《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基帶芯片:更快更強(qiáng)更集成

2007-12-21
作者:安勇龍

?? 手機(jī)芯片占手機(jī)總成本的50%以上,其中,基帶芯片" title="基帶芯片">基帶芯片是手機(jī)中最核心的部分,也是技術(shù)含量最高的部分,縱觀2G/2.5G/EDGE/3G手機(jī)基帶" title="手機(jī)基帶">手機(jī)基帶芯片的發(fā)展歷史,速度更快、處理能力更強(qiáng)、功耗更低成為主線。同時(shí),在發(fā)展過(guò)程中,形成了DSP+ARM的較為固定的芯片架構(gòu)。目前,集成成為手機(jī)基帶芯片最大的趨勢(shì),無(wú)論是數(shù)字基帶與模擬基帶" title="模擬基帶">模擬基帶的集成,還是基帶芯片和射頻芯片的集成,再或是基帶芯片與應(yīng)用處理器" title="應(yīng)用處理器">應(yīng)用處理器的集成,雖然集成的方向有所不同,但是集成一直在推動(dòng)著手機(jī)基帶芯片的前行。

??? 更快更強(qiáng)是主旋律

  區(qū)分2G/2.5G/EDGE/3G等不同通信時(shí)代的最根本標(biāo)準(zhǔn)是什么?
  “第一代移動(dòng)通信" title="移動(dòng)通信">移動(dòng)通信與第二代移動(dòng)通信的區(qū)別是模擬和數(shù)字的區(qū)別,第二代移動(dòng)通信實(shí)現(xiàn)了數(shù)字通信,使得話音質(zhì)量達(dá)到了有線電話的質(zhì)量。而2.5代移動(dòng)通信在保證通話質(zhì)量的前提下,出現(xiàn)了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),例如彩信、彩鈴、上網(wǎng)等。雖然到目前為止,全球3G運(yùn)營(yíng)商都在摸索提供什么樣的服務(wù),但是毫無(wú)疑問(wèn),對(duì)3G來(lái)講,最值得期待的就是高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。實(shí)現(xiàn)這一業(yè)務(wù)需要手機(jī)基帶芯片的數(shù)據(jù)數(shù)率更高、處理能力更強(qiáng)、穩(wěn)定性更好、功耗更低,而這些其實(shí)也是IC產(chǎn)業(yè)不斷遵循的發(fā)展方向。”展訊通信公司總裁助理時(shí)光在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)給出了自己的判斷。
  同為業(yè)內(nèi)佼佼者的T3G公司業(yè)務(wù)拓展總監(jiān)牟立在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)打了一個(gè)比喻。他說(shuō):“第三代移動(dòng)通信和第二代移動(dòng)通信的區(qū)別從應(yīng)用上來(lái)講就是前者提供了大量的新應(yīng)用,這源于其數(shù)據(jù)速率的提升。這就好比馬路寬了以后可以跑更多的車(chē),而且可以以不同的方式行駛,而以往可能只能一輛一輛地通過(guò)。標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用一起推動(dòng)手機(jī)芯片包括基帶芯片架構(gòu)的改變,要求計(jì)算能力更強(qiáng),運(yùn)算頻率更快,功耗更低。新的系統(tǒng)架構(gòu)和芯片架構(gòu)對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提出更高的要求?!?BR>  實(shí)際上,2G應(yīng)用主要集中在中低端產(chǎn)品中,能實(shí)現(xiàn)基本功能,芯片的發(fā)展趨勢(shì)是低成本。3G的應(yīng)用主要集中在高端產(chǎn)品,因?yàn)?G的最大特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的提高,因此能夠提供郵件收發(fā)、視頻下載等應(yīng)用,芯片的發(fā)展方向主要是高性能,而成本并不是最重要的。2.5G和2.75G的重點(diǎn)則集中在中端功能型手機(jī)中。

??? DSP+ARM架構(gòu)尚難動(dòng)搖

  在手機(jī)基帶芯片的發(fā)展歷程中,最初主要采用通用架構(gòu)完成計(jì)算和處理工作,DSP成為最重要的選擇。而隨著多媒體等更多應(yīng)用的興起,單獨(dú)的DSP開(kāi)始顯得勉為其難。正如賽迪顧問(wèn)分析師岳婷對(duì)《中國(guó)電子報(bào)》記者所說(shuō)的那樣:“我認(rèn)為應(yīng)用處理器和協(xié)處理器在手機(jī)中的應(yīng)用是手機(jī)發(fā)展過(guò)程中是一個(gè)關(guān)鍵的時(shí)間點(diǎn),正因?yàn)樗鼈兊囊耄拍軘U(kuò)展了手機(jī)的功能?!盌SP+ARM的架構(gòu)逐漸成為手機(jī)基帶芯片市場(chǎng)的主流架構(gòu)。
  WINTEL聯(lián)盟(Windows+Intel)并非一個(gè)真正的聯(lián)盟組織,但是天然的互補(bǔ)性使得其成為當(dāng)今PC領(lǐng)域最為強(qiáng)大的勢(shì)力。而在手機(jī)基帶芯片領(lǐng)域,DSP+ARM的架構(gòu)可望達(dá)到這樣的高度。
  當(dāng)被問(wèn)及DSP+ARM的架構(gòu)近期內(nèi)在手機(jī)基帶芯片領(lǐng)域會(huì)不會(huì)有所改變時(shí),牟立認(rèn)為這根本不是一個(gè)值得擔(dān)心的問(wèn)題。因?yàn)槟壳癉SP+ARM的架構(gòu)被業(yè)內(nèi)最廣泛采用,“存在即是合理”,這就像WINTEL聯(lián)盟,不是說(shuō)變就變的。
  不過(guò),不變中也孕育著變化。雖然采用ARM被廣泛認(rèn)同,但是各個(gè)廠商使用的DSP則有所不同。而隨著多媒體等應(yīng)用需求的增長(zhǎng),一個(gè)DSP加一個(gè)ARM的架構(gòu)越來(lái)越不能滿足需求。因此,“變化在于采用ARM加幾個(gè)DSP或者是DSP加幾個(gè)ARM,當(dāng)然,DSP+ARM的單芯片發(fā)展值得關(guān)注。”牟立總結(jié)說(shuō)。
  同時(shí),各個(gè)公司采用ARM核的速度和數(shù)量也在提高。德州儀器在2004年第一季度發(fā)布第一個(gè)采用ARM 11的應(yīng)用處理器。這個(gè)以嵌入式應(yīng)用處理器為中心的設(shè)計(jì)架構(gòu),與德州儀器此前以DSP(或基頻)為中心有所不同。德州儀器已經(jīng)推出了采用DSP+ARM 7作為基帶處理器,采用ARM 11作為應(yīng)用處理器的OMAP平臺(tái)并取得了良好的效果。
  國(guó)內(nèi)廠商也在遵循類(lèi)似的發(fā)展道路。重郵信科公司副總經(jīng)理鄭建宏對(duì)《中國(guó)電子報(bào)》記者表示,公司未來(lái)的基帶芯片將采用多核架構(gòu),也就是多個(gè)DSP加多個(gè)ARM核的結(jié)構(gòu),來(lái)滿足多媒體等更高數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求。最近公司與智多微電子公司的合作將加速這一進(jìn)程。
  從產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度來(lái)講,目前尚沒(méi)有一家公司強(qiáng)大到可以通吃的地步,也就是說(shuō),產(chǎn)業(yè)處于分工合作的階段,拋開(kāi)ARM核心來(lái)單干并不是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。因此,時(shí)光認(rèn)為:“DSP+ARM構(gòu)架將長(zhǎng)期存在下去。”
  就目前而言,iSuppli公司手機(jī)分析師王陽(yáng)在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示,DSP主要完成基帶功能,用兩個(gè)ARM核中的一個(gè)輔助完成基帶功能,另一個(gè)ARM核專門(mén)應(yīng)付多媒體或者GPS這樣的特定應(yīng)用是主要的方向。

??? 集成集成再集成

  手機(jī)芯片集成度的不斷提高是推動(dòng)手機(jī)終端不斷向前發(fā)展的重要力量。作為手機(jī)芯片中最核心的部分,基帶芯片的集成在不斷的演進(jìn)過(guò)程之中。時(shí)光甚至將模擬基帶與數(shù)字基帶部分的集成視為手機(jī)基帶芯片發(fā)展史上具有“里程碑意義”的事件。
  目前的主流是將射頻收發(fā)器(小信號(hào)部分)集成到手機(jī)基帶中,未來(lái)射頻前端也有可能集成到手機(jī)基帶里。德州儀器、英飛凌和高通是最主要的推動(dòng)者。德州儀器依靠獨(dú)創(chuàng)的DRP射頻技術(shù),后兩者依靠的是CMOS RF技術(shù)。
  隨著數(shù)字射頻技術(shù)的發(fā)展,射頻部分被越來(lái)越多地集成到數(shù)字基帶部分,電源管理則被更多地集成到模擬基帶部分,而隨著模擬基帶和數(shù)字基帶的集成越來(lái)越成為必然的趨勢(shì),射頻可能最終將被完全集成到手機(jī)基帶芯片中。不過(guò),王陽(yáng)認(rèn)為,集成在節(jié)省成本和設(shè)計(jì)復(fù)雜度增加之間要找到平衡。
  應(yīng)用處理器的出現(xiàn)給手機(jī)基帶芯片帶來(lái)的既是挑戰(zhàn)也是機(jī)遇。對(duì)于未來(lái)手機(jī)發(fā)展將以基帶芯片還是以應(yīng)用處理器為中心主流廠商之間存在不同的意見(jiàn),因此,集成的方式也有所不同。
  德州儀器、英飛凌等廠商將基帶和射頻部分集成在一起,對(duì)于中高端應(yīng)用則加上應(yīng)用處理器。對(duì)于低成本和超低價(jià)手機(jī)來(lái)說(shuō),基帶和射頻的集成可以降低成本并降低手機(jī)設(shè)計(jì)的難度。射頻技術(shù)數(shù)一數(shù)二的英飛凌依靠超低價(jià)手機(jī)的單芯片解決方案一舉翻身就是很好的例子。國(guó)內(nèi)手機(jī)芯片的領(lǐng)軍企業(yè)展訊通信則采用將基帶芯片和多媒體功能結(jié)合在一起的方法,公司認(rèn)為現(xiàn)階段集成射頻會(huì)帶來(lái)工藝上的難度,集成射頻對(duì)于穩(wěn)定性的要求會(huì)更高,對(duì)于降低成本的作用還不是很明顯。
  盡管如此,正像摩爾定律指出的那樣,手機(jī)基帶芯片的高度集成毫無(wú)疑問(wèn)將是不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。

??? 相關(guān)鏈接

??? 手機(jī)基帶芯片組成

  基帶部分可分為五個(gè)子塊:CPU處理器、信道編碼器、數(shù)字信號(hào)處理器、調(diào)制解調(diào)器和接口模塊。
  CPU處理器對(duì)整個(gè)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行控制和管理,包括定時(shí)控制、數(shù)字系統(tǒng)控制、射頻控制、省電控制和人機(jī)接口控制等。若采用跳頻,還應(yīng)包括對(duì)跳頻的控制。同時(shí),CPU處理器完成GSM終端所有的軟件功能,即GSM通信協(xié)議的layer1(物理層)、layer2(數(shù)據(jù)鏈路層)、layer3(網(wǎng)絡(luò)層)、MMI(人-機(jī)接口)和應(yīng)用層軟件。
  信道編碼器主要完成業(yè)務(wù)信息和控制信息的信道編碼、加密等,其中信道編碼包括卷積編碼、FIRE碼、奇偶校驗(yàn)碼、交織、突發(fā)脈沖格式化。
??? 數(shù)字信號(hào)處理器主要完成采用Viterbi算法的信道均衡和基于規(guī)則脈沖激勵(lì)—長(zhǎng)期預(yù)測(cè)技術(shù)(RPE-LPC)的語(yǔ)音編碼/解碼。
  調(diào)制/解調(diào)器主要完成GSM系統(tǒng)所要求的高斯最小移頻鍵控(GMSK)調(diào)制/解調(diào)方式。
  接口部分包括模擬接口、數(shù)字接口以及人機(jī)接口三個(gè)子塊:
??? (1)模擬接口包括:語(yǔ)音輸入/輸出接口;射頻控制接口。
??? (2)輔助接口:電池電量、電池溫度等模擬量的采集。
  (3)數(shù)字接口包括:系統(tǒng)接口;SIM卡接口;測(cè)試接口;EEPROM接口;存儲(chǔ)器接口:ROM接口主要用來(lái)連接存儲(chǔ)程序的存儲(chǔ)器FLASH ROM,在FLASH ROM中通常存儲(chǔ)layer1,2,3、MMI和應(yīng)用層的程序。RAM接口主要用來(lái)連接存貯暫存數(shù)據(jù)的靜態(tài)RAM(SRAM)。
  (4)人機(jī)接口包括:顯示器接口;鍵盤(pán)/背光接口。

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