[科普中國]-基帶芯片

基帶芯片是指用來合成即將發(fā)射的基帶信號，或對接收到的基帶信號進行解碼的芯片。具體地說，就是發(fā)射時，把語音或其他數(shù)據(jù)信號編碼成用來發(fā)射的基帶碼；接收時，把收到的基帶碼解碼為語音或其他數(shù)據(jù)信號。

組成基帶芯片可分為五個子塊：CPU處理器、信道編碼器、數(shù)字信號處理器、調(diào)制解調(diào)器和接口模塊。

CPU處理器對整個移動臺進行控制和管理，包括定時控制、數(shù)字系統(tǒng)控制、射頻控制、省電控制和人機接口控制等。若采用跳頻，還應包括對跳頻的控制。同時，CPU處理器完成GSM終端所有的軟件功能，即GSM通信協(xié)議的layer1(物理層)、layer2(數(shù)據(jù)鏈路層)、layer3(網(wǎng)絡層)、MMI(人-機接口)和應用層軟件。

信道編碼器主要完成業(yè)務信息和控制信息的信道編碼、加密等，其中信道編碼包括卷積編碼、FIRE碼、奇偶校驗碼、交織、突發(fā)脈沖格式化。

數(shù)字信號處理器主要完成采用Viterbi算法的信道均衡和基于規(guī)則脈沖激勵-長期預測技術(RPE-LPC)的語音編碼/解碼。

調(diào)制/解調(diào)器主要完成GSM系統(tǒng)所要求的高斯最小移頻鍵控(GMSK)調(diào)制/解調(diào)方式。

接口部分包括模擬接口、數(shù)字接口以及輔助接口三個子塊；

(1)模擬接口包括；語音輸入/輸出接口；射頻控制接口。

(2)輔助接口；電池電量、電池溫度等模擬量的采集。

(3)數(shù)字接口包括；系統(tǒng)接口；SIM卡接口；測試接口；EEPROM接口；存儲器接口；ROM接口主要用來連接存儲程序的存儲器FLASHROM，在FLASHROM中通常存儲layer1，2，3、MMI和應用層的程序。RAM接口主要用來連接存貯暫存數(shù)據(jù)的靜態(tài)RAM（SRAM）。

存在于智能手機中的基帶芯片可以理解為一個結構復雜的SoC芯片，這種芯片具有多種功能，各個功能的正常工作是通過微型處理器進行配置與協(xié)調(diào)的。這種復雜的芯片以ARM微型處理器為中心，它通過ARM微型處理器的專用總線（AHB總線）來控制和配置ARM微型處理器周圍的各個外設功能模塊，這些功能模塊主要有GSM、WIFI、GPS、藍牙、DSP和內(nèi)存等等，并且每一個功能模塊都有獨立的內(nèi)存和地址空間，他們的功能是相互獨立的，互不影響的。并且基帶芯片自身擁有一個電源管理芯片1。

處理器結構常用的基帶芯片大多采用基于ARM的微處理器，ARM7TDMI是低端的ARM芯核，它所使用的電路技術能使它穩(wěn)定地在低于5V的電源下工作，可采用16/32位指令實現(xiàn)8/16/32位數(shù)據(jù)格式，具有高的指令吞吐量、良好的實時中斷響應、小的處理器宏單元ARM7能高效的運行移動電話軟件。以ARM7TDMI為例，

控制核ARM7TDMI，采用0.35um制造工藝。包括一個ARM7 32位RISC微處理核；1個Thumb能將16bit指令解壓為32bit指令；1個快速乘法器，一個輸入校驗斷路器(ICEbreaker)模塊。ICEbreaker模塊給控制核提供單片內(nèi)集成調(diào)試(debug)支持，當控制器停在程序斷點時，有權訪問控制器的全部內(nèi)容及控制器可訪問的全部地址空間。通過JTAG同步串聯(lián)連接，信息隨后送給計算機主機用于顯示。

ARM可訪問的地址空間由存儲器管理單元(MMU)控制。MMU負責提供片選，控制等待狀態(tài)及ARM產(chǎn)生的全部訪問數(shù)據(jù)寬度(8bit/16bit/32bit)。MMU支持外部8bit或16bit長度的程序與數(shù)據(jù)存儲器，外部ROM字寬由程序存儲器尺寸pin指示，外部RAM則由寄存器指示。MMU管理ARMT狀態(tài)變化；工作到睡眠由ARM7軟件實現(xiàn)，睡眠到喚醒由中斷或復位實現(xiàn)；MMU分配被要求的外部系統(tǒng)總線給DSP。

中斷控制寄存器是存儲器的映射，它允許隱藏與清除中斷，配置由中斷源及由ARM產(chǎn)生的中斷信號FIQ，IRQ之間的映射。一共有10個中斷源；外部設備中斷、DSP產(chǎn)生的中斷、SIM I/F中斷(要求與SIM卡交換讀寫字)、VART1。2中斷(要求與數(shù)據(jù)終端設備交換讀寫字節(jié))，按鍵掃描中斷(指示按鍵連通或斷開)，TDMA幀中斷1，TDMA幀中斷2，OS記號，RTC警報。

Boot ROM內(nèi)含ARM與USC(Universal system connector)系統(tǒng)串口的基本通信代碼，ROM代碼用于初始化MCU系統(tǒng)，而且能通過一個簡單的通信方案實現(xiàn)往內(nèi)部SRAM下載更有效的通信協(xié)議。

ARM7外圍設備是存儲器的映射并能被靈活驅動。IM I/F驅動SIM卡，并且執(zhí)行部分ETSI Rec11。11接口協(xié)議；復位序列，Card on sequence，card off sequence， byte or multi-byte transfer。16個通用輸入輸出(GPIO)線可用，但它們的使用有所限制，因為它們常與其它信號(如地址線、串口線等)復用，故要計算實際可用的GPIO數(shù)量。脈沖產(chǎn)生器產(chǎn)生軟件可調(diào)的PWM輸出頻率及占空比。特殊EEPROM串口總線確保當ARMT串接EEPROM時不會降低處理速度。GPSI(General purpose serial Interface)允許連接多種設備。輔助ADC I/F包含5個模擬輸入；溫度感應，電池電壓……

鍵盤掃描識別25個鍵的狀態(tài)。RTC模塊能提供一個帶報警提示的全天完整的時間時鐘，并帶100年日歷(注；不同的基帶芯片該項功能有差異，有的芯片的RTC只是一個32位計數(shù)器，需要通過軟件計算年月日時分秒)。

DSP子系統(tǒng)DSP子系統(tǒng)能使移動電話機信號處理軟件有效執(zhí)行及具靈活性。DSP核有許多種。例如；OAK,ADSP-218X等。以下以OAK為例做簡單介紹。OAK核包括一個16-bit（數(shù)據(jù)和程序）帶4個36位累加器的定點DSP，還帶強大的字位處理單元和子程序與中斷嵌套的深堆棧。一個片上16位數(shù)據(jù)隨機存儲器，容量4K。

當處理器停在程序斷點時，智能調(diào)試接口(SDI)有權訪問處理器的全部內(nèi)容及控制器可訪問的全部地址空間。通過JTAG同步串聯(lián)連接，信息隨后送給計算機主機用于顯示。DSP可訪問的地址空間由OAK 存儲器管理單元(MMU)控制，對所有OAK芯核要求的數(shù)據(jù)訪問，MMU負責提供片選，控制等待狀態(tài)和數(shù)據(jù)寬度。

MMU管理DSP狀態(tài)變化；工作到睡眠由DSP軟件實現(xiàn)，睡眠到喚醒由中斷實現(xiàn)。中斷控制寄存器是存儲器的映射,它們隱藏和清除中斷，配置中斷源和DSP產(chǎn)生的中斷信號(NMI,INT0,INT1,INT2)間的映射。

對DSP有5個可能的中斷源；ARM芯核產(chǎn)生的中斷,RX處理請求(處理接收的射頻信號取樣)，PCM I/F請求(讀寫語音信號的取樣)，TDMA幀頭的標示，語音幀編解碼請求。

根據(jù)GSM-1C，部分DSP資源(至少1K程序RAM，5K數(shù)據(jù)RAM，約10MIPS的運算能力)可用于用戶特殊程序。

DSP嵌入代碼運行要實現(xiàn)語音編解碼、信道編解碼、加密、解密、脈沖(Burst)產(chǎn)生與調(diào)整、電源檢測等。

DSP子系統(tǒng)是ARM7芯核內(nèi)外部可設定地址空間的映射。在ARM內(nèi)部的地址空間，保留靜態(tài)位置給DSP配置,用于以流控制的DSP的狀態(tài)和信息交換；ARM在外部的地址空間給出兩個基址，一個給ROM用于DSP把代碼從外部存儲空間傳輸?shù)絻?nèi)部程序存儲器，一個給RAM作為DSP工作狀態(tài)時的存儲空間。ARM的MMU單元可以使DSP通過DMA（儲器直接存取）機制與外部設備高速交換數(shù)據(jù)，同時減少數(shù)據(jù)交換時對CPU資源的占用。

DSP外設被映射為存儲器或被用作DSP用戶可定義寄存器接口。PCM I/F部分給DSP系統(tǒng)處理音頻數(shù)據(jù)流；在傳輸通路,它負責從音頻前置末端或DAI端口傳送音頻取樣信號；在接收通路，它傳輸解壓的音頻取樣信號到音頻前置末端或DAI端口。

DSP射頻端口為DSP子系統(tǒng)處理射頻數(shù)據(jù)流；在傳輸通路，它傳輸存儲符號到數(shù)字GMSK調(diào)制器；在接收通路，它存儲從RX ADC傳過來的IQ信號直到DSP處理完。Hardwired協(xié)處理器減輕了DSP處理負擔，它承擔通用DSP結構不擅長處理的部分GSM信號處理，并且還負責部分密碼算法處理和Viterbi解碼。

接口無線接口

該接口與移動電話無線部分有效連接。在發(fā)射方向，輸出信號為基帶GMSK信號，頻譜為GSM 05.05REC。在0~1800KHZ帶寬內(nèi)。TX POWER ramp的上升與下降是可編程控制，而且與功率放大器相匹配。在接收方面，輸入信號預期為濾除干擾信號的基帶信號。在RF到BB轉換中鄰近信道預計濾除至少9DB RX增益控制可以調(diào)節(jié)器節(jié)RF信號電平達到基帶芯片輸入信號的動態(tài)范圍之內(nèi)。提供模擬或者數(shù)字接口。RX增益可自動調(diào)節(jié)在接收信號平僅針對BCCH載波或ARM7子系統(tǒng)預設值。頻率控制器可以按每步小于0.5HZ調(diào)節(jié)參考的振頻率。PCC接口承載接收、發(fā)射及burst監(jiān)控頻率值。內(nèi)部定是窗口可以被頻率合成器決定時間相匹配。

語音****接口

語音前置端口是滿足G712要求的編解碼器，它允許如圖所示的語音有效連接。在發(fā)射方向，發(fā)話器信號在轉化成PCM I/F前被數(shù)字代及濾波，一對差分發(fā)話器給電發(fā)話器提供差分電流源。在接收方向，信號被解壓與濾波傳給揚聲器，DSP子系統(tǒng)產(chǎn)生蜂鳴信號給蜂鳴器，一對差分輸出驅動信號被提供，語言前置端口控制語音信號放大量及調(diào)整數(shù)字濾波器率響應。

電源/復位管理與定時產(chǎn)生，這部分小功能塊是降低功耗的主要部分；只讓必須工作的小功能塊工作。程序能實現(xiàn)如下功能；當數(shù)字尋功能塊工作在空閑狀態(tài)時停止或減慢其數(shù)字時鐘；切斷模擬子功能塊的電源當其工作在空閑模式時；在收到子系統(tǒng)復位要求或者看門狗計算器滿時，復位信號發(fā)生器產(chǎn)生內(nèi)部復位信號，時鐘發(fā)生器產(chǎn)生基帶子系統(tǒng)的操作時鐘，內(nèi)PCC為ARMT子系統(tǒng)及DSP子系統(tǒng)產(chǎn)生高速時鐘，分別為26MHZ與52MHZ時鐘。功耗降低開關內(nèi)含讓基帶芯片子系統(tǒng)接通或斷開電源的寄存器。定時產(chǎn)生器產(chǎn)生定時窗口讓基帶芯片子系統(tǒng)與外接天線設備在TDMA幀內(nèi)動態(tài)接通或關斷。為了將聽與呼叫功能塊的功耗最小化；采用慢的時間基準代替快的時鐘基準使功耗降低；TDMA幀巾斷可以被掩飾為了可編程同期。

公用debug/測試接口

該接口允許測試或debug設備連接在同一端口，它為最終目的提供debug工具。根據(jù)端口或核選擇器數(shù)值，該接口將外部信號與內(nèi)部端口連接；DAI端口，DSP JTAG串聯(lián)端口或者ARM7 JTAG串聯(lián)端口。

開發(fā)工具通過VSD模塊（VLSI串行器模塊）驅動DSP（OAK SDI）與ARM ICEbreaker VSD 模塊將Host信號轉化為JTAG格式，而且容許通過測試端口連接內(nèi)部資源。在開發(fā)芯片，增加debug連接腳，容許通過外接邏輯分析器觀察與實時跟蹤記錄內(nèi)部信號

移動終端的硬件結構傳統(tǒng)的說，一個手機包括很多部分，學一件東西，首先我們從簡單入手，假設我所要了解的手機只有最基本的功能--打電話發(fā)短信，那么這個手機應該包括以下幾個部分，①射頻部分，②基帶部分，③電源管理，④外設，⑤軟件。以MTK平臺為例，MTK平臺的6117，6119，6228，6305等一系列的芯片組代號紅遍手機行業(yè)，但它們之間是怎樣的聯(lián)系呢?有人誤解這些芯片組代號是MTK平臺的代號，按照我的理解，61xx系列是射頻芯片組；62xx系列是基帶芯片組；63xx系列是電源管理芯片組，每一種MTK平臺是這三種芯片組的組合，其中由于基帶芯片組的重要性更高，所以一般以基帶芯片組的代號來代指該MTK平臺。

①射頻部分；一般是信息發(fā)送和接收的部分；

②基帶部分；一般是信息處理的部分；

③電源管理；一般是節(jié)電的部分，由于手機是能源有限的設備，所以電源管理十分重要，MTK做得好一個很大的原因就是電源管理做的好。

④外設；一般包括LCD，鍵盤，機殼等；

⑤軟件；一般包括系統(tǒng)，驅動，中間件，應用四大部分；

基帶芯片是整個手機的核心部分，這個就好比電腦的主機，其它都是外設。傳統(tǒng)的基帶芯片分為ABB和DBB兩個部分，BB是Baseband的縮寫，A是ANALOG的縮寫，D是DIGITAL的縮寫。

因為基帶芯片不光處理數(shù)字信號，也有可能處理模擬信號，最常見的就是聲音的捕捉和合成轉換，不要幻想手機中的聲音是數(shù)字編碼的，早期的大哥大根本沒有那個處理能力。

在手機行業(yè)中，定義雙芯片解決方案為smartphone，單芯片解決方案為feature phone，所謂的單雙芯片就是DBB的核心部分。一般情況這種核心芯片的價格不菲，低端手機為了節(jié)約成本，只內(nèi)嵌一個MCU芯片，成本稍高的中高端手機額外內(nèi)嵌一個DSP芯片。還有一些高端手機的DBB有三個芯片，一個ARM7的主管通信部分，一個ARM9的充當MCU負責應用，一個DSP專用芯片負責大計算編解碼的，隨著硬件成本在手機中的比重越來越低，三芯片的解決方案可能將會是主流。

MCU和DSP充當DBB的CPU是整個手機主機的靈魂，但這不意味著其他的就可要可不要，手機有串口，有紅外，有藍牙，有sim卡，有鍵盤，有內(nèi)存，有LCD，有USB…基帶芯片上要支持這些東西，光說說是做不到的，有復雜的總線，石英鐘，附加安全芯片等等，也可能是基帶芯片上捆綁的附屬品?；鶐酒由匣就庠O的成本通常也叫BOM成本。

手機終端中最重要的核心就是射頻芯片和基帶芯片。射頻芯片負責射頻收發(fā)、頻率合成、功率放大；基帶芯片負責信號處理和協(xié)議處理。

在TD-SCDMA終端發(fā)展中，處于產(chǎn)業(yè)鏈上游位置終端芯片方案的研發(fā)進展是推動TD產(chǎn)業(yè)商用化深入的關鍵。只有射頻收發(fā)和基帶芯片相互配合，才能共同完成中國3G芯片產(chǎn)業(yè)鏈的完整布局。

但射頻芯片跟基帶芯片相比，中國廠商的力量明顯薄弱。從廠商數(shù)量和融資規(guī)模來看就可見一斑。

射頻芯片簡單的說就是接收信號和發(fā)送信號。我們的手機接打電話和接收短信時主管與基站通信的部分。

射頻原理，全天下的都差不多一樣，兩條通道，一條發(fā)射，一條接收，但只有一根天線，一般是由一個開關(switch)來切換接收和發(fā)送的狀態(tài)。有人要問，"何時切換?我打電話的時候既接收信號又發(fā)送信號，怎么沒有感覺到切換呀!"，這個開關切換速度非常快，就好比我們平時在電腦上可以同時下載和上傳多個文件而感覺不出來是通過一根網(wǎng)線做到的一樣。

我們的手機是數(shù)字手機，所以要處理的都是數(shù)字信號，而射頻發(fā)射的都是模擬信號，所以這個有一個數(shù)模轉換的過程，數(shù)模轉換的部分可能被包含在基帶芯片中也可能被包含在射頻芯片中。MTK平臺的就包含在基帶芯片中。

數(shù)字信號轉換成模擬信號后信號非常的弱，不足以發(fā)送給基站，所以一般射頻芯片中都有一個PA功放，功放顧名思義就是將功率放大，功率放大的代價就是電源消耗嚴重，所以我們打電話的時候特別的消耗電，那一般不打電話時也有信號發(fā)送給基站啊，要不手機上的信號怎么忽強忽弱的，對的，但是沒有電話時射頻信號一般發(fā)送的周期特長，比通話時信號發(fā)送的頻率要低的多，所以這時不太耗電。

發(fā)送的通道要比接收的多一個振蕩器，為啥要多個振蕩器呢?我們都知道世界上有850MHz/900MHz/1800MHz/1900MHz四個GSM手機頻段，這個頻段是啥意思?以900MHz為例，就是一秒鐘傳輸9億個信號，換句話說每傳輸一個信號的時間間隔是9億分之一秒，那么這個時間間隔由誰來把關呢?就是由這個振蕩器，這個振蕩器的震蕩頻率就是采用的頻段標準。

于是我們理理思路；

發(fā)射端：數(shù)字信號-->DAC(數(shù)模轉換)-->混頻器(與振蕩器混合)-->發(fā)射功放-->發(fā)射

接收端：數(shù)字信號