智能手機(jī)發(fā)展趨勢(shì)及設(shè)計(jì)中需要注意的問題

智能手機(jī)如今已成為人們必備的數(shù)碼設(shè)備，以智能手機(jī)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(jī)用戶希望有更好的應(yīng)用體驗(yàn)，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(jī)型可以看出，手機(jī)廠商在采用更高性能的處理器以提升整機(jī)性能的同時(shí)，也更加注重向用戶提供新的應(yīng)用體驗(yàn)。一些新的應(yīng)用如健康及醫(yī)療相關(guān)的功能、移動(dòng)支付、無線充電等新功能成為設(shè)計(jì)的趨勢(shì)。

首先我們回顧一下手機(jī)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(cè)除了運(yùn)動(dòng)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(cè)、UV指數(shù)監(jiān)測(cè)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(jī)連接大多采用BLE作為無線傳輸?shù)姆绞健LE具有低功耗、低成本、連接快速、兼容性好的特點(diǎn)，很適合手機(jī)附件和其他智能設(shè)備對(duì)于低功耗、高兼容性的要求。而且藍(lán)牙組織新發(fā)布的BLE4.1標(biāo)準(zhǔn)對(duì)BLE4.0標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了升級(jí)，提高了傳輸速率，支持Slave和Master角色的轉(zhuǎn)換，改進(jìn)配對(duì)方式使BLE4.1更適合可穿戴智能設(shè)備。

2 硬件支持移動(dòng)支付

移動(dòng)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(shí)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(shí)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(dòng)NFC技術(shù)在手機(jī)應(yīng)用中最積極的手機(jī)廠商，其多款手機(jī)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(jī)端作為支付手段，現(xiàn)在也常在智能設(shè)備的藍(lán)牙和wifi的配對(duì)中得到應(yīng)用。

3 更佳的音頻特性

智能手機(jī)越來越成為多媒體應(yīng)用的平臺(tái)，所以對(duì)智能手機(jī)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(duì)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(jī)廠商關(guān)注的焦點(diǎn)之一。

4 無線充電技術(shù)

智能手機(jī)耗電量大，“一天一充”幾乎是每個(gè)智能手機(jī)使用者吐槽的熱點(diǎn)。無線充電技術(shù)將大大提高智能手機(jī)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(dá)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(duì)BLE、NFC及無線充電和手機(jī)音頻放大器的設(shè)計(jì)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(jī)就是連接一段時(shí)間后中斷，但測(cè)試供電電壓符合要求，這時(shí)可能就一籌莫展了。其實(shí)這兩個(gè)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(gè)晶體，一個(gè)高頻晶體負(fù)責(zé)給射頻部分的鎖相環(huán)提供時(shí)鐘，一個(gè)低頻的32.768KHz晶體負(fù)責(zé)提供進(jìn)入低功耗模式后的喚醒時(shí)鐘。

一個(gè)Slave設(shè)備在上電后會(huì)進(jìn)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(huì)進(jìn)行連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互。

一個(gè)Slave設(shè)備在廣播狀態(tài)時(shí)，如果此時(shí)手機(jī)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(diǎn)出現(xiàn)了偏差。BLE協(xié)議中規(guī)定調(diào)制的頻偏不會(huì)大于150KHz，如果中心頻點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)的偏差就會(huì)越大。

在Slave和Master連接后如果過一定時(shí)間連接會(huì)斷開，此問題很可能是地頻晶體的偏差造成的。在進(jìn)入連接狀態(tài)后，每過一段時(shí)間，Master會(huì)發(fā)送CONNECT_REQ以維持連接狀態(tài)，這個(gè)時(shí)間叫connInterval（connSlaveLatency=0）。在兩個(gè)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(huì)造成喚醒的時(shí)間出現(xiàn)偏差，錯(cuò)過CONNECT_REQ，造成連接失敗。當(dāng)然也可以加大Slave喚醒的時(shí)間窗口，不過肯定會(huì)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(jì)提供較靈活的選擇。

2 NFC

在NFC系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，天線設(shè)計(jì)是一個(gè)難點(diǎn)，設(shè)計(jì)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(dòng)端的信號(hào)強(qiáng)度。

NXP的PN66T模塊內(nèi)置有5V驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)天線尺寸和通信距離間的平衡。

3 音頻放大器

手機(jī)音頻硬件方面，主要包括DSP（數(shù)字信號(hào)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(jī)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(shí)現(xiàn)更佳的音質(zhì)和更大的輸出音量，提高用于驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的驅(qū)動(dòng)電壓一直是設(shè)計(jì)的要求。TFA9890揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)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(jī)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(shí)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(yàn)。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(jī)廠商簡化設(shè)計(jì)流程，縮短上市時(shí)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(jí)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jī)廠商的系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程和周期。