GSM/TD-SCDMA雙模終端芯片設(shè)計(jì)方案淺析

摘要

介紹了目前TD-SCDMA/GSM雙模終端的分類(lèi)，以及幾種芯片設(shè)計(jì)方案，包括多芯片方案、單芯片多DSP方案和單芯片單DSP方案的設(shè)計(jì)，分析了其技術(shù)要點(diǎn)，并進(jìn)行了對(duì)比。

1 引言

作為中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，TD-SCDMA將大規(guī)模建網(wǎng)和商用。并將在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，TD-SCDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)共存。因此，需要采用TD-SCDMA/GSM（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為T(mén)D/GSM）雙模終端，為用戶(hù)帶來(lái)很大方便，同時(shí)也為運(yùn)營(yíng)商留住既有客戶(hù)，保護(hù)了前期投資。

2  TD-SCDMA/GSM雙模終端分類(lèi)

TD/GSM雙模終端主要分為兩種：雙模單待自動(dòng)切換終端和雙模雙待終端。

（1）雙模單待自動(dòng)終端任何時(shí)刻只工作在TD-SCDMA或GSM中的一種模式，和對(duì)應(yīng)模式的單模終端一樣收發(fā)數(shù)據(jù)；在空閑狀態(tài)下，和電路域和分組域業(yè)務(wù)進(jìn)行過(guò)程中，支持自動(dòng)進(jìn)行兩模式間轉(zhuǎn)換。

（2）雙模雙待終端支持TD-SCDMA和GSM兩種模式共存，同時(shí)駐留在不同模式的小區(qū)上，在兩種模式下同時(shí)收發(fā)。

3  整體實(shí)現(xiàn)架構(gòu)

TD/GSM雙模單待自動(dòng)終端和雙模雙待終端的典型實(shí)現(xiàn)架構(gòu)如圖1和圖2所示。其中，圖2所示架構(gòu)既可實(shí)現(xiàn)單待又可實(shí)現(xiàn)雙待終端�；鶐�與CPU控制FLASH，USIM和外設(shè)，并與TD-SCDMA和GSM射頻模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；外設(shè)包括鍵盤(pán)、顯示屏、揚(yáng)聲器、麥克、USB等；電源管理單元（PMU）對(duì)基帶與CPU、射頻模塊和外設(shè)等進(jìn)行電源管理，以降低功耗，延長(zhǎng)電池壽命。

圖1  TD/GSM雙模單待自動(dòng)終端實(shí)現(xiàn)架構(gòu)

圖2  TD/GSM雙模終端實(shí)現(xiàn)架構(gòu)

雙模單待終端可以使用單天線，而雙待終端則使用雙天線。目前，有的終端廠家使用雙待機(jī)的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)單待終端，雙天線、TD-SCDMA和GSM模式之間基本相互獨(dú)立；這種設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的雙模單待和雙待終端基本只有軟件上的區(qū)別。

4  雙模單待終端芯片設(shè)計(jì)

GSM和TD-SCDMA都使用時(shí)分復(fù)用技術(shù)，GSM每幀長(zhǎng)4.615ms，分為長(zhǎng)度相等的8個(gè)時(shí)隙。TD-SCDMA每個(gè)子幀長(zhǎng)為5ms，分為7個(gè)普通時(shí)隙和3個(gè)特殊時(shí)隙。

終端軟件實(shí)現(xiàn)中，對(duì)幀邊界的辨認(rèn)是通過(guò)芯片提供的中斷來(lái)定位的。因此，無(wú)論支持TD-SCDMA或GSM，芯片都須提供以相應(yīng)幀長(zhǎng)為周期的定時(shí)中斷。

實(shí)現(xiàn)雙模的關(guān)鍵在于，終端駐留在任一模式時(shí)，都需定期測(cè)量另一模式的鄰小區(qū)相關(guān)參數(shù)，并視需要進(jìn)行小區(qū)重選和切換。終端要在兩模式間做交互、數(shù)據(jù)傳輸和同步，以及根據(jù)其中一模式的狀態(tài)，對(duì)另一模式進(jìn)行控制。

4.1  多芯片/多DSP設(shè)計(jì)方案

（1）多芯片設(shè)計(jì)方案是指在不同芯片上分別實(shí)現(xiàn)GSM和TD-SCDMA�；�本上相當(dāng)于兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模式集成到一個(gè)終端中。

（2）單芯片多DSP設(shè)計(jì)方案使用單個(gè)芯片，但芯片中包含多個(gè)DSP，分別支持GSM和TD-SCDMA模式，兩個(gè)模式的幀中斷在不同DSP上提供，對(duì)應(yīng)的軟件也是兩個(gè)相互獨(dú)立的系統(tǒng)，在各自DSP上單獨(dú)運(yùn)行。

本質(zhì)上，上述兩種設(shè)計(jì)是一致的，均保持了兩個(gè)模式實(shí)現(xiàn)中較強(qiáng)的相對(duì)獨(dú)立性。

參考文獻(xiàn)給出了一種多芯片實(shí)現(xiàn)方案。TD-SCDMA射頻前端設(shè)計(jì)時(shí)選用MAXIM公司的MAX2392和MAX2507芯片解決方案，GSM射頻前端設(shè)計(jì)時(shí)則選用Silicon公司的Si4212來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

從圖3單芯片多DSP設(shè)計(jì)方案可以看出，芯片包括分別支持GSM和TD-SCDMA模式的DSP。微控制器（MCU/ARM，Micro Controller Unit/Advanced RISC Machines）是芯片的主控單元，通過(guò)總線控制和調(diào)度芯片內(nèi)部的多數(shù)模塊協(xié)調(diào)工作。I/O橋連接芯片與外部器件。DSP（Digital Signal Processor）是可編程的數(shù)字信號(hào)處理器。負(fù)責(zé)兩個(gè)模式DSP分別通過(guò)各自的IQ通道ADC/DAC、輔助DAC和射頻控制單元，與兩個(gè)模式的射頻分路連接。

圖3  TD/GSM雙模單待單芯片多DSP設(shè)計(jì)

GSM和TD-SCDMA定時(shí)模塊分析GSM DSP和TD-SCDMA DSP提供的幀信息，分別跟蹤兩個(gè)模式信號(hào)幀在時(shí)間上的變化，分別將兩個(gè)模式的定時(shí)信息發(fā)送給時(shí)鐘發(fā)生器。通過(guò)時(shí)鐘發(fā)生器生成GSM和TD-SCDMA定時(shí)中斷信號(hào)，分別提供給GSM和TD-SCDMA的DSP。從圖3可見(jiàn)，GSM和TD-SCDMA模式基本上相互獨(dú)立。

睡眠模式是芯片及芯片內(nèi)部各模塊的工作模式或狀態(tài)。進(jìn)入睡眠模式的模塊，其耗電和散熱都大大降低。上述這兩個(gè)方案，GSM和TD-SCDMA兩個(gè)模式是獨(dú)立進(jìn)行睡眠控制的。另一方面，上述的設(shè)計(jì)思想都是兩個(gè)模式作為獨(dú)立模塊分開(kāi)處理，使用不同的硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。這就需占用更多芯片面積，且增加了功耗。

4.2  單芯片單DSP設(shè)計(jì)方案

從圖4單芯片單DSP設(shè)計(jì)方案可以看出，芯片中只設(shè)一塊DSP，同時(shí)處理GSM和TD-SCDMA數(shù)字信號(hào)，控制兩種模式所使用的硬件加速器，令其可并行工作。從時(shí)鐘發(fā)生器引入兩個(gè)固定周期產(chǎn)生的中斷，分別是周期為4.615ms的GSM幀定時(shí)和周期為5ms的TD-SCDMA幀定時(shí)中斷，兩中斷產(chǎn)生的時(shí)間位置可獨(dú)立調(diào)節(jié)，使用同一晶振分頻產(chǎn)生，用統(tǒng)一的AFC（自動(dòng)頻偏調(diào)整）進(jìn)行跟蹤。

圖4  TD/GSM雙模單待單芯片單DSP設(shè)計(jì)

圖5示出了該設(shè)計(jì)的控制方式。GSM和TD-SCDMA中斷預(yù)處理單元分別對(duì)各自模式進(jìn)行預(yù)先處理，判斷是否已設(shè)置了需屏蔽某一模式，而實(shí)現(xiàn)另一模式單模終端的功能，若如此，則屏蔽該中斷；否則將預(yù)處理結(jié)果傳遞給優(yōu)先級(jí)控制單元，這一單元根據(jù)GSM和TD-SCDMA兩模式當(dāng)前狀態(tài)以及各自對(duì)DSP處理能力、存儲(chǔ)空間等芯片資源的需求，安排這兩個(gè)模式的執(zhí)行次序，以保證兩模式都能獲得足夠的系統(tǒng)資源，并分別輸出控制信息至GSM處理單元和TD-SCDMA處理單元。

圖5  TD/GSM雙模單待單芯片的控制方式

圖6示出了該設(shè)計(jì)的睡眠模式雙重確認(rèn)方式。定時(shí)檢查單元可位于DSP或者微控制器中，調(diào)度程序以定時(shí)啟動(dòng)檢查。

圖6  TD/GSM雙模單待單芯片的睡眠控制

芯片執(zhí)行睡眠模式之前，需經(jīng)過(guò)TD-SCDMA和GSM模式睡眠狀態(tài)判斷、DSP睡眠狀態(tài)判斷和微控制器睡眠狀態(tài)判斷，也就是，當(dāng)所有單元均進(jìn)入了睡眠狀態(tài)后，則整個(gè)芯片進(jìn)入睡眠。

4.3  多芯片/多DSP與單DSP方案對(duì)比

三種芯片方案各有優(yōu)缺點(diǎn)：

（1）多芯片/多DSP方案的基帶芯片設(shè)計(jì)思想相對(duì)簡(jiǎn)單，用雙模雙待的設(shè)計(jì)思想實(shí)現(xiàn)雙模單待和雙待終端；設(shè)計(jì)上，保持了各模式較大的獨(dú)立性，提高了兩種模式間共享硬件資源、集約調(diào)控各單元睡眠狀態(tài)的復(fù)雜度。因此，這類(lèi)方案需要的硬件資源略高、芯片較大，使耗電和硬件成本有所提高。因此，更適用于實(shí)現(xiàn)雙模雙待終端。

（2）單DSP方案用雙模單待的設(shè)計(jì)思想實(shí)現(xiàn)雙模單待和雙待終端；對(duì)兩種模式處理更加集約化，能夠在兩種模式間更有效地調(diào)度硬件資源，更合理和高效地進(jìn)行睡眠控制，實(shí)現(xiàn)更小的芯片面積、更低的耗電和硬件成本；有更廣闊的市場(chǎng)潛力。

5  結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，可總結(jié)為：

（1）D-SCDMA/GSM雙模終端包括雙模單待自動(dòng)終端和雙模雙待終端。

（2）雙模單待自動(dòng)終端，目前的芯片設(shè)計(jì)方案有多芯片方案，單芯片多DSP方案和單芯片單DSP方案等多種設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方式。

（3）各種設(shè)計(jì)方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，但單DSP芯片的設(shè)計(jì)，能夠提供更低耗電和成本的終端，有更廣闊的市場(chǎng)潛力。