手機(jī)硬件基帶培訓(xùn)資料.ppt

1,手機(jī)硬件基帶知識介紹,2,一、概述,1、平臺介紹 2、方案介紹 3、硬件總體框圖,3,1、平臺介紹,公司開發(fā)平臺非常完備，分別是PHS、GSM、CDMA、WCDMA。 自研PDA產(chǎn)品p500已經(jīng)上市。 TD-SCDMA也在預(yù)研中。 固定臺產(chǎn)品線也已經(jīng)成立。,4,2、方案介紹,GSM部分主要由TI方案和ADI方案，其中ADI方案比較成熟。 CDMA部分主要為QUALCOMM方案。 PHS部分主要為OKI（日本沖電氣公司）方案和KYOCERA方案。 WCDMA部分主要是QUALCOMM方案，ADI方案還在預(yù)研中。 PDA目前主要是INTEL方案。,5,3、硬件總體框圖,ADI430平臺,6,3、硬件總體框圖,QALCOMM MSM6250平臺,7,二、基帶硬件組成,1、基帶套片構(gòu)成 2、基帶套片瀏覽 3、套片功能介紹 4、基帶結(jié)構(gòu)框圖 5、射頻接口 6、關(guān)鍵技術(shù)簡介 7、功能單元,8,1、基帶套片構(gòu)成,基帶套片主要由數(shù)字處理、模擬轉(zhuǎn)換、電源管理三部分組成。 多芯片：數(shù)字基帶芯片、模擬基帶芯片、電源芯片 雙芯片 數(shù)?；旌闲酒?、電源芯片。 數(shù)字基帶芯片、模電混合芯片。 單芯片,9,2、基帶套片瀏覽,ADI方案,10,2、基帶套片瀏覽,QUALLCOM方案,11,3、套片功能簡介,1）模擬基帶芯片 主要完成IQ信號、語音信號及其它部分信號的調(diào)制解調(diào)、AD/DA轉(zhuǎn)換及濾波處理等。,IQ信號部分,其它輔助信號部分,語音信號部分,12,3、套片功能簡介,2）數(shù)字基帶芯片 一般集ARM和單個(gè)或多個(gè)DSP于一體，并包含MMI、背光、大量GPIO、USC、JTAG及與模擬基帶芯片和射頻部分的接口等。主要完成數(shù)據(jù)處理、功能控制、多媒體應(yīng)用等,13,3、套片功能簡介,3）電源芯片 供電：為手機(jī)提供各路電源。內(nèi)部有很多LDO及開關(guān)電源，將變化的電池電壓轉(zhuǎn)化為恒定的輸出電壓。 充電：提供充電功能，支持鋰電池、鎳氫電池。具有涓流充電、恒流/恒壓及脈沖充電方式，留有外部接口可進(jìn)行充電電流值的調(diào)整。,14,4、基帶結(jié)構(gòu)框圖,GSM部分為例,數(shù)字基帶,語音 AD/ DA,射頻 AD/ DA GMSK 調(diào)制器,協(xié)議棧&MMI,部分Layer 1協(xié)議,SIM卡,數(shù)據(jù) 接口,鍵盤,RAM,FLASH,LCD顯示,蜂鳴器 背光,電源管理,MMC卡,攝像頭,15,4、基帶結(jié)構(gòu)框圖,CDMA 5105平臺,16,5、 RFBB接口,電源 時(shí)鐘 IQ信號 AFC、AGC 其他控制信號,17,6、關(guān)鍵技術(shù)簡介,語音編解碼,目的：在提供可接受話音質(zhì)量的同時(shí)，盡可能降低數(shù)據(jù)率 技術(shù) 波形編碼：優(yōu)良的話音質(zhì)量 24k-32kbps 聲源編碼：高效壓縮性 400bps 混合編碼：8k-16kbps 編碼方式：GSMRPE-LTP：規(guī)則脈沖激勵(lì)長期預(yù)測編碼 CDMAQCELP/EVRC：激勵(lì)線性預(yù)測高通編碼 PHSADPCM：自適應(yīng)差分脈碼調(diào)制 算法實(shí)現(xiàn)：DSP、聲碼器（Vocoder）,18,6、關(guān)鍵技術(shù)簡介,信道編解碼,目的 改善傳輸過程中由噪聲和干擾造成的誤差，提高系統(tǒng)可靠性 技術(shù) 分組碼/卷積碼；線性碼/非線性碼； 二進(jìn)制碼/多進(jìn)制碼 Viterbi譯碼 交織/解交織：比特交織技術(shù)分散成群誤差趨于隨機(jī)分布， 改善了碼組誤碼率的性能，降低了對編碼的總設(shè)計(jì)要求,19,6、關(guān)鍵技術(shù)簡介,基帶調(diào)制,目的 使信號特性與信道特性相匹配 技術(shù)要求 滿足頻譜特性 抗干擾 抗衰落 （包絡(luò)恒定） 方式 GMSK（GSM）、PSK（CDMA）、QPSK（PHS）,20,6、關(guān)鍵技術(shù)簡介,自適應(yīng)均衡,目的 解決由多徑衰落引起的時(shí)延擴(kuò)展造成的高速傳輸時(shí)碼元間的干擾性 技術(shù) Viterbi算法 （用于接收數(shù)據(jù)） 其它抗衰落技術(shù) 分集/合并 跳頻,21,7、功能單元,LCD模塊,分類 黑白、灰度、彩色 主動、被動 反射式、半透式、透射式 主要指標(biāo) 視角 反應(yīng)速度 功耗,22,7、功能單元,LCD模塊,構(gòu)成 玻璃、IC、FPC、背光、導(dǎo)光板、支架 工作機(jī)制 液態(tài)分子晶體在電壓作用下發(fā)生排列變化 液晶層能夠使光線發(fā)生扭轉(zhuǎn) 濾色片產(chǎn)生各種色彩,23,7、功能單元,LCD模塊,Color STN（ Color Super Twisted Nematic ） 價(jià)格較低、色彩豐富、工藝成熟 TFT（ Thin Film Transistor LCD ） 響應(yīng)速度快、色彩鮮艷、高清晰度、技術(shù)含量高 OLED（Organic Light Emitting Diode） 自發(fā)光、寬視角、高亮度、色彩多樣、快速響應(yīng)、低功耗,24,7、功能單元,充電器,充電器分類 座充 旅充（線性、開關(guān)） 技術(shù)要求 對過沖、過載、過壓、短路必需做保護(hù)動作 紋波：充電器穩(wěn)定輸出后在帶寬20M內(nèi)紋波應(yīng)不大于150mV 溫升：充電器外殼溫度應(yīng)不大于65 安規(guī)認(rèn)證,25,7、功能單元,MIDI,類型 硬件、軟件 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、功能單元,攝像頭,CCD Charge Coupled Device CMOS Image Sensor CMOS工藝,27,7、功能單元,圖像協(xié)處理器,JPEG Codec CIS、LCD控制 2D、3D圖象引擎 MPEG4 Codec,28,7、功能單元,系統(tǒng)連接器,功能 下載軟件 充電 進(jìn)行出廠測試 數(shù)據(jù)功能 接附件（如免提耳機(jī)、充電器等） 接口統(tǒng)一性 如GSM手機(jī)的P101、P100平臺、P500平臺、P600平臺充電、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接口一致,29,7、功能單元,用戶識別卡,功能 用戶的身份識別及通信加密，可存儲電話號碼、短信息等用戶個(gè)人信息。 分類 制式：GSMSIM卡、CDMAUIM卡 工作電壓：5V、3V、1.8V PHS手機(jī)采用燒號方式，因此沒有配備用戶識別卡，不過后續(xù)會有 接口信號 時(shí)鐘（SIM_CLK）、數(shù)據(jù)（SIM_IO）、電源（SIM_VDD）、復(fù)位（SIM_RST）,30,7、功能單元,聲響振動,麥克風(fēng)（MIC） 將聲信號轉(zhuǎn)變成電信號的換能器 交流阻抗：2.2k 1kHz 靈敏度：443dB 和423dB 頻率響應(yīng) 耳機(jī) 話筒由麥克風(fēng)和麥克風(fēng)音腔組成 聽筒由speaker和speaker音腔組成 震動馬達(dá) 柱形（Bar Type） 扁平（Coin Type）,31,7、功能單元,聲響振動,受話器（Receiver） 將電信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)聲信號且緊密耦合于人耳的電聲換能器 交流阻抗：3220% 1kHz 靈敏度 頻率響應(yīng)：100Hz4kHz 揚(yáng)聲器（Speaker） 與受話器的主要區(qū)別在于功率、頻響范圍、交流阻抗不同 交流阻抗 靈敏度 頻率響應(yīng)：10kHz以上,32,7、功能單元,FLASH,分類：NOR和NAND兩大系列 作用：程序/數(shù)據(jù)存儲 特性 閃存（Flash） RAM（SRAM、PSRAM、SDRAM） 參數(shù) 容量（NOR：16+2、32+4、64+8、NAND：256+256、512+512等）,閃存的特點(diǎn)：容量大、存取速度快、編程方便、多塊結(jié)構(gòu),33,7、功能單元,FLASH,利用閃存的多塊（BANK）結(jié)構(gòu)或者軟件E2PROM仿真技術(shù)， 可以用Flash替代E2PROM。,34,7、功能單元,FLASH,兩種方式：編程器（批量生產(chǎn)）、在線下載 在線下載的兩種情況 第一次下載 已下載過程序 自引導(dǎo)（BOOT）程序 編程次數(shù)：一般為十萬次循環(huán),35,7、功能單元,電源時(shí)鐘,電源 電池：主電池、后備電池（實(shí)時(shí)時(shí)鐘） 電源管理芯片（LDO、POWER IC） 時(shí)鐘 快時(shí)鐘 GSM13MHz、 PHS19.2MHz CDMA19.2/19.68/19.8MHz、WCDMA19.2MHz 慢時(shí)鐘（32.768kHz）：低功耗、實(shí)時(shí)時(shí)鐘,36,7、功能單元,數(shù)據(jù)線,作用：程序下載和數(shù)據(jù)通訊 分類： USB數(shù)據(jù)線 串口數(shù)據(jù)線 速度： USB型支持12Mbps 串口支持460800bps,37,三、原理簡介,1、鍵盤掃描,2、充電管理,4、音頻子系統(tǒng),3、存儲系統(tǒng),38,1、鍵盤掃描,開關(guān)機(jī) 以ADI430平臺為例，采用5X5矩陣式鍵盤掃描電路，使用中斷方式進(jìn)行按鍵掃描。另有一個(gè)開機(jī)鍵，連接于ROW0與地之間，并與電源芯片ADP3408連接。當(dāng)此鍵按下時(shí)， ROW0 會變成低電平，導(dǎo)致ADP3408打開各路LDO，手機(jī)程序開機(jī)運(yùn)行。首先程序檢測ROW0輸入端保持低電平的時(shí)間是否足夠長，如果足夠長則正常運(yùn)行，否則會關(guān)機(jī)。關(guān)機(jī)時(shí)同樣檢測ROW0端電平，進(jìn)行類似處理。這樣實(shí)現(xiàn)了按鍵開關(guān)機(jī)功能。 其它平臺的處理方法沒有太大的差異。,39,1、鍵盤掃描,內(nèi)部邏輯框圖,40,2、充電管理,基本過程 對于鋰電池，充電方式主要有涓流充電、恒流充電、恒壓充電和脈沖充電四種方式。對于過放電電池，應(yīng)采用涓流充電以提高電池壽命，充電電流較小，當(dāng)電池電壓回升到3.2V左右，再增加充電電流進(jìn)入恒流充電方式。當(dāng)電池電壓上升到4.2V時(shí)，電量接近充滿，為進(jìn)一步增加電量，此時(shí)進(jìn)入恒壓充電方式，即逐漸減小充電電流，電池電壓緩慢上升，當(dāng)電壓上升到4.35V左右或者充電電流小于30mA左右，可以認(rèn)為電池充滿，結(jié)束充電過程。 充電管理方式目前已由硬件充電轉(zhuǎn)化為軟件充電方式。P100平臺手機(jī)就采用軟充電方式。TI、3G平臺也基本上是軟充電方式。,41,2、充電管理,典型曲線,42,3、存儲系統(tǒng),手機(jī)系統(tǒng)一般均使用flash做為程序存貯器，使用SRAM（靜態(tài)RAM）做為隨機(jī)數(shù)據(jù)存貯器。為減小芯片面積，通常手機(jī)中使用的是將flash和SRAM集成一體的二合一芯片，俗稱“combo”。隨著生產(chǎn)工藝的發(fā)展，現(xiàn)在SRAM大有被PSRAM(偽靜態(tài)RAM)替代的趨勢。后者采用SRAM外部接口，內(nèi)部使用DRAM的結(jié)構(gòu)，具有很低的成本。 flash和SRAM的容量計(jì)算單位通常是Mbit，我們使用的有16+2、32+4、32+8、64+8、64+16及128+32等幾種規(guī)格。 對于flash的訪問是采用指令方式的，我們支持JEDEC和intel兩種最常用的flash系統(tǒng)。通常訪問指令被集成在軟件的文件系統(tǒng)中，使用函數(shù)接口與用戶程序連接。一般只需要更改mID和dID即可訪問不同廠家的flash。,以NOR FLASH為例,43,3、存儲系統(tǒng),為了提高flash的性能，通常flash不僅在內(nèi)部進(jìn)行分塊(block)，而且還分bank。通過分bank可完成所謂的“dual bank”功能，即可以同時(shí)對兩個(gè)bank進(jìn)行操作，如刪除一個(gè)bank同時(shí)寫入另一個(gè)bank，這種操作極大提高手機(jī)處理速度。我們的手機(jī)通常都支持“dual bank”功能，因此在選型flash的時(shí)候一定要注意“dual bank”功能的使用，尤其是兩個(gè)bank的大小是否滿足要求。 以下是一個(gè)32Mflash的不同bank劃分情況；,以NOR FLASH為例,44,4、音頻子系統(tǒng),示意框圖,45,4、音頻子系統(tǒng),數(shù)字音頻接口（Digital Audio Interface - DAI）提供了在發(fā)送和接收通道上輸出13比特PCM碼流的能力。GSM04.14中規(guī)定DAI有3種測試模式： 語音解碼器測試（下行）,DAI接口,46,4、音頻子系統(tǒng),語音編碼器測試（上行）,47,4、音頻子系統(tǒng),聲學(xué)設(shè)備測試和A/D & D/A,48,3、音頻測試,音頻測試項(xiàng)目 GSM手機(jī)的音頻測試共有15項(xiàng)內(nèi)容，它們分別是： 發(fā)送靈敏度/頻率響應(yīng)（Sending Sensitivity/Frequency Respones）*； 發(fā)送響度當(dāng)量（Sending Loudness Rating）*； 接收靈敏度/頻率響應(yīng)（Receiving Sensitivity/Frequency Respones）*； 接收響度當(dāng)量（Receiving Loudness Rating）*； 側(cè)音（Side Tone Masking Rating）*； 受話方側(cè)音當(dāng)量（Listener Side Tone Rating）； 回?fù)p（Echo Loss）； 穩(wěn)定度偏移（Stability Margin）*； 發(fā)送失真（Sending Distortion）*； 接收失真（Receiving Distortion）； 側(cè)音失真（Side Tone Distortion）； 帶外信號發(fā)送（Out-of-Band Signals - Sending）； 帶外信號接收（Out-of-Band Signals - Receiving）； 空閑信道噪聲發(fā)送（Idle Channel Noise - Sending）； 空閑信道噪聲接收（Idle Channel Noise - Receiving）。 6421 vrefcaps C 在以上的測試項(xiàng)目中，帶*號的是GSM規(guī)范要求的強(qiáng)制測試項(xiàng)目，共7項(xiàng),也是目前FTA測試中音頻測試項(xiàng)。,49,四：詳細(xì)電路介紹,1、開關(guān)機(jī)電路介紹 TI平臺手機(jī)開機(jī)過程介紹 開機(jī)鍵按下，END_ON/OFF信號有效。 ABB產(chǎn)生NRESPWONZ信號給DBB和ABB DBB輸出32K時(shí)鐘CLK32K_OUT給ABB ABB的VRPC內(nèi)部狀態(tài)機(jī)開始工作，輸出各組LDO：VRDBB,VRABB,VRMEM,VRIO ABB 內(nèi)部復(fù)位完成，輸出ON_nOFF高電平給DBB DBB 輸出TCXOEN信號給26M溫補(bǔ)晶振 26M晶振開始工作，經(jīng)過射頻主芯片整形濾波后輸出給DBB DBB對輸入的26M時(shí)鐘信號分頻，獲得系統(tǒng)時(shí)鐘CLK13M_OUT DBB開始執(zhí)行初始化程序，采用SPI接口配置ABB；采用TSP接口配置射頻主芯片 DBB進(jìn)入big sleep模式，直到輸出穩(wěn)定的AFC信號 26M溫補(bǔ)晶振根據(jù)AFC信號進(jìn)行頻率校準(zhǔn) DBB退出big sleep模式，開始進(jìn)入active 模式。,50,TI平臺原理框圖,P102原理框圖,51,ADI平臺P500開機(jī)過程介紹,只要一加電池,PCF50606內(nèi)部Vref26V開啟,32K起振,除了LPLDO,其他不輸出電壓 用3種開機(jī)觸發(fā)條件中的的任意一種作為觸發(fā)PCF50606開機(jī), PCF50606輸出VCC_IO電壓3.3V電壓提供給PXA271,13M起振. PCF50606輸出Reset信號使PXA271復(fù)位 PXA271輸出SYS_EN信號給PCF50606的Pin4, PCF50606輸出VCC_MEMORY等外圍器件電壓組 PXA271輸出PWR_EN信號給PCF50606 的Pin3, PCF5060,輸出VCC_CORE VCCSRAM VCCPLL供PXA271內(nèi)部供電等系統(tǒng)電壓組 PCF50606輸出VDD-FAULR信號 PXA271輸出nResetOut信號提供給各種外設(shè)芯片,如LCD等 應(yīng)用開機(jī)方法：插入充電器Vcharge；插入U(xiǎn)SB線使V_USBBUS為高；按手機(jī)的開機(jī)按鍵觸發(fā)PCF50606開機(jī),52,P500原理框圖,P500原理框圖,53,2、顯示電路介紹,數(shù)字基帶芯片通過圖像處理芯片或者直接控制LCD的顯示，信號通過主板上的板板連接器送到LCD轉(zhuǎn)接FPC板，再由FPC板通過板板連接器與LCD模塊相連。為減少LCD接口信號與射頻之間的干擾，在數(shù)據(jù)接口中串接了EMI濾波器，如下圖所示。,54,3、鈴音電路介紹,數(shù)字基帶芯片通過MIDI芯片控制SPEAKER發(fā)音，經(jīng)過midi芯片處理后的音頻信號通過主板上的板板連接器送到LCD轉(zhuǎn)接FPC板，再由FPC板通過板板連接器與LCD模塊相連。如下圖所示。YMU759B是YAMAHA公司的16合弦midi芯片，它與AD6525有8位數(shù)據(jù)接口，接收數(shù)字音樂信號，直接驅(qū)動8SPEAKER。,55,4、語音電路介紹,ADI平臺話音回路介紹： 上行鏈路：麥克風(fēng)提取話音信號送到AD6537B，經(jīng)過PGA放大后以8kHz速率進(jìn)行ADC采樣，經(jīng)過數(shù)字濾波后通過串口送到AD6525，在AD6525內(nèi)經(jīng)過話音編碼，信道編碼后通過串口送給AD6537B，AD6537B經(jīng)過GMSK調(diào)制，DAC轉(zhuǎn)換，數(shù)字濾波送給射頻，經(jīng)過變頻，放大送到天線。 下行鏈路：天線接收的信號經(jīng)過濾波，LNA放大，變頻，濾波，放大送入AD6537B，在AD6537B經(jīng)過ADC采樣，數(shù)字濾波送到AD6525，在AD6525進(jìn)行均衡，信道解碼，話音解碼送到AD6537B，在AD6537B經(jīng)過數(shù)字濾波，DAC轉(zhuǎn)換，濾波，PGA放大，驅(qū)動后送到受話器。 AD6537B提供了完整的音頻接口，外圍的元器件基本不用。音頻部分較AD6521增加了許多通道，共有四路輸出通道和兩路輸入通道。四路輸出通道間通過控制串口可靈活切換。 第一路輸入口用來做主MIC，第二路輸入用來做耳機(jī)MIC輸入通道；第一路輸出送給受話器，第三路輸出送給耳機(jī)。,56,語音處理芯片AD6537外圍電路,57,語音輸入輸出電路詳細(xì)介紹,AD6537B音頻模塊由數(shù)字濾波器、Sigma-Delta D/A轉(zhuǎn)換器、模擬平滑濾波器、PGA、多路開關(guān)和驅(qū)動構(gòu)成，PGA的調(diào)整范圍為從-36dB到9dB。AD6537B音頻輸出接口如下圖所示，分別能驅(qū)動32或8負(fù)載。 音頻輸入接口所示為音頻輸入接口，主、輔通道通過多路開關(guān)選擇，后接預(yù)放大器、PGA、ADC采樣和數(shù)字濾波器。,音頻輸出接口,音頻輸入接口,58,5、充電電路介紹,由于AD6537B可承受的電壓為5.5V，因此不能將充電器輸出電壓直接加于AD6537B，需要用一個(gè)穩(wěn)壓管降壓至5V后送給AD6537B的VCHG管腳進(jìn)行充電檢測，當(dāng)該電壓高于電池電壓100mV時(shí)，AD6537B認(rèn)為檢測到了充電器，并通過控制串口發(fā)送消息告訴主芯片。 AD6537B充電管理見圖圖 215圖 15 電源管理與充電電路，當(dāng)電池電壓小于3.2V時(shí)對電池進(jìn)行涓流充電，一旦超過3.2V則對電池進(jìn)行正常恒流充電，當(dāng)電池電壓達(dá)到4.2V時(shí)對電池進(jìn)行恒壓充電，當(dāng)R212上的壓降小于20mV時(shí)，AD6537B通過控制串口通知AD6525充電完成，程序可通過將GATEDRIVE置高來停止充電。充電電流由外接電阻R212來控制。 涓流充電電流：ITRACKLE=20mV/R212=20/0.39=51mA。 正常充電電流：IFULL=165mV/R212=165/0.39=423mA。,59,6、sim卡電路介紹,AD6525內(nèi)含有一個(gè)專用的SIM卡接口，支持1.8V或3V兩種電壓的SIM卡。滿足ISO/IEC7816-3標(biāo)準(zhǔn)和GSM phase2+。在P100A1中提供如下接口：VSIM、SIMCLK、SIMRESET、SIMDATAIO。 在AD6525中SIM接口是與DMA子系統(tǒng)相連的，分配一個(gè)專門的DMA信道來完成與SIM卡的接口?；镜牟僮魇前l(fā)送一串字符然后接收一串已知長度的字符串。首先將DMA置為發(fā)送方式，DMA將存貯區(qū)中要發(fā)送的字符送到SIM卡接口中的發(fā)送緩沖區(qū)中，SIM卡接口負(fù)責(zé)將字符發(fā)送出去，出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，SIM卡接口實(shí)現(xiàn)自動重發(fā)。SIM卡接口緩沖區(qū)空時(shí)會向DMA申請中斷，DMA響應(yīng)中斷直到將存儲區(qū)中要發(fā)送的字符發(fā)送完畢，DMA申請中斷，軟件響應(yīng)中斷重新配置DMA和SIM卡接口接收字符。DMA負(fù)責(zé)將希望的字節(jié)數(shù)接收到存儲區(qū)中。,60,7、拍照電路介紹,現(xiàn)在手機(jī)普遍使用30萬或100萬象素的數(shù)碼攝影功能，P100D1手機(jī)光學(xué)部分使用OMNIVISION的OV7660 CMOS SENSOR和定焦鏡頭組件，圖像處理芯片使用EPSON的S1D13916。P102手機(jī)拍照及圖像處理功能由圖像芯片clc344e實(shí)現(xiàn)，模塊提供圖象傳感器接口、LCD接口、和CPU接口。提供圖象的壓縮，解壓縮及其他效果處理功能，可以靈活選擇。,p102圖象處理芯片（D600）處理攝像頭模塊采集到的圖像數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行處理以實(shí)現(xiàn)照相模塊的所有功能。如圖1所示圖像處理模塊的電源供給是由一個(gè)LDO（D604）提供。如圖2攝像頭模塊的電源供給有兩路：一路是DVDD_CIS（2.8V），由