雙模雙待SIM卡驅(qū)動(dòng)單芯片解決方案

1、雙模雙待sim卡驅(qū)動(dòng)單芯片解決方案前言隨著3g的推廣和普及，手機(jī)市場(chǎng)也步入一個(gè)多模時(shí)代。中國(guó)2g、3g網(wǎng)絡(luò)并存的狀況不可避免，為了使用原來(lái)的手機(jī)號(hào)，并避免帶兩個(gè)手機(jī)在身上的麻煩，雙?；蚨嗄Ｊ謾C(jī)將成為市場(chǎng)過(guò)渡階段的必然選擇。雙模雙待手機(jī)是指一部手機(jī)可以同時(shí)使用兩種不同制式的卡，且兩張卡可以同時(shí)在網(wǎng)，使用兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)。隨著國(guó)內(nèi)3g 牌照的發(fā)放，電信采用cdma2000，聯(lián)通采用wcdma，移動(dòng)則將采用td-scdma，加上原有的gsm和cdma，今后國(guó)內(nèi)會(huì)有5種不同的手機(jī)網(wǎng)絡(luò)制式并存。面對(duì)不同制式的網(wǎng)絡(luò)和不同運(yùn)營(yíng)商推出的各種服務(wù)，雙模雙待手機(jī)這一細(xì)分市場(chǎng)在國(guó)內(nèi)多種網(wǎng)絡(luò)制式并存的現(xiàn)狀下，將會(huì)保持較

2、快的增長(zhǎng)。另外在國(guó)外市場(chǎng)，如印度、*、歐美等手機(jī)市場(chǎng)中雙模雙待手機(jī)也有很大的增長(zhǎng)空間，這些國(guó)家存在多家運(yùn)營(yíng)商和同一運(yùn)營(yíng)商經(jīng)營(yíng)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)象，不同的網(wǎng)絡(luò)有不同的資費(fèi)和增值服務(wù)業(yè)務(wù)，雙模雙待手機(jī)能夠滿足消費(fèi)者對(duì)不同運(yùn)營(yíng)商以及不同業(yè)務(wù)的服務(wù)需求。雙模雙待的發(fā)展過(guò)程sim 卡接口是由一個(gè)電源線（vsim）和三個(gè)信號(hào)線(sclk、srst、sio)組成的，vsim提供sim 卡電源供電，sclk 為時(shí)鐘，srst 復(fù)位用，sio 傳遞數(shù)據(jù)。電源線要求電阻率低，要有驅(qū)動(dòng)能力，sim 卡內(nèi)部峰值電流能高達(dá)50ma，信號(hào)線要求足夠帶寬傳輸數(shù)據(jù)，高速的sim 卡協(xié)議要求sclk 的時(shí)鐘能達(dá)到12mhz，并要求有

3、抗干擾的能力。圖1 現(xiàn)有的雙模雙待方案雙模雙待興起時(shí)，市場(chǎng)上主要是以gsm 為主的雙模雙待手機(jī)，一個(gè)現(xiàn)有的方案是采用aw6302 加兩個(gè)四路模擬開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)卡槽任意放g 卡或c 卡，即g/c+g/c，如圖1所示。這種方案的缺點(diǎn)在于：1.模擬開(kāi)關(guān)在信號(hào)傳輸通路上插入了阻性和容性負(fù)載，這會(huì)影響和sim 卡接口的安 全性和可靠性。通常四路低電阻的模擬開(kāi)關(guān)其導(dǎo)通電阻ron 會(huì)小于1ohm，但是其寄生的 電容會(huì)高達(dá)100pf，而高帶寬的四路模擬開(kāi)關(guān)其寄生電容能控制住20pf 以內(nèi)，但其導(dǎo)通 阻抗又會(huì)上升到10ohm 的量級(jí)，通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)連接sim 卡接口的信號(hào)線如sclk、sio、 srst 在受到射頻

4、干擾的時(shí)候，更容易產(chǎn)生錯(cuò)誤。sim 接口的3 根信號(hào)線對(duì)模擬開(kāi)關(guān)的要 求是小寄生電容，而電源線的要求是小電阻，這樣無(wú)論選擇哪種模擬開(kāi)關(guān)都很難滿足要 求。2.需要兩個(gè)四路模擬開(kāi)關(guān)及占用了pcb 的面積。3.需要兩個(gè)gpio 資源。g+c 的手機(jī)系統(tǒng)資源本身就很緊張，這樣的設(shè)計(jì)就讓系統(tǒng)資 源更加緊張了。 隨著cdma 的發(fā)展，特別是3g 的普及，市場(chǎng)對(duì)以cdma 或3g 為主的雙模雙待手機(jī)的 需求也逐漸增大，現(xiàn)在3g 智能機(jī)帶有g(shù)sm modem 和cdma modem，使用spi 接口的芯片 實(shí)現(xiàn)雙模雙待就不方便了，所以出現(xiàn)了兩個(gè)四路模擬開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)雙模雙待的方案，g 卡和 c 卡位置可以互換，但是

5、不支持g+g，如圖1 所示，此方案同樣也存在模擬開(kāi)關(guān)沒(méi)有驅(qū) 動(dòng)能力和抗干擾差的缺點(diǎn)。單芯片雙模雙待方案綜合考慮了上面兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，并針對(duì)客戶的需求，艾為電子相繼推出aw6322、 aw6332 系列化的雙模雙待單芯片解決方案，如圖2 所示。圖2 aw6322和aw6332的單芯片雙模雙待方案aw6322單芯片雙模雙待解決方案aw6322 是一款具有spi 接口的sim 卡控制器，特別適合使用mtk 基帶芯片（mt6223、 mt6225）實(shí)現(xiàn)以gsm 為主的g+g、g+c 雙模雙待手機(jī)方案,典型應(yīng)用如圖3 所示。aw6322 雙模雙待單芯片方案可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)卡槽任意放置g 卡或c 卡，支持g

6、卡和c 卡的任意組合， 即g+g/g+c/c+g。c+c 現(xiàn)在cdma 基帶芯片尚不支持此功能，但是該方案可實(shí)現(xiàn)雙c 單待 的應(yīng)用。圖3 aw6322典型應(yīng)用圖相對(duì)于原有的gsm 為主的方案，aw6322 單芯片雙模雙待方案具有如下的優(yōu)勢(shì)：1.消除了模擬開(kāi)關(guān)存在的無(wú)驅(qū)動(dòng)能力、信號(hào)損耗和抗干擾差的缺點(diǎn)。2.節(jié)省二個(gè)四路模擬開(kāi)關(guān)，節(jié)省了pcb 空間。3.無(wú)需額外的gpio 口，節(jié)省了系統(tǒng)資源。4.省三顆芯片之間的十六根連線，使得pcb 的布局布線更優(yōu)化。5.支持g+g、g+c、c+g，允許用戶任意選擇sim 卡和uim 卡的卡座。aw6332單芯片雙模雙待解決方案 aw6332 是一款具有通信通道

7、選擇功能的sim 卡接口驅(qū)動(dòng)芯片，能滿足客戶對(duì)以 cdma 或3g 主的雙模雙待的需求，典型應(yīng)用圖4 所示。該方案可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)卡槽任意放置 2g 卡或3g 卡，支持2g 卡或3g 卡的所有兩個(gè)不同制式的任意組合。圖4 aw6332典型應(yīng)用圖相對(duì)于模擬開(kāi)關(guān)方案，aw6332 單芯片雙模雙待方案具有如下的優(yōu)勢(shì)：1.消除了模擬開(kāi)關(guān)帶來(lái)的無(wú)驅(qū)動(dòng)能力、信號(hào)損耗和抗干擾差的缺點(diǎn)。2.節(jié)省一個(gè)四路模擬開(kāi)關(guān)。3.節(jié)省了基帶和卡之間的八根連線。4.支持2g+3g、3g+2g，允許卡座任意互換。aw6332 的基本工作原理如下：引腳en 上拉到高電平時(shí)使能芯片，通過(guò)sel 的電平 高低控制基帶和卡座的互換或者直通，

8、sel 為高電平時(shí)，通道互換（g_xsx2、 c_xsx1）；sel 為低電平時(shí)，通道直通(g_xsx1、c_xsx2)，x 分別為clk、 rst、io。aw6332 內(nèi)置了兩個(gè)低功耗、高精度的ldo 來(lái)實(shí)現(xiàn)給sim 卡的供電功能，通過(guò) 檢測(cè)g_vsim 和c_vsim 的電壓值，檢測(cè)結(jié)果自動(dòng)控制給vsim1 或者vsim2 的電壓為1.8v 或者3.0v。芯片內(nèi)部有專門(mén)的電平轉(zhuǎn)換電路和驅(qū)動(dòng)電路，針對(duì)sclk、sio、srst 等信號(hào) 進(jìn)行增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)和處理，消除了損耗和干擾的問(wèn)題。艾為sim卡接口驅(qū)動(dòng)系列芯片的特點(diǎn)aw6302、aw6322、aw6332 是艾為針對(duì)sim 卡驅(qū)動(dòng)芯片市場(chǎng)專門(mén)設(shè)

9、計(jì)的三款適合雙卡 雙待、雙模雙待應(yīng)用的高性能模擬芯片。在引腳分布和功能定義方面，盡可能的做到了 向下兼容，例如：aw6322 比aw6302 多了支持g+c 的功能，同時(shí)它可以直接向下兼容 aw6302，而a6332、aw6322 兩款芯片的pin 腳絕大部分是兼容的，方便客戶在電路板上 做兼容性設(shè)計(jì)，降低制作pcb 的成本和備貨的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也能增加設(shè)計(jì)的靈活度，應(yīng)用 時(shí)可以參考aw6322、aw6332 的兼容性設(shè)計(jì)資料，pin 腳分布圖如圖5 所示。圖5 aw6332和aw6322的pin腳分布圖模擬開(kāi)關(guān)只是一個(gè)信號(hào)通路，沒(méi)有驅(qū)動(dòng)和處理信號(hào)的能力，由于在輸入端和輸出端 都存在著寄生電容和串

10、聯(lián)電阻，所以信號(hào)在傳輸過(guò)程中存在損耗和被干擾的現(xiàn)象。艾為 電子的sim 卡接口驅(qū)動(dòng)系列芯片（aw6302、aw6322、aw6332）都保持了高品質(zhì)、高可靠 性的傳統(tǒng)。為了降低掉卡概率，艾為電子采用多種技術(shù)提高了可靠性： 1.deglitch 消除時(shí)鐘毛刺干擾技術(shù) 在數(shù)據(jù)傳輸中，時(shí)鐘的信號(hào)質(zhì)量是至關(guān)重要的，任何的毛刺和畸變都會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳 輸錯(cuò)誤，很大一部分的掉卡是由時(shí)鐘受到干擾導(dǎo)致的。時(shí)鐘輸入引腳：g_clk、c_clk、spick 分別做了deglitch 電路，濾除了時(shí)鐘信號(hào)上 由于信號(hào)完整性或者射頻干擾導(dǎo)致的毛刺，避免讀寫(xiě)錯(cuò)誤，如下圖所示：圖6 deglitch消除時(shí)鐘毛刺干擾2.sle

11、w rate控制技術(shù)sim 卡接口的信號(hào)線srst 和sclk 都做了slew rate 控制，通過(guò)控制srst 和sclk 的上升下降沿的變化速率，從而減小了對(duì)阻抗匹配的要求。如果pcb 走線的特征阻抗與 負(fù)載阻抗不匹配時(shí)，信號(hào)到達(dá)接收端后有一部分能量將沿著傳輸線反射回去，使信號(hào)波 形發(fā)生畸變，甚至出現(xiàn)信號(hào)的過(guò)沖和下沖。有了slew rate 控制后，即使sim 卡離芯片 的距離比較遠(yuǎn)，也不易造成對(duì)sim 卡的誤操作，如下圖所示：圖7 slew rate控制作用示意圖3.雙向io動(dòng)態(tài)上拉技術(shù)雙向io 口支持open drain，低電平到高電平的翻轉(zhuǎn)依靠一個(gè)上拉電阻實(shí)現(xiàn)，aw63x2 的動(dòng)態(tài)上

12、來(lái)技術(shù)會(huì)加速雙向io 口低電平到高電平的翻轉(zhuǎn)過(guò)程，縮短信號(hào)的上升時(shí)間， 減少信號(hào)沿變化時(shí)受干擾的概率。當(dāng)雙向io 的電壓上升到高于0.8v 時(shí)，將啟動(dòng)上拉功 能，如下圖所示：圖8 動(dòng)態(tài)上拉io作用示意圖4.完善的故障保護(hù)機(jī)制sim 卡在插拔過(guò)程中容易引起短路，完善的故障保護(hù)機(jī)制能夠避免短路導(dǎo)致的芯片 損壞，aw63x2 系列產(chǎn)品內(nèi)置的高性能的ldo 都具備完善的過(guò)流保護(hù)功能，即便sim 卡電 源被長(zhǎng)時(shí)間接地，或者任意的srst、sclk 被短路或者連接到地，也不會(huì)造成芯片的損 壞，并且故障去除后能迅速恢復(fù)正常工作。另外，sim 卡接口直接與外界接觸，非常容 易受到靜電的沖擊。aw63x2 的所有引腳都通過(guò)了8kv 的hbm esd 測(cè)試和450ma 的 latch-up 測(cè)試，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。手機(jī)設(shè)計(jì)人員在應(yīng)用aw63x2 系列芯片進(jìn)行pcb layout 設(shè)計(jì)時(shí)要注意：1.芯片的外部電容要盡量靠近芯片引腳，推薦使用0402 的x5r 陶瓷電容。2.aw6302、aw6322、aw6332 采用的都是20 引腳的qfn3mmx3mm 封裝，芯片底部裸露 的焊盤(pán)為gnd，要直接連到pcb 板的地層上。3.時(shí)鐘和數(shù)據(jù)線推薦用中間層走線，vbat 引腳最好單獨(dú)用一根短而粗的電源線。4.接口模塊在pcb 的位置應(yīng)遠(yuǎn)