智能手机硬件架构.ppt

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智能手机简介
智能手机具有传统手机的基本功能,并有以下特点:开放的操作系统、硬件和软件的可扩充性和支持第三方的二次开发。相对于传统手机,智能手机具有强大的功能和便捷的操作等特点
随着智能手机的功能越来越强大,其功率损耗也越来越大。现阶段,手机配备的电池以锂离子电池为主。就目前使用的锂离子电池材料而言,能量密度只有20%左右的提升空间,但是仍不能满足智能手机发展需求。
因此,从智能手机的总体设计入手,应用先进的技术和器件,进行降低功率损耗的方案设计,从而尽可能延长智能手机的使用时间和待机时间。低功耗设计越来越迫切。
智能手机硬件系统架构
目前智能手机一般采用双CPU架构
智能手机硬件系统架构
主处理器运行开放式操作系统,负责整个系统的控制。
从处理器为无线modem部分的DBB(数字基带芯片),主要完成语音信号的A/D转换、D/A转换、数字语音信号的编解码、信道编解码和无线modem部分的时序控制
主从处理器之间通过串口进行通信
从硬件电路的系统架构可见,功耗最大的部分包括主处理器、无线modem、LCD和键盘的背光灯、音频编解码器和功率放大器。因此设计中如何降低它们的功耗是个重要的问题。
低功耗设计
降低CPU部分的供电电压和频率
对悬空引脚的处理
缓冲器的选择
电源供给电路
LED灯的控制
无线modem部分的控制
软件优化
降低CPU部分的供电电压和频率
CMOS电路的静态功耗很低,与其动态功耗相比基本可以忽略不计,故暂不考虑。其动态功耗计算公式为:
为CMOS芯片的动态功耗; 为CMOS芯片的负载电容;V为CMOS芯片的工作电压;f为CMOS芯片的工作频率
对于CPU来说, 电压越高,时钟频率越快,则功率消耗越大,所以,在能够正常满足系统性能的前提下,尽可能选择低电压工作的CPU
对悬空引脚的处理
CMOS悬空的输入端的输入阻抗极高,很可能感应一些电荷导致器件被高压击穿,而且还会导致输入端信号电平随机变化,导致CPU在休眠时不断地被唤醒,从而无法进入睡眠状态或其他莫名其妙的故障
正确的方法是:根据引脚的初始状态,将未使用的输入端接上拉电阻到相应的供电电压来保持高电平,从而提高芯片输入信号的噪声容限来增强抗干扰能力;或通过接下拉电阻到地来保持低电平,降低输入阻抗,提供泄荷通路
对悬空引脚的处理
在选择上拉电阻时,必须要考虑以下几点:
a、从节约功耗及芯片的倒灌电流能力上考虑,上拉电阻应足够大,以减小电流
b、从确保足够的驱动电流考虑,上拉电阻应足够小,以增大电流
c、在高速电路中,过大的上拉电阻会使信号边沿变得平缓,信号完整性会变差
在考虑能够正常驱动后级的情况下(即考虑芯片的或),尽可能选取更大的阻值,以节省系统的功耗。
对于下拉电阻,情况类似
缓冲器的选择
缓冲器有很多功能,如电平转换、增加驱动能力、数据传输的方向控制等。
仅仅基于驱动能力的考虑增加缓冲器时,必须慎重考虑,因驱动电流过大会导致更多的能量被浪费掉。
应仔细检查芯片的最大输出电流和是否足够驱动下级芯片,当可以通过选取合适的前后级芯片时应尽量避免使用缓冲器
电源供给电路
由于使用双CPU架构,外设很多,需要很多种电源。仅以主CPU来说,、,因此需要很多电压变化单元
通常有以下几种电压变换方式:线性稳压器;DC/DC;LDO(低漏失调节器)
IDO本质上是一种线性稳压器,主要用于压差较小的场合,所以将其合并为线性稳压器
线性稳压器的特点是电路结构简单,所需元件数量少,输入和输出压差可以很大,但其致命弱点是效率低、功耗高,其效率η完全取决于输出电压大小
DC/DC电路的特点是效率高、升降压灵活,缺点是电路相对复杂,纹波噪声干扰较大,体积也相对较大,价格也比线性稳压高,对于升压,只能使用DC/DC
在设计中,对于电源纹波噪音要求不严的情况,都是使用DC/DC的电压转换器件,这样可以有效地节约能量,降低智能手机的功耗