設計揭秘：Moto Fone手機拆解

　　盡管大眾關(guān)注的熱點(diǎn)聚焦于高端移動(dòng)設備，比如蘋(píng)果公司的iPhone，但低端市場(chǎng)同樣是熱潮涌動(dòng)，至少在技術(shù)領(lǐng)域是這樣。摩托羅拉公司的F3 Fone就是這種入門(mén)級產(chǎn)品的一個(gè)很好例子。為了確認這一領(lǐng)域中的技術(shù)創(chuàng )新水平，Portelligent公司在這款雙頻GSM手機發(fā)布后不久就對它進(jìn)行了拆解。

　　F3 Fone在印度農村完成了平靜的發(fā)布過(guò)程，主要對象是首次使用手機并且希望采用低價(jià)預付費或按月服務(wù)的用戶(hù)。目前還不清楚Fone從最初市場(chǎng)走出了多遠，但現在已經(jīng)可以在歐洲和中美洲/南美洲發(fā)現它的蹤影。CDMA版本的Fone手機也已經(jīng)發(fā)布，而本文的焦點(diǎn)是最早的GSM手機。

　　在介紹Fone的技術(shù)細節之前，有必要先介紹留給消費者的第一印象。我們查看了包括低成本設備在內的許多產(chǎn)品，發(fā)現基本上削價(jià)等同于下降的產(chǎn)品質(zhì)量。但對Fone來(lái)說(shuō)不成立，至少在我看來(lái)是這樣。后面介紹的創(chuàng )新型顯示器就給人耳目一新的感覺(jué)。9mm超薄機身提供了一種時(shí)尚和優(yōu)美的風(fēng)格，產(chǎn)品的剛度和密度則讓人感覺(jué)設計非常穩健。

　　軟件界面在這里要做單獨的介紹。F3除了提供基本的通信功能外，還具備可下載鈴聲和多種語(yǔ)言的語(yǔ)音幫助功能，這在部分程度上彌補了缺少豐富菜單界面和印刷的操作說(shuō)明書(shū)等缺點(diǎn)?？傊?，F3成功地演繹了便宜與平淡廉價(jià)的不同，摩托羅拉也因為將高檔市場(chǎng)的感覺(jué)設計到入門(mén)級設備而受贊譽(yù)。

　　接下來(lái)再看里面。不管怎樣，最值得注意的是F3使用了半導體供應商TI公司的LoCosto“單芯片電話(huà)”。粗略地看過(guò)板子后似乎覺(jué)得這個(gè)說(shuō)法有點(diǎn)不太恰當，因為實(shí)現整個(gè)系統仍需要其它的元件(包括集成電路)，但該芯片其實(shí)有很重要的突破。TCS2300 LoCosto芯片采用的是球柵陣列(BGA)封裝，里面集成了GSM平臺的兩個(gè)關(guān)鍵單元-數字基帶處理器和射頻收發(fā)器。它沒(méi)有采用兩個(gè)芯片單封裝，而是利用單片方式集成了一直存在很大差異的兩種芯片技術(shù)。

　　從裸片照片可以看出，TCS2300具有兩個(gè)明顯不同的區域。裸片的最左邊包含CMOS RF收發(fā)器(面積大約占裸片的20%到30%)，而右邊的剩余部分則包括了用于實(shí)現基帶功能的DSP、控制器內核和片上SRAM。RF部分采用TI公司的數字射頻處理器(DRP)技術(shù)實(shí)現，DRP將許多傳統的濾波器、混頻器和放大器等模擬功能改用開(kāi)關(guān)電容濾波器、過(guò)采樣轉換器、采樣數據處理和數字鎖相環(huán)等，據稱(chēng)后者對硅片面積占用更小。毫無(wú)疑問(wèn)，數字信號處理技術(shù)是讓天線(xiàn)之前的電路盡可能數字化的關(guān)鍵。通過(guò)查看裸片可以清除地看到螺旋電感和其它傳統的模擬電路，但這些無(wú)線(xiàn)電路在裸片上只占很小的面積。

　　DRP已經(jīng)被TI廣泛應用于藍牙、Wi-Fi和GPS解決方案，因此這種蜂窩無(wú)線(xiàn)應用的加入使它得以全面進(jìn)入更為廣闊的單片通信領(lǐng)域。這種方法面臨的挑戰是要在混合信號集成器件中取得經(jīng)濟效益。雖然DSP內核、SRAM和其它純數字器件能受益于特征尺寸的縮小，但位于同一芯片上的模擬電路卻不能直接從中受益。根據DRP無(wú)線(xiàn)真正“數字化”的程度，未來(lái)將會(huì )是數字部分縮小到裸片上很小的一部分，而模擬部分則相應地增長(cháng)。由此看來(lái)，在晶圓級采用的先進(jìn)工藝技術(shù)只對每個(gè)芯片的很小部分帶來(lái)好處。換言之，今后的挑戰將是混合信號單片電路，它將超越經(jīng)過(guò)單獨優(yōu)化的數字、模擬和RF電路的成本結構。

　　當然，TI做到了，它在原來(lái)的LoCosto單芯片電話(huà)方案上增強了數字電路。LoCosto芯片之后的eCosto在類(lèi)似的單片解決方案中增強了處理能力和性能以支持數字內容，并通過(guò)保持裸片面積的模擬比例來(lái)維持經(jīng)濟優(yōu)勢。

　　然而TI架構，包括在Moto Fone中看到的，確實(shí)是將獨立器件中的模擬、RF和存儲功能劃分出來(lái)。TWL3029模擬子系統在第二塊BGA封裝的芯片中集成了電源管理和音頻電路。同樣，意法微電子的一個(gè)獨立2MB NOR閃存(M58WL016)則用于代碼和用戶(hù)數據存儲，Skyworks的SKY77518 RF FEM提供RF功放和發(fā)送/接收切換。eCosto設計也有它們自己相應的模擬芯片、RF功放和存儲器。

　　一些人認為混合信號系統級芯片更具競爭性。英飛凌科技公司最新的ULC2平臺將ULC1平臺(功能類(lèi)似于LoCosto)在單硅片上擴展了RF、基帶和模擬子系統的端點(diǎn)，但這并不是Fone設計的一部分。讓我們繼續關(guān)注未來(lái)“設計揭密”的其它手機拆解報告，繼續了解那些基于其它高度集成解決方案的手機。

　　讓我們再回到Fone上來(lái)，具有創(chuàng )新性的第二點(diǎn)是E Ink公司提供的電泳顯示器(EPD)，即摩托羅拉宣稱(chēng)的ClearVision技術(shù)。EPD是一種高對比度的雙穩態(tài)顯示器，所用彩色球體的黑面或白面可以根據所加的電荷改變方向使之面對用戶(hù)。一旦配置好后，顯示器的微球體不需要更多的能量來(lái)保持它們的狀態(tài)，因此即使沒(méi)有電池，屏幕上的圖像依然還能繼續保持。這導致分析過(guò)程中出現奇怪的現象，比如在拆解過(guò)程中設備早已拆開(kāi)很長(cháng)時(shí)間了，但看起來(lái)好像仍然“工作著(zhù)”。目前EPD還達不到傳統LCD面板的分辨率、顏色和響應速度，它只能向Fone設計提供一個(gè)功能界面。

　　插入的層次化剖面圖顯示了EPD的構造，它使用電路板印刷特性作為E Ink的驅動(dòng)電極，而頂部覆膜包含有大塊導體(可能是透明的銦錫氧化物或ITO)。由于在電路板和覆膜之間夾著(zhù)E Ink，因此頂部薄膜周?chē)倪吘壞z鏈珠可以起到密封作用。我們不知道摩托羅拉公司該產(chǎn)品所可能取得的良率，但總體上設計是簡(jiǎn)約和優(yōu)美的。來(lái)自晶門(mén)科技(Solomon Systech)公司的兩個(gè)相同的SSD1621驅動(dòng)器提供了顯示器的電接口，兩者都連接到鍵盤(pán)/顯示器的PCB。

　　對摩托羅拉和其它開(kāi)發(fā)低端產(chǎn)品的公司來(lái)說(shuō)，它們面臨的主要業(yè)務(wù)挑戰是要確保像Fone這樣不算太好的產(chǎn)品在高端高利潤產(chǎn)品主導的市場(chǎng)中保持相匹配的競爭能力。