《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一種雙模雙待USB接口數(shù)據(jù)卡的低功耗設(shè)計
徐銀芳 謝擁軍 雷振亞 王 旭
摘要: 針對市場上雙模雙待消費類電子產(chǎn)品技術(shù)解決方案功耗大的缺點,提出了一種新的技術(shù)解決方案,該技術(shù)方案在降低產(chǎn)品成本的同時,也降低了消費類電子產(chǎn)品的功耗,提高了產(chǎn)品的可靠性和用戶體驗。
Abstract:
Key words :

隨著3G網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模部署和4G網(wǎng)絡(luò)的逐步部署,支持數(shù)據(jù)終端的傳輸速率越來越高,4G網(wǎng)絡(luò)下行數(shù)據(jù)速率已經(jīng)高達150MB/s以上,因此要求終端芯片處理速率越來越高同時數(shù)據(jù)處理速率的提高也增大了終端功耗的壓力,數(shù)據(jù)卡主要的產(chǎn)品形式的接口為USB接口,而USB2.0接口的最大功耗限制在5 V,500 mA時,已難以滿足數(shù)據(jù)卡對功耗的要求。另外,由于功耗的增大導(dǎo)致發(fā)熱的問題,嚴重影響了用戶體驗和產(chǎn)品的使用壽命。因此低功耗設(shè)計對于數(shù)據(jù)卡的產(chǎn)品設(shè)計是必要的。

1 主流雙模數(shù)據(jù)卡的技術(shù)解決方案
   
目前市場上銷售的雙模數(shù)據(jù)卡解決方案要用兩個制式的終端解決方案平臺,由于終端平臺芯片廠商的產(chǎn)品有所側(cè)重,而不會去支持所有的技術(shù)平臺,因此像高通有很多款基于CDMA的數(shù)據(jù)卡終端芯片,但是沒有WiMax的終端芯片產(chǎn)品。因此需要整合各廠家的平臺去支持雙模卡產(chǎn)品的設(shè)計。由于是整合不同廠家的平臺,還要兼顧產(chǎn)品的開發(fā)周期,因此一些硬件和軟件上的設(shè)計,可能被忽略而導(dǎo)致設(shè)計方案不是最優(yōu)的。下面通過兩種雙模數(shù)據(jù)卡的設(shè)計方案,分析其優(yōu)缺點。


1.1 主流雙模數(shù)據(jù)卡方案1
   
該方案的技術(shù)優(yōu)點主要是整合兩個平臺的難度較低,開發(fā)周期較短,市面上的雙模數(shù)據(jù)卡較多采用該方案,但是該方案有明顯的缺點。
    (1)雙模之間的切換較慢,因為切換策略要綜合考量兩個平臺測量到的網(wǎng)絡(luò)信息,兩個平臺之間沒有辦法通信,只能通過USB HUB送到主機,需由主機的高層軟件來控制兩個平臺之間的切換。
    (2)增加了一個HUB,導(dǎo)致系統(tǒng)的功耗增加了約100 mA/5 V的功耗。對于USB2.0要求的功耗500 mA/5 V范圍,很多單平臺的數(shù)據(jù)卡類產(chǎn)品的功耗已經(jīng)接近該功耗數(shù)據(jù)的上限,因此功耗的增加已經(jīng)是一個很大的開銷,同時又增加了成本。
1.2 主流雙模數(shù)據(jù)卡方案2
   
該方案的技術(shù)優(yōu)點是省去了一個HUB,降低了成本,同時切換的速率也會提高,但是該方案也有一個缺點,就是功耗。


    (1)由于WiMax基帶芯片和EVDO的基帶芯片不是同一個終端芯片廠家的,在處理的性能上兩個模塊不會有整合,導(dǎo)致CPU資源浪費嚴重,當WiMax制式工作時,EVDO芯片的CPU由于要處理從SDIO芯片送過來的數(shù)據(jù)包,EVDO的基帶處理器也會工作,兩個基帶處理器同時工作必然會導(dǎo)致功耗的增加。
    (2)由于要整合兩個芯片的軟硬件資源,必須要協(xié)調(diào)兩個終端芯片廠家的合作,必然導(dǎo)致開發(fā)周期的延長。

2 提出一種低功耗雙模數(shù)據(jù)卡的技術(shù)解決方案
   
在總結(jié)上述兩個方案的基礎(chǔ)上,提出了一種折中的技術(shù)方案,該方案在增加系統(tǒng)硬件成本的同時,降低了系統(tǒng)的整體功耗,提高了切換時間,縮短了軟件開發(fā)的周期。


    該方案新增了一個USB Switch,Switch的成本相對于USB HUB較低,同時它的功耗可以忽略不計。該方案有以下優(yōu)點:
    (1)USB Switch的功耗可以忽略不計。
    (2)UART接口傳輸一些很小數(shù)據(jù)量的控制和狀態(tài)信息,不涉及高層的軟件修改。
    (3)快速切換和低功耗模式。
2.1 雙模雙待的技術(shù)實現(xiàn)流程
   
(1)初始上電保持由GPIO控制USB Swithch確保EVDO基帶芯片和主機的通信,WiMax基帶芯片不和主機通信但是定時做射頻信號的測量,并通過UART信號送到EVDO基帶芯片。
    (2)EVDO的基帶芯片根據(jù)一定的策略計算由哪張網(wǎng)絡(luò)為用戶提供服務(wù)。
    1)如果由EVDO提供服務(wù),則WiMax進入待機模式,定時醒來進行網(wǎng)絡(luò)信號測量,并通過UART把網(wǎng)絡(luò)信號信息送到EVDO處理器,根據(jù)策略如果發(fā)現(xiàn)需要切換到WiMax網(wǎng)絡(luò),則EVDO通過GPIO控制USBSwitch關(guān)閉自己與主機的通信,改由WiMax基帶芯片于主機通信。EVDO進入待機模式,并定時醒來進行信號測量并把網(wǎng)絡(luò)信號傳遞給WiMax基帶處理器。
    2)如果由WiMax提供服務(wù),則EVDO通過GPIO控制USB Switch關(guān)閉與主機的通信,改由WiMax基帶芯片于主機通信。EVDO進入待機模式,并定時進行信號測量并把網(wǎng)絡(luò)信號傳遞給WiMax基帶處理器,并由WiMax基帶處理器根據(jù)切換的策略來決定為用戶提供服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。如果需要切換到EVDO,執(zhí)行相同的操作。
2.2 軟硬件技術(shù)可行性分析
   
(1)硬件方面。
     硬件方面的主要障礙是USB通信通道由當前平臺切換到另一個平臺的時間。如果切換時間過長,就有可能影響用戶的通信。當切換事件發(fā)生時,USB數(shù)據(jù)通路會與當前平臺斷開而與另一個平臺建立通信,建立通信時需要通信平臺向主機進行枚舉設(shè)備和主機給相應(yīng)的平臺加載驅(qū)動程序。USB的枚舉時間和加載驅(qū)動時間可以控制在ms級。因此帶來切換時間的增加是可以接受的。在切換時間內(nèi)用戶的語音通信可能會有延時,但影響較小。由于WiMax網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍很廣,在寬闊的區(qū)域可以達到30 km,因此對于用戶網(wǎng)絡(luò)之間的切換不常發(fā)生。
    (2)軟件方面。
    相對于方案1,軟件方面要增加的主要工作量是通過UART(串行通信接口)進行少量的網(wǎng)絡(luò)信息的傳遞交換,信息的交換可以通過簡單的底層通信協(xié)議完成。在驅(qū)動程序?qū)用婵梢酝瓿稍摴δ埽粫婕暗礁邔訁f(xié)議軟件的修改,因此在軟件上實現(xiàn)該功能還是比較容易的,不會增加開發(fā)難度和周期。軟件方面的主要工作就是協(xié)調(diào)兩個平臺廠商進行兩個通信協(xié)議信息的定義和UART驅(qū)動程序修改。

3 結(jié)束語
   
文中提出的雙模雙待數(shù)據(jù)卡新的解決方案,在降低系統(tǒng)成本的同時,又降低了功耗,增加了用戶的體驗,是一種理想的雙模雙待數(shù)據(jù)卡類產(chǎn)品解決方案。

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