通俗易懂讲讲手机通信芯片那些事儿
解析通信元件:由基频、中频、射频零部件让你一次看懂手机芯片 作者 Dr. J/technews 无线通信的频谱有限,分配非常严格,相同带宽的电磁波只能使用一次,为了解决僧多粥少的难题,工程师研发出许多“调制技术”(Modulation)与“复用技术”(Multiplex),来增加频谱效率,因此才有了 3G、4G、5G 不同通信时代技术的发明,那么在我们的手机里,是什么元件负责替我们处理这些技术的呢?
调制技术与复用技术 值得注意的是,不论数字信号调制技术或复用技术,都是在数字信号(0 与 1)进行运算与处理的时候就一起进行,一般是先进行复用技术再进行数字信号调制技术(OFDM 除外),所以复用技术与调制技术必定是同时使用。
数字通信系统架构 语音上传(讲电话):声音由麦克风接收以后为低频模拟信号,经由低频模拟数字转换器(ADC)转换为数字信号,经由“基频芯片(BB)”编码(Encoding)、加循环式重复检查码(CRC)、频道编码(Channel coding)、交织(Inter-leaving)、加密(Ciphering)、格式化(Formatting),再进行复用(Multiplexing,复用)、调制(Modulation)等数字信号处理,如图二(b)所示。 接下来经由“中频芯片(IF)”也就是高频数字模拟转换器(DAC)转换为高频模拟信号(电磁波);最后再经由“射频芯片(RF)”形成不同时间、频率、波形的电磁波由天线传送出去。 接下来经由“基频芯片(BB)”进行解调(De-modulation)、解复用(De-multiplexing)、解格式化(De-formatting)、解密(De-ciphering)、解交织(De-inter-leaving)、频道解码(Channel decoding)、解循环式重复检查码(CRC)、数据解压缩(Decoding)等数字信号处理,最后再经由低频数字模拟转换器(DAC)转换为低频模拟信号(声音)由麦克风播放出来。 数据通信(上网):基本上数据通信不论上传或下载都是数字信号,所以直接进入基频芯片(BB)处理即可,其他流程与语音通信类似,在此不再重复描述。 注:通信的原理就是一大堆的数学,由于手机是我们天天都在用的东西,一般人对通信感多感少都有些好奇想要进一步了解,但是往往走进教室第一堂课看到的就是一大堆复杂的数字:傅立叶转换(Fourier Transform)、拉普拉斯转换(Laplace Transform)、离散(Discrete),立刻就打退堂鼓,为了简化复杂度让大家容易看懂,上面对于数字通信系统的介绍只是示意,与实际的情况会有落差,建议有兴趣进一步了解的人可以立足于上面的概念,来进一步了解技术细节。 无线通信系统架构
基频芯片(Baseband,BB):属于数字集成电路,用来进行数字信号的压缩/解压缩、频道编码/解码、交错置/解交错置、加密/解密、格式化/解格式 化、复用/解复用、调制/解调,以及管理通信协定、控制输入输出界面等运算工作,著名的移动电话基频芯片供应商包括:高通(Qualcomm)、博通 (Broadcom)、迈威尔(Marvell)、联发科(MediaTek)等。 混频器(Mixer):主要负责频率转换的工作,将调制后的高频模拟信号(电磁波)转换成所需要的频率,来配合不同通信系统的频率范围(无线频谱)使用。 带通滤波器(Band Pass Filter,BPF):只让特定频率范围(频带)的高频模拟信号(电磁波)通过,将不需要的频率范围滤除,得到我们需要的频率范围(频带)。 通信相关集成电路:基频、中频、射频 中 频芯片(Intermediate Frequency,IF):又称为“模拟基频(Analog baseband)”,概念上就是“高频数字模拟转换器(DAC)”与“高频模拟数字转换器(ADC)”,包括:调制器(Modulator)、解调器 (Demodulator),通常还有中频放大器(IF amplifier)与中频带通滤波器(IF BPF)等,通常由矽晶圆制作的 CMOS 元件组成,可能是数个集成电路,其些可能整合成一个集成电路(IC)。 射频芯片(Radio Frequency,RF):又称为“射频集成电路(RFIC)”,是处理高频无线信号所有芯片的总称,通常包括:传送接收器 (Transceiver)、低噪声放大器(LNA)、功率放大器(PA)、带通滤波器(BPF)、合成器(Synthesizer)、混频器 (Mixer)等,通常由砷化镓晶圆制作的 MESFET、HEMT 元件,或矽锗晶圆制作的 BiCMOS 元件,或矽晶圆制作的 CMOS 元件组成,目前也有用氮化镓(GaN)制作的功率放大器,可能是数个集成电路,某些可能整合成一个集成电路(IC)。 |
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