从应用到创新

内容概要

陈皓，本科毕业于东南大学电气工程系，电气工程及其自动化专业，获工学学士学位；研究生毕业于东南大学无线电工程系，信号与信息处理专业，师从时任副校长邹采荣教授（博士生导师，现为广州大学校长），获工学硕士学位。

作者曾供职于几家著名的通信设备研发与制造企业，一直从事手机产品的硬件设计工作，期间接触过ADI、MTK、Qualcomm、Marvell、Spreadtrum（展讯）、Leadcore（大唐联芯）等多个平台，涵盖PHS、GSM、UMTS、EVDO、TD-SCDMA、LTE等各种制式。

书籍目录

（I）入门篇

1. 移动通信发展史及关键技术

1.1 无线电通信发展历史

1.2 移动通信网

1.2.1 交换子系统SSS

1.2.2 基站子系统BSS

1.2.3 操作维护子系统OMS

1.2.4 移动电话机MS

1.3 多址接入

1.3.1 频分多址FDMA

1.3.2 时分多址TDMA

1.3.3 码分多址CDMA

1.4 编码与数字调制

1.4.1 语音编码

1.4.2 信道编码

1.4.3 数字调制

1.5 我国移动通信发展

2.手机电路系统组成

2.1 手机的基本架构

2.2 手机基本组件

2.2.1 CPU与PMU

2.2.2 Memory

2.2.3 Transceiver

2.2.4 RF PA

2.2.5 天线电路

2.2.6 LCD

2.2.7 Acoustic

2.2.8 Keypad与Touch Panel

2.2.9 Bluetooth

2.2.10 FM Radio Receiver

2.2.11 Wi-Fi

2.2.12 GPS

2.2.13 G Sensor

2.2.14 E-compass

2.2.15 Light Sensor与Proximity Sensor

2.2.16 Gyro Sensor

2.2.17 SIM卡

2.3 手机的电源系统

2.3.1 系统电源与外设电源

2.3.2 电源的分类

2.4 手机中的常用接口

2.4.1 总线型接口

2.4.2 非总线型接口

2.5 手机中的关键信号

2.5.1 Acoustic信号

2.5.2 I/Q信号

2.5.3 Clock信号

2.6 天线

2.6.1 天线的分类

2.6.2天线指标

2.6.3 天线趋势

3. 分立元件与PCB基础知识

3.1 电阻、电容与电感

3.1.1 电阻

3.1.2 电容

3.1.3 电感

3.2 晶体管与场效应管

3.2.1 晶体管

3.2.2 场效应管

3.3 PCB基础知识

3.3.1 PCB的常规术语

3.3.2 PCB的电气性能

3.3.3 特殊PCB

3.3.4 手机PCB的层面分布

4. DFX基础

4.1 DFX的基本概念

4.2 Designs for Structure

4.2.1 系统架构

4.2.2 器件选型

4.2.3 原理图设计

4.2.4 调试方案

4.3 Designs for SMT

4.3.1 防呆标志

4.3.2 焊盘设计

4.3.3 金边粘锡

4.3.4 AOI与X-Ray

4.4 Designs for Assembly

4.5 Designs for Repair

4.6 对降成本的思考

4.7 一些DFX案例

（II） 提高篇

1. 电源系统与设计

1.1线性电源与开关电源

1.1.1 线性电源

1.1.2 开关电源

1.2 
LDO与DC-DC的优缺点

1.2.1电压大小

1.2.2电源纹波

1.2.3电源效率

1.3 其它形式电源

1.4 充电设计

1.4.1 充电状态转移图

1.4.2 充电电路

1.4.3 充电判满

1.5 案例分析

1.6 电源分配与布线

1.7 总结

2. 时钟系统

2.1 手机时钟系统简介

2.1.1 时钟分类

2.1.2 时钟的基本作用

2.1.3 振荡的原理

2.1.4 总结

2.2 常见振荡电路

2.2.1 RC振荡电路

2.2.2 LC振荡电路

2.2.3 晶体振荡电路

2.3 手机中的振荡电路

2.4 时钟精度

2.4.1 Q值的影响

2.4.2 准确度与稳定度

2.4.3 相位噪声的影响

2.5 锁相环简介

2.6 晶体校准案例一则

2.6.1 故障现象

2.6.2 登网注册流程

2.6.3 故障分析

3. 语音通话的性能指标

3.1 国际规范

3.2 3GPP的音频测试

3.3 响度评定原理

3.4 测试系统

3.4.1 测试系统组成

3.4.2 人工耳与人工嘴

3.5 Qualcomm平台调试

3.5.1 调试准备工作

3.5.2 语音链路

3.5.3 TDD Noise与RF Power

3.6 MTK平台的语音链路

3.7 频响调整

3.7.1 滤波器分类

3.7.2 FIR Filter与IIR Filter

3.7.3 线性相位

3.7.4 幅度响应

3.7.5 Qualcomm与MTK的选择

3.8 其它模块

3.9 主观测试

3.10 手机音频中的声学设计

3.11 轶事一则

4. FM立体声接收机

4.1 调制与解调

4.1.1 调制与解调的概念

4.1.2 调制的必要性

4.2 FM（Frequency Modulation）

4.2.1 FM的数学方程

4.2.2 FM的特点

4.2.3 我国FM的规定

4.3 立体声

4.3.1 立体声的原理

4.3.2 调频立体声

4.3.3 我国的调频立体声广播

4.3.4 预加重与去加重

4.3.5 RDS广播

4.4 FM立体声接收

4.5 FM立体声接收机芯片

4.6 FM立体声接收机的性能指标

4.6.1 信噪比S/N

4.6.2 接收灵敏度Sensitivity

4.6.3 总谐波失真THD

4.6.4 邻道选择（Adjacent Channel Selectivity）

4.6.5 立体声分离度（Stereo Separation）

4.6.6 调幅抑制度（AM Suppression）

4.6.7 其它

4.7 案例分析

5. 通信电路与调制解调

5.1 收信机架构

5.1.1 超外差接收机

5.1.2 零中频接收机

5.1.3 近零中频接收机

5.2 发信机架构

5.2.1 发射上变频架构

5.2.2 直接变换架构

5.2.3 偏移锁相环架构

5.3 数字调制与解调

5.3.1 数字与模拟

5.3.2 GMSK调制

5.3.3 QPSK调制

5.3.4 恒包络与非恒包络

5.4 射频功放

5.4.1 GSM功放的近似分析

5.4.2 C类功放的特性

5.4.3 Polar Modulation PA

5.4.4 WCDMA Linear PA

6. 常规RF性能指标

6.1 测试规范

6.2 RF基础知识

6.2.1 频段划分

6.2.2 常见物理单位

6.2.3 常见指标

6.3 GSM手机RF测试

6.3.1 发射机指标

6.3.2 接收机指标

6.4 其它RF指标

6.4.1 发射指标

6.4.2 接收指标

7. ESD防护

7.1 ESD的原理

7.2 ESD的模型

7.2.1 人体模型（Human Body Model）

7.2.2 机器模型（Machine Model）

7.2.3 带电器件模型（Charged Device Model）

7.3人体模型充放电原理

7.3.1人体充电

7.3.2人体放电

7.3.3 多次放电

7.4 静电的影响

7.5 ESD设计原则

7.5.1软件防护设计

7.5.2 硬件防护设计

7.6 手机的ESD测试

7.6.1 我国标准

7.6.2 测试模型与环境

7.6.3 结果判定

7.7 案例一则

（III） 高级篇

1. 高级音频设计

1.1 音频信号处理滤波器

1.2 FIR Filter与IIR Filter

1.3 FIR Filter

1.3.1 FIR Filter的定义

1.3.2 FIR Filter窗口设计法

1.3.3 FIR Filter频率采样法

1.3.4 总结

1.4 IIR Filter

1.4.1. IIR Filter的定义

1.4.2 IIR Filter的设计

1.4.3 Yule-Walker方程

1.5量化误差与有限字长效应

1.5.1 量化误差

1.5.2 有限字长效应

1.5.3 零/极点波动

1.6 随机过程通过线性系统

1.6.1 Rayleigh商

1.6.2 输入、输出信噪比

1.6.3 Wiener Filter

1.6.4 Wiener Filter的应用

1.7 自适应滤波

1.7.1 最陡下降法

1.7.2 LMS算法

1.8噪声抑制与回声抵消

1.8.1 Single Microphone降噪

1.8.2 回声抑制的原理

1.8.3 Far-end消噪

1.8.4 其它模式下的Dual Microphone降噪

1.9 高级音频指标

1.9.1 T-MOS

1.9.2 G-MOS

1.9.3 Double Talk

1.9.4 Echo Attenuation vs. Time

1.9.5 Spectral Echo Attenuation

1.9.6 BGNT

1.10 总结

2. Camera的高级设计

2.1 色度学

2.1.1光学的预备知识

2.1.2 颜色的确切含意

2.1.3 颜色三要素

2.1.4 三原色及三补色

2.1.5格拉斯曼定理（Grassmann）与CIE的颜色表示系统

2.2 颜色模型

2.2.1 RGB模型

2.2.2 CMY模型

2.2.3 YUV模型

2.2.4 HSI模型

2.3 白平衡与色温

2.3.1 白平衡初步

2.3.2 色温

2.3.3 白平衡的定义

2.3.4 人眼的自动白平衡与相机白平衡

2.3.5 Gamma校正

2.4人的视觉特性

2.4.1 人眼构造

2.4.2 人眼的视觉成像

2.4.3 人眼的亮度感觉

2.4.4 人眼亮度感觉与图像处理

2.5 图像处理

2.6 图像增强

2.6.1 灰度变换

2.6.2 直方图修正

2.6.3 图像平滑与锐化

2.7 图像恢复

2.7.1 退化模型

2.7.2 线性运动退化

2.7.3 图像的无约束恢复

2.7.4 图像的有约束恢复

2.8手机Camera的测试

2.8.1 色彩还原性（Color Reproduction Quality）

2.8.2 鬼影炫光（Ghost Flare）

2.8.3 成像均匀性（Shading）

2.8.4 分辨率（Resolution）

2.8.5 成像畸变（Distortion）

2.8.6 自动白平衡（Auto White Balance）

2.8.7 灰阶（Gray Scale）

2.8.9 视场角（FOV）

2.8.10 曝光误差（Exposure Error）

2.8.11 信噪比（SNR/dB）

2.9 调制转移函数（Modulation Transfer Function）

2.10两个案例

2.10.1 LCD反色

2.10.2 四基色电视

3. 信号完整性

3.1 信号完整性概论

3.1.1信号完整性的意义

3.1.2手机设计中的信号完整性

3.2高频模型

3.2.1频谱与带宽

3.2.2阻容感模型

3.2.3传输线模型

3.2.4 手机中的传输线

3.3 反射与端接

3.3.1 反射的机理

3.3.2 反射图

3.3.3 容性反射与时延叠加

3.3.4 走线中间的容性反射

3.3.5 感性反射

3.3.6 端接策略

3.4 有损线传输

3.4.1 损耗源

3.4.2 导线损耗

3.4.3 介质损耗

3.4.4 有损线建模

3.4.5 眼图

3.5 传输线的串扰

3.5.1 串扰模型

3.5.2 容性耦合与感性耦合

3.5.3 近端串扰与远端串扰

3.5.4 差分阻抗与共模阻抗

3.5.5 奇模传输与偶模传输

3.5.6 差分对的端接

3.6 眼图案例一则

3.6.1 案例背景

3.6.2 USB2.0眼图简介

3.6.3不同容值TVS管对眼图的影响

3.6.4总结

4. 各种新功能

4.1 HAC

4.1.1 HAC的概念

4.1.2 助听器的工作模型

4.1.3 两种耦合的优缺点

4.1.4 HAC评级

4.1.5 M-Rating

4.1.6 T-Rating

4.1.7 HAC认证常见问题

4.2 TTY/TDD

4.2.1 TTY/TDD 的定义

4.2.2 TTY终端

4.2.3 TTY呼叫系统

4.2.4 TTY设备工作模式

4.2.5 TTY测试

4.3无线充电（Wireless Charging）

4.3.1无线充电的概念

4.3.2无线充电的方式

4.3.3无线充电的效能指标

4.3.4无线充电的标准

4.3.5对无线充电的疑问

4.3.6总结

4.4 其它

（IV） 案例分析篇

1. ADC与电池温度监测

1.1 ADC的重要性

1.2 A/D的基本原理

1.2.1 模拟与数字

1.2.2 A/D的分类

1.2.3 逐次逼近型A/D的原理

1.2.4 逐次逼近型A/D的量化误差

1.2.5 量化处理

1.2.6 Σ—Δ型A/D

1.3 电池温度监测电路

1.4 误差分析

1.4.1 NTC电阻离散性导致的误差

1.4.2 A/D转换导致的误差

1.4.3 电路拓扑导致的误差

1.4.4 多项式插值导致的误差

1.5 系统总误差

1.6 实际测试结果

2. Receiver的低频爆震

2.1 项目背景

2.2 故障现象

2.3 调试过程

2.3.1检查Receiver的SPL与THD

2.3.2 调整Receiver的功率

2.3.3 调整RFR的低频部份

2.3.4 Receiver的工作高度

2.3.5 Receiver厂家的测试过程

2.4 FFT测试

2.5 总结

2.6 FFT在音频设计中的应用

2.6.1 Audio PA Noise Analysis

2.6.2 Good Speaker or Bad Speaker

3. UXX的TDD Noise

3.1 项目背景

3.2 故障现象

3.3实验测试

3.4定位噪声引入点

3.5反思

4. EN55020案例一则

4.1 EN55020测试环境

4.2 实测结果

4.3 测试结果分析

4.3.1 干扰信号采用FM方式

4.3.2 干扰信号采用AM方式

4.3.3 故障优化

4.4 充电器与充电线的影响

5. Acoustic调试中值得关注的几个现象

5.1 磁钢与主板TDD Noise

5.2 Receiver的啸叫

5.3 波浪状的频响曲线

5.4 切换模式后的Echo Loss Fail

5.5按压电池盖导致RCV响度下降

6. 工厂端音频自动检测方案

6.1 目前现状

6.2 检测原理

6.3 方案步骤

6.4 Loudness、Resonance/Echo及TDMA Noise判定

6.4.1 Loudness、Resonance/Echo判定

6.4.2 TDMA Noise判定

6.5 确定门限

6.5.1  SPL_STD_Criteria及RES_STD_Criteria的门限

6.5.2 测试距离

6.6 性能分析

6.6.1频谱分辨力

6.6.2 误判率

6.6.3 鲁棒性

7. 开机自动进入测试模式

7.1 故障状态

7.2 故障分析

7.2.1 信号测量

7.2.1 原因分析

7.3 深层思索

8. GPS受扰案例一则

8.1 故障定位

8.2 故障解决

8.2.1 定位干扰源

8.2.1 解决思路

8.2.3 原理分析

8.2.5 Sorting方案

8.3 总结

（V） 附录

A 几何光学成像

A.1 焦距

A.2 弥散圆

A.3 景深

A.4 镜头成像公式

A.5 景深与AF的关系

A.6 光圈（Aperture）

A.7 锐度与分辨率

B. 立体声原理

B.1 听觉基本特性

B.1.1 人耳的听觉范围

B.1.1.1 听觉的频率范围

B.1.1.2 听觉的声压范围

B.1.2 声音的三要素

B.1.2.1 响度（Loudness）

B.1.2.2 音调（Pitch）

B.1.2.3 音色（Timbre）

B.1.3 听觉分辨力

B.1.3.1 响度分辨力

B.1.3.2 音调分辨力

B.1.3.3 声源方位分辨力

B.1.3.4 掩蔽效应

B.2 立体声

B.2.1 双耳效应

B.2.2 双扬声器的声像定位

B.2.2.1 哈斯效应

B.2.2.1 德‧波埃效应

B.2.3 室内声场与混响

B.2.4 双声道立体声录音

B.2.4.1 房间立体声

B.2.4.2 人头立体声

B.2.5 环绕立体声

B.2.6 手机中的双扬声器

B.2.6.1 手机Dual Speaker立体声

B.2.6.2 其它改善

C. 苦逼IT男的那些事

作者简介

本书是国内目前首部详细阐述手机硬件研发与设计的专业书籍。全书由入门篇、提高篇、高级篇和案例分析篇四个部分共23章组成，内容涵盖手机硬件基础知识、PCB与DFX基础知识、电源系统、时钟系统、音频处理、FM接收机、数字调制与解调、ESD防护、色度学与图像处理、信号完整性以及各种相关的国际国内规范。

本书采取从简单到复杂、从功能到性能的原则进行编写。入门篇以功能介绍为主，只定性不定量；提高篇基于各种测试规范，在功能介绍的基础上逐步开展性能分析；高级篇将根据电磁学理论、信号处理理论对手机硬件设计进行较为严格的论证并定量计算各种参数指标；而最后的案例分析篇则综合利用前面各篇章所介绍的知识，对实际案例进行分析，从而使读者可以理论联系实践，更快、更好地掌握手机硬件的设计方法，提高故障分析能力。事实上，本书虽以手机硬件为分析对象，但书中所阐述的基本原理同样适用于其它电子、通信产品的设计。

本书可作为硬件研发工程师及电子电气信息类学生的参考书或培训教材，在忽略高级篇部分理论性较强的章节后，亦可作为维修工程师、电子爱好者的参考资料。

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