智能手機設計的兩個(gè)關(guān)鍵因素

我們正處于PC機向移動(dòng)便攜設備過(guò)渡的時(shí)期，據預測到2015年，全球將會(huì )有超過(guò)46億的移動(dòng)用戶(hù)，而75%的內容將會(huì )由用戶(hù)自行產(chǎn)生，而視頻也將100%達到高清。而計算設備也進(jìn)一步的便攜化，這帶來(lái)了智能手機爆發(fā)式增長(cháng)。

短短幾年的時(shí)間，手機處理器工藝水平從90納米提升到現在的28納米，在工藝水平及主頻方面都得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。除了手機處理器性能的提升，越來(lái)越多的計算由云端完成，這得益于3G甚至LTE網(wǎng)絡(luò )的迅速發(fā)展。整個(gè)過(guò)程當中，處理器主頻的提升給手機廠(chǎng)商的設計帶來(lái)了很大的挑戰，其中包括信號完整性的設計以及功耗的設計。在日前深圳會(huì )展中心由創(chuàng )意時(shí)代舉辦的“第五屆手機創(chuàng )新設計大會(huì )”上，康佳集團設計驗證主管尹志誠向與會(huì )專(zhuān)業(yè)觀(guān)眾分享了智能手機處理器“核戰”下的硬件設計策略。

從功能機到智能機，如何提升信號完整性？

以下為演講摘錄：

為什么說(shuō)在手機“核”軍備競賽的今天，手機設計最重要的兩個(gè)關(guān)鍵因素，一個(gè)是信號完整性設計，另外是低功耗的設計？

以一個(gè)典型的雙核智能手機技術(shù)架構為例，在這個(gè)技術(shù)架構里，在高速總線(xiàn)就有低功耗的DDR2、音視頻處理的HDMI、顯示和USB2.0，這些高速數據下在以前的功能機時(shí)代是無(wú)法去想象的。另外一個(gè)比較大的區別是射頻端，整體來(lái)說(shuō)智能手機射頻的通訊制式更加集成，集成了多種通信制式，同時(shí)在連接端，進(jìn)場(chǎng)連接端有藍牙、WIFI、GPS。這一部分在以前功能手機的設計中是很簡(jiǎn)單的，只需要射頻測試就能搞定的事情，但現在涉及到要有耦合和NFC的控制。

在電池部分，由于現在電池容量也越來(lái)越大，核心處理器對電池的要求也越來(lái)越多，功耗要求也越來(lái)越大。在這一部分，會(huì )要求到PDN電源網(wǎng)絡(luò )合理分配的設計和壓降的設計。

以前我們在功能機時(shí)代做設計比較簡(jiǎn)單，原理圖出來(lái)之后直接畫(huà)機，然后直接測試一下就可以通過(guò)了。但在目前智能機高速發(fā)展的時(shí)代，這種設計一定要基于仿真的主板設計。在原理圖完成之后，首先要經(jīng)過(guò)信號和PI的前仿真，通過(guò)分析通道阻抗匹配、拓撲結構，分析電源地層疊的分布，自動(dòng)優(yōu)化輸出電容濾波方案的BOM清單，分析電源地平面結構劃分。PCB設計完成以后，要經(jīng)過(guò)SI/PI的后仿真，分析信號時(shí)域波形、電源實(shí)時(shí)噪聲，分析信號與電源地之間干擾、電源地阻抗、諧振模式，自動(dòng)優(yōu)化電容濾波方案、消除諧振點(diǎn)，分析電源地平面、過(guò)孔等直流壓降/電流密度，達到一個(gè)比較好的PCB設計性能，然后測試通過(guò)以后，整個(gè)產(chǎn)品才可以往下繼續走。

在我們做仿真的過(guò)程當中，也有一些經(jīng)驗想跟大家做一些分享。像多層的BI電流回路，目前智能機一般是8層板到10層板，我列了8層板的回流路徑。有兩種方式解決：一種是在去耦電容與組IC在主板的不同側面，只需要考慮到去耦電容和IC電流路徑最短原則就可以了，只考慮到垂直過(guò)孔的回流路徑。但事實(shí)上很多時(shí)候是在去耦電容和組IC在同一側面，這時(shí)候更多是考慮內部走線(xiàn)的情況，就會(huì )比較復雜一點(diǎn)。從左IC的地過(guò)孔過(guò)來(lái)之后，經(jīng)過(guò)PCP走線(xiàn)，最后要考慮電流的回路平面，電源和地過(guò)孔的數量匹配，通過(guò)去耦電容以后回到組IC，整個(gè)路程要分析這部分內容，走線(xiàn)的回流平面。