手機架構與原理【高楊20150305】

手機主要架構及工作原理高楊2015年3月5日Page1一、手機組成架構整體介紹二、手機架構－射頻模塊介紹三、手機架構－基帶模塊介紹四、手機架構－外圍電路模塊介紹內容介紹一、手機組成架構整體介紹Page2手機組成從不同方面說其組成成分也不同：結構：手機有外殼、按鍵、LCD模組、主板、電池、電池蓋、攝像頭等組成；功能：手機有射頻部分、基帶部分和外圍部分單元等組成。射頻部分主要是把基帶送過來的低頻小功率的信號轉變成為適合在空間傳送的高頻大功率的信號，以及把從天線接收的高頻微弱信號轉變成為基帶能夠處理的具有一定幅度的低頻信號；基帶部分主要把聲音信號轉變成為電信號，再進行處理，使得信號適合在信道中傳輸，并保證在接收端可以正確接收。（基帶之所以得名基帶是因為信號在此方框中都是低頻信號。）因此它還包含了主板上絕大部分的模塊，包括存儲，信令處理，手機的電源控制，監測，和外圍電路的主控等；外圍部分主要完成手機和人之間的接口功能，這包含了鍵盤，顯示屏，喇叭和MIC,它們協助人對手機的使用、操作。Page3整體介紹射頻電路結構組成Page4二、手機模塊－射頻模塊介紹射頻模塊－接收通路Page5在射頻電路中，鎖相環電路扮演著非常重要的角色,是頻率合成器的核心.主要作用是由頻穩性很強的基準信號得到一個同樣頻率穩定的信號工作原理：壓控振蕩器產生周期性的輸出信號，如果其輸出頻率低于參考信號的頻率，鑒相器通過電荷放大器改變控制電壓使壓控振蕩器就的輸出頻率提高。如果壓控振蕩器的輸出頻率高于參考信號的頻率，鑒相器通過電荷放大器改變控制電壓使壓控振蕩器就的輸出頻率降低。低通濾波器的作用是平滑電荷放大器的輸出，這樣在鑒相器進行微小調整的時候，系統趨向一個穩態。鎖相環結構：射頻模塊－發射通路:三、手機模塊－基帶模塊介紹Page6基帶模塊－基帶電源管理部分由于電池電壓的不穩定和器件對電壓、電流要求的精確性與多樣性，最重要的是出于降低功耗的考慮，手機需要專門的電源管理單元。

對各種電壓的要求：內核電壓：電壓較低，要求精確度高，穩定性好。音頻電壓：模擬電壓，要求電源比較干凈，紋波小。

I/O電壓：要求在不需要時可以關閉或降低電壓，以減少功耗。功放電壓：由于電流要求較大，直接由電池供電。Page7基帶模塊－基帶元件工作原理CPU和存儲器之間通過數據總線、地址總線和控制總線連接，這三類總線都采用并行方式，FLASH和SDRAM共用這三類總線，通過片選信號來區分是對哪個進行操作。FLASH存儲手機所有的數據，包括軟件代碼和資料，掉電后不會丟失。開機后，首先要從FLASH中把程序和需要的資料調入SDRAM，所有的軟件都是在SDRAM中運行，掉電后數據不會被保留。外部主時鐘的頻率一般較低，內核的運行頻率一般較高，主時鐘進入基帶芯片倍頻后提供給CPU使用。基帶主芯片內部一般有兩個處理器：一是ARM處理器，主要用做控制功能，對手機的運行進行管理，比如時鐘控制、電源管理、射頻控制、I/O控制等；二是DSP處理器，主要用來處理數據，完成信號處理的各種算法，比如音頻編解碼、信道編解碼、交織去交織、加解密等。信號處理部分這部分完成音頻信號的轉換和處理，分為兩路，一路完成聲音信號到射頻信號的轉換：聲音信號經過MIC轉變成模擬的電信號；經A/D轉換變為64Kbit/s的PCM數字信號，再經壓縮編碼，去除冗余度，變為8Kbit/s的數據流；然后通過信道編碼增加冗余度，保證傳輸的可靠性；加密后送往射頻單元處理，最后由天線發射出去。另外一路完成射頻信號到聲音信號的轉換，處理過程相反。Page8聲音MIC語音編碼信道編碼加密RF單元聲音SPK語音解碼信道解碼解密RF單元Page9基帶模塊－時鐘部分主時鐘為手機工作提供基準的頻率源，在開機過程中起振，在關機后停振。它供向CPU，產生數據傳輸和控制時序所需的時鐘。睡眠時鐘為手機提供計時的基準頻率，不論是否開機，只要電池有電就可起振。它供向電源管理芯片和CPU，以維持手機的時間準確，并提供關機后的計時功能，從而支持關機鬧鐘。四、手機模塊－外圍電路模塊介紹Page10外圍電路模塊－開機部分1、手機開機觸發信號有兩種：長按開機鍵；插入充電器。2、在手機電池在位的情況下睡眠時鐘是一直工作的，電源芯片有輸入但是沒有輸出。3、當長按手機開機鍵的一瞬間，電源管理芯片輸出以下幾個信號：

A、給FLASH、19.2MHz、CPU供電。

B、同時還給FLASH芯片輸出復位信號。4、FLASH復位完成后立即給CPU輸出一個復位信號（為了維持電源管理芯片和CPU正常工作，需要及時拉高PS_HOLD信號）此時CPU開始調用程序（單板軟件）此程序運行中電流基本不變，以上處理放在BOOT中完成。5、單板運行中會驅動電源管理芯片輸出各路電源來供發射、接收、功放、LCD等器件工作。此時電流很大，已經開機。6、開機后終端首先搜網，此時有射頻信號發出，電流處于較高值。7、搜到網絡后進入待機狀態，射頻芯片、19.2MHz間歇性工作，此過程由單板軟件來控制。Page11外圍電路模塊－關機部分1、當長按關機鍵時觸發關機操作，CPU輸出信號給睡眠時鐘和電源管理芯片。2、睡眠時鐘工作，電源管理芯片停止輸出供電，手機振鈴電路、顯示電路、射頻電路停止工作完成關機操作。Page12外圍電路模塊－送話部分對于MIC的第2級放大器，是可以選擇并做適當配置的。不使用第2級放大時，MIC信號直接由第1級放大后，送到13bitADC中轉換，然后進入后面的通路。這1級放大通過設置寄存器可以選擇-2dB，+6dB，+8dB和+18dB的不同增益。此級輸出端口為MICOUTP和MICOUTN。使用第2級放大時，需要接外圍電路，用來增強Tx通路的音頻性能。由Tx通路得到的話音數字信號送到MDSP作后續的處理，進行調制放大，直到送至RF模塊發射出去。Page13外圍電路模塊－鈴音/受話部分作為Tx通道的逆向過程，RF接收到的信號經過一系列處理(如解調等)后，由MDSP送至Vocoder的解碼器，而后經過PCM接口到達Codec的Rx部分，從耳機/聽筒送出。Page14外圍電路模塊－振動部分外圍電路模塊－顯示部分Page15外圍電路模塊－背景燈部分Page16外圍電路模塊－卡座部分-智能卡標準6PINSIM卡座引腳包括：VCC(供電)、RST（復位）、CLK（時鐘）、GND（接地）、VPP（電源）、I/O（接口數據），當這些信號與CPU不兼容時，會通過PM進行電平轉換，調整幅度為50mV左右，而接口電平也在1.8V~3.0V之間，另外各個信號由靜電與浪沖保護電路，由單獨的保護器件完成。識別原理：上電－>復位－>時鐘－>握手－>OK外圍電路模塊－卡座部分-存儲卡根據存儲方式分為：與非&或非兩種形式的存儲卡.主要信號為：MMC_CMD（命令）、MMC_DATA（數據）、MMC_CLK（時鐘）、MMC_DETECT（檢測）等根據CPU不同的識別方案，Detect信號可默認為高電平或低電平，接入存儲卡后，電平相反來檢測有卡接入。識別原理：上電－>檢測－>命令/應答－>時鐘－>數據Page17外圍電路模塊－攝像部分攝像頭手機分為單攝像頭&雙攝像頭手機，雙攝像頭手機其中一個Camera在工作時，另外一個進入休眠狀態;Q群234526070主要信號有：CAMIF_DATA（數據線）、CAMIF_RESET（復位）、I2C（I2C總線）、WLAN（I/O供電）、VREG_RFRX2（核供電）、CAMIF_SHDN（模式控制）、CAMIF_MCLK（時鐘）識別原理：I/O供電－>核供電－>時鐘－>I2C總線－>模式控制－>數據線Page18外圍電路模塊－數據接口部分-USB外圍電路包括：包括USB48M晶振、保護電路和接口連接器等單元電路，主要信號包括USB_VBUS（USB供電）、USB_D_P（USB數據正相）、USB_D_M（USB數據負相），另外USB通信相關信號也需要ESD保護，由專門的防護器件完成.工作原理：USB_VBUS(USB供電)－>USB_D（數據）外圍電路模塊－數據接口部分-藍牙主要