智能手機(jī)的硬件知識有哪些

　　智能手機(jī)以其強(qiáng)大的功 能和便捷的操作等特點(diǎn)越來越得到人們的青睞，將逐漸成為市場的一種潮流。那么，關(guān)于智能手機(jī)硬件的知識還有哪些呢?下面jy135小編來告訴大家吧!

　　智能手機(jī)的硬件知識有哪些

　　在智能手機(jī)的硬件架構(gòu)中，無線modem部分只要再加一定的外圍電路，如音頻芯片、lcd、攝像機(jī)控制器、傳聲器、揚(yáng)聲器、功率放大器、天線等，就是一個(gè)完整的普通手機(jī)(傳統(tǒng)手機(jī))的硬件電路。模擬基帶(abb)語音信號引腳和音頻編解碼器芯片進(jìn)行通信，構(gòu)成通話過程中的語音通道。

　　從這個(gè)硬件電路的系統(tǒng)架構(gòu)可以看出，功耗最大的部分包括主處理器、無線modem、lcd和鍵盤的背光燈、音頻編解碼器和功率放大器。因此，在設(shè)計(jì)中，如何降低它們的功耗，是一個(gè)很重要的問題。

　　降低cpu部分的供電電壓和頻率

　　在數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)中，cmos電路的靜態(tài)功耗很低，與其動(dòng)態(tài)功耗相比基本可以忽略不計(jì)，故暫不考慮。其動(dòng)態(tài)功耗計(jì)算公式為：

　　pd="ctv2f" (1)式中：pd為cmos芯片的動(dòng)態(tài)功耗;ct為cmos芯片的負(fù)載電容;v為cmos芯片的工作電壓;f為cmos芯片的工作頻率。

　　由式(1)可知，cmos電路中的功率消耗與電路的開關(guān)頻率呈線性關(guān)系，與供電電壓呈二次平方關(guān)系。對于cpu來說，vcore電壓越高，時(shí)鐘頻率越快，則功率消耗越大，所以，在能夠正常滿足系統(tǒng)性能的前提下，盡可能選擇低電壓工作的cpu。對于已經(jīng)選定的cpu來說，降低供電電壓和工作頻率，能夠在總體功耗上取得較好的效果。

　　對于主cpu來說，內(nèi)核供電電壓為1.3 v，已經(jīng)很小，而且其全速運(yùn)行時(shí)的主頻可以完全根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置，其內(nèi)部所需的其他各種頻率都是通過主頻分頻產(chǎn)生。主cpu主頻fcpu計(jì)算公式如下：

　　在coms芯片上，為了防止靜電造成損壞，不用的引腳不能懸空，一般接下拉電阻來降低輸入阻抗，提供泄荷通路。需要加上拉電阻來提高輸出電平，從而提高芯片輸入信號的噪聲容限來增強(qiáng)抗干擾能力。但是在選擇上拉電阻時(shí)，必須要考慮以下幾點(diǎn)：

　　a)從節(jié)約功耗及芯片的`倒灌電流能力上考慮，上拉電阻應(yīng)足夠大，以減小電流;

　　b)從確保足夠的驅(qū)動(dòng)電流考慮，上拉電阻應(yīng)足夠小，以增大電流;

　　c)在高速電路中，過大的上拉電阻會(huì)使信號邊沿變得平緩，信號完整性會(huì)變差。

　　因此，在考慮能夠正常驅(qū)動(dòng)后級的情況下(即考慮芯片的vih或vil)，盡可能選取更大的阻值，以節(jié)省系統(tǒng)的功耗。對于下拉電阻，情況類似。

　　對懸空引腳的處理

　　對于系統(tǒng)中cmos器件的懸空引腳，必須給予重視。因?yàn)閏mos懸空的輸入端的輸入阻抗極高，很可能感應(yīng)一些電荷導(dǎo)致器件被高壓擊穿，而且還會(huì)導(dǎo)致輸入端信號電平隨機(jī)變化，導(dǎo)致cpu在休眠時(shí)不斷地被喚醒，從而無法進(jìn)入睡眠狀態(tài)或其他莫名其妙的故障。所以正確的方法是，根據(jù)引腳的初始狀態(tài)，將未使用的輸入端接到相應(yīng)的供電電壓來保持高電平，或通過接地來保持低電平。

　　緩沖器的選擇

　　緩沖器有很多功能，如電平轉(zhuǎn)換、增加驅(qū)動(dòng)能力、數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蚩刂频�，�?dāng)僅僅基于驅(qū)動(dòng)能力的考慮增加緩沖器時(shí)，必須慎重考慮，因驅(qū)動(dòng)電流過大會(huì)導(dǎo)致更多的能量被浪費(fèi)掉。所以應(yīng)仔細(xì)檢查芯片的最大輸出電流ioh和iol是否足夠驅(qū)動(dòng)下級芯片，當(dāng)可以通過選取合適的前后級芯片時(shí)應(yīng)盡量避免使用緩沖器。

　　電源供給電路

　　由于使用雙cpu架構(gòu)，外設(shè)很多，需要很多種電源。僅以主cpu來說，就需要1.3v、2.4v和2.8v電壓，因此需要很多電壓變化單元。通常，有以下幾種電壓變換方式：線性調(diào)節(jié)器;dc/dc;LDO(低漏失調(diào)節(jié)器)。其中l(wèi)do本質(zhì)上是一種線性穩(wěn)壓器，主要用于壓差較小的場合，所以將其合并為線性穩(wěn)壓器。

　　線性穩(wěn)壓器的特點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡單，所需元件數(shù)量少，輸入和輸出壓差可以很大，但其致命弱點(diǎn)是效率低、功耗高，其效率η完全取決于輸出電壓大小。

　　dc/dc電路的特點(diǎn)是效率高、升降壓靈活，缺點(diǎn)是電路相對復(fù)雜，紋波噪聲干擾較大，體積也相對較大，價(jià)格也比線性穩(wěn)壓高，對于升壓，只能使用dc/dc。因此，在設(shè)計(jì)中，對于電源紋波噪音要求不嚴(yán)的情況，都是使用dc/dc的電壓轉(zhuǎn)換器件，這樣可以有效地節(jié)約能量，降低智能手機(jī)的功耗。

　　led燈的控制

　　智能手機(jī)電路中，鍵盤和lcd背光燈工作時(shí)會(huì)消耗大量能量。例如本文架構(gòu)中使用的lcd，其背光燈電氣要求如下： 正向電流典型值為15 ma，正向電壓典型值為14.4 v，背光燈消耗功率典型值為216 mw。

　　由此可以看出，在正常工作時(shí)，lcd背景l(fā)ed燈功耗非常大。因此，在設(shè)計(jì)中，必須降低led燈的功耗。可以通過以下方法：

　　a)在led燈回路中短接一個(gè)小電阻，改變阻值，用來控制led燈工作時(shí)的電流。

　　b)利用人眼的遲滯效應(yīng)，使用pwm(脈寬調(diào)制)信號來控制led燈的開關(guān)。

　　在主cpu中，通過配置寄存器gpcon_u、gpcon_l可以把gpio20一gpio23和gpio2-gplo5配置成pwm信號輸出，再配置內(nèi)部相應(yīng)的寄存器，控制pwm輸出信號的頻率和占空比，作為控制引腳來控制led背光燈，以此來降低lcd背光燈的功耗。

　　c)在手機(jī)圖形界面上提供一個(gè)調(diào)節(jié)背光燈亮度的界面，讓用戶在系統(tǒng)設(shè)置的led燈亮度基礎(chǔ)上，進(jìn)一步調(diào)節(jié)背關(guān)燈的亮度，這樣，既增加了手機(jī)使用的靈活性，又進(jìn)一步降低了手機(jī)的功耗。

　　無線modem部分的控制

　　如圖1所示，智能手機(jī)的硬件體系結(jié)構(gòu)采用雙cpu架構(gòu)，無線modem作為主cpu的一個(gè)外設(shè)，與主cpu芯片的其他外設(shè)相比，具有其特殊性，例如當(dāng)智能手機(jī)處于睡眠模式時(shí)，可以直接關(guān)閉lcd、攝像機(jī)等外設(shè)的供電電源，而無線modem不行，必須要求無線modem具有繼續(xù)等待來電、搜索網(wǎng)絡(luò)等功能，而不能直接將其關(guān)閉。而對于本文硬件架構(gòu)中的無線modem方案，其中也擁有一個(gè)系統(tǒng)，內(nèi)部運(yùn)行完整的gsm(全球移動(dòng)通信系統(tǒng))協(xié)議和獨(dú)立的電源管理模塊，主cpu可以通過uart口和無線modem進(jìn)行電源管理協(xié)商。無線modem內(nèi)部的電源管理由自己來控制，當(dāng)無線modem處于空閑狀態(tài)時(shí)，自己能完好地進(jìn)入和退出待機(jī)模式。因此，在本文的硬件架構(gòu)的設(shè)計(jì)上，當(dāng)智能手機(jī)開機(jī)時(shí)，給無線modem加電、關(guān)機(jī)時(shí)，對modem進(jìn)行斷電。

　　軟件優(yōu)化

　　式中：m=mdiv+8;p=pdiv+2，s=sdiv;mdiv、pdiv和sdiv可以通過寄存器進(jìn)行設(shè)置。

　　因此，設(shè)計(jì)中確定主cpu主頻對于整個(gè)系統(tǒng)的功耗和性能是一個(gè)關(guān)鍵。本文在綜合考慮系統(tǒng)性能和功耗的基礎(chǔ)上，設(shè)置主cpu主頻為204 mhz。

　　dpm

　　dpm(動(dòng)態(tài)電源管理)是在系統(tǒng)運(yùn)行期間通過對系統(tǒng)的時(shí)鐘或電壓的動(dòng)態(tài)控制來達(dá)到節(jié)省功率的目的，這種動(dòng)態(tài)控制與系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)密切相關(guān)，該工作往往通過軟件來實(shí)現(xiàn)[3,4]。

　　定義不同的工作模式

　　在硬件架構(gòu)中智能手機(jī)的工作模式與主cpu的工作模式密切相關(guān)。為了降低功耗，主cpu定義了4種工作模式：general clock gating mode;idle mode：sleep mode;stop mode。在主cpu主頻確定的情況下，智能手機(jī)中定義了對應(yīng)的4種工作模式：正常工作模式(normal);空閑模式(idle);睡眠模式(sleep);關(guān)機(jī)模式(off)。各種模式說明如下：

　　a)正常工作模式：主cpu工作模式為general clock gating mode;主cpu全速運(yùn)行;時(shí)鐘頻率為204 mhz。智能手機(jī)在這種狀態(tài)下功耗最大，根據(jù)不同的運(yùn)行狀態(tài)，如播放mp3、打電話、實(shí)際測量，這種模式下智能手機(jī)工作電流為200 ma左右。

　　b)空閑模式：主cpu工作模式為idle mode，主cpu主時(shí)鐘停止;時(shí)鐘頻 率為204 mhz。在空閑狀態(tài)下，鍵盤背關(guān)燈和lcd背光燈關(guān)閉，lcd上有待機(jī)畫面，特定的事件可以使智能手機(jī)空閑模式進(jìn)入正常工作模式，如點(diǎn)擊觸摸屏、定時(shí)喚醒、按鍵、來電等。

　　c)睡眼模式：主cpu工作模式為sleep mode，除了主cpu內(nèi)部的喚醒邏輯打開外，其余全關(guān)閉;主cpu時(shí)鐘為使用36.768 khz的慢時(shí)鐘。除了modem以外，外設(shè)全部關(guān)閉，定義短時(shí)按開機(jī)鍵，使智能手機(jī)從睡眠模式下喚醒進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

　　d)關(guān)機(jī)模式：主cpu工作模式為stop mode，除了主cpu泄漏電流外，不消耗功率;主cpu關(guān)閉。智能手機(jī)必須重新開機(jī)之后，才能進(jìn)正常工作模式，實(shí)際測量，手機(jī)在這種模式下電流為100μa。

　　從以上看出，智能手機(jī)在正常工作模式下的功率比空閑模式、睡眠模式下大得多。因此，當(dāng)用戶沒有對手機(jī)進(jìn)行操作時(shí)，通過軟件設(shè)置，使手機(jī)盡快進(jìn)入空閑模式或睡眠模式;當(dāng)用戶對手機(jī)進(jìn)行操作時(shí)，通過相應(yīng)的中斷喚醒主cpu，使手機(jī)恢復(fù)正常工作模式，處理完響應(yīng)的事件后迅速進(jìn)入空閑模式或睡眠模式。

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