创新型手机设计的主要挑战及应对策略

       变化是手机设计过程中永恒的主题。眼前的一个明显例子便是各类颇具创造性、期望引领全球潮流的新款手机。其中有价格低廉但却具有CD音质的入门级手机，也有外形像项链而项链上珠子会随来电信号闪动的设计，还有外形酷似小甜饼的手机款式。

       这些新型手机设计正在改变设计人员解决最棘手挑战的方式。这些挑战包括：1)如何提供更快的数字与模拟处理速度；2)如何处理各种服务技术融合以及应用融合问题；3)如何保持低功耗；4)是否需要在同一设计中集成数字信号处理技术与射频(RF)技术。而本文将详细介绍最新的设计趋势。

       专用处理与共享处理

       设计创新型手机的要旨在于如何划分芯片功能，以便在不增加功耗的情况下实现最大的驱动能力。具有CD音质的入门级手机是采用一种架构设计方法进行设计的。该设计在单芯片上集成了数字信号处理(DSP)与微控制器(MCU)功能。具有不同功能的微控制器负责不同任务，其中一种与DSP集成的微控制器是负责执行通信处理(如真实手机语音信号)的引擎，另一种微控制器只负责执行音乐、多媒体以及互联网接入等应用处理。采用独立于通信引擎的专用应用处理器，可以降低手机造商的开发成本，并提高手机的整体处理速度。

       这种分割方法使每种处理器都能完全专注其特定功能，同时可以避免多次集成与调试等复杂性操作，而集通信与应用于一体的处理器设计则不然。此外，这种分割方法还可消除不同域共享处理与存储器空间时所造成的相互依赖性。

       另外，专用应用处理器提供的更高功率还可以带来如下多种重要优势，例如：1)边播放音乐或玩视频游戏，边打电话和下载数据；2)简化手机制造商对应用软件代码的开发、测试与验证工作，因为这不会影响内核通信引擎；3)可以降低功耗，因为机开机后大部分时间可以关闭高功耗的应用处理器；4)使手机制造商集中精力开发应用与人机界面，而无需担心影响通信引擎。

       手机成为融合的中心

       最近几个月，大家一直对最终哪种设备会成为大部分手机融合的核心而争论不休。大家所考虑的设备主要包括手机、个人数字助理(PDA)、黑莓终端(Blackberry) 、WLAN以及音乐播放器等。

       其中一个问题是手持音乐播放器会变成手机还是手机会变成手持音乐设备？事实是这两种情况都有可能发生。不过，从工程设计角度来看，未来大量的架构规划无疑将会以手机为中心。

       据Forward Concepts公司编写手机研究报告《2006年手机与芯片市场》一文的主要作者Carter L. Horney指出：“手机仍然是实际市场的中心，其将集成数码相机、掌上电脑、MP3播放器、GPS导航系统、蓝牙、收音机、数字电视，甚至无绳电话的功能，而且会很快成为上述各种功能的主导市场。”　　

       随着手机应用融合在继续快速发展，手机设计人员必须决定哪些芯片需要集成以及哪些芯片仍需保持独立。他们必须着眼开发性能更高、成本更低、功耗更低的设备。

       手机正逐渐具备着过去只有个人电脑才具有的通信与娱乐功能。因此，那些熟悉最新个人电脑设计趋势及应用的手机设计人员将会如鱼得水。另外，设计人员也必须想出如何在手机中集成GPS导航功能，因为如今导航系统市场正蓄势待发。

       要想为手机发展积蓄强大后劲，就应该使手机不仅具有CD音质的音乐功能，而且还应不断去了解跟踪那些在消费者当中极为流行、简单易用的音乐设备。目前，已有手机能够储存数百首歌曲。

       要使手机能够吸引更多用户，就必须开发高音质数字硬件与软件，以实现CD音质；除了要求手机具备 CD音质的音乐功能外，还要求其具备能够使用户在储存与手机中数百首的歌曲中快速、轻松搜寻目标歌曲这一独特而又非常重要的功能。

       功耗题考虑

       手机的功耗是架构设计权衡的重心。随着更具创造性的新型设计进入市场，这种趋势会继续持续下去。手机要求电池的使用寿命更长且不会烧坏手机。同时，它们需要更快的处理速度，以便能够处理移动电视和音乐等带宽更高的多媒体业务。

       目前来说，要解决上述问题的方法(包括创新型手机设计)不再集中于电路级硅片， 关键是要从系统级架构平台角度来解决上述问题，因为设计分析中必须考虑手机硬件与软件的各个方面，这样才能实现更准确的理想解决方案。在实现低功耗、高带宽设计过程中，这种系统级方法可以带来更多的创新机遇。 　

       功耗设计问题涉及正在出现的一种趋势，在这种趋势下减少手机的功能数量被视为是明智之举。其理念是：手机应当只设计最常用的功能与特性，并取消数量繁多的其他功能，这样手机就能够运行数量更少的功能，从而降低功耗。　

       最新的手机不再将各种功能都集成到同一设备中。越来越多的手机采用定制设计并进行功能细分，要么播放高音质音乐，要么用于高速互联网浏览，还有的只拍摄数码照片，没必要在一部手机完成这三种功能。　　

       国际数据公司(IDC)的最新报告指出：“找到能够吸引用户的一种功能或一套紧密结合的功能就行。当厂商推出集成了嵌入式相机、MP3播放器、视频流播放等众多功能的手机，最终产品便变成了多功能的‘瑞士军刀\’。” 　

       “然而，大部分用户还是青睐于那些具备吸引自己一种或一组功能的手机。功能繁多只会使手机不能充分发挥其潜能，且运营商也无法完全获得应有的每用户平均收入。所以通常来说，具备一种独特功能的手机才能使那些经常使用该功能的用户得到满意。”　

       以项链手机为例。为将手机设计成项链形状，手机设计人员必须想出新颖独特的方法降低组件尺寸并提供足够电量，以便项链手机的电池能够使用数天或数周。此外，项链手机也不能消耗太多电量，否则就难以使用户感到满意。

       在同一芯片上集成基带与射频？

       在过去10多年来，半导体行业一直在努力实现理想的手机架构即在系统级芯片(SoC)中集成射频与数字信号处理硅片。

       由于SoC具有组件数更少、成本更低且功耗更低的优势，所以超低成本手机市场已经开始进行上述集成。但考虑到创新型手机设计的复杂性，在未来几年，要实现上述SoC仍然面临漫漫长路。2008 年之前，市场中将不太可能实现真正的单芯片解决方案。　

       此外，其他因素也会妨碍上述集成。其中一个因素是，某些公司专门从事基带设计，另外一些公司则专门从事RF设计，而有些公司根本不开发这两类芯片。缺乏整个行业对这两种技术的普遍知识将继续妨碍集成的发展。　　

       企业关系也是因素之一。一家拥有手机基带技术但未掌握RF技术的公司可能会考虑从RF芯片供应商那里购买芯片。但这种做法从财务上讲是不可行，因为RF芯片价格往往高得让人望而却步。

       所以如果价格能够下调，基带供应商就有可能与RF供应商合作，从而加速单芯片解决方案实现的进程。

       作者：Roman Polz

       移动产品部高级经理

       杰尔系统公司