT给ABB ABB的VRPC内部状态机开始工作，输出各组LDO：VRDBB,VRABB,VRMEM,VRIO ABB 内部复位完成，输出ON_nOFF高电平给DBB DBB 输出TCXOEN信号给26M温补晶振 26M晶振开始工作，经过射频主芯片整形滤波后输出给DBB DBB对输入的26M时钟信号分频，获得系统时钟CLK13M_OUT DBB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 DBB进入big sleep模式，直到输出稳定的AFC信号 26M温补晶振根据AFC信号进行频率校准 DBB退出big sleep模式，开始进入active 模式。,50,TI平台原理框图,P102原理框图,51,ADI平台P500开机过程介绍,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 用3种开机触发条件中的的任意一种作为触发PCF50606开机, PCF50606输出VCC_IO电压3.3V电压提供给PXA271,13M起振. PCF50606输出Reset信号使PXA271复位 PXA271输出SYS_EN信号给PCF50606的Pin4, PCF50606输出VCC_MEMORY等外围器件电压组 PXA271输出PWR_EN信号给PCF50606 的Pin3, PCF5060,输出VCC_CORE VCCSRAM VCCPLL供PXA271内部供电等系统电压组 PCF50606输出VDD-FAULR信号 PXA271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