从应用到创新：手机硬件研发与设计（第二版）

入 门 篇
第1章 移动通信发展史和关键技术 2
1．1 无线电通信发展史 2
1．2 移动通信网 3
1．2．1 交换子系统（SSS） 4
1．2．2 基站子系统（BSS） 5
1．2．3 操作维护子系统（OMS） 5
1．2．4 移动电话机（MS） 5
1．3 多址接入 6
1．3．1 频分多址（FDMA） 6
1．3．2 时分多址（TDMA） 7
1．3．3 码分多址（CDMA） 7
1．4 编码与数字调制 11
1．4．1 语音编码 11
1．4．2 信道编码 13
1．4．3 数字调制 14
1．5 我国移动通信发展史 15
第2章 手机电路系统组成 19
2．1 手机的基本架构 19
2．2 手机基本组件 21
2．2．1 CPU与PMU 21
2．2．2 Memory 23
2．2．3 Transceiver 26
2．2．4 RF PA 28
2．2．5 天线电路 30
2．2．6 LCD 32
2．2．7 Acoustic 35
2．2．8 键盘与触摸屏 37
2．2．9 蓝牙 39
2．2．10 FM Radio Receiver 41
2．2．11 Wi-Fi 42
2．2．12 GPS 43
2．2．13 G Sensor 45
2．2．14 E-compass 46
2．2．15 Light Sensor与Proximity
Sensor 47
2．2．16 Gyro Sensor 49
2．2．17 SIM卡 50
2．3 手机的电源系统 50
2．3．1 系统电源与外设电源 51
2．3．2 电源的分类 52
2．4 手机中的常用接口 53
2．4．1 总线型接口 53
2．4．2 非总线型接口 54
2．5 手机中的关键信号 55
2．5．1 Acoustic信号 55
2．5．2 I/Q信号 59
2．5．3 Clock信号 59
2．6 天线 61
2．6．1 手机天线的分类 61
2．6．2 手机天线的演化 63
2．6．3 天线的电路参数 68
2．6．4 天线的辐射参数 71
2．6．5 与法规相关的指标 77
2．6．6 小结 78
第3章 分立元件与PCB基础知识 79
3．1 电阻、电容与电感 79
3．1．1 电阻 79
3．1．2 电容 80
3．1．3 电感 85
3．2 晶体管与场效应管 89
3．2．1 晶体管 89
3．2．2 场效应管 91
3．3 PCB基础知识 91
3．3．1 PCB的常规术语 92
3．3．2 PCB的电气性能 94
3．3．3 特殊PCB 95
3．3．4 手机PCB的层面分布 95
第4章 DFX基础 98
4．1 DFX的基本概念 98
4．2 Designs for Structure 98
4．2．1 系统架构 99
4．2．2 器件选型 99
4．2．3 原理图设计 99
4．2．4 调试方案 100
4．3 Designs for SMT 100
4．3．1 防呆标志 100
4．3．2 焊盘设计 100
4．3．3 金边粘锡 101
4．3．4 AOI与X-Ray 103
4．4 Designs for Assembly 105
4．5 Designs for Repair 105
4．6 对降成本的思考 106
4．7 一些DFX案例 108
提 高 篇
第5章 电源系统与设计 112
5．1 线性电源与开关电源 112
5．1．1 线性电源 112
5．1．2 开关电源 115
5．2 LDO与DC-DC的优缺点 117
5．2．1 电压大小 118
5．2．2 电源纹波 118
5．2．3 电源效率 121
5．3 其他形式的电源 122
5．4 充电设计 123
5．4．1 充电状态转移图 123
5．4．2 充电电路 125
5．4．3 充电判满 127
5．5 案例分析 128
5．6 电源分配与布线 130
5．7 小结 130
第6章 时钟系统 131
6．1 手机时钟系统简介 131
6．1．1 时钟分类 131
6．1．2 时钟的基本作用 132
6．1．3 振荡原理 133
6．1．4 小结 137
6．2 常见振荡电路 138
6．2．1 RC振荡电路 138
6．2．2 LC振荡电路 142
6．2．3 晶体振荡电路 148
6．3 手机电路中的振荡器 151
6．4 时钟精度 153
6．4．1 Q值的影响 153
6．4．2 准确度与稳定度 157
6．4．3 相位噪声的影响 159
6．5 锁相环简介 159
6．6 晶体校准案例一则 161
6．6．1 故障现象 161
6．6．2 登网注册流程 161
6．6．3 故障分析 162
第7章 语音通话的性能指标 164
7．1 国际规范 164
7．2 3GPP的音频测试 165
7．3 响度评定原理 172
7．4 测试系统 173
7．4．1 测试系统组成 173
7．4．2 人工耳与人工嘴 174
7．5 高通平台调试 177
7．5．1 调试准备工作 177
7．5．2 语音链路 178
7．5．3 TDD Noise与RF Power 181
7．6 MTK平台的语音链路 181
7．7 频响调整 182
7．7．1 滤波器分类 182
7．7．2 FIR滤波器与IIR滤波器 183
7．7．3 线性相位 183
7．7．4 幅度响应 184
7．7．5 高通与MTK的选择 185
7．8 其他模块 186
7．9 主观测试 186
7．10 手机音频中的声学设计 187
7．11 逸事一则 190
第8章 FM立体声接收机 192
8．1 调制与解调 192
8．1．1 调制与解调的概念 192
8．1．2 调制的必要性 193
8．2 频率调制（FM） 194
8．2．1 FM的数学表达式 194
8．2．2 FM的特点 195
8．2．3 我国FM的规定 196
8．3 立体声 197
8．3．1 立体声的原理 197
8．3．2 调频立体声 199
8．3．3 我国的调频立体声广播 201
8．3．4 预加重与去加重 201
8．3．5 RDS广播 202
8．4 FM立体声接收 203
8．5 FM立体声接收机芯片 206
8．6 FM立体声接收机的性能指标 207
8．6．1 信噪比（S/N） 207
8．6．2 接收灵敏度（Sensitivity） 207
8．6．3 总谐波失真（THD） 208
8．6．4 邻道选择性（Adjacent
Channel Selectivity） 208
8．6．5 立体声分离度（Stereo
Separation） 208
8．6．6 调幅抑制度（AM
Suppression） 211
8．6．7 其他指标 211
8．7 案例分析 212
第9章 通信电路与调制解调 216
9．1 收信机架构 216
9．1．1 超外差接收机 216
9．1．2 零中频接收机 218
9．1．3 近零中频接收机 219
9．2 发信机架构 220
9．2．1 发射上变频架构 220
9．2．2 直接变换架构 222
9．2．3 偏移锁相环架构 223
9．3 数字调制与解调 225
9．3．1 数字与模拟 225
9．3．2 GMSK调制 226
9．3．3 QPSK调制 230
9．3．4 恒包络与非恒包络 232
9．4 射频功放 236
9．4．1 GSM功放的近似分析 236
9．4．2 C类功放的特性 239
9．4．3 极化调制PA 245
9．4．4 WCDMA线性PA 248
第10章 常规RF性能指标 249
10．1 测试规范 249
10．2 RF基础知识 249
10．2．1 频段划分 249
10．2．2 常见物理单位 251
10．2．3 常见指标 252
10．3 GSM手机RF测试 262
10．3．1 发射机指标 263
10．3．2 接收机指标 270
10．4 其他RF指标 275
10．4．1 发射指标 275
10．4．2 接收指标 282
第11章 ESD防护 284
11．1 ESD的原理 284
11．2 ESD的模型 284
11．2．1 人体模型（Human Body
Model） 284
11．2．2 机器模型（Machine
Model） 285
11．2．3 带电器件模型（Charged
Device Model） 285
11．3 人体模型充放电原理 285
11．3．1 人体充电 286
11．3．2 人体放电 287
11．3．3 多次放电 288
11．4 静电的影响 289
11．5 ESD设计原则 290
11．5．1 软件防护设计 290
11．5．2 硬件防护设计 291
11．6 手机的ESD测试 296
11．6．1 我国标准 296
11．6．2 测试模型与环境 296
11．6．3 结果判定 298
11．7 案例一则 299
11．7．1 产品基本状况 299
11．7．2 定位静电导入点 300
11．7．3 整改方案 300
11．7．4 小结 303
高 级 篇
第12章 高级音频设计 306
12．1 音频信号处理滤波器 306
12．2 关于FIR滤波器与IIR
滤波器 307
12．3 FIR滤波器 308
12．3．1 FIR滤波器的定义 308
12．3．2 FIR滤波器窗口设计法 308
12．3．3 FIR滤波器频率采样法 308
12．3．4 小结 309
12．4 IIR滤波器 310
12．4．1 IIR滤波器的定义 310
12．4．2 Yule-Walker方程 310
12．5 量化误差与有限字长效应 312
12．5．1 量化误差 312
12．5．2 有限字长效应 313
12．5．3 零/极点波动 313
12．6 随机过程通过线性系统 315
12．6．1 Rayleigh商 315
12．6．2 输入、输出信噪比 317
12．6．3 Wiener滤波器 317
12．6．4 Wiener滤波器的应用 319
12．7 自适应滤波器 320
12．7．1 最陡下降法 320
12．7．2 LMS算法 321
12．8 噪声抑制与回声抵消 323
12．8．1 Single Microphone降噪 323
12．8．2 回声抑制的原理 325
12．8．3 Far-end消噪 327
12．8．4 其他模式下的Dual
Microphone降噪 328
12．9 高级音频指标 329
12．9．1 T-MOS 329
12．9．2 G-MOS 330
12．9．3 Double Talk 331
12．9．4 Echo Attenuation vs． Time 333
12．9．5 Spectral Echo Attenuation 334
12．9．6 BGNT 334
12．10 小结 336
第13章 相机的高级设计 337
13．1 色度学 337
13．1．1 光学的预备知识 338
13．1．2 颜色的确切含意 338
13．1．3 颜色三要素 339
13．1．4 三原色及三补色 340
13．1．5 格拉斯曼定理与CIE的
颜色表示系统 341
13．2 颜色模型 343
13．2．1 RGB模型 343
13．2．2 CMY模型 343
13．2．3 YUV模型 344
13．2．4 HSI模型 344
13．3 白平衡与色温 345
13．3．1 白平衡 345
13．3．2 色温 346
13．3．3 白平衡的定义 346
13．3．4 人眼的自动白平衡与相机
白平衡 347
13．3．5 Gamma校正 347
13．4 人的视觉特性 348
13．4．1 人眼构造 348
13．4．2 人眼的视觉成像 348
13．4．3 人眼的亮度感觉 349
13．4．4 人眼亮度感觉与图像
处理 351
13．5 图像处理 352
13．6 图像增强 354
13．6．1 灰度变换 354
13．6．2 直方图修正 355
13．6．3 图像平滑与锐化 356
13．7 图像恢复 361
13．7．1 退化模型 361
13．7．2 线性运动退化 362
13．7．3 图像的无约束恢复 363
13．7．4 图像的有约束恢复 363
13．8 手机相机的测试 364
13．8．1 色彩还原性（Color
Reproduction Quality） 364
13．8．2 鬼影炫光（Ghost Flare） 365
13．8．3 成像均匀性（Shading） 365
13．8．4 分辨率（Resolution） 366
13．8．5 成像畸变（Distortion） 366
13．8．6 自动白平衡（Auto
White Balance） 367
13．8．7 灰阶（Gray Scale） 367
13．8．8 视场角（FOV） 368
13．8．9 曝光误差（Exposure
Error） 369
13．8．10 信噪比 369
13．9 调制转移函数 369
13．10 两个案例 373
13．10．1 LCD反色 373
13．10．2 四基色电视 375
第14章 信号完整性 376
14．1 信号完整性概述 376
14．1．1 信号完整性的意义 376
14．1．2 手机设计中的信号完整性 377
14．2 高频模型 380
14．2．1 频谱与带宽 380
14．2．2 阻容感模型 384
14．2．3 传输线模型 387
14．2．4 手机中的传输线 395
14．3 反射与端接 396
14．3．1 反射的机理 396
14．3．2 反射图 399
14．3．3 容性反射与时延累加 401
14．3．4 走线中间的容性反射 403
14．3．5 感性反射 404
14．3．6 端接策略 407
14．4 有损传输线 408
14．4．1 损耗源 408
14．4．2 导线损耗 409
14．4．3 介质损耗 410
14．4．4 有损线建模 412
14．4．5 眼图 414
14．5 传输线的串扰 418
14．5．1 串扰模型 418
14．5．2 容性耦合与感性耦合 420
14．5．3 近端串扰与远端串扰 422
14．5．4 差分阻抗与共模阻抗 426
14．5．5 奇模传输与偶模传输 428
14．5．6 差分对的端接 431
14．6 眼图案例一则 431
14．6．1 案例背景 431
14．6．2 USB 2．0眼图简介 432
14．6．3 不同容值TVS管对眼图的
影响 433
14．6．4 小结 435
第15章 各种新功能 436
15．1 HAC 436
15．1．1 HAC的概念 436
15．1．2 助听器的工作模型 436
15．1．3 两种耦合的优缺点 438
15．1．4 HAC评级 439
15．1．5 M评级 439
15．1．6 T评级 441
15．1．7 HAC认证常见问题 443
15．2 TTY/TDD 444
15．2．1 TTY/TDD 的定义 444
15．2．2 TTY终端 445
15．2．3 TTY呼叫系统 447
15．2．4 TTY设备工作模式 450
15．2．5 TTY测试 450
15．3 无线充电 450
15．3．1 无线充电的概念 450
15．3．2 无线充电的方式 450
15．3．3 无线充电的效能指标 456
15．3．4 无线充电的标准 458
15．3．5 对无线充电的疑问 460
15．3．6 小结 461
案例分析篇
第16章 ADC与电池温度监测 464
16．1 ADC的重要性 464
16．2 A/D的基本原理 465
16．2．1 模拟与数字 465
16．2．2 A/D的分类 466
16．2．3 逐次逼近型A/D的原理 466
16．2．4 逐次逼近型A/D的量化
误差 467
16．2．5 量化处理 468
16．2．6 Σ-Δ型A/D 469
16．3 电池温度监测电路 471
16．4 误差分析 473
16．4．1 NTC电阻离散性导致的
误差 474
16．4．2 A/D转换导致的误差 474
16．4．3 电路拓扑导致的误差 476
16．4．4 多项式插值导致的误差 477
16．5 系统总误差 478
16．6 实际测试结果 479
第17章 Receiver的低频爆震 480
17．1 项目背景 480
17．2 故障现象 480
17．3 调试过程 481
17．3．1 检查Receiver的SPL与
THD 481
17．3．2 调整Receiver的功率 481
17．3．3 调整RFR的低频部分 482
17．3．4 Receiver的工作高度 482
17．3．5 Receiver厂家的测试过程 483
17．4 FFT测试 484
17．5 小结 488
17．6 FFT在音频设计中的应用 489
17．6．1 Audio PA Noise Analysis 489
17．6．2 Good Speaker or Bad
Speaker 490
第18章 UXX的TDD Noise 493
18．1 项目背景 493
18．2 故障现象 493
18．3 实验测试 495
18．4 定位噪声引入点 496
18．5 案例反思 498
第19章 EN55020案例一则 499
19．1 EN55020测试环境 499
19．2 实测结果 500
19．3 测试结果分析 502
19．3．1 干扰信号采用FM方式 502
19．3．2 干扰信号采用AM方式 503
19．3．3 故障优化 503
19．4 充电器与充电线的影响 504
第20章 Acoustic调试中值得关注
的几个现象 506
20．1 磁钢与主板TDD Noise 506
20．2 Receiver的啸叫 506
20．3 波浪状的频响曲线 507
20．4 切换模式后的Echo Loss
Fail 508
20．5 按压电池盖导致RCV响度
下降 509
第21章 工厂端音频自动检测方案 511
21．1 目前现状 511
21．2 检测原理 512
21．3 方案步骤 513
21．4 Loudness、Resonance/Echo及
TDMA Noise判定 514
21．4．1 Loudness、Resonance/Echo
判定 514
21．4．2 TDMA Noise判定 514
21．5 确定门限 515
21．5．1 SPL_STD_Criteria及RES_
STD_Criteria的门限 515
21．5．2 测试距离 516
21．6 性能分析 517
21．6．1 频谱分辨力 517
21．6．2 误判率 517
21．6．3 鲁棒性 518
第22章 开机自动进入测试模式 519
22．1 故障状态 519
22．2 故障分析 520
22．2．1 信号测量 520
22．2．2 原因分析 521
22．3 深层思索 523
第23章 GPS受扰案例一则 525
23．1 故障定位 525
23．2 故障解决 528
23．2．1 定位干扰源 528
23．2．2 解决思路 529
23．2．3 原理分析 529
23．2．4 优化结果 533
23．2．5 Sorting方案 535
23．3 小结 536
附录A 几何光学成像 537
附录B 立体声原理 541
附录C 手机声学结构设计 553
附录D “苦逼”IT男的那些事儿 569
附录E 读者反馈 574