硬件设计指南:从器件认知到手机基带设计
——手机基带知识简介
手机基带电路都包含哪些?当前智能手机阶段,手机基带主要包含CPU最小系统、存储电路、音频电路、电源电路、充电电路、显示电路、相机电路、传感器电路等。简而言之,除了天线和射频通信系统外,其余电路都属于基带。基带框图如图1所示。
图 1
屏幕/TP主要包含显示和触控两部分,触控和屏幕已经集成到一起,是用户和手机交互的最直接途径,手机屏幕主要使用LCD屏和OLED屏。其主要通信协议是MIPI协议和IIC/SPI,MIPI用于图像信号传输,IIC/SPI用于控制IC的寄存器配置以及TP信号传输。
相机主要用于视频拍照,主要包含前摄、后主摄、超广角、潜望、短焦等,根据不同使用场景搭配。与屏幕通信协议类似,其主要通信协议是MIPI协议和IIC/SPI,MIPI用于图像信号传输,IIC/SPI用于控制IC的寄存器配置,如摄像头马达,IO口状态等。
Mode就是传统的手机基带,用于数字信号处理和射频信号的调制解调,现在已经集成到CPU中,只有少部分低端CPU还在使用外挂modem。
ROM和RAM则是手机的存储单元,RAM是动态随机存储器,用于缓存CPU处理的数据,当前手机设计通常使用LPDDR4或者LPDDR5。例如手机在运行王者荣耀时,会在启动时将王者荣耀的运行文件数据缓存到DDR中,CPU通过调用DDR中的缓存数据,以快速响应用户。当用户关闭王者荣耀时,DDR会自动将王者荣耀缓存数据清除。RAM则是固态存储器,用于存储用户数据。
在早期,SIM/SD卡是分开的,后来各大手机厂商为了节省空间,逐渐将SIM卡和SD卡卡槽合二为一。随着RAM逐渐增大,SD卡卡槽也逐渐被取消,只有SIM卡卡槽。
随着智能手机发展越来越快,用户对手机振感要求越来越高,随之产生了转子马达和线性马达。转子马达主要用于低端机型,其转速一般分布在11000~19000之间。线性马达一般被应用到高端智能手机产品上,一般有Z轴线性马达、XY轴线性马达,根据不同产品进行搭配。
音频模块主要包含听筒、扬声器、MIC、耳机等,这些电路主要是模拟信号,对干扰非常敏感,在PCB走线时需要立体包地独立下地。音频模块电路在电路上还包含SMART PA、Codec等信号处理单元,主要通信协议有IIS、IIC等。
传感器模块主要包含红外靠近传感器、光敏传感器、加速度计、陀螺仪、电子罗盘等。红外靠近传感器主要作用是通话亮灭屏和防误触,光敏传感器用于调节屏幕亮度。陀螺仪和加速度计可以检测手机姿态,用于计步、防误触和游戏姿势识别,电子罗盘则是判断方向,主要用于地图导航。
电源模块是整个手机系统的能量来源,现在的智能手机大多采用集成的PMIC分级给最小系统、射频通信系统和外设供电。充电电路则是给手机的锂离子电池充电。当手机插入USB充电线时,系统通过判断充电器类型确定充电电压和电流。随着智能手机发展,充电速度越来越快,当前充电方案有10W、22.5W、33W、44W、66W、80W、120W、200W等。