手机设计流程，经验和方法

手机设计心得

本文主要讲述个人从零开始的较复杂要求的手机设计简略心得和方法，经验尚浅，不妥，不全面之处还忘各位专家指正。

按照手机研发的重要性分配，个人觉得：
前期：
1. 了解手机设计要求，可行性研究，系统电路，grounding设计，各种模拟，天线初期设计，芯片选择与检测：65%;
2. 第一次PCB布线，电路设计：25%;
后期：
3. 测试与完善，各种认证：10%。

按照工作量分配，个人觉得：
前期：
1. 了解要求，可行性研究，系统电路，grounding设计，各种模拟，天线初期设计，芯片选择和检测：30%;
2. 第一次PCB布线，电路图设计：10%;
后期：
3. 测试与完善，各种认证：60%.

可以看出，手机设计中最重要的部分往往在前期完成，且用时较短；但真正耗时的测试完善认证部分却相对占有较小的重要性，由此而产生的后果往往是很多工程师不经意间怠慢了前期的工作，以至于后期测试完善工作更加繁重，形成恶性循环，而耽误工期。所以如何抓住各个环节特别是前期工作中主要需注意的问题尤其重要，下面逐一说明：

前期工作：
1.
手机的设计要求和可行性研究，以及前期设计：
a)
首先需要知道的是谁是客户?美国，中国，欧洲，还是其他。不同的客户在手机基本要求前提下，对其他很多性能方面的要求是不同的，清楚的了解具体要求很重要，这样能使你在设计，和同其他部门沟通时有侧重，当然如果你能做到面面具到最好不过，但实际情况中我们往往需要取舍。比如说不同电信公司对天线功能的要求有1-2个dB的不同是很正常的，而这1-2个dB的不同，如果没有在前期考虑进去，试图在后期弥补的代价是惨痛的；再比如EMC测试中有时是用手机电池进行；有时则是需要用假电池，外加一条长电源线，通过直流电源进行，同样的测试标准，测出的结果也会不同，少则1-2dB，多则4-5dB，甚至更多，这些和系统grounding设计，天线辐射特性，电池，电源稳定性，甚至假电池EMC特性都有关。不同客户对手机外观，功能等也会有不同的喜好：直板/翻盖/推式/旋转?2G/3G频段要求?WLAN?BT?GPS?几个照相机?Speaker位置?这些都是系统设计，天线设计必须知道的信息。所以在前期，要尽可能的多了解要求，多和老板沟通，不应该认为找客户，定义要求只是老板们的事，否则最后吃苦的还是我们自己。
b)
知道了谁是客户，要求是什么，当然就要选择芯片组。2G设计比较简单，而3G却有多达十个不同频段，常用的也有五个以上，而不同的芯片支持不同频段的方式不同，系统电路也会不同；初期选择芯片的考虑事项一般包括要满足各个客户的频段要求；设计，测试最简单化原则；PCB占用空间考虑；芯片成熟度（尽量选择较成熟的芯片），以及价格（老板最爱）。
c)
初定两套芯片组后（尽量控制在两套方案以内，多了很难搞定，耗时），开始初期设计工作。先做个电路图（尽量准确）和PCB元件布局（一定要考虑信号走线，流程，根据复杂性，初步布线估计确定PCB层数，另外，3G手机设计中，为了满足多个客户的要求，往往需要在RF线路上加跳线，一般用0Ohm电阻实现，对于加跳线对RF布局，LOSS，和阻抗变化要有一个清楚的评估，用在differential line需要格外小心；当然也有用switch的，但需要多拉信号过来，比较贵，而且日后机动性也小），接着机械部门会先根据手机外观，以及初步PCB元件布局，给出一个3D布局图，然后电子，机械部门会反复研究，直止敲定最后方案，一般耗时1个月左右；
d)
在最后方案出炉以前，电子部门必须在内部，以及与机械部门互相交流完成以下三个方面的工作。首先，天线工程师必须根据客户要求完成初期设计工作，几个天线?天线性能要求?根据要求的天线类型选择?各个天线位置?模拟?天线间相互影响程度?最后初步验证模拟：自己根据手机大小，中板大小，做一个天线，并做一个模拟手机板，把天线连接在模拟的手机板上，做简单测量。（测量结果一定要满足要求，efficiency最好高出要求10-20%；如果这时候不能满足要求，以后就更难了）；其次，电子工程师要完成系统grounding设计，根据一个简单的原则：手机只有电池负级是perfect ground，然后尽量设法确保其他部分有一个良好的ground return路径到电池负级，好的grounding设计能在很大程度上减少系统EMI，保证芯片能以正常性能工作；再次，电子工程师要了解芯片性能，进行实际测试，这也是最后确定用哪个芯片组的重要数据支持。需要注意的一点的是绝不能仅仅简单根据芯片供应商给的资料为标准，特别是对较新，较不成熟的芯片组。至少要向供应商索取测试板，了解基本性能。如果是全新芯片组，一般会在做手机PCB以前先做出一个大的测试板，重要信号全部拉出test point，进行BB，RF，SW各项基本测试；
2.
第一次PCB布线，电路图设计：第一次PCB布线非常重要。我的做法是在第一次布线安排较多的时间，尽量做得仔细。原因很简单，大家在最开始时思想最开放，也最容易接受改变，时间越靠后，改动对各个部分的风险都会增加，大家对于改动的抵触心理也就更多，所以为了以后少吵架，工作更轻松，多花点心思做个好点儿的第一个prototype吧，这也是我和其他部门工程师达成的一个共识。布线注意事项如下：
a)
首先确定元件位置，要预留Micro-strip line空间，进行表层主要信号试画，同时也要考虑元件，信号之间grounding，和工业可操作性。在这里最需要注意的一点是RF工程师也需要对BB布线有一个比较详尽的评估，商量做出双赢的决定。如果把PA放在CPU和Memory中间，相信最后的结果是BB，RF工程师都不愿意看到的结果。
b)
接着RF工程师要根据一个比较确定的元件布局里主要RF芯片的位置确定自己要选用哪一层作为RF的主要地层，以确保return current能有最短，最好的回流路线，几乎所有的RF元件都需要考虑到，如PA，LNA，Filter，FEM，Coupler，Transceiver等等。例如RF元件都在同一层，并和电池connector在同一面的情况下，通常我会选择主要在第三层，和部分第二层作为最近的地层回路，注意，即使可以的话，我一般也不会选择在表层，而把元件地线via直接接到第二层或第三层，因为手机的结构复杂性，如果系统grounding做的不好，表层会有很多机会耦合其他信号进来，RF return current也有可能跑去系统其他部件，可能造成各种各样的问题。选在第三层还有另一个原因，那就是主要耗电元件PA在表层的RF信号的micro-strip line最近的ground就在第三层，第二层不可行，线会太细，承受不了那么大的功率。在这些确定以后，和BB工程师一起商量确定一个系统总的地层，通常在中间层，如果PCB 8层，就选4或5，如果10层，就选5或6。接着，再选一个重要信号线层，一般是离主地层最近的一层。这一层主要可以布一些怕被影响的，或怕影响别人的线。
c)
接着开始拉线，一般BB工程师会先让RF工程师把来自BB的重要信号拉去RF，比如各种RF部件的电源信号等，做好保护，为了避免别人不经意间动到你的东西，最好用PCB Rule保护。然后就画RF部分自己的线，先从strip-line，micro-strip line画起，再连重要电源信号，接着连其他时钟信号，最后再连控制线，等等。怎么画和自己喜好有关，大家可以自己摸索，这是我喜欢的顺序。拉线最重要的一点是对各个信号线的功能，特性有一个清楚的认识，比如时钟频率?电压，电流大小?提供给Digital还是Analog?EMI特性等等，这些需仔细研读各个部件资料。RF线，Via特性，耦合特性等等都可以通过simulation和实验有一个认识，这是平时积累的，布线时一般没那么多时间给你做这方面的工作，只能做简单的Simulation；
d)
定期对整个系统的布线进行检查，发现问题及时商讨更正，不要等BB工程师连了几天再跟别人说对不起，我的线只能从这边走，这几十条线你重画一下；
e)
Ground Via对RF很重要，RF布线中，我们往往会对forward current比较重视，但很多问题是return current引起的，而return current全部通过地线回流，还是遵循之前提到的那个简单原则，只有电池负级是perfect ground。Ground via多少根据信号波长，PCB grounding结构，信号线多少和其性能等等有关，这方面需要经验；
3.
测试与完善，各种认证
这里对各个性能如何调试就不多说了，几千页的specification，RF最基本的也有上百页。这里只讲一些经验和共用的方法。
a)
RF测试多能在一个自动的整套仪器设备进行，但我们要做到会自己在实验室里的用仪器手动测试验证，这样可以更清楚的了解问题，而且效率更高；
b)
IC性能要清楚，比如PA，不一定把impedance弄到50就可以达到最好的效果。最基本的要拿到Power Contour, 如果供应商没有（应该不会吧?），也可以自己做load-pull实验获得。这个对Conducted TX和天线都有用处。可能有的时候你在为TRP，EMC，SAR这些相互矛盾的性能头疼的时候，用些简单的方法，让你的PA更有效率的发射可能就能解决你这零点几个dB的麻烦也不一定呢?同样LNA匹配的时候也最好有一个LNA的Gain Contour在手里面。并且，有些简单的软件可以帮你了解不同的匹配对LNA的Gain,，Stability等基本性能的影响，这些可以帮你更有效率的完成工作；
c)
匹配最重要的是要清楚了解网络相邻部件的输出/输入阻抗特性，我们是用50Ohm的机器测量，前面后面的实际阻抗在PCB板里可不一定是50Ohm，所以某一个部件量出来的特性和它在这个系统中实际发挥的性能可不一定完全一样，匹配的时候可以用ADS帮你节省点时间，但最后还是要做实验验证；
d)
如何确定是天线TIS问题还是Conducted Receiver问题?很多工程师为这个问题吵的不可开交，其实是可以确诊的。通过辐射灵敏度测试就可以了解接收机除去天线部分影响后的性能。辐射灵敏度通过接收机的RX Level获得，前提是你的Conducted AGC校正要准确，这是为了确保你的校正准确点在RF Connector，从而去处天线和Air Loss部分的影响；
e)
系统EMI调试中最重要的部分除了之前讲的系统grounding设计，就是不同部件的实际接地性能。很多时候设计中考虑到的接地，实际上由于各种原因，比如机械上的，原料上的，工艺上的等等因素导致该接地的地方没有很好的接地，或者完全没接到，从而使你的EMI出现一些不可理解和预测的现象，我的经验是，这方面，占了50%以上。再者，可以通过频谱仪加一个H field线圈了解手机上EMI性能，再通过grounding或其他一些常用的处理EMI的手法解决；
f)
焊接是这些经验里最没理论含量，但是却又很重要的一部分。你的SMA接的不好，少则多零点几个dB，多则1-2dB，还可能影响阻抗，本来可以忽略不计的connector loss，可能给你造成测量上的巨大误差，所以能行的还是练练，如果你有个好的助理工程师也行。
g)
RF测试是漫无天日的。最好有个助理帮你做，没有的话，自己做些，找些能提高测试效率的测试软件还是很有帮助的。天线设计就比较难，因为大部分软件都跟着系统一起来的，实在没办法的话，就忍耐一下，锻炼下耐心吧。

就先说这么多吧。以上就是一些基本心得体会和方法，都是些大框框，并没有时间讲到更具体。但个人觉得这些大框框对我自己的工作还是很有用的，如果大家也能从中得到一些能用到的，也算我没白写。



Tk78

长知识了
谢谢LZ

奇怪，这里发贴不是有奖励金币吗?是不是因为写的太差?呵呵。

:27bb :29bb 谢谢小编分享！

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学习一下，，又有收获了

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收益良多！小编辛苦了！

小编好人那，辛苦了，学习中

谢谢小编分享！:22bb

O(∩_∩)O谢谢