智能手機發展趨勢及設計中需要注意的問題
發布時間：2015-11-24 11:07
發布者：designapp
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智能手機如今已成為人們必備的數碼設備，以智能手機為中心日益繁多的應用，也在逐漸豐富著人們的生活。作為使用者，手機用戶希望有更好的應用體驗，更多的應用選擇。從iPhone6、華為MATE7、三星GALAXY Note 4、S6及努比亞Z9等幾款較新的機型可以看出，手機廠商在采用更高性能的處理器以提升整機性能的同時，也更加注重向用戶提供新的應用體驗。一些新的應用如健康及醫療相關的功能、移動支付、無線充電等新功能成為設計的趨勢。 首先我們回顧一下手機廠商展現的一些新的技術和應用以及所涉及的技術。 1健康及醫療相關的功能 三星GALAXY Note 4可監測除了運動方式和距離、消耗熱量等常規指標外，還提供Cinga專業的教練服務、心率監測、UV指數監測等功能。Apple也提供了HealthKit，可以和健康及健身APP密切配合，提供心率、燃燒的卡路里、血糖、膽固醇等指標。 可穿戴的智能健康設備和智能手機連接大多采用BLE作為無線傳輸的方式。BLE具有低功耗、低成本、連接快速、兼容性好的特點，很適合手機附件和其他智能設備對于低功耗、高兼容性的要求。而且藍牙組織新發布的BLE4.1標準對BLE4.0標準進行了升級，提高了傳輸速率，支持Slave和Master角色的轉換，改進配對方式使BLE4.1更適合可穿戴智能設備。 2硬件支持移動支付 移動錢包被認定為是一種將能夠取代大量信用卡以及現金的新的支付方式。Apple推出了Apple pay，Google推出了Google Wallet，Softcard也提供了類似的支付方式。Apple Pay、Google Wallet和Softcard都采用了NFC技術作為支付時身份認證、數據交換的數據通道。NFC由非接觸式射頻識別(RFID)及互聯互通技術整合演變而來，是一種用于近距離無線通信的技術。三星是推動NFC技術在手機應用中最積極的手機廠商，其多款手機使用了NFC技術，如三星Galaxy S5采用NXP PN547，蘋果也后來跟上在iPhone6中采用了NXP PN65V.而且NFC不僅可用在智能手機端作為支付手段，現在也常在智能設備的藍牙和wifi的配對中得到應用。 3更佳的音頻特性 智能手機越來越成為多媒體應用的平臺，所以對智能手機音頻特性的需求也越來越高。比如從只支持8bit、8KHz的語音服務到支持16bit、44.1KHz的Hi-Fi服務。而且隨著音頻特性的提升，對硬件的調校的要求也越來越高。因此，音頻特性的提升成為手機廠商關注的焦點之一。 4無線充電技術 智能手機耗電量大，“一天一充”幾乎是每個智能手機使用者吐槽的熱點。無線充電技術將大大提高智能手機的便捷性。Qi的無線充電標準是目前應用最廣泛的標準。其低功率標準使用電感傳輸5W或以下的功率，以電感耦合方式傳輸能量，兩電感(線圈)之間的距離可達5mm，也可視需要而增至40mm.三星的S6支持基于Qi標準的無線充電設備。 下面我們針對BLE、NFC及無線充電和手機音頻放大器的設計注意的問題及選型做一些討論。 1 BLE市面上現在常見的幾款BLE芯片有NXP的QN902x(QN902x之前是昆天科產品，后昆天科被NXP收購)、TI的CC254x及新發布的CC2640等。 比較常見的問題是相同的程序，在原廠提供的開發板上工作正常，但是在客戶自己制作的電路板上不是連接不到手機就是連接一段時間后中斷，但測試供電電壓符合要求，這時可能就一籌莫展了。其實這兩個問題很大可能都和采用的晶體偏差有關，這還要從BLE的協議標準說起和晶體選擇說起。 BLE芯片通常要求提供2個晶體，一個高頻晶體負責給射頻部分的鎖相環提供時鐘，一個低頻的32.768KHz晶體負責提供進入低功耗模式后的喚醒時鐘。 一個Slave設備在上電后會進入廣播狀態，在37、38、39信道上發送廣播幀，Master設備如果掃描到Slave設備會進行連接，進行數據的交互。 一個Slave設備在廣播狀態時，如果此時手機或者包嗅探器監聽不到廣播幀，很有可能是發射的中心頻點出現了偏差。BLE協議中規定調制的頻偏不會大于150KHz，如果中心頻點的頻偏大于50KHz就有可能通信不上了，如下圖所示。 而中心頻點的偏差是和高頻晶體的偏差相關的，也就是說高頻晶體的偏差越大，中心頻點的偏差就會越大。 在Slave和Master連接后如果過一定時間連接會斷開，此問題很可能是地頻晶體的偏差造成的。在進入連接狀態后，每過一段時間，Master會發送CONNECT_REQ以維持連接狀態，這個時間叫connInterval(connSlaveLatency=0)。在兩個connInterval間，Slave使處于休眠狀態的(畢竟是低功耗的設備嘛，如果老是處在接受模式下，功耗怎么可能降下去呢)。如果低頻晶體的頻率不準，會造成喚醒的時間出現偏差，錯過CONNECT_REQ，造成連接失敗。當然也可以加大Slave喚醒的時間窗口，不過肯定會造成功耗的加大。 QN9021內置了32.768KHz的RC振蕩器，用戶也可使用外部高精度的32.768KHz晶體，這樣給低功耗的設計提供較靈活的選擇。 2 NFC 在NFC系統設計中，天線設計是一個難點，設計者只能在天線尺寸和通信距離間做平衡。如果想在不增加天線尺寸的情況下增加通信距離，只能加大驅動端的信號強度。 NXP的PN66T模塊內置有5V驅動器可將天線減小25%，在卡模式下，天線尺寸減小3倍以上。能很好地實現天線尺寸和通信距離間的平衡。 3音頻放大器 手機音頻硬件方面，主要包括DSP(數字信號處理器)、Codec(編解碼器，包括DAC和ADC)和放大器等。其中DSP一般都集成在手機處理器SoC中，Codec也有被集成在套片內，放大器都是在主芯片外。 為實現更佳的音質和更大的輸出音量，提高用于驅動揚聲器的驅動電壓一直是設計的要求。TFA9890揚聲器驅動器IC，可升壓到9.5V，可為放大器提供更大的電壓裕量，防止放大器削頂。 智能手機廠商已經從單純的關注提高硬件性能，發展到在關注提高硬件性能的同時更關注提供更多貼近生活的應用，以提高用戶的應用體驗。而作為產業鏈上游的傳統的IC廠商也適應了這一變化，力求提供完整的解決方案，幫助智能手機廠商簡化設計流程，縮短上市時間，也給APP的開發者提供了更大的想象空間。NXP也提供了配套的MIFARE SDK，可在Java級實現對所有硬件特性的訪問，優化了與NTAG設備交互的Android應用的開發過程，可簡化手機廠商的系統設計流程和周期。 |
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