【好书共读——《硬件设计指南：从器件认知到手机基带设计》】 --第三篇

不知不觉半个月过去了，最近在跟项目忙着焊接样机、测试，今天分享一下第四章到第六章的内容。

信号完整性（Signal Integrity，SI），也就是我们通常所说的信号质量。随着信号速率的提高，数字信号的传输已经不能只考虑逻辑上的实现，而要考虑如何能够使接收器件接收到正确的信号波形。听起来很简单，信号完整性就是研究怎样使信号能够在驱动器和接收器之间正确传输的一门学问。但其包含的内容却非常广泛，并且随着电子、通信技术的发展不断向其它学科领域扩展延伸，不仅包含电路、传输线理论，还涉及到电磁场理论，同时和电磁兼容也有密切的关系。

通常所说的信号完整性一般包含两个方面：一方面研究信号的传输，如何优化信号的传输路径使接收端的芯片能够获得正确的波形；另一方面研究电源的供应，即如何为芯片稳定工作提供稳定、低噪声的电源，即电源完整性（Power Integrity，SI）。

广义的信号完整性，是指在电路设计中互连线引起的所有问题，它主要研究互连线的电气特性参数与数字信号的电压电流波形相互作用后，如何影响到产品性能的问题。

　　1、反射：信号在传输线上传输时，当高速PCB上传输线的特征阻抗与信号的源端阻抗 或负载阻抗不匹配时，信号会发生反射，使信号波形出现过冲、下冲和由此导致的振铃现象。过冲（Overshoot）是指信号跳变的第一个峰值（或谷值），它是在电源电平之上或参考地电平之下的额外电压效应；下冲（Undershoot）是指信号跳变的下一 个谷值（或峰值）。过大的过冲电压经常长期性地冲击会造成器件的损坏，下冲会降低噪声容限，振铃增加了信号稳定所需要的时间，从而影响到系统时序。

　　2、串扰：在PCB中，串扰是指当信号在传输线上传播时，因电磁能量通过互容和互感耦合对相邻的传输线产生的不期望的噪声干扰，它是由不同结构引起的电磁场在同一区域里的相互作用而产生的。互容引发耦合电流，称为容性串扰；而互感引发耦合电压，称为感性串扰。在PCB上，串扰与走线长度、信号线间距，以及参考地平面的状况等有关。

　　3、信号延迟和时序错误：信号在PCB的导线上以有限的速度传输，信号从驱动端发出到达接收端，其间存在一个传输延迟。过多的信号延迟或者信号延迟不匹配可能导致时序错误和逻辑器件功能混乱。

　　信号完整性分析就是应用传统的电路、传输线、电磁学、信号与系统等学科理论，解决上述电路设计中互连线引起的问题。说得再直白一些，信号完整性就是研究如何让驱动芯片发出的信号经过传输通道被接收芯片正确接收的学问。

（1）电路设计上的考虑。包括控制同步切换输出数量，控制各单元的最大边沿速率（dI/dt和dV/dt），从而得到最低且可接受的边沿速率；为高输出功能块（如时钟驱动器）选择差分信号；在传输线上端接无源元件（如电阻、电容等），以实现传输线与负载间的阻抗匹配。

（2）最小化平行布线的走线长度。

（3）元件摆放要远离I/O互连接口和其他易受干扰及耦合影响的区域，尽量减小元件间的摆放间隔。

（4）缩短信号走线到参考平面的距离间隔。

（5）降低走线阻抗和信号驱动电平。

（6）终端匹配。可增加终端匹配电路或者匹配元件。

（7）避免相互平行的走线布线，为走线间提供足够的走线间隔，减小电感耦合。

手机是我们日常生活中最常见的终端设备，大部分的人只知道纸面上的参数吧，书中给我们介绍了什么是手机基带、锂电池及其保护、梳理了电源架构、给我们介绍了手机的充电原理，还有PDN、相机与屏幕接口、音频接口、传感器、简述了SIM卡以及给我们普及了一些EMC的一些基础知识。下面对这些内容逐个学习。

手机基带简介，什么是基带?手机里有两个非常关键的芯片，一个是AP(Application Processor，应用处理器)，一个是 BP(Baseband Processor，基带处理器)，基带芯片决定了我们的手机支持什么样制式的网络，如 GSM、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA 等都是由它来决定的，随着科技的发展 AP和 BP都集中在一起。在通信领域，信息源也就是发射终端发出的没有经过调制(频谱搬移)的原始信号所固有的频带(频率带宽)，简称基带。

下面是书中的内容，我把图贴上。

手机这个产品很特殊，简单的说手机由几部分组件组成：主控逻辑电路+电源管理+射频电路+显示模组+外设接口电路。在这里我们重点关注一下电源管理模块，手机不像电脑随时插着电源使用，我们使用手机的场景更复杂，因此对手机的电池容量和充电功率也就必须有了更高要求。

书中有大量文字为我们讲解锂电池的相关知识及其充放电保护原理，还给我们介绍了一种快充方案。下面是本章节所介绍的全部内容：第5章

5.1手机基带简介

5.2锂电池及其保护

5.2.1锂电池参数介绍

5.2.2锂电池放电欠电压保护 UVP 原理

5.2.3锂电池放电过流保护 OCD 原理

5.3电源架构梳理

5.4非常重要的 Power Path：电源路径

5.5手机充电原理

5.5.1手机充、放电架构

5.5.2手机充电流程

5.5.3一种快充方案介绍

5.6PDN 及其优化

5.6.1 PDN 概念

5.6.2 PDN DC 仿真与优化方向

5.6.3 PDN AC仿真与优化方向

5.7相机与屏幕接口

5.7.1相机接口

5.7.2屏幕接口

5. 7.3 MIPI D-PHY

5. 7.4 MIPI C-PHY

5.7.5 MIPI开关简介

5.8音频接口

5.8.1 耳机与USB通路

5.8.2 扬声器驱动电路

5.9传感器

5.9.1 陀螺仪、加速度计与磁力计

5.9.2 红外与闪光灯

5.9.3 光感与距感

5.9.4 电动机振动器

5.10 SIM卡简述

5.11 EMC基础

5.11.1 静电耦合与磁场耦合

5.11.2 天线效应电磁耦合

5.11.3 差模干扰与共模干扰

5.12 手机设计实战案例讲解

5.12.1 实战讲解：五个PCB 布局攻略

5.12.2实战讲解：DCDC开关电源电容布局重点

5.12.3 实战讲解：相机受干扰分析与解决方案

5.12.4实战讲解：模拟电路走线攻略，为什么有主地？

5.12.5 实战讲解：EMC电容对手机串口的影响

5.12.6实战讲解：MIPI C-PHY 整改案例

5.12.7实战讲解：著名的TDMA 噪声

5.12.8实战讲解：漏电分析过程

5. 12.9实战讲解：常见分析维修思路

5.12.10实战讲解：灌电流分析短路的“烧鸡大法”

5.12.11实战讲解：手机功耗优化

5.12.12实战讲解：电量测不准、电量跳变的原因

5.12.13实战讲解：手机研发流程介绍

这部分内容实在是太多了，我自己也还在学习中，其中与天线相关的知识我最近在研习工作中还在实验室中测试了我们定制的Lora天线的性能（主要是S11、S22、SWR），大家感兴趣的话可以深入学一下。书中的知识都是大佬们日积月累的经验，我看完了觉得很受益，真希望现在就啥都会才好。

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以下是目录，书中不仅教我们怎么使用万用表和示波器，还为我们列举了一些在使用过程中可能遇到的问题并且给我们总结好相关经验，很受用。对于一些小白来说，我在刚工作时也有这些困惑，不过还好，我的师傅不厌其烦的为我解释，现在看到书中的一些内容我感到很熟悉。对于仪器的使用，最快的学习方法就是动手，有人教最好，没有的话就先去网上找找教程，然后自己摸索，搞块板子测一下，来回多折腾几次，仪器自然而然就会使用了。