導(dǎo)讀：手機(jī)正在成為集通信、娛樂、定位導(dǎo)航等多種功能于一體的終端設(shè)備，為隨時隨地實現(xiàn)通信、通過網(wǎng)絡(luò)下載音頻和視頻內(nèi)容、接收電視節(jié)目，手機(jī)將集成越來越多的RF技術(shù)，例如支持GSM、GPRS、EDGE、HSDPA、CDMA2000、WCMDA、TD-SCDMA等移動通信空中接口標(biāo)準(zhǔn)中的兩個或者多個標(biāo)準(zhǔn)的雙模/多模手機(jī)，可分別實現(xiàn)VoIP、定位導(dǎo)航、自動費用支付、電視節(jié)目接收的Wi-Fi手機(jī)、GPS手機(jī)、RFID手機(jī)、電視手機(jī)。即使是以前強(qiáng)調(diào)基本通話功能的低成本手機(jī)，現(xiàn)在也增加了音樂和拍照功能，并將支持GPRS乃至EDGE技術(shù)。
圖1：LSI公司的RomanPolz。
安華高(Avago)科技有限公司無線半導(dǎo)體事業(yè)部高級市場總監(jiān)PhilipGadd也持同樣觀點：“GPRS/EDGE和WCDMA雙模將成為主流，當(dāng)GSM運營商邁向3G時，這些手機(jī)已經(jīng)得到廣泛使用?！?nbsp;
美國模擬器件公司(ADI)射頻和無線部門的業(yè)務(wù)總監(jiān)DougGrant則認(rèn)為除了WCDMA/EDGE多模外，未來也會存在一些其他的多模方式，比如在中國可能出現(xiàn)TD-SCDMA/EDGE的多模手機(jī)，也有些CDMA運營商會引入CDMA+EDGE的雙模手機(jī)。
圖2：安華高科技的PhilipGadd。
既然是多模手機(jī)，實現(xiàn)不同模式之間的無縫切換就成為最基本的要求。目前大多數(shù)雙模手機(jī)都采用兩套通信系統(tǒng)，用戶通過手動切換選擇使用哪個網(wǎng)絡(luò)，這種手動切換的優(yōu)勢技術(shù)實現(xiàn)起來比較容易，成本低、用戶可以自由選擇，特別適合兩個網(wǎng)絡(luò)都覆蓋良好的地方。自動切換是指手機(jī)將根據(jù)信號的強(qiáng)弱在待機(jī)和通話狀態(tài)下自動切換至信號強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)兩個網(wǎng)絡(luò)之間的無縫切換和漫游，但這種方法對手機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的要求都比較高，目前較少采用。不過，ADI通過在SoftFone-LCR+芯片組中支持多模協(xié)議，已經(jīng)可以實現(xiàn)TD-SCDMA和GPRS之間的自動切換，且不需要任何單獨的基帶處理器。大唐和T3G公司已經(jīng)推出了多模手機(jī)，能實現(xiàn)T網(wǎng)和G網(wǎng)的無縫切換。
“實際上，不同模式之間的切換是一個軟件問題。各種標(biāo)準(zhǔn)都定義了相當(dāng)清楚的切換過程，只是要求從芯片制造者到軟件提供者都要執(zhí)行這個協(xié)議。當(dāng)然，在測試環(huán)境和實際網(wǎng)絡(luò)中都去對參考手機(jī)設(shè)計進(jìn)行測試，以確保具有魯棒性的協(xié)同工作能力也是十分必要?！盌ougGrant表示。
除了網(wǎng)絡(luò)間切換問題外，雙模/多模手機(jī)設(shè)計還面臨其它方面的設(shè)計難題。正如銳迪科微電子的副總裁張亮指出的，由于GSM、CDMA和3G各自使用不同的頻率資源，多模手機(jī)需要2個或3個RF電路以對應(yīng)不同的頻帶，但是射頻電路的集成難度較高，這就要解決如何降低射頻電路間干擾、優(yōu)化共用模塊設(shè)計、簡化外圍器件、降低功耗等問題。因此，設(shè)計工程師必須從架構(gòu)選擇、天線設(shè)計，以及RF開關(guān)、RF功率放大器(PA)、收發(fā)器、基帶芯片等器件的選擇及布局布線等方面入手來解決這些問題。
對基帶芯片而言，必須確保架構(gòu)足夠靈活，能支持最新的連接技術(shù)和具有足夠強(qiáng)大的處理功能，并避免電池耗電過大。RomanPolz還特別指出：“基帶部分必須支持與不同RF技術(shù)的連接，從而允許手機(jī)制造商能夠自行選擇合適的射頻供應(yīng)商。”
天線的設(shè)計和位置對避免不同模式之間的RF干擾非常重要。支持不同的頻段手機(jī)大都需要單獨的天線，即使有幾個天線可以共享，仍需要采用多個濾波器，以防止一些頻段的信號發(fā)射對另一些頻帶上高度靈敏的信號接收前端造成干擾。
圖3：ADI公司DougGrant。
RF開關(guān)的實現(xiàn)難點在于線性、隔離和損耗三者之間的權(quán)衡。此外，構(gòu)建T/R開關(guān)(強(qiáng)調(diào)快速開關(guān)和諧波)和構(gòu)建頻帶選擇開關(guān)(強(qiáng)調(diào)線性，某些情況下隔離度也很關(guān)鍵)兩者之間存在差異，最具挑戰(zhàn)性的一種開關(guān)要同時支持多頻帶、多模EDGE/WCDMA手機(jī)。“為解決雙模/多模手機(jī)給RF開關(guān)帶來的難題，要求將智能電路設(shè)計和先進(jìn)制造工藝巧妙地結(jié)合起來?！盨kyworks公司的大中華區(qū)高級銷售總監(jiān)VincentWang表示。該公司在集成到其Helios和Intera方案的RF開關(guān)中，采用了一種高線性、低插入損耗的偽形態(tài)高電子遷移率晶體管(pHEMT)射頻開關(guān)工藝，使開關(guān)能以很低的插入損耗切換射頻信號。
多模工作方式對PA提出了新的要求，因為不同模式對PA的功率和線性度有不同要求。目前用于EDGE的PA要求高功率、準(zhǔn)線性，用于WCDMAPA則要求低功率和高線性度。如果使用線性PA，則在高功率、非線性模式下將損失不少效率。如果嘗試調(diào)節(jié)極化PA，則因環(huán)路帶寬不同，使設(shè)計非常困難。Avago使用一種被稱為CoolPAM的架構(gòu)來優(yōu)化PA的效率，該架構(gòu)能使PA根據(jù)所需輸出功率調(diào)節(jié)傳輸路徑，保持極好的線性及很高的效率。
由于目前PA的價格相對便宜，如果要使手機(jī)保持小型化，并且電池壽命長，使用獨立優(yōu)化的PA似乎是最佳方案。但如果使用多個PA，成本和尺寸是必須要考慮的問題，因此最佳的途徑是采用高度集成、高效率的解決方案支持所有關(guān)鍵的空中接口和頻段。Skyworks傾向于將PA和RF開關(guān)集成到單個、緊湊的前端模塊(FEM)中，并與一個多頻帶收發(fā)器組合，構(gòu)成一個完整的解決方案。該SKY74210收發(fā)器采用一種創(chuàng)新的軟件配置架構(gòu)，能有效實現(xiàn)TxEGPRS和WCDMA模式共享。
在濾波方面，首先需要考慮手機(jī)是采用時分雙工(TDD使用T/R開關(guān))還是頻分雙工(FDD需要一個雙工器)。如果使用多種FDD頻帶，則每一個頻帶都需要一個雙工器，這樣前端走線和降低損耗都比較困難。DougGrant認(rèn)為：“在物理層面還是電子層面上保持無線隔離度都是十分重要，濾波器可以起到作用，但更好的方法是采用低輸出噪聲的無線接收裝置，同時保持用于不同業(yè)務(wù)的天線盡可能遠(yuǎn)?！崩?，AD6551Othello-3CMOS收發(fā)器在發(fā)射機(jī)架構(gòu)上采用了最新的低噪聲架構(gòu)，可節(jié)省聲表面濾波器，而運用一個高動態(tài)范圍的接收器前端可省略了接收通路上的射頻聲表面濾波器。
靈敏度和低功耗是GPS/Wi-Fi/RFID手機(jī)設(shè)計的要點
根據(jù)In-Stat對北美移動用戶的調(diào)查，高質(zhì)量的地圖和導(dǎo)航服務(wù)是3G用戶最渴望的功能之一。與獨立的GPS設(shè)備相比，整合GPS功能的手機(jī)提供了更具經(jīng)濟(jì)效益的解決方案。目前很多高端手機(jī)已經(jīng)具備了GPS導(dǎo)航功能，諾基亞甚至還為此收購了德國的定位軟件公司Gate5。
“GPS是CDMA手機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)功能，也正在成為UMTS手機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)功能，并且GPS正在與主芯片組集成，不再只是增加的模塊。”Avago的PhilipGadd表示。
手機(jī)中實現(xiàn)GPS可以采用硬件、軟件或者兩者相結(jié)合的辦法。SiRF公司的行銷副總裁KanwarChadha介紹說：“按照和手機(jī)主處理器的依賴程度將其分為四種：1.不依賴主機(jī)的模塊化GPS引擎：位置計算不依賴主機(jī)；2.依賴主機(jī)的松耦合：一定程度的主機(jī)依賴性；3. 依賴主機(jī)的緊密耦合：極強(qiáng)的主機(jī)依賴性；4. 完全集成的IP解決方案：GPS IP集成到主機(jī)平臺中?！盨iRF針對每一種方法都有相應(yīng)的解決方案。
但恩智浦(NXP)半導(dǎo)體公司的蜂窩系統(tǒng)產(chǎn)品市場經(jīng)理CarstenSchimanke則認(rèn)為結(jié)合了軟硬件方法的智能分區(qū)方案最具成本效益。這種方案將對需要大量MIPS處理能力和對時間要求高的部分交由相關(guān)器這類專門硬件進(jìn)行處理，其它操作則由主機(jī)處理。在純軟件的處理方案中，主芯片要消耗大量的功率和MIPS處理資源，可能與手機(jī)的低功耗和多任務(wù)要求產(chǎn)生矛盾。
GPS手機(jī)設(shè)計最大問題是手機(jī)射頻信號對靈敏度要求極高的GPS信號的干擾。為解決這個問題，首先要從設(shè)計能夠耐受其它RF系統(tǒng)干擾的魯棒產(chǎn)品開始。適當(dāng)?shù)貫V波、布局和屏蔽是構(gòu)建一個魯棒的GPS蜂窩手機(jī)設(shè)計的極其重要的因素。除了干擾問題，任何GPS系統(tǒng)都面臨提高接收靈敏度，以及實現(xiàn)在建筑物密集的城市街道以及樓宇中有效接收的問題。CarstenSchimanke指出：“實現(xiàn)良好的室內(nèi)接收效果的關(guān)鍵是要實現(xiàn)結(jié)合了優(yōu)異的機(jī)械和電器設(shè)計的天線，以及與之相關(guān)聯(lián)的具有優(yōu)異靈敏度的GPS接收機(jī)?！?nbsp;
對于這些問題，SiRF公司推出了如下解決方案：1.SiRF高性能多模AGPS定位平臺SiRFLoc可以借助蜂窩手機(jī)或蜂窩手機(jī)網(wǎng)絡(luò)中任何可以獲得的輔助功能來實現(xiàn)高靈敏度。2.復(fù)雜的GPS信號處理架構(gòu)和專有算法可以提高在障礙環(huán)境中采集和跟蹤GPS信號的潛能。3.SiRF的RF前端和信號處理引擎旨在最大限度地降低實現(xiàn)損耗和干擾信號的影響。4. 以上各項再結(jié)合SiFR復(fù)雜的導(dǎo)航算法可使SiRF產(chǎn)品在包括室內(nèi)的各種環(huán)境中實現(xiàn)魯棒的定位。
Wi-Fi也已經(jīng)進(jìn)入到了少量的手機(jī)當(dāng)中，預(yù)計在未來幾年內(nèi)，Wi-Fi手機(jī)可能會成為一種相當(dāng)普通的手機(jī)，并且可能同時提供其他一些空中接口，如WiMAX、802.20、802.11a等。但不是所有的地區(qū)都實現(xiàn)了移動通信網(wǎng)和Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)之間的完全切換，而提供網(wǎng)絡(luò)連接功能的運營商和提供移動網(wǎng)絡(luò)的供應(yīng)商之間的矛盾也為該應(yīng)用的前景增加了變數(shù)。
“切換問題取決于VoWiFi使用的是基于哪種協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)，是UMA還是IMS，前者已經(jīng)定義了切換的機(jī)制，而后者的切換方法還在制定過程當(dāng)中。”Broadcom公司的Wi-Fi電話產(chǎn)品市場總監(jiān)MonikaGupta表示。
圖4：Broadcom公司的MonikaGupta。
將Wi-Fi功能整合到在手機(jī)中的其他問題是功耗、尺寸限制和EMI。飛兆半導(dǎo)體公司(Fairchild)的現(xiàn)場應(yīng)用工程師BrianLaw認(rèn)為精心設(shè)計系統(tǒng)架構(gòu)及其相關(guān)元件對減少干擾十分重要，因此建議采用定制解決方案。比如，NXP公司也已采用領(lǐng)先的算法和智能化的射頻設(shè)計，使GPS、BT、Wi-Fi、NFC、UMTS和EDGE等空中接口可以很好地共存于同一個平臺上，彼此干擾非常小。而Broadcom公司的BCM4325芯片將藍(lán)牙、FM廣播和802.11a/b/gWi-Fi功能集成在一個芯片上，尺寸較藍(lán)牙/Wi-Fi分立的解決方案小30%以上，支持IEEEPS、WMM-UAPSD等最新標(biāo)準(zhǔn)，滿足超低功耗的要求。
非接觸支付和購票(比如用手機(jī)充當(dāng)信用卡)以及服務(wù)驅(qū)動型應(yīng)用(比如讀取電影海報信息)這兩大新應(yīng)用將推動RFID手機(jī)市場的發(fā)展。從技術(shù)角度看，RFID手機(jī)設(shè)計還面臨降縮小體積、降低功耗、提高互操作性等問題。
“手機(jī)是電池供電的設(shè)備，因此其最重要的一個特性就是需要低功耗。增加RFID功能要盡可能小的影響手機(jī)的電池使用時間。”WJCommunications公司的全球市場經(jīng)理PrashantUpreti表示，“RFID手機(jī)的另外一個必須特性是RFID閱讀器要被縮小進(jìn)一個芯片即RFID閱讀器IC中，以縮小體積，第三個重要的特性是簡化用戶界面以便于使用?！盬JCommunications公司已推出業(yè)界第一個多協(xié)議UHF RFID閱讀器IC，該公司已經(jīng)和SK電信公司合作在移動電話里提供RFID功能。
圖5：WJCommunications公司的PrashantUpreti。
復(fù)旦微電子的技術(shù)總監(jiān)李蔚進(jìn)一步解釋道：“RFID手機(jī)應(yīng)該支持掉電模式，即手機(jī)電池沒電時，仍可以作為卡片進(jìn)行刷卡操作，這要求RFID器件必須在天線感應(yīng)的能量下繼續(xù)工作，這對芯片提出了低功耗設(shè)計要求。此外，不同的RFID供應(yīng)商在保持天線規(guī)格、諧振頻率、通信靈敏度和抗干擾性的一致性方面存在困難，很容易出現(xiàn)RFID在場區(qū)發(fā)生死區(qū)現(xiàn)象甚至無法讀寫操作，因此互操作性將是RFID手機(jī)推廣的核心技術(shù)難點?！?nbsp;
實際上，除了技術(shù)難題，RFID手機(jī)商務(wù)模式的實現(xiàn)可能更加困難。面對缺乏成熟的商務(wù)模式對RFID應(yīng)用造成的困擾，復(fù)旦微電子開發(fā)了智能移動應(yīng)用平臺(SMAP)，該方案針對面向移動運營商的移動增值服務(wù)應(yīng)用和面向行業(yè)應(yīng)用運營商的移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，分別提出解決方案，有效保障了不同運營商的利益。
低成本手機(jī)應(yīng)采用誰家的方案？
以往的低成本手機(jī)往往只具備簡單的話音功能和文字短消息功能，現(xiàn)在越來越多的低成本手機(jī)也具備了MP3、拍照、藍(lán)牙等功能。LSI的RomanPolz表示：“超低成本產(chǎn)品(ULC)只能提供基本的電話功能。ULC級以上的產(chǎn)品功能逐漸增多，包括彩色顯示屏、GPRS數(shù)據(jù)功能等。高于ULC級的入門級產(chǎn)品可以獲得更強(qiáng)的通信功能，支持GPRS乃至EDGE，而且現(xiàn)在還增加了音樂和拍照功能?！?nbsp;
那么通過什么樣的方式才可以不斷地推出滿足市場要求的低成本手機(jī)呢？Polz認(rèn)為：“就一系列既定的功能而言，可以通過對目標(biāo)市場領(lǐng)域進(jìn)行平臺優(yōu)化來確保手機(jī)價位易于接受。性能過高會使解決方案過于昂貴，而性能太低又會降低手機(jī)的級別，這兩種情況都會造成性價比的不匹配?！盇DI的DougGrant則認(rèn)為：“通過新的基帶處理器獲得更多的功能，從而省略不再需要的協(xié)處理器，中端和低成本手機(jī)將能夠以較低的成本增加功能?！?nbsp;
事實上，實現(xiàn)高性能的低成本手機(jī)不外乎三種辦法。第一種方法是通過使用針對目標(biāo)市場進(jìn)行了優(yōu)化的平臺來實現(xiàn)低成本手機(jī)設(shè)計，做到“好鋼用在刀刃上”，不閑置任何處理器資源，比如LSI的HPU平臺針對WCDMA和EDGE市場進(jìn)行了精心優(yōu)化，能以極低成本實現(xiàn)多模調(diào)制解調(diào)器功能。第二種方法是使用將射頻和基帶進(jìn)行集成的單芯片方案，比如英飛凌科技有限公司(Infineon)的第二代ULC單芯片解決方案集成了數(shù)字、模擬基帶、射頻、電源管理、SRAM等，完整的手機(jī)模塊僅需50顆外圍器件。第三種方法是優(yōu)化整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，在基帶中集成更多的功能，省去不必要的協(xié)處理器，比如ADI公司的AD6721"Atlas-2H"GPRS基帶處理器就具有足夠的處理速度，以便能用軟件方式，以較低成本處理VGA攝像頭和MP3音頻回放。而在低成本手機(jī)方面，德州儀器(TI)有集成了基帶加射頻的LoCosto方案、集成了基帶加應(yīng)用處理器的OMAP-Vox方案、集成了基帶加射頻加應(yīng)用處理器的eCosto平臺提供。
目前很多供應(yīng)商都提供完整的解決方案，但英飛凌公司認(rèn)為方案的靈活性對低成本手機(jī)也極為重要。方案的完整性能保證客戶的研發(fā)成本低、上市時間短，而靈活性則以便于客戶開發(fā)個性化功能，提供附加值給最終用戶。
在設(shè)計低成本手機(jī)時，設(shè)計工程師必須確保盡可能多的軟件和硬件開發(fā)可以被再次使用。如果由于集成度和成本的原因而犧牲靈活性，將導(dǎo)致為某一款低成本手機(jī)進(jìn)行的開發(fā)幾乎不可能被用于不同價位點上的其它型號上，從而造成設(shè)計上的浪費。因此在低成本手機(jī)設(shè)計上選擇具有延續(xù)性和復(fù)用性的架構(gòu)非常重要。
另外，魯棒的射頻和功耗性能也是低成本手機(jī)設(shè)計的關(guān)鍵，因為低成本手機(jī)的消費者最看重的依然是高質(zhì)量的通話功能和優(yōu)異的射頻與功耗特性?？梢圆捎枚髦瞧职雽?dǎo)體等公司經(jīng)過優(yōu)化的芯片來實現(xiàn)這些性能，如Nexperia蜂窩系統(tǒng)解決方案5000系列，以及特別適合入門級手機(jī)的AeroFONE單芯片方案等。
此外，設(shè)計工程師還應(yīng)注意保持產(chǎn)品的整個生命周期內(nèi)各個環(huán)節(jié)的低成本，而不僅僅是單機(jī)的低成本。恩智浦半導(dǎo)體的相關(guān)人員就表示：“最合適的低成本手機(jī)方案應(yīng)該是最成熟和最穩(wěn)定的，因為產(chǎn)品的成本不單單取決于硬件成本，更取決于產(chǎn)品生命周期內(nèi)的整體成本。”
下一代手機(jī)的操作系統(tǒng)需要支持多核
越來越多的應(yīng)用對手機(jī)的操作系統(tǒng)和軟件開發(fā)平臺提出了更高的要求，這體現(xiàn)在操作系統(tǒng)及其開發(fā)平臺需要支持復(fù)雜的上層應(yīng)用和常見的多處理器系統(tǒng)，應(yīng)具備以下特性：1.可以幫助實現(xiàn)智能手機(jī)的功能特性；2.滿足3G手機(jī)對非常復(fù)雜的上層應(yīng)用的支持；3.對多處理器系統(tǒng)的支持；4. 具有優(yōu)良的電源管理功能。5. 支持靈活的用戶界面。
“由于3G的出現(xiàn)，智能手機(jī)代表了移動設(shè)備的未來。軟件將一直在智能手機(jī)技術(shù)開發(fā)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，因為只有通過軟件才能實現(xiàn)智能手機(jī)的功能和特性?！蔽④浺苿油ㄐ攀聵I(yè)部亞太及大中國區(qū)主任產(chǎn)品經(jīng)理宋煒柯表示。該公司W(wǎng)indowsMobile是一個完美的、功能強(qiáng)大的平臺，它不僅在智能手機(jī)中實現(xiàn)了PC的功能與特性，還提供了一整套工具和一致、靈活、強(qiáng)大的開發(fā)環(huán)境，從而幫助在各種設(shè)備上開發(fā)創(chuàng)新的應(yīng)用與服務(wù)。
3G手機(jī)必須支持非常復(fù)雜的上層應(yīng)用，如高速數(shù)據(jù)下載、手機(jī)電視等。針對這些要求，Enea(中國)資深技術(shù)市場經(jīng)理張永軍表示：“這要求操作系統(tǒng)平臺不僅要可靠、容易使用，還要具備良好的電源管理機(jī)制、完善的調(diào)電保護(hù)機(jī)制、支持空中下載(OTA)等，同時要非常容易地和第三方的上層應(yīng)用軟件集成。另外，隨著手機(jī)中多CPU/DSP的增加，對多核系統(tǒng)的支持也成為必然?！?nbsp;
Enea公司OSE的內(nèi)核可以同時支持ARM和DSP，兩個版本的API幾乎一樣，從而使ARM上的代碼和DSP上的代碼可以非常容易地相互移植。OSE支持分布式系統(tǒng)的模塊LINX使用戶非常容易地對多核系統(tǒng)進(jìn)行編程，如同在一個CPU里編程一樣。針對智能手機(jī)的應(yīng)用，該公司還推出了單CPU方案：即1個ARM內(nèi)核同時運行OSE和Linux兩個操作系統(tǒng)，其中協(xié)議棧等對實時性能要求高的部分運行在OSERTOS上，其它的對實時性能要求不高的應(yīng)用運行在Linux上，這樣即解決了Linux的GPL問題(如果協(xié)議棧直接運行在Linux內(nèi)核上，GPL要求公開協(xié)議棧)，又使客戶節(jié)省了1個內(nèi)核或芯片，大大降低了成本。
，
投稿信箱：1984342256@qq.com，
客服QQ： ，
媒體/展會合作QQ：