手机架构与原理【高杨20150305】

手机主要架构及工作原理高杨2015年3月5日Page1一、手机组成架构整体介绍二、手机架构－射频模块介绍三、手机架构－基带模块介绍四、手机架构－外围电路模块介绍内容介绍一、手机组成架构整体介绍Page2手机组成从不同方面说其组成成分也不同：结构：手机有外壳、按键、LCD模组、主板、电池、电池盖、摄像头等组成；功能：手机有射频部分、基带部分和外围部分单元等组成。射频部分主要是把基带送过来的低频小功率的信号转变成为适合在空间传送的高频大功率的信号，以及把从天线接收的高频微弱信号转变成为基带能够处理的具有一定幅度的低频信号；基带部分主要把声音信号转变成为电信号，再进行处理，使得信号适合在信道中传输，并保证在接收端可以正确接收。（基带之所以得名基带是因为信号在此方框中都是低频信号。）因此它还包含了主板上绝大部分的模块，包括存储，信令处理，手机的电源控制，监测，和外围电路的主控等；外围部分主要完成手机和人之间的接口功能，这包含了键盘，显示屏，喇叭和MIC,它们协助人对手机的使用、操作。Page3整体介绍射频电路结构组成Page4二、手机模块－射频模块介绍射频模块－接收通路Page5在射频电路中，锁相环电路扮演着非常重要的角色,是频率合成器的核心.主要作用是由频稳性很强的基准信号得到一个同样频率稳定的信号工作原理：压控振荡器产生周期性的输出信号，如果其输出频率低于参考信号的频率，鉴相器通过电荷放大器改变控制电压使压控振荡器就的输出频率提高。如果压控振荡器的输出频率高于参考信号的频率，鉴相器通过电荷放大器改变控制电压使压控振荡器就的输出频率降低。低通滤波器的作用是平滑电荷放大器的输出，这样在鉴相器进行微小调整的时候，系统趋向一个稳态。锁相环结构：射频模块－发射通路:三、手机模块－基带模块介绍Page6基带模块－基带电源管理部分由于电池电压的不稳定和器件对电压、电流要求的精确性与多样性，最重要的是出于降低功耗的考虑，手机需要专门的电源管理单元。

对各种电压的要求：内核电压：电压较低，要求精确度高，稳定性好。音频电压：模拟电压，要求电源比较干净，纹波小。

I/O电压：要求在不需要时可以关闭或降低电压，以减少功耗。功放电压：由于电流要求较大，直接由电池供电。Page7基带模块－基带元件工作原理CPU和存储器之间通过数据总线、地址总线和控制总线连接，这三类总线都采用并行方式，FLASH和SDRAM共用这三类总线，通过片选信号来区分是对哪个进行操作。FLASH存储手机所有的数据，包括软件代码和资料，掉电后不会丢失。开机后，首先要从FLASH中把程序和需要的资料调入SDRAM，所有的软件都是在SDRAM中运行，掉电后数据不会被保留。外部主时钟的频率一般较低，内核的运行频率一般较高，主时钟进入基带芯片倍频后提供给CPU使用。基带主芯片内部一般有两个处理器：一是ARM处理器，主要用做控制功能，对手机的运行进行管理，比如时钟控制、电源管理、射频控制、I/O控制等；二是DSP处理器，主要用来处理数据，完成信号处理的各种算法，比如音频编解码、信道编解码、交织去交织、加解密等。信号处理部分这部分完成音频信号的转换和处理，分为两路，一路完成声音信号到射频信号的转换：声音信号经过MIC转变成模拟的电信号；经A/D转换变为64Kbit/s的PCM数字信号，再经压缩编码，去除冗余度，变为8Kbit/s的数据流；然后通过信道编码增加冗余度，保证传输的可靠性；加密后送往射频单元处理，最后由天线发射出去。另外一路完成射频信号到声音信号的转换，处理过程相反。Page8声音MIC语音编码信道编码加密RF单元声音SPK语音解码信道解码解密RF单元Page9基带模块－时钟部分主时钟为手机工作提供基准的频率源，在开机过程中起振，在关机后停振。它供向CPU，产生数据传输和控制时序所需的时钟。睡眠时钟为手机提供计时的基准频率，不论是否开机，只要电池有电就可起振。它供向电源管理芯片和CPU，以维持手机的时间准确，并提供关机后的计时功能，从而支持关机闹钟。四、手机模块－外围电路模块介绍Page10外围电路模块－开机部分1、手机开机触发信号有两种：长按开机键；插入充电器。2、在手机电池在位的情况下睡眠时钟是一直工作的，电源芯片有输入但是没有输出。3、当长按手机开机键的一瞬间，电源管理芯片输出以下几个信号：

A、给FLASH、19.2MHz、CPU供电。

B、同时还给FLASH芯片输出复位信号。4、FLASH复位完成后立即给CPU输出一个复位信号（为了维持电源管理芯片和CPU正常工作，需要及时拉高PS_HOLD信号）此时CPU开始调用程序（单板软件）此程序运行中电流基本不变，以上处理放在BOOT中完成。5、单板运行中会驱动电源管理芯片输出各路电源来供发射、接收、功放、LCD等器件工作。此时电流很大，已经开机。6、开机后终端首先搜网，此时有射频信号发出，电流处于较高值。7、搜到网络后进入待机状态，射频芯片、19.2MHz间歇性工作，此过程由单板软件来控制。Page11外围电路模块－关机部分1、当长按关机键时触发关机操作，CPU输出信号给睡眠时钟和电源管理芯片。2、睡眠时钟工作，电源管理芯片停止输出供电，手机振铃电路、显示电路、射频电路停止工作完成关机操作。Page12外围电路模块－送话部分对于MIC的第2级放大器，是可以选择并做适当配置的。不使用第2级放大时，MIC信号直接由第1级放大后，送到13bitADC中转换，然后进入后面的通路。这1级放大通过设置寄存器可以选择-2dB，+6dB，+8dB和+18dB的不同增益。此级输出端口为MICOUTP和MICOUTN。使用第2级放大时，需要接外围电路，用来增强Tx通路的音频性能。由Tx通路得到的话音数字信号送到MDSP作后续的处理，进行调制放大，直到送至RF模块发射出去。Page13外围电路模块－铃音/受话部分作为Tx通道的逆向过程，RF接收到的信号经过一系列处理(如解调等)后，由MDSP送至Vocoder的解码器，而后经过PCM接口到达Codec的Rx部分，从耳机/听筒送出。Page14外围电路模块－振动部分外围电路模块－显示部分Page15外围电路模块－背景灯部分Page16外围电路模块－卡座部分-智能卡标准6PINSIM卡座引脚包括：VCC(供电)、RST（复位）、CLK（时钟）、GND（接地）、VPP（电源）、I/O（接口数据），当这些信号与CPU不兼容时，会通过PM进行电平转换，调整幅度为50mV左右，而接口电平也在1.8V~3.0V之间，另外各个信号由静电与浪冲保护电路，由单独的保护器件完成。识别原理：上电－>复位－>时钟－>握手－>OK外围电路模块－卡座部分-存储卡根据存储方式分为：与非&或非两种形式的存储卡.主要信号为：MMC_CMD（命令）、MMC_DATA（数据）、MMC_CLK（时钟）、MMC_DETECT（检测）等根据CPU不同的识别方案，Detect信号可默认为高电平或低电平，接入存储卡后，电平相反来检测有卡接入。识别原理：上电－>检测－>命令/应答－>时钟－>数据Page17外围电路模块－摄像部分摄像头手机分为单摄像头&双摄像头手机，双摄像头手机其中一个Camera在工作时，另外一个进入休眠状态;Q群234526070主要信号有：CAMIF_DATA（数据线）、CAMIF_RESET（复位）、I2C（I2C总线）、WLAN（I/O供电）、VREG_RFRX2（核供电）、CAMIF_SHDN（模式控制）、CAMIF_MCLK（时钟）识别原理：I/O供电－>核供电－>时钟－>I2C总线－>模式控制－>数据线Page18外围电路模块－数据接口部分-USB外围电路包括：包括USB48M晶振、保护电路和接口连接器等单元电路，主要信号包括USB_VBUS（USB供电）、USB_D_P（USB数据正相）、USB_D_M（USB数据负相），另外USB通信相关信号也需要ESD保护，由专门的防护器件完成.工作原理：USB_VBUS(USB供电)－>USB_D（数据）外围电路模块－数据接口部分-蓝牙主要