应用处理器及工作原理

应用处理器及工作原理

一、 iPhone 5S射频电路及工作原理 iPhone 5之前的所有手机射频电路都是采用的英飞凌芯片，而iPhone 5S没有继续使用英飞凌的芯片，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，全球网络制式几乎全部都支持。 对应使用的基带芯片是高通MDM9615M，而MDM9615M也是一款近乎“变态”的芯片，是真正意义上的全球制式基带芯片，上述所说的WCDMA HSPA+、CDMA2000 EVDO Rev.B 、TD＿SCDMA、TD＿LTE、FDD＿LTE、EDGE、GPS均在支持范围之列。 iPhone 5S手机从某种意义上来说，是全球网络制式“通吃”的手机。 1.1  iPhone 5S射频电路分析 iPhone 5S射频电路主要由天线部分（LOWER＿AN）、天线开关（U2000＿RF）、发射滤波器（FL2＿RF）、发射滤波器（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接收滤波器（U16＿RF）、功放供电（U11＿RF）、射频处理器（U3＿RF）、基带处理器（U1＿RF）、基带电源（U2＿RF）等组成。WiFi蓝牙电路主要由WiFi蓝牙天线、天线接口J10＿RF、天线开关（U12＿RF）、WiFi蓝牙模块（U8＿RF）等组成。iPhone 5S射频电路框图如图1所示。                                                                 1.2  各频段电路分析 iPhone 5S手机支持2G、3G、4G网络，有多个频段使用一个芯片，再加上原理图中芯片分散，给电路分析造成一定难度。为了分析方便，下面以频段划分对各频段电路进行分析。 1. 2G GSM电路分析 iPhone 5S手机2G GSM网络支持4个频段，分别是GSM 850MHz、GSM 900MHz、DCS1800MHz、PCS 1900MHz。 DCS 1800MHz接收信号由天线接口J4＿RF进入，经滤波器FL＿10＿RF送至 GSM功率放大器U2000＿RF（U2000＿RF是天线开关，同时集成了GSM功放电路，所以会在下面的电路中把U2000＿RF叫做天线开关）内部，经过U2000＿RF内部的天线开关，接收信号由U2000＿RF的TRX6脚输出50＿DCS＿RX信号，经过接收滤波器FL6＿RF送至射频处理器U3＿RF进行处理，射频处理器U3＿RF输出接收基带信号送至基带处理器U1＿RF内部解调出声音信号。 PCS 1900MHz接收信号由天线接口J4＿RF进入，经滤波器FL10＿RF送至GSM功率放大器U2000＿RF内部，经过U2000＿RF内部的天线开关，接收信号由U2000＿RF的TRX7脚输出50＿PCS＿RX信号，经过接收滤波器FL6＿RF送至射频处理器U3＿RF进行处理，射频处理器U3＿RF输出接收基带信号送至基带处理器U1＿RF内部解调出声音信号。DCS 1800MHz、PCS 1900MHz的发射信号由射频处理器U3＿RF输出50＿XCVR＿2G＿HB TX信号至U200＿RF进行功率放大后，经FL10＿RF送至天线发射出去。GSM 850MHz接收信号通道和BAND 5共用，GSM 900MHz接收信号通道和BAND 8共用。GSM850/900MHz发射信号由射频处理器U3＿RF输出50＿XCVR＿2G＿LB＿X信号至U2000＿RF进行功率放大后，经FL10＿RF送至天线发射出去。 iPhone 5S手机2G GSM框图如图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接收通道信号由天线接收进来后，经天线接口J4＿RF、滤波器FL10＿RF、天线开关U2000＿RF送至BAND 1功率放大器U14＿RF，接收信号100＿B1＿DUPLX＿RX＿P、100＿B1＿DUPLX＿RX＿N由U14＿RF输出后送至射频处理器U3＿RF，解调出基带I/Q信号后送至基带处理器。BAND 1发射通道信号50＿BI＿TX＿SAW＿IN由射频处理器U3＿RF输出后，经发射滤波器U9＿RF滤波，送至功率放大器U14＿RF进行放大，输出50＿B1＿DPLX＿ANT发射信号经U2000＿RF、FL10＿RF经天线发射出去。 iPhone 5S手机BAND 1框图如图3所示。                                                                                                                          3. BAND 2电路分析 BAND 2支持3G CDMA2000 BC1（824~894MHz）、3G UMTS B2（817~868MHz）、4G LTEB2（826~892MHz）、4G LTE B25（824~894MHz）频段。 BAND 2接收通道信号由天线接收进来后，经天线接口J4  RF、天线开关U2000  RF送至BAND2功率放人器U23  RF，接收信号50  B2  DUPLX  RX由U23  RF输出后送至射频处理器U3  RF，解调出基带I/Q信号后送至基带处理器。BAND 2发射通道信号50  B2  TX  SAW  IN由射频处理器U3  RF输出后，经发射滤波器U9  RF滤波，送至功率放大器U23  RF进行放大，输出50  B2  DPLX  ANT发射信号经U2000  RF再经天线发射出去。     iPhone 5S手机BAND 2框图如图4所示。                                                                 4.BAND 4电路分析 BAND 4支持3G CDMA 2000 BC 15（1711 -2155MHz）、UMTS B4（1712-2153MHz）、4G（LTE B4（1710-2155MHz）。BAND 4接收通道信号由天线接收进来后，经天线接口J4  RF、天线开关U2000  RF送至BAND4功率放大器U14  RF，接收信号100  B4  DUPLX  RX，由U14  RF输出后送至射频处理器U3  RF，解调出基带I/Q信号后送至基带处理器。BAND 4发射通道信号100  B4  TX  SAW  IN由射频处理器U3  RF输出后，经发射滤波器U9  RF滤波，送至功率放大器U14  RF进行放大，输出50  B4  DPLX  ANT发射信号经U2000  RF再经天线发射出去。 iPhone 5 S手机BAND 4框图如图5所示。                                                                                                                          5. BAND 5电路分析 BAND 5支持2G GSM850/900频段、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）频段。BAND 5接收通道信号由天线接收进来后，经天线接口J4  RF、天线开关U2000  RF送至BAND5功率放大器U58  RF，接收信号100  B5  DUPLX  RX  P，100  B5  DUPLX  RX   N由U58  RF输出后送至射频处理器U3  RF，解调出基带I/Q信号后送至基带处理器。 BAND 5发射通道信号50  XCVR  B5  TX，由射频处理器U3  RF输出后，经发射滤波器FL2  RF滤波，送至功率放大器U58  RF进行放大，输出50  B5  DPLX  ANT发射信号经U2000  RF再经天线发射出去。     iPhone 5S手机BAND 5框图如图6所示。 6. BAND 8电路分析 BAND 8支持3G UMTS B8（882.4~957.6 MHz）、4G LTE B8（885~954.9 MHz）频段。BAND 8接收通道信号由天线接收进来后，经天线接口J4  RF、滤波器FL10  RF、天线开关U2000  RF送到BAND 8功率放大器U58  RF，接收信号100  B8  DUPLX  RX  P、100  B5  DUPLX  RX  N由U58  RF输出后送至射频处理器U3  RF，解调出基带I/Q信号后送至基带处理器。BAND 8发射通道信号50  XCVR  B8  TX由射频处理器U3  RF输出后，经发射滤波器FL2  RF滤波，送至功率放大器U58  RF进行放大，输出50  B8  DPLX  AN发射信号经U2000  RF、FL10再经天线发射出去。 iPhone 5S手机BAND 8框图如图7所示。 7. LTE BAND 3电路分析 LTE BAND 3支持4G（1710-1880MHz）频段。 LTE BAND 3接收通道信号，由天线接收进来后，经天线接口J4  RF、天线开关U2000  RF送至BAND 3功率放大器U23  RF，接收信号50  B3  DUPLX  R由U23  RF输出后送至射频处理器U3  RF，解调出基带    I/Q信号后送至基带处理器。LTE BAND 3发射通道信号50  B3  B4  TX  SAW  IN，由射频处理器U3  RF输出后，经发射滤波器U9  RF滤波，送至功率放大器U23  RF进行放大，输出50  B3  DUPLX  ANT发射信号经U2000  RF再经天线发射出去。 iPhone 5 S手机LTE BAND 3框图如图8所示。 8. LTE BAND 13 4G LTE BAND 13（746-787MHz）接收通道信号由天线接收进来后，经天线接口J4  RF，滤波器FL10  RF、天线开关U2000  RF送至LTE BAND 13功率放大器U1317  RF，接收信号100  B13 DUPLX  RX  P，100  B13  DUPLX  RX  N由1317  RF输出后送至射频处理器U3  RF，解调出基带I/Q信号后送至基带处理器。发射通道信号50  XCVR  B13  B17  B20    TX由射频处理器U3  RF输出后，经发射滤波器FL2  RF滤波，送至功率放大器U1317  RF进行放大，输出50  B17  DPLX  ANT再发射信号经U2000  RF，FL10  RF经天线发射出去。4G LTE BAND 17（704-746MHz）接收、发射通道信号流程与4G LTE BAND 13类似，不再赘述。     iPhone 5S手机的LTE BAND 13、LTE BAND 17框图如图9所示。                                                                 9. LTE BAND 20电路分析 4G LTE BAND 20频率范围为796-857MHz。接收、发射通道信号流程与LTE BAND 13、LTEBAND 17类似，在此不再赘述。iPhone 5S手机LTE BAND 20框图如图10所示。 以上以框图的形式介绍了 iPhone 5S手机射频电路的工作原理及信号流程，通过上面的介绍，应该了解和掌握如何区分2G、3G、4G信号及其工作流程。 1.3  WLAN/蓝牙电路 Phone 5S手机WLAN/蓝牙电路使用U8  RF模块完成了WLAN 2.4G/5G、蓝牙信号的处理。U8  RF模块集成度较高，外围元件少，Wi-Fi/蓝牙电路框图如图11所示。                                                                 供电电压PP  VCC  MAIN  WLAN送到U8  RF的27、28、46、47脚，供电电压PP  WLAN    VDDIO  1V8送到U8  RF的16脚。其中2.4G WLAN信号经过C106送到U8  RF的43脚，5G WLAN信号经过C107送到U8  RF的54脚。蓝牙不使用单独的天线，而是和2.4G天线共用。WLAN信号与应用处理器通过WLAN  COEX  RXD、SDIO  DATA  1，SDIO  DATA  2 ，WLAN  COEX  TXD信号进行数据交换。 应用处理器通过BT  UART  RXD、BT  DART  TXD、BT  UART  RTS  L、BT  UART CTS   L信号对U8  RF中的蓝牙模块进行控制，蓝牙声音信号通过BT  PCM  CLK、BT  PCM  SYNC、BT  PCM  OUT、BT  PCM  IN与应用处理器进行传输。 应用处理器通过HSIC接口对U8  RF进行控制，电源管理芯片U7通过WLAN  REG  ON、BT  REG  ON对U8  RF进行控制。32K时钟信号送到U8  RF的36脚。                                                                 WLAN/蓝牙电路如图12所示。                                                                                                                          二、基带电路及工作原理 iPhone 5S手机使用了美国高通的MDM9615M芯片，MDM9615M是美国高通推出的支持LTE（FDD和TDD）、双载波HSPA+，EV-DO版本B和TD-SCDMA的Mobile Data Modem（MDM）芯片，该芯片组采用28nm节点技术制造，是MDM9600产品系列高度优化的后继产品。 新的芯片组配备一个专用处理器，从而使OEM厂商凭借附加的增值服务可令其产品实现差异化，无需外部应用处理器就能开发Wi-Fi热点产品。两款芯片均兼容高通公司的Power Optimized Envelope Tracking（Q-POET）解决方案。该解决方案能够提供更好的功耗和散热能力，从而实现更小的终端外形。 芯片组还通过使用高通公司的干扰消除与均衡（Q-ICE）算法实现业内领先的调制解调器性能，从而使用户数据流量更高，网络容量更大。除支持LTE TDD外，MSM9615还支持TD-SCDMA，这使其成为一种非常适合中国移动宽带市场的优化芯片组解决方案。MDM9615M和MDM8215可与WTR1605射频芯片和PM8018电源管理芯片配对，提供高度集成的芯片组解决方案。 2.1  基带处理器MDM9615M电路 1．基带处理器MDM9615M电路框图 基带处理器MDM9615M电路框图如图13所示。 2．基带处理器供电电路 基带处理器有多路内核供电，为内部不同电路供电。 3．基带处理器控制信号 基带处理器的控制信号比较复杂，主要来控制射频处理器的工作，以及控制不同BAND的频段工作。 4．基带处理器基带I/Q信号 由射频处理器送来的基带I/Q信号送入到基带处理器U1  RF的U8、W8、Y8、AA8脚，非连续接收基带I/Q信号送入到U1  RF的Y10、AA10、Y9、AA9脚。 基带处理器U1  RF的发射基带I/Q信号从Y6、AA6、Y5、AA5、W6脚输出，送至射频处理器U3  RF。     基带处理器基带I/Q信号如图16所示。                                                                 2.2  基带工作时序 1．基带电路工作时序 基带电源管理电路U3  RF开机时序如图17所示。图中的数字表示工作的先后顺序，时序图对基带部分电路至关重要。 电路U3  RF开机时序如下： ①电池J6给基带电源管理芯片U2  RF供电。 ②应用处理器U1  AP发出Radio On的开启信号给基带电源管理芯片U2  RF。 ③应用处理器电源U7发出Reset  PMU  L少的复位信号。 ④基带电源管理芯片U2  RF启动19.2 MHz时钟信号。 ⑤基带电源管理芯片U2  RF开启后提供基带处理器U1  RF和基带电源管理芯片U2  RF内部的工作电压（PP  SMPS1  MSMC和PP  SMPS1  MSME等）。 ⑥然后基带电源管理芯片U2  RF发出SLEEP  CLK  32K主时钟和PMIC  RESOUT  L复位信号到U1  RF。      ⑦基带处理器U1  RF具备电压、时钟和复位后，通过HSIC  BB  DATA和HSIC  BB  STROBE读取NAND的开机固件，从而运行开机程序并开机。 ⑧开机后基带处理器U1  RF送出PS  HOLD给基带电源管理芯片U2  RF，让其维持供电。 ⑨基带处理器U1  RF给CPU发出准备就绪信号PBL  RUN  BB  HSIC1  RDY。 ⑩应用处理器侦测到PBL  RUN  BB  HSIC1  RDY信号后发出AP  HSIC1  RDY开启高速数据信号到U1  RF，BB接收到后运行程序并初始化BB NOR（U6  RF）。 2．基带开机时序图 上面已经介绍了基带的电路工作时序，下面换一个角度再看下基带开机时序图，如图18所示。 2.3  基带电源电路 基带电源芯片U3  RF的作用是将BATT电压转换为RF部分电路所用的各种电压，另外基带电源管理芯片还集成了时钟产生电路，产生19.2MHz、32.768kHz的时钟信号。 1．基带电源管理电路控制信号 基带电源管理电路控制信号主要来自于基带处理器U1  RF和应用处理器U1  AP，它们工作的先后顺序请参考上面介绍的时序图。基带电源管理电路控制信号如图19所示。 基带电源管理电路U2  RF的1、2脚外接19.2MHz时钟，19.2MHz时钟信号从U2  RF的19、25脚输出，32kHz时钟信号从U2  RF的26脚输出。                                                                 2．基带电源管理电路供电输出 基带电源管理电路有多路供电输出，给射频处理器及附属电路提供电源。                                                                 2.4  基带Nor Flash电路 基带处理器MDM9615M使用了MX25U1635E型号（U6  RF）Nor Flash，Nor Flash和基带处理器之间的通信使用了SPI接口。存储射频部分射频参数，通过SPI总线与基带进行通信。 1. SPI接口 SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口），它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。SPl有三个寄存器，分别为控制寄存器SPCR、状态寄存器SPSR和数据寄存器SPDR。外围设备包括FLASH、RAM、网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU等。SPI总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口，该接口一般使用4条线：串行时钟线（SCLK）、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线NSS（有的SPI接口芯片带有中断信号线INT、有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI）。 SPI接口是在CPU和外围低速器件之间进行同步串行数据传输，在主器件的移位脉冲下，数据按位传输，高位在前，低位在后，为全双工通信，数据传输速度总体来说比I2C总线要快，速度可达到几兆比特每秒。     接口包括以下4种信号。 ．MOSI一主器件数据输出，从器件数据输入。 ．MISO一主器件数据输入，从器件数据输出。 ．SCLK-时钟信号，由主器件产生。 ．NSS一从器件使能信号，由主器件控制，有的芯片会标注为CS（Chip Select）。 在点对点的通信中，SPI接口不需要进行寻址操作，而且为全双工通信，显得简单高效。在多个从器件的系统中，每个从器件需要独立的使能信号，硬件上比I2C系统要稍微复杂一些。 2. Nor Flash电路 基带处理器MDM9615M的Nor Flash电路如图22所示。                                                                 三、应用处理器及工作原理 2013年，在苹果公司新品发布会上，最为亮眼的当属iPhone 5S搭载的采用64位架构的A7处理器了。增加的寄存器，让A7的计算更有效率，显著提高了编码和解码这类计算任务的表现。同时，更高的时钟速度和改进的GPU将使新的iPhone 5S产生质的飞跃。但是64位处理会消耗更多的内存。 3.1  应用处理器电路框图 iPhone 5S手机的应用处理器是CPU＋PSRAM模式，是整机的中央处理器，由整机系统的核心运算和控制＋系统运行内存组成，主要功能包括： （1）整机系统的核心算术和逻辑运算； （2）存储器（内存PSRAM，开机引导程序存储器，大容量程序存储器NAND FLASH）管理； （3）I/O端口管理与数据交换（I2C、I2S、UART、SDIO、GPIO、USB、MIPI等）； （4）外围设备的管理以及控制； （5）其他逻辑控制； （6）DDR内存（1GB）叠加在CPU上构成POP。 在iPhone 5S手机中，除了射频部分外，所有的功能都是由应用处理器U1  AP直接控制完成的。从电路结构来看，可以分为显示模块（包含摄像头部分）、多进多出控制模块、存储器模块、传感器模块、音频模块和电源模块等。

为什么只有文字，没有图解的？