手机基带设计小结2017
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基带(Baseband)是手机中的一块电路,负责完成移动网络中无线信号的解调、解扰、解扩和解码工作,并将最终解码完成的数字信号传递给上层处理系统进行处理。
在我们的手机中通常由两大部分电路组成,一部分是高层处理部分,相当于我们使用的电脑;另一部分就是基带,这部分相当于我们使用的Modem,手机支持什么样的网络制式(GSM、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA等)都是由它来决定的,就像ADSL Modem和普通窄带Modem的区别一样。
我们用手机打电话、上网、发短信等等,都是通过上层处理系统下发指令(通常是标准AT 指令)给基带部分,并由基带部分处理执行,基带部分完成处理后就会在手机和无线网络间建立起一条逻辑通道,我们的话音、短信或上网数据包都是通过这个逻辑通道传送出去的。
而随着软件无线电技术的发展,现在手机中的基带部分基本上都可以利用软件来实现无线信号的解码工作,同时采用软件无线电技术可以方便的实现基带部分的升级,以满足不同的需要或是修正基带部分的BUG。
手机基带基带:Baseband信源(信息源,也称发终端)发出的没有经过调制(进行频谱搬移和变换)的原始电信号所固有的频带(频率带宽),称为基本频带,简称基带。
基带和频带相对应,频带:对基带信号调制后所占用的频率带宽(一个信号所占有的从最低的频率到最高的频率之差)基带信号(Baseband Signal)信源(信息源,也称发终端)发出的没有经过调制(进行频谱搬移和变换)的原始电信号,其特点是频率较低,信号频谱从零频附近开始,具有低通形式。
根据原始电信号的特征,基带信号可分为数字基带信号和模拟基带信号(相应地,信源也分为数字信源和模拟信源。
)其由信源决定。
说的通俗一点,基带信号就是发出的直接表达了要传输的信息的信号,比如我们说话的声波就是基带信号。
(如果一个信号包含了频率达到无穷大的交流成份和可能的直流成份,则这个信号就是基带信号。
)由于在近距离范围内基带信号的衰减不大,从而信号内容不会发生变化。
基带成型与抽样判决实验报告基带成型与抽样判决是通信系统中的关键技术,它们对于传输信号的精确恢复具有重要作用。
本实验旨在通过基带成型与抽样判决技术对模拟信号进行采样与恢复,验证其在通信系统中的应用价值。
本报告将详细介绍实验的原理、实验步骤与结果,并进行分析与讨论。
一、实验原理1.基带成型基带成型技术是通过滤波器对信号进行预处理,将其转换为对通信系统更友好的形式。
在本实验中,我们采用频率为2kHz的低通滤波器对信号进行滤波,将高频成分滤除,使信号变得平滑并减小噪声。
2.抽样判决抽样判决技术是在接收端对接收到的信号进行采样与判决,恢复出原始信号。
在本实验中,我们采样频率为10kHz,即每秒进行1万次采样。
对于每个采样点,我们判断其是否大于一个阈值,如果大于,则判定为1,否则判定为0,并将其恢复成二进制信号。
二、实验步骤1.准备实验设备与材料,包括示波器、信号发生器、滤波器等。
2.将示波器的输入接口与信号发生器输出接口相连,设置信号发生器的频率为2kHz,幅值为5V,并输出一个模拟信号。
3.将示波器的输出接口与低通滤波器的输入接口相连,将低通滤波器的输出接口与示波器的输入接口相连。
4.打开示波器与低通滤波器,并调节相应参数,使得示波器的显示波形光滑并尽可能接近原始信号。
5.将示波器的输出接口与采样器的输入接口相连,将采样器的输出接口与示波器的输入接口相连。
6.打开采样器与示波器,并调节采样器的参数,使得示波器的显示波形与采样前尽可能一致,并记录采样结果。
7.将示波器的输出接口与判决器的输入接口相连,将判决器的输出接口与示波器的输入接口相连。
8.打开判决器与示波器,并调节判决器的参数,使得示波器的显示波形能够恢复信号的二进制表示,并记录判决结果。
9.关闭各个设备,整理实验结果与数据,进行分析与讨论。
三、实验结果与分析在本实验中,我们成功完成了基带成型与抽样判决的实验,下面将对实验结果进行分析与讨论。
首先,通过低通滤波器的滤波,我们将信号的高频成分滤除,使得信号变得平滑,并减小了噪声的干扰。
基带:我才是大佬在厂商们的广告攻势下,我们在选购智能手机时更多是关注“采用什么样的ARM处理器,什么样的GPU,屏幕又有多大……其实大家都忽略了智能手机中首要的功能:打电话(不然它只能叫迷你平板电脑)!而最基本也是最重要的电话功能就是由基带这个“大佬”负责的。
我们的智能手机中通常由两大部分电路组成,一部分是高层处理部分,相当于我们使用的电脑;另一部分就是基带,这部分相当于我们使用的Modem,手机支持什么样的网络制式(GSM、CDMA、WCDMA等)都是由它来决定的,就像ADSLModem和光纤Modem 的区别一样。
我们用手机打电话、上网、发短信等等,都是通过上层处理系统下发指令给基带部分,并由基带部分处理执行,基带部分完成处理后就会在手机和无线网络间建立起一条逻辑通道,我们的话音、短信或上网数据包都是通过这个逻辑通道传送出去的。
简单的比喻来说,基带芯片就相当于一个语言翻译器,他会把我们要发送的信息(比如:语音,视频),根据制定好的规则(比如:WCDMA,CDMA2000),把用户要传送的信息转换一下格式,然后发送出去。
我们现在知道联通、电信和移动的3G网络都不一样,其实落脚到手机上就是基带芯片支持的规范不同。
比如电信版iPhone4与联通版iPhone4,最大不同就是基带芯片。
早期手机的功能较为单一,主要提供语音通话及文字短讯的传送,当时的基带零组件也较为简单,主要含括模拟基带、数字基带、内存、功率管理四大部分,最初主要采用通用架构完成计算和处理工作,DSP成为最重要的选择。
后来随着多媒体等更多应用的兴起,单独的DSP开始应付不过来了。
应用处理器和协处理器在手机中的应用是手机发展过程中是一个关键的时间点,正因为它们的引入,才真正扩展了手机的功能。
纷争的基带芯片市场基带是手机中最核心的部分,也是专利技术含量最高的部分,全球只有极少数厂家拥有此项技术,包括德州仪器、爱立信、高通、联发科、NXP、飞思卡尔、英飞凌(已经被英特尔收购)、展讯等。
苹果手机拆机与原理图对比分析(系统基带篇)本文承接上文,希望从系统的角度来加以说明,一方面可以迅速了解智能手机的大致结构与构成,另一方面通过框图分析能基本知道手机基带这个我们常说,但却理解并不深入的重要模块。
再者,大家唱衰苹果好多年了,苹果是否真的不行了,我拿出了近些年的销量,数据说话。
大神告诉我们,学习新东西,最为重要的是要避免盲人摸象,只知局部不识整体。
因此,拿出手机整机系统框体,了解大致结构后,可以根据每个模块来深入研究:在看另一半的元件分布图纸,与上文中的图纸构成整体,因本文有模块论述,因此分开了。
其次,可以看看点位图,通过对应点位图,基本大一点的模块都可以看清楚,更为重要的是通过点位图来学习其布局。
PCB layout设计,布局更加需要学习。
然后,给出了苹果手机的历年销量图,截止到2016年Q2季度,没有到最新的,这份表单更为全面。
基本趋势可以看出,整体速度是上升的,但是增速确实在下降,但体量依旧很大。
这条曲线,让我想到了中国的GDP情况,好像也是类似的曲线。
改革开放前30年基本都是10%的增速,但现在基本6.8%左右,也有很多人唱衰,却没有考虑到中国第二大经济体的体量已经极为庞大,保持当前增速已经极为不容易了。
2.1 手机各个模块拆机手机各个功能模块的厂家介绍。
红色:海力士的16GB闪存芯片橙色:日本村田的339S0228 Wi-Fi芯片黄色:338S1251-AZ电源管理芯片绿色:博通的BCM5976触控芯片蓝色:M8协处理器(其实是NXP的LPC18B1UK)粉色:同样来自NXP的NFC芯片,具体型号是65V10 NSD425 黑色:高通的WTR1625L射频芯片,全网通的另一大组成部分海力士的闪存:SK Hynix H2JTDG8UD3MBR 128 Gb (16 GB) NAND flash高通的电源管理器:Qualcomm PM8018 RF power management ICTriquint TQM6M6224Apple 338S1216Broadcom BCM5976德州仪器 Texas Instruments 37C64G1Skyworks 77810Skyworks 77355Avago A790720Avago A7900Apple 338S120L2.2 射频前端模块的细节图iPhone 5S北美版射频前端模块:•RF MicroDevices RF3763功率放大双工器(PAD) B5/8 •RF MicroDevices 1112天线调谐方案•RF MicroDevices 1113天线调谐方案•Skyworks SKY77572 Band 18/19/20功率放大器•Skyworks SKY77810 2G/EDGE功率放大器•Skyworks SKY77496 Band 13/17功率放大器•Skyworks SKY73614 (不详)•Avago A792503 Band 25/3功率放大器•TriQuint TQF6414 Band 1/4双功率放大器•村田(Murata) 177切换/过滤模块•村田E50切换/过滤模块•村田AMG切换/过滤模块••2.3 基带部分浅析基带部分比较难,并不太懂,因此通过以前收集整理的资料简要说明,如有错误,欢迎指正。
默认扫频范围700MHz--2.5GHz
在没有标注Mark点的情况下可否作一些初步判断?曲线上哪个点表示频率起始点?
因为所有元器件都逃不开一个定理,随着频率的升高,波长变小,固定的路径“变长”,反射系数的相(这个规律可以否定一种美好的设想“如果设计出一个源,阻抗随频率的变化跟天线的完全共轭”)
把阻抗曲线的扫频范围扩展到0Hz会是什么情况?会越来越靠近边缘,越来越向着短路点移动。
也就是直流时是短路的。
此天线有短路脚。
把阻抗曲线的扫频范围扩展到0Hz会是什么情况?
会越来越靠近边缘,越来越向着开路点移动。
也就是直流时是开路的。
此天线没有短路脚。
变长”,反射系数的相位会顺时针转。
天线的完全共轭”)
相比之下,这个阻抗曲线比左边一个转了一定角度
从这可以看出天线之后经过了一段传输线,
或者馈电脚到馈地脚间有一段较长的走线,这段走线等效成一段传输线。
数字基带传输实验总结报告小组成员:所在班级:通信一班指导老师:***目录一、实验目的 (3)二、实验原理 (3)三、实验内容 (4)(一)因果数字升余弦滚降滤波器设计 (4)1. 窗函数法设计非匹配形式的发送滤波器 (4)2. 频率抽样法设计匹配形式的发送滤波器 (6)(二)设计无码间干扰的二进制数字基带传输系统 (8)1、子函数模块 (8)2、无码间干扰的数字二进制基带传输系统的模拟 (11)四、实验总结: (145)一、实验目的1、提高独立学习的能力;2、培养发现问题、解决问题和分析问题的能力;3、学习Matlab 的使用;4、掌握基带数字传输系统的仿真方法;5、熟悉基带传输系统的基本结构;6、掌握带限信道的仿真以及性能分析;7、通过观测眼图和星座图判断信号的传输质量。
二、实验原理图1 基带系统传输模型1、信源信源就是消息的源,本实验中指数字基带信号,信源序列al采用一个0、1等概率分布的二进制伪随机序列。
信源序列al经在一比特周期中抽样A点,即是序列al每两点之前插A-1个零点,进行抽样,形成发送信号SigWave,即是发送滤波器模块的输入信号。
2、发送滤波器匹配形式下的发送滤波器SF,通过窗函数法对模拟升余弦滚降滤波器的时域单位冲激响应hd进行时间抽样、截断、加窗、向右移位而得;非匹配形式下的发生滤波器SF,通过频率抽样法对模拟升余弦滚降滤波器的频率响应Hd进行频率抽样、离散时间傅里叶反变换、向右移位而得。
发送滤波器输出SFO是由发送滤波器SF和发送信号SigWave卷积而得。
3、传输信道本实验中传输信道采用理想信道,即传输信道频率响应函数为1;传输信道输出信号Co 是由发送滤波器输出信号SFO和加性高斯白噪声GN叠加而成:Co=SFO+GN。
4、噪声信道噪声当做加性高斯白噪声,给定标准差调用函数randn生成高斯分布随机数GN。
5、接收滤波器匹配形式下,接收滤波器与发送滤波器单位冲激响应幅度相同,角度相反,均为平方根升余弦滚降滤波器。
手机结构设计经验总结对于手机的结构设计,我们通常是分为以下几个阶段:先期的ID外观设计,就是我们拿过来一个方案公司的显示模组和PCB主板的3D图之后通过其规格书,由做美术设计或工业设计师做出手机的外观,一般为图片格式。
然后把其转化为2D的AUTOCAD图做为我们做结构3D的依据。
一般给出我们主、左、右、后视图。
此阶段经常要做出外观设计变更。
随后,如果外观设计得到认可后,我们结构工程师开始建3D。
对于做3D的软件在这大部分应用就是proe、一部分应用UG。
我们在设计时与传统建模有很大不同。
原因:1〃手机的内部结构件一般达到20-30件。
而且环环相连。
一般给塑胶件最大公差为+-0.05配合间隙也给出0.1-0.25mm的间隙。
为此就可以应用以前先建的个别零件然后再组装的模式。
2〃在没有做模具时经常要修改,例如外观与结构。
这样我们就应用在世界上已广范应用的一种叫做自顶向下的设计的模式。
其过程为先建一个大的master 文件就是先做一个主要的手机大概外形,然后以此为后继变更主线。
在其内部开始拆件。
其中大量应用了数据共享等命令。
应用Proe最大特点可以与许多格式转换数据可充分共享。
可以把分散的数据结合起来生成最终的想要的结构样品。
其中由于以后要通过这个图纸制造模具,这样在设计master文件时,就要考虑其制品的脱模。
一般我们给出塑件的脱模斜度为2-3度,因为其翻盖面与主机面、翻盖底与主机底各为不同的出模方向这样我们建模时要分清加以注意。
我们现在生成几乎全部是用曲面生成的。
做曲面最大好处就是灵活可以生成复杂的外形,这在手机中最为重要。
但是缺点就是模形树生成的特征太多,文件大,最后在生成实体。
我们现在做手机外壳有专用的材料一般为透明pc或pc+ABS原因有以下几点:1.成形稳定可以达到手机性能要求。
一般它的收缩率为百分之0.5-0.7左右可以更好的控制成型。
2由于现在手机的外壳要经常拿在手中就要防止掉漆还要拿在手中有手感。
BB设计小结
一.基带芯片:
基带芯片可以分为数字和模拟两部分。
1.数字部分的设计要点概括如下:
1)注意所连接信号的电平电压值,这个电压值与芯片上其对应模块的供电电压相同,可以根据SPEC查出工作电压要求。
当两个器件之间连接出现信号电平不匹配的问题时(比如一个芯片为2.8V,另一个为1.8V),可考虑在其间添加电平转换芯片。
2)知道常用的总线通信种类和连接方法,比如IIC、USB、SPI、UART、并口等,这些总线的连接方法和时序关系在所用芯片的SPEC中都会有详细的讲述。
设计时需要特别注意。
3)BB电路数字部分使用最多的就是GPIO,设计前需要特别关注下GPIO的特性,比如是否带有内部上下拉电阻,输入输出口的状态等等。
GPIO口常用作芯片的使能信号,如果使能信号为低电平有效,则一般选用内部带下拉的GPIO。
2.模拟部分的设计要点:
基带中常见的模拟信号有音频、ADC采样等。
与数字电路用高低电平表征信号不同,模拟信号是连续的变化的,其对噪声很敏感,特别是在模拟信号本身较弱的情况下,轻微的噪声都会改变其信号的特征,所以在电子学中有信噪比这一指标,就是针对模拟信号而言的。
在手机设计中要特别注意模拟信号的保护。
二.电源:
手机上电源部分一般有如下几个部分:CHARGER IC、LDO、DC-DC、CHARGE PUMP,其工作原理这里就不讲解了。
设计时需要注意的一些事项:
1.当输入电压和输出电压值相差较大,且工作电流很大时,LDO的效率很低,选用LDO 不是一个很好的选择,这是可以考虑选用降压的DC-DC.
2.DC-DC需要外接电感,电感的充放电容易引入电磁干扰,一般选用带有磁屏蔽的电感。
3.保证电源输出电压“干净”,在电源输出网络上增加滤波电容
4.注意在芯片的电压引脚添加去耦电容,这个值一般为0.1uF、1uF,在一些供电电流比较大的电压接口,还需要添加2.2uF以上的大电容,作为电量的暂时储备。
5.慎用PWM控制方式,LCD背光驱动芯片的控制偏向使用数字脉冲调光方式。
三.各模块设计:
1.LCD接口:
常见的LCD接口有如下几种:
并口:8080并口(有WR,RD);事例D2000
6800并口(有RW,E);这种不太常见
串口:SPI;
I2C;这两种方式的通信速率比较低,一般用于低端LCD上,事例D900。
RGB接口:SPI用于指令传输,RGB用于数据传输,VSYNC,HSYNC,DOTCLK,ENABLE为数据传输的同步信号。
事例NEO。
LCD有两个电源接口,模拟电源VCC和接口/数字电源IOVCC, VCC用于LCD显示电路供电,电压值一般比较固定(否则显示不正常,升压电路工作异常),IOVCC为数字部分供电电压,其值需要根据所选平台的LCD接口电压来定。
LCD设计时需要根据其内部背光LED的连接方式选用合适的背光驱动, LED为串联方式,
需要选用DC-DC方式的背光驱动芯片;LED为并联方式,这种方式又分为共阴和共阳两种,这种方式一般选取带内部电流源的背光驱动,如果产品比较高端些,背光驱动芯片还会带有CHARGE PUMP电路,当电池电压降低时,内部升压电路工作,防止电池电压降低导致LED灯变暗。
LCD的接口有8位,9位,16位和18位,需要通过一定的外部电平置位来选择对应的接口方式。
在LCD显示时有一个数据传输速率的问题:比如我们LCD为26K色,240*320,则每个像素需要的数据量为18BIT,刷满一帧需要的总数据量为18*240*320,如果用18位总线传输,则传输一帧每位总线传输的数据量为18*240*320/18,因为人眼的视觉暂留现象,至少需要每秒刷24帧的图像,这样,每条数据线上的数据量就为18*240*320/18*24,也可以表示为
18*240*320/18*24 BIT/S。
注意LCD接口的ESD防护,如果是高端机,因为射频环境比较复杂,还需要增加EMI滤波。
2.CAMERA接口:
LCD接口设计和调试学习下如下文档
Camera Module
Hardware Application
如果手机具有CAMERA,则需要把LCD和CAMERA连接同一个芯片上。
3.振动器电路:
不同平台的振动器控制电路是不同的,如果没有专门的控制接口,则需要用晶体管或MOS 管来实现开关控制,有一点需要提出注意,就是在振动器两端一定要反接一个续流二极管,导通时间短、正向压降低的肖特基二极管可以满足要求。
B接口:
需要注意USB的通信速率,满足1.1还是2.0的标准,以用来选择所并接的ESD器件,速率越高,所选的ESD的寄生电容的值越小,防止数据信号波形畸变。
在一些高端机上面,比如NEO中AP和BP都需要接出USB接口,这时候就需要一颗USB切换开关,这时同样需要注意开关的适用速率范围。
5.耳机接口:
耳机接口有三部分:插入检测、语音电路和MIC电路。
一般的耳机插入检测是通过检测耳机插入前和插入后的电平变化来判断是否有耳机插入,可以结合具体的原理图分析下。
语音电路和MIC电路比较简单,按平台参考设计的推荐电路就可以。
需要关注语音输出的信号是否具有直流偏置,如果有则需要在输出前端加上隔直电容;另外,不同平台的耳机关断检测也有不同,有电压检测(VIA)也有电流检测(高通),在看SPEC时需要重点关注下。
6.键盘电路:
键盘电路一般为矩阵结构,BB芯片上有对应的行列接口,不同的平台键盘的检测原理不同,需要结合具体的SPEC了解。
键盘接口容易受到静电干扰,需要在键盘按键部位增加ESD 器件,ESD器件并接在每个行、列控制线上。
因为封装的不同,侧键的设计一般和键盘阵列分开。
键盘灯电路,典型的键盘灯电路的结构如下。
通过三极管的导通截止实现LED灯的开关控制,限流电阻的值需要根据所选LED的V-I特性来定,一般设计时计算一个理论值,等到调试时,根据实际的情况做些调整。
这种电路的的缺点是;随着电池电量降低,灯也会变暗。
我个人感觉,可以用一颗LDO作为驱动电路。
7.触摸屏电路:
我们常用的触摸屏一般为四线电阻式的,通过检测触笔端的电压,来实现触点的定位。
如果采样的电压受到干扰,导致电压上下有波动,如果波动范围较大,则会导致取样的不准确,出现位置漂移现象。
所以在摆件和走线时应避开周围强干扰的器件,尤其是高速信号线。
接口的连接,按照对应的X+/-、Y+/-连接就好。
8.音频电路:
这部分可以参考之前写的音频功放的选择分类一文。
9.T-FLASH卡:
T卡的电路需要注意的是上拉电阻的选择,这部分可以参考T卡的协议。
另外,有的T卡需要有热插拔功能,则需要加入一个插入检测电路,其实现的原理同耳机插入检测,都是利用电平的变化。
带热插拔功能的卡槽上会有相应的检测脚,检测电路连接到上面就可以。
四.PCB摆件、走线:
具体参考纳讯PCB设计文档和发板评审文档。
五.调试测试:
调试指导思想:在出现问题时,要首先排除硬件的原因,这点需要明确,因为只有在保证硬件没有问题的条件下,才能去排查软件的问题。
千万不能推诿责任。
1.明白调试的目的,知道调试模块的工作原理;
2.芯片不正常工作,需要测量芯片的上电时序,这一点尤为重要。
上电时序不当,器件不能正常工作,有时还会导致芯片损坏(LP3918烧片)。
测量的时序是否与芯片SPEC中描述的相符,确保时序的正确性。
3.芯片总线通信不正常,需要抓取总线波形,能看懂波形,通过跟软件的同事沟通,找到解决问题的办法。
4.测量系统功耗,具体可以参考功耗测量文档,测得工作和待机状态下模块的电压,电流值,通过与SPEC中相应的参数比较,衡量芯片是否工作正常,不正常提报软件。
5.详细记录每次实验的数据,测试完成后比较整理。