本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。但有一说一,现如今苹果的创新能力较之乔布斯时代,要逊色很多了。
苹果手机原理图分析(系统基带方面)涉及到以下内容:
系统架构设计:iPhone的系统架构包括应用处理器(AP)和基带处理器(BP)。AP和BP通过串行外设接口(SPI)或I2C接口进行通信。AP包括所有的用户可见的应用,例如电话、短信、互联网浏览等。BP负责无线通信,包括电话、短信、数据和无线控制。
基带处理器设计:基带处理器是手机芯片的重要组成部分,负责处理无线通信协议,包括GSM、WCDMA、CDMA(EVDO)、TD-SCDMA、5G模组,Wi-Fi和蓝牙等。基带处理器还负责语音编解码、信道编解码、加密解密、协议栈处理等功能。
通信协议栈设计:基带处理器支持多种通信协议栈,例如GSM、WCDMA、LTE等。协议栈处理来自物理层的信号,并将其转换为应用程序可以理解的格式。
存储和缓冲区设计:基带处理器包括用于存储电话簿、短信、音频和其他数据的存储器。此外,基带处理器还具有用于缓冲数据的缓冲区,以确保数据的流畅传输。
电源管理设计:基带处理器还包括电源管理单元,负责管理电池寿命和功耗。
外设接口设计:基带处理器通过串行外设接口(SPI)、I2C接口、通用异步收发器(UART)等与外部设备进行通信。
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:
在看另一半的组件分布图纸,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。
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 IC
Triquint TQM6M6224
Apple 338S1216
Broadcom BCM5976
德州仪器 Texas Instruments 37C64G1
Skyworks 77810
Skyworks 77355
Avago A790720
Avago A7900 Apple 338S120L
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
?
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。基频是手机中最核心的部分,也是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、爱立信移动平台、高通、联发科、NXP、飞思卡尔、英飞凌、博通、展讯。常见基带处理器负责数据处理与储存,主要组件为DSP、微控制器、内存(如SRAM、Flash)等单元,主要功能为基带编码/译码、声音编码及语音编码等。目前主流基带架构:DSP+ARM。目前的主流是将射频收发器(小信号部分)集成到手机基带中。随着数字射频技术的发展,射频部分被越来越多地集成到数字基带部分,电源管理则被更多地集成到模拟基带部分,而随着模拟基带和数字基带的集成越来越成为必然的趋势,射频可能最终将被完全集成到手机基带芯片中。德州仪器、英飞凌等厂商将基带和射频部分集成在一起,对于中高端应用则加上应用处理器。
基带芯片是用来合成即将的发射的基带信号,或对接收到的基带信号进行解码。具体地说,就是:发射时,把音频信号编译成用来发射的基带码;接收时,把收到的基带码解译为音频信号。
基带部分如下图所示,通过这张原理流程框图可以返回对照原理图部分,因此基带部分大致关系可以看出来。
对照上图的滤波器电路如下:
天线开关模块电路:
功率放大器
射频收发器模块电路
基带处理器模块电路
这样对比看下来,是否会容易理解一些?
核心总结:
分析苹果手机的系统基带部分需要深入的硬件和电子领域知识,因为这涉及到复杂的电路设计、通信协议、信号处理等内容。下面是一个大致的分析框架,用于理解苹果手机系统基带的一些关键方面:
1. 基本概念和功能:
系统基带是手机内部负责通信功能的一个关键组成部分,包括通信调制解调、信号处理、协议处理等。
基带芯片负责将数字数据转换成适合发送和接收的模拟信号,以及将接收到的模拟信号转换成数字数据。
2. 基带硬件架构:
硬件架构包括基带处理器、射频前端模块、数字信号处理模块、解调器、编码器等。
3. 射频前端:
射频前端涉及到天线、滤波器、放大器等,负责将数字信号转换为模拟射频信号,或将模拟射频信号转换为数字信号。
学习射频前端的基本原理,以及如何实现高效的信号传输。
4. 通信协议处理:
了解手机所支持的不同通信协议,如GSM、CDMA、LTE等。
掌握基带芯片是如何处理这些不同的协议,以及如何进行信号调制、解调等。
5. 信号处理和编码:
学习数字信号处理的基本原理,包括滤波、调制解调、编码、解码等。
了解基带芯片中如何处理和优化这些信号处理步骤。
6. 数据传输和控制:
掌握基带芯片如何将处理后的数字数据传输到其他部件,如处理器、内存等。
学习基带芯片如何进行数据控制和调度,确保通信的稳定性和流畅性。
7. 芯片布局和连接:
了解基带芯片在整个手机电路板上的布局和连接方式,以及如何与其他组件进行交互。
8. 安全和隐私:
学习基带芯片中的安全机制,如加密、认证等,以保护通信数据的安全性和用户隐私。
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