基带处理器和射频前端的体系结构

来自Jack's Lab
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1 概述

基带(Baseband) 信号就是低频的基础信号(有效信息),比如一段300-3000Hz的人声通过话筒转化为一段模拟的电信号就是一段基带信号


GSM的基带信号频率为 67.708KHz,所载数据速率为270.833Kbit/ (67.708K x 4)


目前,射频部分都是模拟器件,数字器件没法处理射频。


GSM最后准备传输的基带信号必须是模拟信号,频率 67.708KHz,直接发射传输的话,天线会很长(约为1.1千米)。因此需要借助于高频载波(数百MHz),载着(AM调制)基带信号发射传输,这样天线可以做到极小


GSM的基带信号产生大概流程是:

基带处理器(BBP)接受到上层通讯请求 ---> BBP构造GSM协议数据包 --->  BBP内的DSP将数据包转化为数字基带信号 ---> 

数字基带信号通过数模转换器 (DAC) 转为模拟基带信号 ---> 最后送到射频前端调制入高频载波后通过天线发射



2 经典GSM手机基带和射频结构

先看看早期经典GSM手机 Motorola C123/C118 基带和射频部分:


C118.baseband.block.diagram.png


  • GSM RF: TRF6151C --- GSM射频前端,又叫 RF Tranceiver
  • ABB: Ti TWL3025BZGR --- 模拟基带芯片,Analog Baseband Chip
  • DBP: Ti Calypso Baseband, D751749ZHH model (Calypso Lite G2), includes 256kBytes of internal SRAM --- 数字基带处理器,Digital Baseband Processor


此外还有一片射频功放: SKY77324-12 --- 在手机发射信号时,用于增加射频的功率,从而使通信距离更远、信号更好。


空中GSM射频信号被天线(Antenna)捕捉到,送到射频前端(GSM RF),其先将信号解调为模拟的基带I/Q信号,模拟基带I/Q信号接着被送到ABB进行AD转换,转化成数字基带I/Q信号,然后被送到数字基带处理器(Digital Baseband Processor)的串口(Baseband Serial Port)上。


上图的DBP指的是TI的GSM基带处理芯片Calypso 2,射频前端是TI TRF6151C;ABB(Analog Baseband Chip)是TI TWL3025。当然现在的集成度更高,比如Infineon PMB6272 则把 ABB 和 射频前端都做到一块芯片内,Qualcomm 的 QSC6270 则把数字基带,模拟基带和射频前端都集成到一个芯片内了!


C123/C118 的主板结构,参考: http://bb.osmocom.org/trac/wiki/MotorolaC123


2.1 DBP

C118-DBP-bloack-dia.png


数字基带信号,经数字基带处理器 (DBP)内的 DSP Core 处理、GMSK解调后,直接输出 MAC block 到 ARM Core,运行于 ARM 内部的 Layer 1 程序,开始对MAC Block 进行协议解析,最终将有效数据输出到串口,供上层软件处理。



2.2 射频部分

目前,射频部分都是模拟器件,数字器件没法处理射频。因此空中无线传输的电波,其基带信号都是模拟信号。


2.2.1 相关射频背景

模拟信号调制技术(FM/AM/PM/SSB)

手机内部 I/Q信号

混频器

中频 http://en.wikipedia.org/wiki/Intermediate_frequency




2.2.2 接受过程

移动台(手机)典型的接受过程为:

天线接收—— 天线匹配及天线开关 —— 滤波(声表面滤波器,SAW Filter)—— 放大(低噪声放大器,LNA)—— 接受镜像抑制,RF混频(混频器 RF Mixer)
—— 中频滤波 —— 中频放大 —— IQ解调(IF混频器,输出 67.708KHz 模拟 I/Q 信号)—— 滤波 —— (进入基带部分)



2.2.3 发射过程

典型的发射过程为:

(来自基带的GMSK调制的模拟 I/Q 信号)—— IQ调制为中频信号 —— 中频滤波 —— 发射混频(RF混频器,RF Mixer)—— 功率放大(PA)
—— 天线开关(切换收/发) —— 天线发射



3 智能机时代基带和射频结构

特点是高度集成化

3.1 T959/I9000

早期的代表机器 SAMSUNG T959/I9000 基带和射频结构:

  • 2G/3G射频前端 + 模拟基带处理,用的是一片 Intel/Infineon 的 5703
  • 数字基带部分,用的 Intel/Infineon 的 8824 (PMB9801, X-GOLD 616),DSP + ARM 核心,ARM Core 上跑一个实时OS,内有大量 2G/3G 的协议处理进程
  • Intel/Infineon 5703 和 Intel/Infineon 8824 间的接口,使用标准的 3G DigRF V3.09。3G DigRF 最新的标准已经到 V4,用于支持4G下的高带宽、高I/Q速率的需求



3.2 Note II

2012年底发布的机器 SAMSUNG Note II N7102,该机器是双卡双待机器,因此其有两套射频和基带处理路径:


路径一:

  • 高通 (Qualcommm) 一片解决方案 ESC6270,单片内部集成射频前端、模拟基带处理、数字基带处理器。该高度集成芯片用于取代高通原 MSM6255A/MSM6260(BaseBand) + RTR6285(RF) + PM6658(Power Management) 的三片方案


路径二:

  • 2G/3G射频前端 + 模拟基带处理,用的一片 Intel/Infineon 5712 (SMARTi-UE2)
  • 数字基带部分,用的一片 Intel/Infineon X-GOLD 626



3.3 Note III

2013年9月发布的 Galaxy Note III N9005

  • Qualcomm MSM8974 Snapdragon 800 Baseband / Applications Processor (基带处理)
  • Qualcomm WTR1605L GSM/CDMA/W-CDMA/LTE RxD Transceiver + GPS (射频前端)
  • Qualcomm PM8841 and PM8941 Power Management


Note III 解析: http://www.techinsights.com/samsung-galaxy-note-3/



3.4 Huawei P6

比亚迪电子代工,很好地解决了全金属外壳下,智能机 2G/3G/WiFi/Bluetooth/GPS 的射频天线问题,解决的方案也是把金属外壳的一部分作为天线,天线即外壳,外壳即天线,巧妙地绕开了金属对射频电磁场的影响。

  • 射频前端 + 模拟基带,应该是 Intel/Infineon 单片方案,怀疑也是PMB5712
  • 数字基带处理器,Intel/Infineon X-GOLD 626 (X-GOLD 626),同 N7102 路径二



3.5 MI 3

TD版:

  • 展讯 Spreadtrum SC8803 (TD-SCDMA基带)
  • 展讯 Spreadtrum SR3500 (射频前端,收发模块,支持TD-LTE/FDD-LTE/TD-SCDMA/WCDMA/GSM)
  • RF9812 (射频前端,发射模块,支持TD-SCDMA和GSM)



3.6 MEIZU MX3

MX3 倒是和 Note II N7102 的路径二相同:

  • 射频前端 + 模拟基带,Intel/Infineon PMB5712
  • 数字基带处理器,Intel/Infineon PMB9811(X-GOLD 626)


参考拆解:http://mobile.hiapk.com/evaluate/dismantle/131028/1460865_9.html



3.7 iPhone 4S

  • 射频前端 + 模拟基带,高通(Qualcomm) RTR8605
  • 数字基带部分,使用一片高通 MDM6610


  • SAW (Surface Acoustic Wave) Filter,SAW滤波器,TriQuint TQM9M9030
  • TriQuint TQM666052, PA-Duplexer Module
  • 射频功率管理,Qualcomm PM8028


  • WCDMA 射频功放,Skyworks 77464-20
  • 射频功放,Avago ACPM-7181


参考 iPhone 4s 拆解:http://www.ifixit.com/Teardown/iPhone+4S+Teardown/6610

Apple 设备内部芯片参考:http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_iOS_devices



3.8 iPhone 5S

  • 射频前端 + 模拟基带,高通(Qualcomm) WTR1605L,LTE/HSPA+/CDMA2K/TDSCDMA/EDGE/GPS RF Transceiver
  • 数字基带部分,高通 Qualcomm MDM9615M,支持LTE基带处理


  • SAW Filter, TriQuint TQM6M6224
  • RF power management IC, Qualcomm PM8018


5S 的射频功放壮观:

  • 2G/EDGE Power Amplifier, Skyworks SKY77810
  • Band 25/3 Power Amplifier, Avago A792503
  • Band 5/8 Dual Power Amplifier, RF Micro RF3763
  • Band 18/19/20 Power Amplifier, Skyworks SKY77572
  • Band 13/17 Power Amplifier, Skyworks SKY77496
  • Band 1/4 Dual Power Amplifier, TriQuint TQF6414


iPhone 5S 拆解:http://www.ifixit.com/Teardown/iPhone+5s+Teardown/17383

Apple A7 解析:http://www.ifixit.com/Teardown/Apple+A7+Teardown/17682



4 参考资料

































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