雙模雙待SIM卡驅(qū)動(dòng)單芯片解決方案

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(mǎn)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(xiàn)（VSIM）和三個(gè)信號(hào)線(xiàn)(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(xiàn)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(xiàn)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?xún)?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(xiàn)如SCLK、SIO、 SRST 在受到射頻干擾的時(shí)候，更容易產(chǎn)生錯(cuò)誤。SIM 接口的3 根信號(hào)線(xiàn)對(duì)模擬開(kāi)關(guān)的要 求是小寄生電容，而電源線(xiàn)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(mǎn)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GSM 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(hù)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 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(xiàn)，使得PCB 的布局布線(xiàn)更優(yōu)化。

5.支持G+G、G+C、C+G，允許用戶(hù)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選擇功能的SIM 卡接口驅(qū)動(dòng)芯片，能滿(mǎn)足客戶(hù)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(xiàn)。

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，SEL 為高電平時(shí)，通道互換（G_X←→SX2、 C_X←→SX1）；SEL 為低電平時(shí)，通道直通(G_X←→SX1、C_X←→SX2)，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(zhuān)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(zhuān)門(mén)設(shè)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(hù)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.Slew Rate控制技術(shù) 　　

SIM 卡接口的信號(hào)線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)推薦用中間層走線(xiàn)，VBAT 引腳最好單獨(dú)用一根短而粗的電源線(xiàn)。

4.接口模塊在PCB 的位置應(yīng)遠(yuǎn)離射頻電路，盡可能靠近SIM 卡座。

總結(jié) 　　

在2G 向3G 過(guò)渡的階段，多種網(wǎng)絡(luò)制式并存的現(xiàn)狀成為必然，雙模雙待手機(jī)為2G 向3G 平滑過(guò)渡提供了一個(gè)平臺(tái)。艾為電子的AW6322、AW6332 SIM 卡接口芯片能夠?yàn)榭?戶(hù)提供高品質(zhì)、高可靠性的雙模雙待單芯片解決方案，滿(mǎn)足客戶(hù)不同的需求。