應用處理器及工作原理

應用處理器及工作原理

一、 iPhone 5S射頻電路及工作原理 iPhone 5之前的所有手機射頻電路都是采用的英飛凌芯片，而iPhone 5S沒(méi)有繼續使用英飛凌的芯片，而是采用了高通的WTR1605。 高通WTR1605芯片支持WCDMA HSPA+，CDMA 2000 EVDO Rev.B、TD＿SCDMA、TD＿LTE、FDD＿LTE、EDGE、GPS，全球網(wǎng)絡(luò )制式幾乎全部都支持。 對應使用的基帶芯片是高通MDM9615M，而MDM9615M也是一款近乎“變態(tài)”的芯片，是真正意義上的全球制式基帶芯片，上述所說(shuō)的WCDMA HSPA+、CDMA2000 EVDO Rev.B 、TD＿SCDMA、TD＿LTE、FDD＿LTE、EDGE、GPS均在支持范圍之列。 iPhone 5S手機從某種意義上來(lái)說(shuō)，是全球網(wǎng)絡(luò )制式“通吃”的手機。 1.1  iPhone 5S射頻電路分析 iPhone 5S射頻電路主要由天線(xiàn)部分（LOWER＿AN）、天線(xiàn)開(kāi)關(guān)（U2000＿RF）、發(fā)射濾波器（FL2＿RF）、發(fā)射濾波器（U9＿RF）、BAND5/BAND8功放（U58＿RF）、LTE BAND13/BAND 17功放（U1317＿RF）、LTE BAND20功放（U207＿RF）、BAND1/BAND4功放（U14＿RF）、BAND2/AND3功放（U23＿RF）、DRX接收濾波器（U16＿RF）、功放供電（U11＿RF）、射頻處理器（U3＿RF）、基帶處理器（U1＿RF）、基帶電源（U2＿RF）等組成。WiFi藍牙電路主要由WiFi藍牙天線(xiàn)、天線(xiàn)接口J10＿RF、天線(xiàn)開(kāi)關(guān)（U12＿RF）、WiFi藍牙模塊（U8＿RF）等組成。iPhone 5S射頻電路框圖如圖1所示。                                                                 1.2  各頻段電路分析 iPhone 5S手機支持2G、3G、4G網(wǎng)絡(luò )，有多個(gè)頻段使用一個(gè)芯片，再加上原理圖中芯片分散，給電路分析造成一定難度。為了分析方便，下面以頻段劃分對各頻段電路進(jìn)行分析。 1. 2G GSM電路分析 iPhone 5S手機2G GSM網(wǎng)絡(luò )支持4個(gè)頻段，分別是GSM 850MHz、GSM 900MHz、DCS1800MHz、PCS 1900MHz。 DCS 1800MHz接收信號由天線(xiàn)接口J4＿RF進(jìn)入，經(jīng)濾波器FL＿10＿RF送至 GSM功率放大器U2000＿RF（U2000＿RF是天線(xiàn)開(kāi)關(guān)，同時(shí)集成了GSM功放電路，所以會(huì )在下面的電路中把U2000＿RF叫做天線(xiàn)開(kāi)關(guān)）內部，經(jīng)過(guò)U2000＿RF內部的天線(xiàn)開(kāi)關(guān)，接收信號由U2000＿RF的TRX6腳輸出50＿DCS＿RX信號，經(jīng)過(guò)接收濾波器FL6＿RF送至射頻處理器U3＿RF進(jìn)行處理，射頻處理器U3＿RF輸出接收基帶信號送至基帶處理器U1＿RF內部解調出聲音信號。 PCS 1900MHz接收信號由天線(xiàn)接口J4＿RF進(jìn)入，經(jīng)濾波器FL10＿RF送至GSM功率放大器U2000＿RF內部，經(jīng)過(guò)U2000＿RF內部的天線(xiàn)開(kāi)關(guān)，接收信號由U2000＿RF的TRX7腳輸出50＿PCS＿RX信號，經(jīng)過(guò)接收濾波器FL6＿RF送至射頻處理器U3＿RF進(jìn)行處理，射頻處理器U3＿RF輸出接收基帶信號送至基帶處理器U1＿RF內部解調出聲音信號。DCS 1800MHz、PCS 1900MHz的發(fā)射信號由射頻處理器U3＿RF輸出50＿XCVR＿2G＿HB TX信號至U200＿RF進(jìn)行功率放大后，經(jīng)FL10＿RF送至天線(xiàn)發(fā)射出去。GSM 850MHz接收信號通道和BAND 5共用，GSM 900MHz接收信號通道和BAND 8共用。GSM850/900MHz發(fā)射信號由射頻處理器U3＿RF輸出50＿XCVR＿2G＿LB＿X信號至U2000＿RF進(jìn)行功率放大后，經(jīng)FL10＿RF送至天線(xiàn)發(fā)射出去。 iPhone 5S手機2G GSM框圖如圖2所示。                                                                 2. BAND 1路分析 BAND 1 3G支持CDMA 2000 BC6（1921~2169MHz），3G支持UMTS B1（1922~2168MHz），4G支持LTE B1（1920~2170MHz）。 BAND 1接收通道信號由天線(xiàn)接收進(jìn)來(lái)后，經(jīng)天線(xiàn)接口J4＿RF、濾波器FL10＿RF、天線(xiàn)開(kāi)關(guān)U2000＿RF送至BAND 1功率放大器U14＿RF，接收信號100＿B1＿DUPLX＿RX＿P、100＿B1＿DUPLX＿RX＿N由U14＿RF輸出后送至射頻處理器U3＿RF，解調出基帶I/Q信號后送至基帶處理器。BAND 1發(fā)射通道信號50＿BI＿TX＿SAW＿IN由射頻處理器U3＿RF輸出后，經(jīng)發(fā)射濾波器U9＿RF濾波，送至功率放大器U14＿RF進(jìn)行放大，輸出50＿B1＿DPLX＿ANT發(fā)射信號經(jīng)U2000＿RF、FL10＿RF經(jīng)天線(xiàn)發(fā)射出去。 iPhone 5S手機BAND 1框圖如圖3所示。                                                                                                                          3. BAND 2電路分析 BAND 2支持3G CDMA2000 BC1（824~894MHz）、3G UMTS B2（817~868MHz）、4G LTEB2（826~892MHz）、4G LTE B25（824~894MHz）頻段。 BAND 2接收通道信號由天線(xiàn)接收進(jìn)來(lái)后，經(jīng)天線(xiàn)接口J4  RF、天線(xiàn)開(kāi)關(guān)U2000  RF送至BAND2功率放人器U23  RF，接收信號50  B2  DUPLX  RX由U23  RF輸出后送至射頻處理器U3  RF，解調出基帶I/Q信號后送至基帶處理器。BAND 2發(fā)射通道信號50  B2  TX  SAW  IN由射頻處理器U3  RF輸出后，經(jīng)發(fā)射濾波器U9  RF濾波，送至功率放大器U23  RF進(jìn)行放大，輸出50  B2  DPLX  ANT發(fā)射信號經(jīng)U2000  RF再經(jīng)天線(xiàn)發(fā)射出去。     iPhone 5S手機BAND 2框圖如圖4所示。                                                                 4.BAND 4電路分析 BAND 4支持3G CDMA 2000 BC 15（1711 -2155MHz）、UMTS B4（1712-2153MHz）、4G（LTE B4（1710-2155MHz）。BAND 4接收通道信號由天線(xiàn)接收進(jìn)來(lái)后，經(jīng)天線(xiàn)接口J4  RF、天線(xiàn)開(kāi)關(guān)U2000  RF送至BAND4功率放大器U14  RF，接收信號100  B4  DUPLX  RX，由U14  RF輸出后送至射頻處理器U3  RF，解調出基帶I/Q信號后送至基帶處理器。BAND 4發(fā)射通道信號100  B4  TX  SAW  IN由射頻處理器U3  RF輸出后，經(jīng)發(fā)射濾波器U9  RF濾波，送至功率放大器U14  RF進(jìn)行放大，輸出50  B4  DPLX  ANT發(fā)射信號經(jīng)U2000  RF再經(jīng)天線(xiàn)發(fā)射出去。 iPhone 5 S手機BAND 4框圖如圖5所示。                                                                                                                          5. BAND 5電路分析 BAND 5支持2G GSM850/900頻段、3G CDMA 2000 BCO(817-868MHz）、3G CDMA 2000 BC 10（826-892MHz）、3G UMTS B5（824-894MHz），4G LTE B5（820-870 MHz）、4G LTE B18（820-870MHz）、4G LTE B19（835-885 MHz）、4G LTE B26（819-889 MHz）頻段。BAND 5接收通道信號由天線(xiàn)接收進(jìn)來(lái)后，經(jīng)天線(xiàn)接口J4  RF、天線(xiàn)開(kāi)關(guān)U2000  RF送至BAND5功率放大器U58  RF，接收信號100  B5  DUPLX  RX  P，100  B5  DUPLX  RX   N由U58  RF輸出后送至射頻處理器U3  RF，解調出基帶I/Q信號后送至基帶處理器。 BAND 5發(fā)射通道信號50  XCVR  B5  TX，由射頻處理器U3  RF輸出后，經(jīng)發(fā)射濾波器FL2  RF濾波，送至功率放大器U58  RF進(jìn)行放大，輸出50  B5  DPLX  ANT發(fā)射信號經(jīng)U2000  RF再經(jīng)天線(xiàn)發(fā)射出去。     iPhone 5S手機BAND 5框圖如圖6所示。 6. BAND 8電路分析 BAND 8支持3G UMTS B8（882.4~957.6 MHz）、4G LTE B8（885~954.9 MHz）頻段。BAND 8接收通道信號由天線(xiàn)接收進(jìn)來(lái)后，經(jīng)天線(xiàn)接口J4  RF、濾波器FL10  RF、天線(xiàn)開(kāi)關(guān)U2000  RF送到BAND 8功率放大器U58  RF，接收信號100  B8  DUPLX  RX  P、100  B5  DUPLX  RX  N由U58  RF輸出后送至射頻處理器U3  RF，解調出基帶I/Q信號后送至基帶處理器。BAND 8發(fā)射通道信號50  XCVR  B8  TX由射頻處理器U3  RF輸出后，經(jīng)發(fā)射濾波器FL2  RF濾波，送至功率放大器U58  RF進(jìn)行放大，輸出50  B8  DPLX  AN發(fā)射信號經(jīng)U2000  RF、FL10再經(jīng)天線(xiàn)發(fā)射出去。 iPhone 5S手機BAND 8框圖如圖7所示。 7. LTE BAND 3電路分析 LTE BAND 3支持4G（1710-1880MHz）頻段。 LTE BAND 3接收通道信號，由天線(xiàn)接收進(jìn)來(lái)后，經(jīng)天線(xiàn)接口J4  RF、天線(xiàn)開(kāi)關(guān)U2000  RF送至BAND 3功率放大器U23  RF，接收信號50  B3  DUPLX  R由U23  RF輸出后送至射頻處理器U3  RF，解調出基帶    I/Q信號后送至基帶處理器。LTE BAND 3發(fā)射通道信號50  B3  B4  TX  SAW  IN，由射頻處理器U3  RF輸出后，經(jīng)發(fā)射濾波器U9  RF濾波，送至功率放大器U23  RF進(jìn)行放大，輸出50  B3  DUPLX  ANT發(fā)射信號經(jīng)U2000  RF再經(jīng)天線(xiàn)發(fā)射出去。 iPhone 5 S手機LTE BAND 3框圖如圖8所示。 8. LTE BAND 13 4G LTE BAND 13（746-787MHz）接收通道信號由天線(xiàn)接收進(jìn)來(lái)后，經(jīng)天線(xiàn)接口J4  RF，濾波器FL10  RF、天線(xiàn)開(kāi)關(guān)U2000  RF送至LTE BAND 13功率放大器U1317  RF，接收信號100  B13 DUPLX  RX  P，100  B13  DUPLX  RX  N由1317  RF輸出后送至射頻處理器U3  RF，解調出基帶I/Q信號后送至基帶處理器。發(fā)射通道信號50  XCVR  B13  B17  B20    TX由射頻處理器U3  RF輸出后，經(jīng)發(fā)射濾波器FL2  RF濾波，送至功率放大器U1317  RF進(jìn)行放大，輸出50  B17  DPLX  ANT再發(fā)射信號經(jīng)U2000  RF，FL10  RF經(jīng)天線(xiàn)發(fā)射出去。4G LTE BAND 17（704-746MHz）接收、發(fā)射通道信號流程與4G LTE BAND 13類(lèi)似，不再贅述。     iPhone 5S手機的LTE BAND 13、LTE BAND 17框圖如圖9所示。                                                                 9. LTE BAND 20電路分析 4G LTE BAND 20頻率范圍為796-857MHz。接收、發(fā)射通道信號流程與LTE BAND 13、LTEBAND 17類(lèi)似，在此不再贅述。iPhone 5S手機LTE BAND 20框圖如圖10所示。 以上以框圖的形式介紹了 iPhone 5S手機射頻電路的工作原理及信號流程，通過(guò)上面的介紹，應該了解和掌握如何區分2G、3G、4G信號及其工作流程。 1.3  WLAN/藍牙電路 Phone 5S手機WLAN/藍牙電路使用U8  RF模塊完成了WLAN 2.4G/5G、藍牙信號的處理。U8  RF模塊集成度較高，外圍元件少，Wi-Fi/藍牙電路框圖如圖11所示。                                                                 供電電壓PP  VCC  MAIN  WLAN送到U8  RF的27、28、46、47腳，供電電壓PP  WLAN    VDDIO  1V8送到U8  RF的16腳。其中2.4G WLAN信號經(jīng)過(guò)C106送到U8  RF的43腳，5G WLAN信號經(jīng)過(guò)C107送到U8  RF的54腳。藍牙不使用單獨的天線(xiàn)，而是和2.4G天線(xiàn)共用。WLAN信號與應用處理器通過(guò)WLAN  COEX  RXD、SDIO  DATA  1，SDIO  DATA  2 ，WLAN  COEX  TXD信號進(jìn)行數據交換。 應用處理器通過(guò)BT  UART  RXD、BT  DART  TXD、BT  UART  RTS  L、BT  UART CTS   L信號對U8  RF中的藍牙模塊進(jìn)行控制，藍牙聲音信號通過(guò)BT  PCM  CLK、BT  PCM  SYNC、BT  PCM  OUT、BT  PCM  IN與應用處理器進(jìn)行傳輸。 應用處理器通過(guò)HSIC接口對U8  RF進(jìn)行控制，電源管理芯片U7通過(guò)WLAN  REG  ON、BT  REG  ON對U8  RF進(jìn)行控制。32K時(shí)鐘信號送到U8  RF的36腳。                                                                 WLAN/藍牙電路如圖12所示。                                                                                                                          二、基帶電路及工作原理 iPhone 5S手機使用了美國高通的MDM9615M芯片，MDM9615M是美國高通推出的支持LTE（FDD和TDD）、雙載波HSPA+，EV-DO版本B和TD-SCDMA的Mobile Data Modem（MDM）芯片，該芯片組采用28nm節點(diǎn)技術(shù)制造，是MDM9600產(chǎn)品系列高度優(yōu)化的后繼產(chǎn)品。 新的芯片組配備一個(gè)專(zhuān)用處理器，從而使OEM廠(chǎng)商憑借附加的增值服務(wù)可令其產(chǎn)品實(shí)現差異化，無(wú)需外部應用處理器就能開(kāi)發(fā)Wi-Fi熱點(diǎn)產(chǎn)品。兩款芯片均兼容高通公司的Power Optimized Envelope Tracking（Q-POET）解決方案。該解決方案能夠提供更好的功耗和散熱能力，從而實(shí)現更小的終端外形。 芯片組還通過(guò)使用高通公司的干擾消除與均衡（Q-ICE）算法實(shí)現業(yè)內領(lǐng)先的調制解調器性能，從而使用戶(hù)數據流量更高，網(wǎng)絡(luò )容量更大。除支持LTE TDD外，MSM9615還支持TD-SCDMA，這使其成為一種非常適合中國移動(dòng)寬帶市場(chǎng)的優(yōu)化芯片組解決方案。MDM9615M和MDM8215可與WTR1605射頻芯片和PM8018電源管理芯片配對，提供高度集成的芯片組解決方案。 2.1  基帶處理器MDM9615M電路 1．基帶處理器MDM9615M電路框圖 基帶處理器MDM9615M電路框圖如圖13所示。 2．基帶處理器供電電路 基帶處理器有多路內核供電，為內部不同電路供電。 3．基帶處理器控制信號 基帶處理器的控制信號比較復雜，主要來(lái)控制射頻處理器的工作，以及控制不同BAND的頻段工作。 4．基帶處理器基帶I/Q信號 由射頻處理器送來(lái)的基帶I/Q信號送入到基帶處理器U1  RF的U8、W8、Y8、AA8腳，非連續接收基帶I/Q信號送入到U1  RF的Y10、AA10、Y9、AA9腳。 基帶處理器U1  RF的發(fā)射基帶I/Q信號從Y6、AA6、Y5、AA5、W6腳輸出，送至射頻處理器U3  RF。     基帶處理器基帶I/Q信號如圖16所示。                                                                 2.2  基帶工作時(shí)序 1．基帶電路工作時(shí)序 基帶電源管理電路U3  RF開(kāi)機時(shí)序如圖17所示。圖中的數字表示工作的先后順序，時(shí)序圖對基帶部分電路至關(guān)重要。 電路U3  RF開(kāi)機時(shí)序如下： ①電池J6給基帶電源管理芯片U2  RF供電。 ②應用處理器U1  AP發(fā)出Radio On的開(kāi)啟信號給基帶電源管理芯片U2  RF。 ③應用處理器電源U7發(fā)出Reset  PMU  L少的復位信號。 ④基帶電源管理芯片U2  RF啟動(dòng)19.2 MHz時(shí)鐘信號。 ⑤基帶電源管理芯片U2  RF開(kāi)啟后提供基帶處理器U1  RF和基帶電源管理芯片U2  RF內部的工作電壓（PP  SMPS1  MSMC和PP  SMPS1  MSME等）。 ⑥然后基帶電源管理芯片U2  RF發(fā)出SLEEP  CLK  32K主時(shí)鐘和PMIC  RESOUT  L復位信號到U1  RF。      ⑦基帶處理器U1  RF具備電壓、時(shí)鐘和復位后，通過(guò)HSIC  BB  DATA和HSIC  BB  STROBE讀取NAND的開(kāi)機固件，從而運行開(kāi)機程序并開(kāi)機。 ⑧開(kāi)機后基帶處理器U1  RF送出PS  HOLD給基帶電源管理芯片U2  RF，讓其維持供電。 ⑨基帶處理器U1  RF給CPU發(fā)出準備就緒信號PBL  RUN  BB  HSIC1  RDY。 ⑩應用處理器偵測到PBL  RUN  BB  HSIC1  RDY信號后發(fā)出AP  HSIC1  RDY開(kāi)啟高速數據信號到U1  RF，BB接收到后運行程序并初始化BB NOR（U6  RF）。 2．基帶開(kāi)機時(shí)序圖 上面已經(jīng)介紹了基帶的電路工作時(shí)序，下面換一個(gè)角度再看下基帶開(kāi)機時(shí)序圖，如圖18所示。 2.3  基帶電源電路 基帶電源芯片U3  RF的作用是將BATT電壓轉換為RF部分電路所用的各種電壓，另外基帶電源管理芯片還集成了時(shí)鐘產(chǎn)生電路，產(chǎn)生19.2MHz、32.768kHz的時(shí)鐘信號。 1．基帶電源管理電路控制信號 基帶電源管理電路控制信號主要來(lái)自于基帶處理器U1  RF和應用處理器U1  AP，它們工作的先后順序請參考上面介紹的時(shí)序圖�；鶐щ娫垂芾黼娐房刂菩盘柸鐖D19所示。 基帶電源管理電路U2  RF的1、2腳外接19.2MHz時(shí)鐘，19.2MHz時(shí)鐘信號從U2  RF的19、25腳輸出，32kHz時(shí)鐘信號從U2  RF的26腳輸出。                                                                 2．基帶電源管理電路供電輸出 基帶電源管理電路有多路供電輸出，給射頻處理器及附屬電路提供電源。                                                                 2.4  基帶Nor Flash電路 基帶處理器MDM9615M使用了MX25U1635E型號（U6  RF）Nor Flash，Nor Flash和基帶處理器之間的通信使用了SPI接口。存儲射頻部分射頻參數，通過(guò)SPI總線(xiàn)與基帶進(jìn)行通信。 1. SPI接口 SPI（Serial Peripheral Interface，串行外設接口），它可以使MCU與各種外圍設備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息。SPl有三個(gè)寄存器，分別為控制寄存器SPCR、狀態(tài)寄存器SPSR和數據寄存器SPDR。外圍設備包括FLASH、RAM、網(wǎng)絡(luò )控制器、LCD顯示驅動(dòng)器、A/D轉換器和MCU等。SPI總線(xiàn)系統可直接與各個(gè)廠(chǎng)家生產(chǎn)的多種標準外圍器件直接接口，該接口一般使用4條線(xiàn)：串行時(shí)鐘線(xiàn)（SCLK）、主機輸入/從機輸出數據線(xiàn)MISO、主機輸出/從機輸入數據線(xiàn)MOSI和低電平有效的從機選擇線(xiàn)NSS（有的SPI接口芯片帶有中斷信號線(xiàn)INT、有的SPI接口芯片沒(méi)有主機輸出/從機輸入數據線(xiàn)MOSI）。 SPI接口是在CPU和外圍低速器件之間進(jìn)行同步串行數據傳輸，在主器件的移位脈沖下，數據按位傳輸，高位在前，低位在后，為全雙工通信，數據傳輸速度總體來(lái)說(shuō)比I2C總線(xiàn)要快，速度可達到幾兆比特每秒。     接口包括以下4種信號。 ．MOSI一主器件數據輸出，從器件數據輸入。 ．MISO一主器件數據輸入，從器件數據輸出。 ．SCLK-時(shí)鐘信號，由主器件產(chǎn)生。 ．NSS一從器件使能信號，由主器件控制，有的芯片會(huì )標注為CS（Chip Select）。 在點(diǎn)對點(diǎn)的通信中，SPI接口不需要進(jìn)行尋址操作，而且為全雙工通信，顯得簡(jiǎn)單高效。在多個(gè)從器件的系統中，每個(gè)從器件需要獨立的使能信號，硬件上比I2C系統要稍微復雜一些。 2. Nor Flash電路 基帶處理器MDM9615M的Nor Flash電路如圖22所示。                                                                 三、應用處理器及工作原理 2013年，在蘋(píng)果公司新品發(fā)布會(huì )上，最為亮眼的當屬iPhone 5S搭載的采用64位架構的A7處理器了。增加的寄存器，讓A7的計算更有效率，顯著(zhù)提高了編碼和解碼這類(lèi)計算任務(wù)的表現。同時(shí)，更高的時(shí)鐘速度和改進(jìn)的GPU將使新的iPhone 5S產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。但是64位處理會(huì )消耗更多的內存。 3.1  應用處理器電路框圖 iPhone 5S手機的應用處理器是CPU＋PSRAM模式，是整機的中央處理器，由整機系統的核心運算和控制＋系統運行內存組成，主要功能包括： （1）整機系統的核心算術(shù)和邏輯運算； （2）存儲器（內存PSRAM，開(kāi)機引導程序存儲器，大容量程序存儲器NAND FLASH）管理； （3）I/O端口管理與數據交換（I2C、I2S、UART、SDIO、GPIO、USB、MIPI等）； （4）外圍設備的管理以及控制； （5）其他邏輯控制； （6）DDR內存（1GB）疊加在CPU上構成POP。 在iPhone 5S手機中，除了射頻部分外，所有的功能都是由應用處理器U1  AP直接控制完成的。從電路結構來(lái)看，可以分為顯示模塊（包含攝像頭部分）、多進(jìn)多出控制模塊、存儲器模塊、傳感器模塊、音頻模塊和電源模塊等。

為什么只有文字，沒(méi)有圖解的？