智能手機發(fā)展趨勢及設(shè)計中需要注意的問題

智能手機如今已成為人們必備的數(shù)碼設(shè)備，以智能手機為中心日益繁多的應(yīng)用，也在逐漸豐富著人們的生活。作為使用者，手機用戶希望有更好的應(yīng)用體驗，更多的應(yīng)用選擇。從iPhone6、華為MATE7、三星GALAXY Note 4、S6及努比亞Z9等幾款較新的機型可以看出，手機廠商在采用更高性能的處理器以提升整機性能的同時，也更加注重向用戶提供新的應(yīng)用體驗。一些新的應(yīng)用如健康及醫(yī)療相關(guān)的功能、移動支付、無線充電等新功能成為設(shè)計的趨勢。

首先我們回顧一下手機廠商展現(xiàn)的一些新的技術(shù)和應(yīng)用以及所涉及的技術(shù)。

1 健康及醫(yī)療相關(guān)的功能

三星GALAXY Note 4可監(jiān)測除了運動方式和距離、消耗熱量等常規(guī)指標(biāo)外，還提供Cinga專業(yè)的教練服務(wù)、心率監(jiān)測、UV指數(shù)監(jiān)測等功能。Apple也提供了HealthKit,可以和健康及健身APP密切配合，提供心率、燃燒的卡路里、血糖、膽固醇等指標(biāo)。

可穿戴的智能健康設(shè)備和智能手機連接大多采用BLE作為無線傳輸?shù)姆绞?。BLE具有低功耗、低成本、連接快速、兼容性好的特點，很適合手機附件和其他智能設(shè)備對于低功耗、高兼容性的要求。而且藍牙組織新發(fā)布的BLE4.1標(biāo)準(zhǔn)對BLE4.0標(biāo)準(zhǔn)進行了升級，提高了傳輸速率，支持Slave和Master角色的轉(zhuǎn)換，改進配對方式使BLE4.1更適合可穿戴智能設(shè)備。

2 硬件支持移動支付

移動錢包被認(rèn)定為是一種將能夠取代大量信用卡以及現(xiàn)金的新的支付方式。Apple推出了Apple pay，Google推出了Google Wallet，Softcard也提供了類似的支付方式。Apple Pay、Google Wallet和Softcard都采用了NFC技術(shù)作為支付時身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)交換的數(shù)據(jù)通道。NFC由非接觸式射頻識別（RFID）及互聯(lián)互通技術(shù)整合演變而來，是一種用于近距離無線通信的技術(shù)。三星是推動NFC技術(shù)在手機應(yīng)用中最積極的手機廠商，其多款手機使用了NFC技術(shù)，如三星Galaxy S5采用NXP PN547，蘋果也后來跟上在iPhone6中采用了NXP PN65V。
而且NFC不僅可用在智能手機端作為支付手段，現(xiàn)在也常在智能設(shè)備的藍牙和wifi的配對中得到應(yīng)用。

3 更佳的音頻特性

智能手機越來越成為多媒體應(yīng)用的平臺，所以對智能手機音頻特性的需求也越來越高。比如從只支持8bit、8KHz的語音服務(wù)到支持16bit、44.1KHz的Hi-Fi服務(wù)。而且隨著音頻特性的提升，對硬件的調(diào)校的要求也越來越高。因此，音頻特性的提升成為手機廠商關(guān)注的焦點之一。

4 無線充電技術(shù)

智能手機耗電量大，“一天一充”幾乎是每個智能手機使用者吐槽的熱點。無線充電技術(shù)將大大提高智能手機的便捷性。Qi的無線充電標(biāo)準(zhǔn)是目前應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)。其低功率標(biāo)準(zhǔn)使用電感傳輸5W或以下的功率，以電感耦合方式傳輸能量，兩電感（線圈）之間的距離可達5mm，也可視需要而增至40mm。三星的S6支持基于Qi標(biāo)準(zhǔn)的無線充電設(shè)備。

下面我們針對BLE、NFC及無線充電和手機音頻放大器的設(shè)計注意的問題及選型做一些討論。

1 BLE
市面上現(xiàn)在常見的幾款BLE芯片有NXP的QN902x（QN902x之前是昆天科產(chǎn)品，后昆天科被NXP收購）、TI的CC254x及新發(fā)布的CC2640等。

比較常見的問題是相同的程序，在原廠提供的開發(fā)板上工作正常，但是在客戶自己制作的電路板上不是連接不到手機就是連接一段時間后中斷，但測試供電電壓符合要求，這時可能就一籌莫展了。其實這兩個問題很大可能都和采用的晶體偏差有關(guān)，這還要從BLE的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)說起和晶體選擇說起。

BLE芯片通常要求提供2個晶體，一個高頻晶體負(fù)責(zé)給射頻部分的鎖相環(huán)提供時鐘，一個低頻的32.768KHz晶體負(fù)責(zé)提供進入低功耗模式后的喚醒時鐘。

一個Slave設(shè)備在上電后會進入廣播狀態(tài)，在37、38、39信道上發(fā)送廣播幀，Master設(shè)備如果掃描到Slave設(shè)備會進行連接，進行數(shù)據(jù)的交互。

一個Slave設(shè)備在廣播狀態(tài)時，如果此時手機或者包嗅探器監(jiān)聽不到廣播幀，很有可能是發(fā)射的中心頻點出現(xiàn)了偏差。BLE協(xié)議中規(guī)定調(diào)制的頻偏不會大于150KHz，如果中心頻點的頻偏大于50KHz就有可能通信不上了，如下圖所示。

而中心頻點的偏差是和高頻晶體的偏差相關(guān)的，也就是說高頻晶體的偏差越大，中心頻點的偏差就會越大。

在Slave和Master連接后如果過一定時間連接會斷開，此問題很可能是地頻晶體的偏差造成的。在進入連接狀態(tài)后，每過一段時間，Master會發(fā)送CONNECT_REQ以維持連接狀態(tài)，這個時間叫connInterval（connSlaveLatency=0）。在兩個connInterval間，Slave使處于休眠狀態(tài)的（畢竟是低功耗的設(shè)備嘛，如果老是處在接受模式下，功耗怎么可能降下去呢）。如果低頻晶體的頻率不準(zhǔn)，會造成喚醒的時間出現(xiàn)偏差，錯過CONNECT_REQ，造成連接失敗。當(dāng)然也可以加大Slave喚醒的時間窗口，不過肯定會造成功耗的加大。

QN9021內(nèi)置了32.768KHz的RC振蕩器，用戶也可使用外部高精度的32.768KHz晶體，這樣給低功耗的設(shè)計提供較靈活的選擇。

2 NFC

在NFC系統(tǒng)設(shè)計中，天線設(shè)計是一個難點，設(shè)計者只能在天線尺寸和通信距離間做平衡。如果想在不增加天線尺寸的情況下增加通信距離，只能加大驅(qū)動端的信號強度。

NXP的PN66T模塊內(nèi)置有5V驅(qū)動器可將天線減小25%，在卡模式下，天線尺寸減小3倍以上。能很好地實現(xiàn)天線尺寸和通信距離間的平衡。

3 音頻放大器

手機音頻硬件方面，主要包括DSP（數(shù)字信號處理器）、Codec（編解碼器，包括DAC和ADC）和放大器等。其中DSP一般都集成在手機處理器SoC中，Codec也有被集成在套片內(nèi)，放大器都是在主芯片外。

為實現(xiàn)更佳的音質(zhì)和更大的輸出音量，提高用于驅(qū)動揚聲器的驅(qū)動電壓一直是設(shè)計的要求。TFA9890揚聲器驅(qū)動器IC，可升壓到9.5V，可為放大器提供更大的電壓裕量，防止放大器削頂。

智能手機廠商已經(jīng)從單純的關(guān)注提高硬件性能，發(fā)展到在關(guān)注提高硬件性能的同時更關(guān)注提供更多貼近生活的應(yīng)用，以提高用戶的應(yīng)用體驗。而作為產(chǎn)業(yè)鏈上游的傳統(tǒng)的IC廠商也適應(yīng)了這一變化，力求提供完整的解決方案，幫助智能手機廠商簡化設(shè)計流程，縮短上市時間，也給APP的開發(fā)者提供了更大的想象空間。NXP也提供了配套的MIFARE SDK，可在Java級實現(xiàn)對所有硬件特性的訪問，優(yōu)化了與NTAG設(shè)備交互的Android應(yīng)用的開發(fā)過程，可簡化手機廠商的系統(tǒng)設(shè)計流程和周期。