雙模雙待SIM卡驅(qū)動單芯片解決方案

雙模雙待手機是指一部手機可以同時使用兩種不同制式的卡，且兩張卡可以同時在網(wǎng)，使用兩個網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)。隨著國內(nèi)3G 牌照的發(fā)放，電信采用CDMA2000，聯(lián)通采用WCDMA，移動則將采用TD-SCDMA，加上原有的GSM和CDMA，今后國內(nèi)會有5種不同的手機網(wǎng)絡(luò)制式并存。面對不同制式的網(wǎng)絡(luò)和不同運營商推出的各種服務(wù)，雙模雙待手機這一細分市場在國內(nèi)多種網(wǎng)絡(luò)制式并存的現(xiàn)狀下，將會保持較快的增長。另外在國外市場，如印度、、歐美等手機市場中雙模雙待手機也有很大的增長空間，這些國家存在多家運營商和同一運營商經(jīng)營兩個網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)象，不同的網(wǎng)絡(luò)有不同的資費和增值服務(wù)業(yè)務(wù)，雙模雙待手機能夠滿足消費者對不同運營商以及不同業(yè)務(wù)的服務(wù)需求。

雙模雙待的發(fā)展過程 　　

SIM 卡接口是由一個電源線（VSIM）和三個信號線(SCLK、SRST、SIO)組成的，VSIM提供SIM 卡電源供電，SCLK 為時鐘，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)動能力，SIM 卡內(nèi)部峰值電流能高達50mA，信號線要求足夠帶寬傳輸數(shù)據(jù)，高速的SIM 卡協(xié)議要求SCLK 的時鐘能達到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，市場上主要是以GSM 為主的雙模雙待手機，一個現(xiàn)有的方案是采用AW6302 加兩個四路模擬開關(guān)實現(xiàn)兩個卡槽任意放G 卡或C 卡，即G/C+G/C，如圖1所示。這種方案的缺點在于： 　　

1.模擬開關(guān)在信號傳輸通路上插入了阻性和容性負載，這會影響和SIM 卡接口的安 全性和可靠性。通常四路低電阻的模擬開關(guān)其導(dǎo)通電阻Ron 會小于1ohm，但是其寄生的 電容會高達100pF，而高帶寬的四路模擬開關(guān)其寄生電容能控制住20pF 以內(nèi)，但其導(dǎo)通 阻抗又會上升到10ohm 的量級，通過模擬開關(guān)連接SIM 卡接口的信號線如SCLK、SIO、 SRST 在受到射頻干擾的時候，更容易產(chǎn)生錯誤。SIM 接口的3 根信號線對模擬開關(guān)的要 求是小寄生電容，而電源線的要求是小電阻，這樣無論選擇哪種模擬開關(guān)都很難滿足要 求。

2.需要兩個四路模擬開關(guān)及占用了PCB 的面積。

3.需要兩個GPIO 資源。G+C 的手機系統(tǒng)資源本身就很緊張，這樣的設(shè)計就讓系統(tǒng)資 源更加緊張了。 隨著CDMA 的發(fā)展，特別是3G 的普及，市場對以CDMA 或3G 為主的雙模雙待手機的 需求也逐漸增大，現(xiàn)在3G 智能機帶有GSM Modem 和CDMA Modem，使用SPI 接口的芯片 實現(xiàn)雙模雙待就不方便了，所以出現(xiàn)了兩個四路模擬開關(guān)實現(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關(guān)沒有驅(qū) 動能力和抗干擾差的缺點。

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，并針對客戶的需求，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）實現(xiàn)以GSM 為主的G+G、G+C 雙模雙待手機方案,典型應(yīng)用如圖3 所示。AW6322 雙模雙待單芯片方案可實現(xiàn)兩個卡槽任意放置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，但是該方案可實現(xiàn)雙C 單待 的應(yīng)用。

　　圖3 AW6322典型應(yīng)用圖 　　

相對于原有的GSM 為主的方案，AW6322 單芯片雙模雙待方案具有如下的優(yōu)勢： 　　

1.消除了模擬開關(guān)存在的無驅(qū)動能力、信號損耗和抗干擾差的缺點。

2.節(jié)省二個四路模擬開關(guān)，節(jié)省了PCB 空間。

3.無需額外的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選擇功能的SIM 卡接口驅(qū)動芯片，能滿足客戶對以 CDMA 或3G 主的雙模雙待的需求，典型應(yīng)用圖4 所示。該方案可實現(xiàn)兩個卡槽任意放置 2G 卡或3G 卡，支持2G 卡或3G 卡的所有兩個不同制式的任意組合。

　　圖4 AW6332典型應(yīng)用圖 　　

相對于模擬開關(guān)方案，AW6332 單芯片雙模雙待方案具有如下的優(yōu)勢： 　　

1.消除了模擬開關(guān)帶來的無驅(qū)動能力、信號損耗和抗干擾差的缺點。

2.節(jié)省一個四路模擬開關(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 上拉到高電平時使能芯片，通過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，通道互換（G_X←→SX2、 C_X←→SX1）；SEL 為低電平時，通道直通(G_X←→SX1、C_X←→SX2)，X 分別為CLK、 RST、IO。AW6332 內(nèi)置了兩個低功耗、高精度的LDO 來實現(xiàn)給SIM 卡的供電功能，通過 檢測G_VSIM 和C_VSIM 的電壓值，檢測結(jié)果自動控制給VSIM1 或者VSIM2 的電壓為1.8V 或者3.0V。芯片內(nèi)部有專門的電平轉(zhuǎn)換電路和驅(qū)動電路，針對SCLK、SIO、SRST 等信號 進行增強驅(qū)動和處理，消除了損耗和干擾的問題。

艾為SIM卡接口驅(qū)動系列芯片的特點 　　

AW6302、AW6322、AW6332 是艾為針對SIM 卡驅(qū)動芯片市場專門設(shè)計的三款適合雙卡 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，降低制作PCB 的成本和備貨的風(fēng)險，同時也能增加設(shè)計的靈活度，應(yīng)用 時可以參考AW6322、AW6332 的兼容性設(shè)計資料，PIN 腳分布圖如圖5 所示。

　　圖5 AW6332和AW6322的PIN腳分布圖 　　模擬開關(guān)只是一個信號通路，沒有驅(qū)動和處理信號的能力，由于在輸入端和輸出端 都存在著寄生電容和串聯(lián)電阻，所以信號在傳輸過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 消除時鐘毛刺干擾技術(shù) 在數(shù)據(jù)傳輸中，時鐘的信號質(zhì)量是至關(guān)重要的，任何的毛刺和畸變都會導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳 輸錯誤，很大一部分的掉卡是由時鐘受到干擾導(dǎo)致的。

　　時鐘輸入引腳：G_CLK、C_CLK、SPICK 分別做了Deglitch 電路，濾除了時鐘信號上 由于信號完整性或者射頻干擾導(dǎo)致的毛刺，避免讀寫錯誤，如下圖所示：

　　圖6 DEGLITCH消除時鐘毛刺干擾 　　

2.Slew Rate控制技術(shù) 　　

SIM 卡接口的信號線SRST 和SCLK 都做了Slew RATE 控制，通過控制SRST 和SCLK 的上升下降沿的變化速率，從而減小了對阻抗匹配的要求。如果PCB 走線的特征阻抗與 負載阻抗不匹配時，信號到達接收端后有一部分能量將沿著傳輸線反射回去，使信號波 形發(fā)生畸變，甚至出現(xiàn)信號的過沖和下沖。有了Slew Rate 控制后，即使SIM 卡離芯片 的距離比較遠，也不易造成對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)依靠一個上拉電阻實現(xiàn)，AW63X2 的動態(tài)上來技術(shù)會加速雙向IO 口低電平到高電平的翻轉(zhuǎn)過程，縮短信號的上升時間， 減少信號沿變化時受干擾的概率。當(dāng)雙向IO 的電壓上升到高于0.8V 時，將啟動上拉功 能，如下圖所示：

　　圖8 動態(tài)上拉IO作用示意圖 　　

4.完善的故障保護機制 　　

SIM 卡在插拔過程中容易引起短路，完善的故障保護機制能夠避免短路導(dǎo)致的芯片 損壞，AW63X2 系列產(chǎn)品內(nèi)置的高性能的LDO 都具備完善的過流保護功能，即便SIM 卡電 源被長時間接地，或者任意的SRST、SCLK 被短路或者連接到地，也不會造成芯片的損 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 的所有引腳都通過了±8KV 的HBM ESD 測試和±450mA 的 Latch-up 測試，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。

手機設(shè)計人員在應(yīng)用AW63X2 系列芯片進行PCB layout 設(shè)計時要注意： 　　

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 的焊盤為GND，要直接連到PCB 板的地層上。

3.時鐘和數(shù)據(jù)線推薦用中間層走線，VBAT 引腳最好單獨用一根短而粗的電源線。

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

總結(jié) 　　

在2G 向3G 過渡的階段，多種網(wǎng)絡(luò)制式并存的現(xiàn)狀成為必然，雙模雙待手機為2G 向3G 平滑過渡提供了一個平臺。艾為電子的AW6322、AW6332 SIM 卡接口芯片能夠為客 戶提供高品質(zhì)、高可靠性的雙模雙待單芯片解決方案，滿足客戶不同的需求。