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名门国际开户从应用到创新:手机硬件研发与设计


更新时间:2018-09-14 22:39:37

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资源简介

本书是由一线资深工程师撰写的详细阐述手机硬件研发与设计的专业图书。全书由入门篇、提高篇、高级篇和案例分析篇四部分共23章组成,内容涵盖手机硬件基础知识、PCB与DFX基础知识、电源系统、时钟系统、音频处理、FM接收机、数字调制与解调、ESD防护、色度学与图像处理、信号完整性,以及各种相关的国际国内规范。本书采取从简单到复杂、从功能到性能的顺序进行编写。入门篇以功能介绍为主,只定性不定量;提高篇基于各种测试规范,在功能介绍的基础上逐步开展性能分析;高级篇根据电磁学理论、信号处理理论对手机硬件设计进行较为严格的论证并定量计算各种参数指标;而最后的案例分析篇则综合利用前面各篇所介绍的知识,对实际案例进行分析,从而使读者可以理论联系实践,更快、更好地掌握手机硬件的设计方法,提高故障分析能力。事实上,本书虽以手机硬件为分析对象,但书中所阐述的基本原理同样适用于其他电子、通信产品的设计。本书可作为硬件研发工程师及电子电气信息类学生的参考书或培训教材,在忽略高级篇部分理论性较强的章节后,亦可作为维修工程师、电子爱好者的参考资料。

 

内容简介

本书是由一线资深工程师撰写的详细阐述手机硬件研发与设计的专业图书。全书由入门篇、提高篇、高级篇和案例分析篇四部分共23章组成,内容涵盖手机硬件基础知识、PCB与DFX基础知识、电源系统、时钟系统、音频处理、FM接收机、数字调制与解调、ESD防护、色度学与图像处理、信号完整性,以及各种相关的国际国内规范。本书采取从简单到复杂、从功能到性能的顺序进行编写。入门篇以功能介绍为主,只定性不定量;提高篇基于各种测试规范,在功能介绍的基础上逐步开展性能分析;高级篇根据电磁学理论、信号处理理论对手机硬件设计进行较为严格的论证并定量计算各种参数指标;而最后的案例分析篇则综合利用前面各篇所介绍的知识,对实际案例进行分析,从而使读者可以理论联系实践,更快、更好地掌握手机硬件的设计方法,提高故障分析能力。事实上,本书虽以手机硬件为分析对象,但书中所阐述的基本原理同样适用于其他电子、通信产品的设计。本书可作为硬件研发工程师及电子电气信息类学生的参考书或培训教材,在忽略高级篇部分理论性较强的章节后,亦可作为维修工程师、电子爱好者的参考资料。

作者简介

陈皓,毕业于东南大学电气工程系的电气工程及其自动化专业,工学学士学位;研究生毕业于东南大学无线电工程系的信号与信息处理专业,师从时任副校长的邹彩荣教授(博士生导师,现为广州大学校长),工学硕士学位。作者曾供职几家著名的通信设备研发与制造企业,一直从事手机产品的硬件设计工作,期间接触过ADI、MTK、Qualcomm、Marvell、Spreadtrum(展讯)、Leadcore(大唐联芯)等多个平台,涵盖PHS、GSM、UMTS、EVDO、TD-SCDMA、LTE等各种制式。汤?,南京审计大学金审学院教师。

目录

入 门 篇 

第1章 移动通信发展史和关键技术 2 
1.1 无线电通信发展史 2 
1.2 移动通信网 3 
1.2.1 交换子系统(SSS) 4 
1.2.2 基站子系统(BSS) 5 
1.2.3 操作维护子系统(OMS) 5 
1.2.4 移动电话机(MS) 5 
1.3 多址接入 6 
1.3.1 频分多址(FDMA) 6 
1.3.2 时分多址(TDMA) 7 
1.3.3 码分多址(CDMA) 7 
1.4 编码与数字调制 11 
1.4.1 语音编码 11 
1.4.2 信道编码 13 
1.4.3 数字调制 14 
1.5 我国移动通信发展史 15 
第2章 手机电路系统组成 19 
2.1 手机的基本架构 19 
2.2 手机基本组件 21 
2.2.1 CPU与PMU 21 
2.2.2 Memory 23 
2.2.3 Transceiver 26 
2.2.4 RF PA 28 
2.2.5 天线电路 30 
2.2.6 LCD 32 
2.2.7 Acoustic 35 
2.2.8 键盘与触摸屏 37 
2.2.9 蓝牙 39 
2.2.10 FM Radio Receiver 41 
2.2.11 Wi-Fi 42 
2.2.12 GPS 43 
2.2.13 G Sensor 45 
2.2.14 E-compass 46 
2.2.15 Light Sensor与Proximity 
Sensor 47 
2.2.16 Gyro Sensor 49 
2.2.17 SIM卡 50 
2.3 手机的电源系统 50 
2.3.1 系统电源与外设电源 51 
2.3.2 电源的分类 52 
2.4 手机中的常用接口 53 
2.4.1 总线型接口 53 
2.4.2 非总线型接口 54 
2.5 手机中的关键信号 55 
2.5.1 Acoustic信号 55 
2.5.2 I/Q信号 59 
2.5.3 Clock信号 59 
2.6 天线 61 
2.6.1 手机天线的分类 61 
2.6.2 手机天线的演化 63 
2.6.3 天线的电路参数 68 
2.6.4 天线的辐射参数 71 
2.6.5 与法规相关的指标 77 
2.6.6 小结 78 
第3章 分立元件与PCB基础知识 79 
3.1 电阻、电容与电感 79 
3.1.1 电阻 79 
3.1.2 电容 80 
3.1.3 电感 85 
3.2 晶体管与场效应管 89 
3.2.1 晶体管 89 
3.2.2 场效应管 91 
3.3 PCB基础知识 91 
3.3.1 PCB的常规术语 92 
3.3.2 PCB的电气性能 94 
3.3.3 特殊PCB 95 
3.3.4 手机PCB的层面分布 95 
第4章 DFX基础 98 
4.1 DFX的基本概念 98 
4.2 Designs for Structure 98 
4.2.1 系统架构 99 
4.2.2 器件选型 99 
4.2.3 原理图设计 99 
4.2.4 调试方案 100 
4.3 Designs for SMT 100 
4.3.1 防呆标志 100 
4.3.2 焊盘设计 100 
4.3.3 金边粘锡 101 
4.3.4 AOI与X-Ray 103 
4.4 Designs for Assembly 105 
4.5 Designs for Repair 105 
4.6 对降成本的思考 106 
4.7 一些DFX案例 108 

提 高 篇 

第5章 电源系统与设计 112 
5.1 线性电源与开关电源 112 
5.1.1 线性电源 112 
5.1.2 开关电源 115 
5.2 LDO与DC-DC的优缺点 117 
5.2.1 电压大小 118 
5.2.2 电源纹波 118 
5.2.3 电源效率 121 
5.3 其他形式的电源 122 
5.4 充电设计 123 
5.4.1 充电状态转移图 123 
5.4.2 充电电路 125 
5.4.3 充电判满 127 
5.5 案例分析 128 
5.6 电源分配与布线 130 
5.7 小结 130 
第6章 时钟系统 131 
6.1 手机时钟系统简介 131 
6.1.1 时钟分类 131 
6.1.2 时钟的基本作用 132 
6.1.3 振荡原理 133 
6.1.4 小结 137 
6.2 常见振荡电路 138 
6.2.1 RC振荡电路 138 
6.2.2 LC振荡电路 142 
6.2.3 晶体振荡电路 148 
6.3 手机电路中的振荡器 151 
6.4 时钟精度 153 
6.4.1 Q值的影响 153 
6.4.2 准确度与稳定度 157 
6.4.3 相位噪声的影响 159 
6.5 锁相环简介 159 
6.6 晶体校准案例一则 161 
6.6.1 故障现象 161 
6.6.2 登网注册流程 161 
6.6.3 故障分析 162 
第7章 语音通话的性能指标 164 
7.1 国际规范 164 
7.2 3GPP的音频测试 165 
7.3 响度评定原理 172 
7.4 测试系统 173 
7.4.1 测试系统组成 173 
7.4.2 人工耳与人工嘴 174 
7.5 高通平台调试 177 
7.5.1 调试准备工作 177 
7.5.2 语音链路 178 
7.5.3 TDD Noise与RF Power 181 
7.6 MTK平台的语音链路 181 
7.7 频响调整 182 
7.7.1 滤波器分类 182 
7.7.2 FIR滤波器与IIR滤波器 183 
7.7.3 线性相位 183 
7.7.4 幅度响应 184 
7.7.5 高通与MTK的选择 185 
7.8 其他模块 186 
7.9 主观测试 186 
7.10 手机音频中的声学设计 187 
7.11 逸事一则 190 
第8章 FM立体声接收机 192 
8.1 调制与解调 192 
8.1.1 调制与解调的概念 192 
8.1.2 调制的必要性 193 
8.2 频率调制(FM) 194 
8.2.1 FM的数学表达式 194 
8.2.2 FM的特点 195 
8.2.3 我国FM的规定 196 
8.3 立体声 197 
8.3.1 立体声的原理 197 
8.3.2 调频立体声 199 
8.3.3 我国的调频立体声广播 201 
8.3.4 预加重与去加重 201 
8.3.5 RDS广播 202 
8.4 FM立体声接收 203 
8.5 FM立体声接收机芯片 206 
8.6 FM立体声接收机的性能指标 207 
8.6.1 信噪比(S/N) 207 
8.6.2 接收灵敏度(Sensitivity) 207 
8.6.3 总谐波失真(THD) 208 
8.6.4 邻道选择性(Adjacent 
Channel Selectivity) 208 
8.6.5 立体声分离度(Stereo 
Separation) 208 
8.6.6 调幅抑制度(AM 
Suppression) 211 
8.6.7 其他指标 211 
8.7 案例分析 212 
第9章 通信电路与调制解调 216 
9.1 收信机架构 216 
9.1.1 超外差接收机 216 
9.1.2 零中频接收机 218 
9.1.3 近零中频接收机 219 
9.2 发信机架构 220 
9.2.1 发射上变频架构 220 
9.2.2 直接变换架构 222 
9.2.3 偏移锁相环架构 223 
9.3 数字调制与解调 225 
9.3.1 数字与模拟 225 
9.3.2 GMSK调制 226 
9.3.3 QPSK调制 230 
9.3.4 恒包络与非恒包络 232 
9.4 射频功放 236 
9.4.1 GSM功放的近似分析 236 
9.4.2 C类功放的特性 239 
9.4.3 极化调制PA 245 
9.4.4 WCDMA线性PA 248 
第10章 常规RF性能指标 249 
10.1 测试规范 249 
10.2 RF基础知识 249 
10.2.1 频段划分 249 
10.2.2 常见物理单位 251 
10.2.3 常见指标 252 
10.3 GSM手机RF测试 262 
10.3.1 发射机指标 263 
10.3.2 接收机指标 270 
10.4 其他RF指标 275 
10.4.1 发射指标 275 
10.4.2 接收指标 282 
第11章 ESD防护 284 
11.1 ESD的原理 284 
11.2 ESD的模型 284 
11.2.1 人体模型(Human Body 
Model) 284 
11.2.2 机器模型(Machine 
Model) 285 
11.2.3 带电器件模型(Charged 
Device Model) 285 
11.3 人体模型充放电原理 285 
11.3.1 人体充电 286 
11.3.2 人体放电 287 
11.3.3 多次放电 288 
11.4 静电的影响 289 
11.5 ESD设计原则 290 
11.5.1 软件防护设计 290 
11.5.2 硬件防护设计 291 
11.6 手机的ESD测试 296 
11.6.1 我国标准 296 
11.6.2 测试模型与环境 296 
11.6.3 结果判定 298 
11.7 案例一则 299 
11.7.1 产品基本状况 299 
11.7.2 定位静电导入点 300 
11.7.3 整改方案 300 
11.7.4 小结 303 

高 级 篇 

第12章 高级音频设计 306 
12.1 音频信号处理滤波器 306 
12.2 关于FIR滤波器与IIR 
滤波器 307 
12.3 FIR滤波器 308 
12.3.1 FIR滤波器的定义 308 
12.3.2 FIR滤波器窗口设计法 308 
12.3.3 FIR滤波器频率采样法 308 
12.3.4 小结 309 
12.4 IIR滤波器 310 
12.4.1 IIR滤波器的定义 310 
12.4.2 Yule-Walker方程 310 
12.5 量化误差与有限字长效应 312 
12.5.1 量化误差 312 
12.5.2 有限字长效应 313 
12.5.3 零/极点波动 313 
12.6 随机过程通过线性系统 315 
12.6.1 Rayleigh商 315 
12.6.2 输入、输出信噪比 317 
12.6.3 Wiener滤波器 317 
12.6.4 Wiener滤波器的应用 319 
12.7 自适应滤波器 320 
12.7.1 最陡下降法 320 
12.7.2 LMS算法 321 
12.8 噪声抑制与回声抵消 323 
12.8.1 Single Microphone降噪 323 
12.8.2 回声抑制的原理 325 
12.8.3 Far-end消噪 327 
12.8.4 其他模式下的Dual 
Microphone降噪 328 
12.9 高级音频指标 329 
12.9.1 T-MOS 329 
12.9.2 G-MOS 330 
12.9.3 Double Talk 331 
12.9.4 Echo Attenuation vs. Time 333 
12.9.5 Spectral Echo Attenuation 334 
12.9.6 BGNT 334 
12.10 小结 336 
第13章 相机的高级设计 337 
13.1 色度学 337 
13.1.1 光学的预备知识 338 
13.1.2 颜色的确切含意 338 
13.1.3 颜色三要素 339 
13.1.4 三原色及三补色 340 
13.1.5 格拉斯曼定理与CIE的 
颜色表示系统 341 
13.2 颜色模型 343 
13.2.1 RGB模型 343 
13.2.2 CMY模型 343 
13.2.3 YUV模型 344 
13.2.4 HSI模型 344 
13.3 白平衡与色温 345 
13.3.1 白平衡 345 
13.3.2 色温 346 
13.3.3 白平衡的定义 346 
13.3.4 人眼的自动白平衡与相机 
白平衡 347 
13.3.5 Gamma校正 347 
13.4 人的视觉特性 348 
13.4.1 人眼构造 348 
13.4.2 人眼的视觉成像 348 
13.4.3 人眼的亮度感觉 349 
13.4.4 人眼亮度感觉与图像 
处理 351 
13.5 图像处理 352 
13.6 图像增强 354 
13.6.1 灰度变换 354 
13.6.2 直方图修正 355 
13.6.3 图像平滑与锐化 356 
13.7 图像恢复 361 
13.7.1 退化模型 361 
13.7.2 线性运动退化 362 
13.7.3 图像的无约束恢复 363 
13.7.4 图像的有约束恢复 363 
13.8 手机相机的测试 364 
13.8.1 色彩还原性(Color 
Reproduction Quality) 364 
13.8.2 鬼影炫光(Ghost Flare) 365 
13.8.3 成像均匀性(Shading) 365 
13.8.4 分辨率(Resolution) 366 
13.8.5 成像畸变(Distortion) 366 
13.8.6 自动白平衡(Auto 
White Balance) 367 
13.8.7 灰阶(Gray Scale) 367 
13.8.8 视场角(FOV) 368 
13.8.9 曝光误差(Exposure 
Error) 369 
13.8.10 信噪比 369 
13.9 调制转移函数 369 
13.10 两个案例 373 
13.10.1 LCD反色 373 
13.10.2 四基色电视 375 
第14章 信号完整性 376 
14.1 信号完整性概述 376 
14.1.1 信号完整性的意义 376 
14.1.2 手机设计中的信号完整性 377 
14.2 高频模型 380 
14.2.1 频谱与带宽 380 
14.2.2 阻容感模型 384 
14.2.3 传输线模型 387 
14.2.4 手机中的传输线 395 
14.3 反射与端接 396 
14.3.1 反射的机理 396 
14.3.2 反射图 399 
14.3.3 容性反射与时延累加 401 
14.3.4 走线中间的容性反射 403 
14.3.5 感性反射 404 
14.3.6 端接策略 407 
14.4 有损传输线 408 
14.4.1 损耗源 408 
14.4.2 导线损耗 409 
14.4.3 介质损耗 410 
14.4.4 有损线建模 412 
14.4.5 眼图 414 
14.5 传输线的串扰 418 
14.5.1 串扰模型 418 
14.5.2 容性耦合与感性耦合 420 
14.5.3 近端串扰与远端串扰 422 
14.5.4 差分阻抗与共模阻抗 426 
14.5.5 奇模传输与偶模传输 428 
14.5.6 差分对的端接 431 
14.6 眼图案例一则 431 
14.6.1 案例背景 431 
14.6.2 USB 2.0眼图简介 432 
14.6.3 不同容值TVS管对眼图的 
影响 433 
14.6.4 小结 435 
第15章 各种新功能 436 
15.1 HAC 436 
15.1.1 HAC的概念 436 
15.1.2 助听器的工作模型 436 
15.1.3 两种耦合的优缺点 438 
15.1.4 HAC评级 439 
15.1.5 M评级 439 
15.1.6 T评级 441 
15.1.7 HAC认证常见问题 443 
15.2 TTY/TDD 444 
15.2.1 TTY/TDD 的定义 444 
15.2.2 TTY终端 445 
15.2.3 TTY呼叫系统 447 
15.2.4 TTY设备工作模式 450 
15.2.5 TTY测试 450 
15.3 无线充电 450 
15.3.1 无线充电的概念 450 
15.3.2 无线充电的方式 450 
15.3.3 无线充电的效能指标 456 
15.3.4 无线充电的标准 458 
15.3.5 对无线充电的疑问 460 
15.3.6 小结 461 

案例分析篇 

第16章 ADC与电池温度监测 464 
16.1 ADC的重要性 464 
16.2 A/D的基本原理 465 
16.2.1 模拟与数字 465 
16.2.2 A/D的分类 466 
16.2.3 逐次逼近型A/D的原理 466 
16.2.4 逐次逼近型A/D的量化 
误差 467 
16.2.5 量化处理 468 
16.2.6 Σ-Δ型A/D 469 
16.3 电池温度监测电路 471 
16.4 误差分析 473 
16.4.1 NTC电阻离散性导致的 
误差 474 
16.4.2 A/D转换导致的误差 474 
16.4.3 电路拓扑导致的误差 476 
16.4.4 多项式插值导致的误差 477 
16.5 系统总误差 478 
16.6 实际测试结果 479 
第17章 Receiver的低频爆震 480 
17.1 项目背景 480 
17.2 故障现象 480 
17.3 调试过程 481 
17.3.1 检查Receiver的SPL与 
THD 481 
17.3.2 调整Receiver的功率 481 
17.3.3 调整RFR的低频部分 482 
17.3.4 Receiver的工作高度 482 
17.3.5 Receiver厂家的测试过程 483 
17.4 FFT测试 484 
17.5 小结 488 
17.6 FFT在音频设计中的应用 489 
17.6.1 Audio PA Noise Analysis 489 
17.6.2 Good Speaker or Bad 
Speaker 490 
第18章 UXX的TDD Noise 493 
18.1 项目背景 493 
18.2 故障现象 493 
18.3 实验测试 495 
18.4 定位噪声引入点 496 
18.5 案例反思 498 
第19章 EN55020案例一则 499 
19.1 EN55020测试环境 499 
19.2 实测结果 500 
19.3 测试结果分析 502 
19.3.1 干扰信号采用FM方式 502 
19.3.2 干扰信号采用AM方式 503 
19.3.3 故障优化 503 
19.4 充电器与充电线的影响 504 
第20章 Acoustic调试中值得关注 
的几个现象 506 
20.1 磁钢与主板TDD Noise 506 
20.2 Receiver的啸叫 506 
20.3 波浪状的频响曲线 507 
20.4 切换模式后的Echo Loss 
Fail 508 
20.5 按压电池盖导致RCV响度 
下降 509 
第21章 工厂端音频自动检测方案 511 
21.1 目前现状 511 
21.2 检测原理 512 
21.3 方案步骤 513 
21.4 Loudness、Resonance/Echo及 
TDMA Noise判定 514 
21.4.1 Loudness、Resonance/Echo 
判定 514 
21.4.2 TDMA Noise判定 514 
21.5 确定门限 515 
21.5.1 SPL_STD_Criteria及RES_ 
STD_Criteria的门限 515 
21.5.2 测试距离 516 
21.6 性能分析 517 
21.6.1 频谱分辨力 517 
21.6.2 误判率 517 
21.6.3 鲁棒性 518 
第22章 开机自动进入测试模式 519 
22.1 故障状态 519 
22.2 故障分析 520 
22.2.1 信号测量 520 
22.2.2 原因分析 521 
22.3 深层思索 523 
第23章 GPS受扰案例一则 525 
23.1 故障定位 525 
23.2 故障解决 528 
23.2.1 定位干扰源 528 
23.2.2 解决思路 529 
23.2.3 原理分析 529 
23.2.4 优化结果 533 
23.2.5 Sorting方案 535 
23.3 小结 536 
附录A 几何光学成像 537 
附录B 立体声原理 541 
附录C 手机声学结构设计 553 
附录D “苦逼”IT男的那些事儿 569 
附录E 读者反馈 574
 

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