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ew123 发表于 2024-9-20 15:03 感谢楼主发的文章，本人极不愿意看纸质书籍，因为书籍多了，不好搬动，因此电子数是一个选择，但本书尚未有 ... 后面应该会有的吧

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秦天qintian0303 发表于 2024-9-23 12:50 手机是我们日常生活中最常见的终端设备，不过好多的基带的专利都在几家手里把这 这就得我们的高级工程师们发力了

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【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。   第四章的标题是信号的完整性，什么是完整性？PCB设计时怎样保持完整性？ 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。 　　PCB的信号完整性问题主要包括信号反射、串扰、信号延迟和时序错误。 　　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。 在PCB设计过程较好地确保信号完整性，可以从以下几个方面来考虑。 （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。   第五章的标题是手机基带的硬件设计(家书抵万金)，这部分的内容偏向于实际应用。 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。   第六章的标题是测试仪表与板级测试 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。 这本书的分享就到这吧！第一次参与评测，我深知有很多不足的地方，慢慢成长吧！未来的高级工程师们加油！！！  

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【好书共读——《硬件设计指南：从器件认知到手机基带设计》】 --第二篇     距离上一次更新有了一些时日，我在闲暇时间对这本书进行了精读，下面和大家分享一下。今天主要分享本书的1-3章的内容。这本书相较于纯粹的理论知识类的书籍，总体偏向于应用层面，如要深度学习，需要有一定的基础以及经验积累。   第一章所涉及到的元器件有电阻、电容、电感、磁珠、二极管、三极管、MOS管以及TVS和ESD。     下面从我自身阅读的角度触发给大家分享，首先电阻电感电容这些无源元器件我们应该是非常熟悉的，毕竟高中就有接触，这些大家可以自己拓展。磁珠大家可能感到很陌生，下面给大家讲解一下：磁珠是一种电子元件，用于抑制信号线、电源线上的高频噪声和尖峰干扰，还具有吸收静电脉冲的能力。虽然这两个元器件的外形很接近，有时候功能也很相似，但实际上这两个元器件不管是在原理上还是应用上都有很大的差距，此书中讲解了电感和磁珠的区别：磁珠专用于抑制信号线、电源线上的高频噪声和尖峰干扰，还具有吸收静电脉冲的能力。磁珠是用来吸收超高频信号，像一些RF电路，PLL，振荡电路，含超高频存储器电路（DDR SDRAM，RAMBUS等）都需要在电源输入部分加磁珠，而电感是一种蓄能元件，用在LC振荡电路，中低频的滤波电路等，其应用频率范围很少超过50MHZ。 磁珠有很高的电阻率和磁导率，等效于电阻和电感串联，但电阻值和电感值都随频率变化。二极管、三极管、MOS管我们在大学课程中对其也有些了解，故略过。相信大家对TVS和ESD这两个东西应该很感兴趣，很多人甚至连听都没有听过，因为我在参加工作了接触具体项目才知道，这一部分书中讲解的很详细，我将书中内容贴上。       除此之外，第一章的内容还有实战案例讲解。这部分内容十分有趣，并不会枯燥。比如提出了实际应用中很常见的问题，电容为什么会啸叫？叫的烦死人了。书中很详细的给出了解答。并且还给出了抑制电容啸叫的方法。如下图片所示。     下面是第二章的内容，在书中占了大量篇幅（P26-62），主要讲的是常用的电源架构。我觉得这样安排很是合理，讲电路那一定要说电源，离开了电源这电路那它啥也不是。那我们如何给电路分配安排合适的电源呢！接下来我们一一细说。（这里提到的电源，是低压直流模拟电源，电压最高不过12V。） 1.常用的直流电源粗略来分有两大类：线性电源和开关电源。 这种分类的标准在于，电源内部的主MOS管是工作在线性区还是饱和区/截至区：如果MOS管工作在线性区，则为线性电源；如果MOS管在饱和区和截至区不断切换，则称其为开关电源。线性电源的典型代表为LDO（low dropout regulator);开关电源典型代表为DC/DC。 LDO是低压差线性稳压器，顾名思义，他要求输出电压比输入电压值稍低。通常用的LDO都是输入比输出大不过1V的情况，也有个别的可以到2V以上。而LDO输出电压只能低于输入电压，而不能比输入高。 下图是某LDO的内部示意图。        主MOS管连接输入和输出端，通过反馈电路的动态调节，让输出电压跟随参考电压。这种结构也决定了LDO的特点：输出稳，发热高。因为MOS管工作在放大区，不存在切换状态开关的情况，因此输出电压不会存在波动，纹波极小。输入和输出的差值所产生的能量，全部转换成MOS管的热能散出去了。可想而知，压差越大，负载越重，发热越高。所以，即便很多LDO支持高压差输出，也不建议在高于1V的场景使用，会导致局部过热，影响电源寿命。 DC/DC字面意思就是直流转直流转换器。主要细分三种：降压型buck、升压型boost、极性反转型buck-boost。 DCDC分类较多，这里就不赘述它的原理，只分析特点。DC/DC可以有升降压两种形态，当输出电压大于输入电压时，只能用DCDC；当压差较大时，也只能用DCDC。另外，由于内部MOS管不断在饱和区和截至区来回切换，以致于DCDC的电源噪声很大，纹波大，使用的时候要注意选取输出电容。 2. 那么如何选择合适系统的电源呢？要根据系统和电源的特点来选取。     首先选择电源种类。LDO因为其特点，适用于输入输出相差不大的、负载不太重的（经验输出电流500MA以下）、降压电路上。前两个限定词是在限制电源发热，后一个是电源本身根本做不到。如果满足了这三个特点，首选LDO，因为它的输出性能优秀，纹波小，噪声低。对于那种输入输出相差较大的、负载重的、升压系统中，只要占了其一，就只能选用DCDC。而使用DCDC的时候，输出端会常并一个104电容，稍微滤一下纹波。但由于本身特点决定，纹波性能如何优化也不会比LDO好，开关频率越高的产品，纹波干扰越大。 选定类型了，就要根据负载能吃多少电流来决定电源的规格。计算的时候一定要留有余量。如果是主供电源，一定要算好每一条支路的功耗总和，再折算到输入端计算功耗，需要注意的是，一定要把效率算上。电源在不同的应用环境中的效率不太一样，多数的DC/DC可以达到75%以上，有的做的更加优秀的平均效率可以到80%甚至85%以上。所以这时候一定要看好规格书里的参数，最好是要看各种情况下的效率曲线，比干巴巴的数字要直观得多。     举个例子，如图，中间级均为80%的DCDC，那么输入总电源待载能力至少为多少。    公布答案：至少要2A，1.5A是不够的。有问题欢迎留言讨论~ 3.电源的摆放和走线的注意事项     所有的电源，如果可以的话，尽量不要菊花链接法，尽量要从源端拉出来供电，就像上图第一条路径上的，经过12V和中间级DCDC两级电源才到负载。这样做法的效率会很低。当然，这个是说的尽量，有的电路可能是只能通过两级转换才能用的就另当别论了。在PCB布线上也是如此，同一个电源接多个负载的时候，尽量从输入端拉线，而不要从中间拉线。如下图所示，靠上的方案是正确的，靠下的不是最优的。     输入电容和输出电容对于DCDC和LDO也都是必须的，具体选型要根据厂家的规格书来看，并且尽量跟厂家沟通，因为他们才是最了解自己产品的，不要怕麻烦而不去沟通。而经验来看，在电源输入端摆放一颗104电容是有必要的，越近越好。     电源的选型大概准则就介绍完了，具体项目还是要具体来看。选取型号一定要跟原厂沟通，即便你已经对原理了如指掌，但是他们的产品内部结构你并不清楚，还是要在沟通和实验中来确认产品是否符合你心中的预期。毕竟实践是检验真理的唯一标准。 书中还给出了许多电路，大家感兴趣也可以自己搭建电路（模拟仿真即可）感受一下。还有很多个实战讲解都有深究的必要性。 第三章的标题内容是模拟信号处理     ADC（Analog-to-Digital Converter）--模数转换器，是指将连续变量的模拟信号转换为离散的数字信号的器件，比如将模温度感器产生的电信号转为控制芯片能处理的数字信号0101，这样ADC就建立了模拟世界的传感器和数字世界的信号处理与数据转换的联系。书中还涉及到信号与系统、通信原理的一些知识，傅里叶变换与信噪比，调制与解调的一些原理等，可以让没学过这部分理论知识的读者清晰明了的阅读与分析。这部分内容只有在实际应用中，亲自动手操作过，才能领悟其中的奥秘，理论指导实际，但一切最后都得从实际出发。给大家一个学习的方向也可以说是思路，用万能板搭建一个时间的温湿度采集电路，可以用STM32做主控，去淘宝可以买现成的模组也行，温湿度传感器DHT11也挺好用，将程序烧录进去，自己体会一下，再从各方面收集相关知识，会很容易的更进一步。        做硬件从来不是说说那么简单，一步一步踏踏实实的，送给我自己，也送给各位读友。加油！

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【好书共读——《硬件设计指南：从器件认知到手机基带设计》】--第一篇 我今年本科刚毕业，现在在从事硬件工程师的工作，在硬件设计方面的学习我颇有发言权。虽然我刚工作不久，但我也算是有一些经验的，大学很早就学习了相关的课程，后面也是自己的兴趣做过好几个项目，我对嘉立创社区的开源项目也很有兴趣，借鉴大佬们的经验，可以有更多的成长。 参与此次的活动，我很是兴奋。我不仅可以学到知识，也可以和正在从事或者即将在这个领域发光发热的大家有些交流。 硬件电路设计主要都要经过以下这几个流程：（1）原理图设计，（2）PCB设计（3）制作BOM表。我觉得最重要的就是我们对电路的研究，一切的根本是每一个分块的小点路，就像一棵参天大树一样，主干是很重要，分支也同样重要，只有一切都稳妥，那这个最后的整体才会完美。硬件工程师每做一块板子都会觉得它们是我们的子女，花费了好大力气，走了好多个流程，打样了一块又一块的PCB板，动手焊接，0402、0201的封装一声不吭的在那焊，焊完了再不断的测试，然后又改版，不断地完善，最后我们的陈果才会展现在别人面前。 相信只要是硬件有了解的，应该或多或少都有学过模电数电，这些都是电路设计最基础的也是最重要的东西，最后你能玩出花的地方也是这块了。 你是否只在书上看过电容电阻电感这些元器件的符号、照片?你有观察过生活中有哪些地方是有电路板在应用吗？如果没有，不妨去买点实物先看看，玩一玩，哦对了有些电容要小心一点哦！ 电阻、电感、电容这些都有很多个种类，我也说不完，大家以后慢慢的接触也就明白了。基于这本书，我最近只是大概的翻了一下，还没有细读，等我后面再发文章，好好总结书中的内容。 下面我再给大家分享一些硬件原理图设计还应该遵守的基本原则，这些基本原则要贯彻到整个设计过程，虽然成功的参考设计中也体现了这些原则，但因为我们可能是“拼”出来的原理图，所以我们还是要随时根据这些原则来设计审查我们的原理图，这些原则包括： a）数字电源和模拟电源分割； b）数字地和模拟地分割，单点接地，数字地可以直接接机壳地（大地），机壳必须接大地； c）保证系统各模块资源不能冲突，例如：同一 I2C 总线上的设备地址不能相同，等等； d）阅读系统中所有芯片的手册（一般是设计参考手册），看它们的未用输入管脚是否需要做外部处理，如果需要一定要做相应处理，否则可能引起芯片内部振荡，导致芯片不能正常工作； e）在不增加硬件设计难度的情况下尽量保证软件开发方便，或者以小的硬件设计难度来换取更多方便、可靠、高效的软件设计，这点需要硬件设计人员懂得底层软件开发调试，要求较高； f）功耗问题； g）产品散热问题，可以在功耗和发热较大的芯片增加散热片或风扇，产品机箱也要考虑这个问题，不能把机箱做成保温盒，电路板对“温室”是感冒的；还要考虑产品的安放位置，最好是放在空间比较大，空气流动畅通的位置，有利于热量散发出去；

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