攻克超低成本手機(jī)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

     超低成本（ULC）手機(jī)是最近三年來的熱點(diǎn)話題。目前ULC手機(jī)一般指低于20美元的手機(jī)，它們形成了一個(gè)獨(dú)特的細(xì)分市場，需要采用特殊市場策略才能確保成功。 

        市場要求

　　典型ULC手機(jī)購買者的平均可支配收入有限。同時(shí)，由于缺乏必需的基礎(chǔ)架構(gòu)與系統(tǒng)，大多數(shù)購買用戶都難以追蹤。因此，如果運(yùn)營商為手機(jī)提供大量補(bǔ)貼，而期望從服務(wù)費(fèi)中獲得收益的話，既不可行，也不具有經(jīng)濟(jì)效益。此外，ULC手機(jī)市場上的收益來源主要為利潤相對(duì)較低的純語音和短信服務(wù)，而不是具有較高單位用戶平均收益（ARPU）值的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，因此運(yùn)營商也不愿意采用補(bǔ)償模式。

　　一般來說，典型的ULC手機(jī)客戶在購買手機(jī)時(shí)還需要積攢資金。盡管ULC 市場具有“低價(jià)”特性，用戶也絕不接受一部價(jià)格不高但性能很差的手機(jī)。此外這些用戶不會(huì)頻繁更換手機(jī)，因此他們希望手機(jī)在可接受的價(jià)格范圍內(nèi)具有盡可能多的功能。

　　現(xiàn)在，讓我們看看運(yùn)營商對(duì)ULC手機(jī)的要求。運(yùn)營商收入和利潤的兩大主要?jiǎng)右蚴强蛻魯?shù)量和客戶使用手機(jī)的頻率。在競爭激烈的市場上，用戶很容易更換為其提供服務(wù)的運(yùn)營商，他們只需要簡單地將新的SIM卡換到手機(jī)里就可以。因此，對(duì)運(yùn)營商來說，如何為用戶提供最優(yōu)質(zhì)的服務(wù)和體驗(yàn)成為關(guān)鍵。優(yōu)質(zhì)的服務(wù)意味著網(wǎng)絡(luò)要能夠支持盡可能多的用戶同時(shí)使用，而且不會(huì)產(chǎn)生掉線等情況；良好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋是優(yōu)質(zhì)服務(wù)的又一體現(xiàn)，只要有需要，用戶可以在任何地點(diǎn)使用手機(jī)。由此可見，優(yōu)質(zhì)服務(wù)主要以網(wǎng)絡(luò)為中心，但手機(jī)本身在提高服務(wù)質(zhì)量上也大有文章可做。

        正確的ULC手機(jī)性能

　　手機(jī)的核心是手機(jī)芯片組。因此，手機(jī)芯片組的選擇就成為產(chǎn)品能否在ULC市場上成功的關(guān)鍵。成功的ULC產(chǎn)品需要四大因素：

        1、射頻性能

　　在新興市場上，2.5G（GSM/GPRS/EDGE）蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施通常借鑒西方國家，而西方國家正在向3G等下一代技術(shù)遷移。因此，ULC市場基礎(chǔ)設(shè)施的部署就產(chǎn)生了一個(gè)有趣的現(xiàn)象，即不同供應(yīng)商采用的GSM規(guī)格略有差異。于是，互操作性測試（IOT）就成為確保手機(jī)能夠在不同供應(yīng)商制造的基站之間無縫切換的關(guān)鍵。在處理各種不同基礎(chǔ)設(shè)施時(shí)，IOT 要求射頻收發(fā)器具備強(qiáng)健、靈活的特性。此外，IOT 還要求整個(gè)系統(tǒng)（包括軟件協(xié)議棧）堅(jiān)固耐用，同時(shí)要求對(duì)系統(tǒng)處理不同基礎(chǔ)設(shè)施之間細(xì)微時(shí)序偏差的能力進(jìn)行測試。

　　新興市場的網(wǎng)絡(luò)存在很多問題，比如城區(qū)網(wǎng)絡(luò)用戶過多（歸因于管理機(jī)構(gòu)分配的頻譜有限），農(nóng)村區(qū)域覆蓋不足等。為了解決城區(qū)用戶過多問題，每部手機(jī)都必須在特定網(wǎng)絡(luò)規(guī)格范圍內(nèi)工作，不能在發(fā)射射頻時(shí)干擾網(wǎng)絡(luò)上其它正在接收射頻的使用者。鄉(xiāng)村地區(qū)由于網(wǎng)絡(luò)覆蓋不足，手機(jī)的靈敏度（即在網(wǎng)絡(luò)信號(hào)弱的地區(qū)接收信號(hào)并正常工作的能力）成為關(guān)鍵。由于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有完善，因此射頻性能需要在連續(xù)變化的強(qiáng)、弱電場環(huán)境中保持良好狀態(tài)。同時(shí)在可能分配給手機(jī)的每個(gè)網(wǎng)絡(luò)信道上手機(jī)的靈敏度也要得到保證。由于設(shè)計(jì)出一種能在每個(gè)可能射頻信道上工作良好的射頻面臨著許多技術(shù)挑戰(zhàn)，手機(jī)芯片組供應(yīng)商在技術(shù)規(guī)格方面擁有許多例外。因此，多數(shù)芯片組供應(yīng)商只能確保射頻在低、中和高端頻段的強(qiáng)健性能。與此同時(shí)，性能在各種溫度和電壓環(huán)境下也要保持一致?！案鞣N溫度”意味著ULC市場要考慮到全球最熱的熱帶地區(qū)，即使環(huán)境溫度上升，射頻也應(yīng)保持與理想環(huán)境（通常是25攝氏度）相同的性能?！案鞣N電壓”意味著射頻性能不隨手機(jī)電池電量的變化而改變。最低程度上，也要采用射頻等各項(xiàng)性能完全通過 GCF（全球認(rèn)證論壇）測試的芯片組。

        2、功耗

　　良好的功耗性能（即一次充電后擁有最長待機(jī)時(shí)間和通話時(shí)間的能力）極其重要。上面已經(jīng)解釋了良好射頻性能的需求與電池電量（即可用壓降）相關(guān)。這一需求在ULC市場上被進(jìn)一步放大，尤其對(duì)于無法保證電源隨時(shí)可用的農(nóng)村地區(qū)。良好的功耗指標(biāo)還具有其它優(yōu)勢。手機(jī)中采用mAh（毫安時(shí)）值較小的小型電池，可以促進(jìn)手機(jī)的外形設(shè)計(jì)更加小巧、時(shí)尚。此外，小容量電池也可以降低手機(jī)的總成本。

       3、功能

　　除了語音、短信和黑白屏幕這些固定的功能以外，如果ULC手機(jī)增加彩屏、調(diào)頻收音機(jī)、音樂播放（MP3 等）、甚至數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（如WAP 和 MMS）等功能，超低價(jià)手機(jī)將不再超級(jí)單調(diào)乏味。

　　另外從運(yùn)營商的角度看，額外功能意味著附加ARPU的可能性。一些運(yùn)營商正在試驗(yàn)更積極的移動(dòng)服務(wù)補(bǔ)貼模式，即將手機(jī)只鎖定在自己的網(wǎng)絡(luò)上，然后以折扣價(jià)甚至免費(fèi)向用戶提供手機(jī)，通過ARPU獲得收益。這種商業(yè)模式的關(guān)鍵是手機(jī)服務(wù)無法被更改，否則這種模式就會(huì)失敗。當(dāng)然，如果手機(jī)服務(wù)被更改，運(yùn)營商就無法盈利；但更重要的是，如果手機(jī)服務(wù)不能更改，ULC用戶將無法通過其它新穎方式獲得手機(jī)并從中獲益。因此，手機(jī)芯片組解決方案要求提供一種強(qiáng)健而靈活的硬件加密機(jī)制，確保運(yùn)營商可以自由創(chuàng)新業(yè)務(wù)模式，這一點(diǎn)極其重要。在這一細(xì)分市場中增加并集成所有上述功能，同時(shí)維持低成本和高性能要求，都提出了很大的挑戰(zhàn)。于是我們進(jìn)入討論的最后一點(diǎn)——總成本。 

       4、總成本

　　高度混合信號(hào)集成與低成本半導(dǎo)體工藝的結(jié)合，將現(xiàn)有“單芯片”手機(jī)芯片組解決方案領(lǐng)入一個(gè)新時(shí)代，實(shí)現(xiàn)了一部手機(jī)中所有主要子系統(tǒng)（除了功率放大器和非易失存儲(chǔ)器以外）都集成到一片CMOS核心上。另外，CMOS集成技術(shù)甚至可以集成分立電子元件的大部分，而過去這些元件散置于手機(jī)各處。IC技術(shù)的進(jìn)步大大降低了單芯片解決方案的成本結(jié)構(gòu)，使真正低于20美元的ULC手機(jī)成為現(xiàn)實(shí)。

　　綜合考慮，ULC手機(jī)市場成功的關(guān)鍵是如何在具備上述射頻性能、功耗和功能的同時(shí)，維持低成本結(jié)構(gòu)。市場上推出的大多數(shù)單芯片解決方案都或多或少在某些性能上進(jìn)行了折衷。比較常見的是折衷RF性能，部分原因在于在手機(jī)基帶處理器中集成RF困難重重。同時(shí)由于過去 RF由專業(yè)供應(yīng)商提供，因此大多數(shù)基帶廠家在設(shè)計(jì)完成后才會(huì)考慮RF問題。

　　在今年年初收購Silicon Labs（芯科實(shí)驗(yàn)室）無線業(yè)務(wù)部后，恩智浦半導(dǎo)體推出了AeroFONE系列單芯片產(chǎn)品。AeroFONE產(chǎn)品采用獨(dú)特的設(shè)計(jì)方案，攻克了上述挑戰(zhàn)，并形成了完整的產(chǎn)品系列，既包含功能極其簡單的手機(jī)，也包含具備調(diào)頻收音機(jī)、MP3播放器和支持SD卡功能的音樂手機(jī)。AeroFONE產(chǎn)品集成了強(qiáng)大的ARM9微處理器核心，從而實(shí)現(xiàn)了上述功能；與之相比，競爭產(chǎn)品一般采用較低性能的 ARM7或?qū)Ｓ形⑻幚砥骱诵?。與ARM系列處理器相比，專有微處理器核心還具有不能充分利用行業(yè)知識(shí)和現(xiàn)有代碼庫等缺點(diǎn)。

　　AeroFONE系列產(chǎn)品一直保持業(yè)界優(yōu)秀的RF性能。其RF設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)曾是GSM RF CMOS設(shè)計(jì)的先驅(qū)，對(duì)于解決各種混合信號(hào)集成的挑戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)豐富。

　　另一混合信號(hào)創(chuàng)新方面的出色實(shí)例是：在RF與基帶所在的同一CMOS核心上集成了電源管理單元（PMU）。由于需要接入8V電池充電器，從而對(duì)亞微米CMOS解決方案的設(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn)。此外，為了給多個(gè)片上子系統(tǒng)生成所需的不同電壓標(biāo)準(zhǔn)，有效的方法是采用“直流/直流”轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)。但是，“直流/直流”轉(zhuǎn)換器會(huì)產(chǎn)生更多的電噪聲，這也是為什么大多數(shù)單芯片供應(yīng)商都不愿將PMU集成到RF與基帶所在的核心上。在所有非恩智浦解決方案中，唯一集成PMU的方案也沒有采用“直流/直流”轉(zhuǎn)換器，而是采用了線性穩(wěn)壓器的折衷方法，但其缺點(diǎn)是耗電指標(biāo)較差，導(dǎo)致電池壽命縮短 60%。

　　恩智浦的AeroFONE產(chǎn)品是目前唯一在RF與數(shù)字基帶所在單一核心上集成完整PMU（包括一個(gè)直流/直流轉(zhuǎn)換器和電池充電器）的單芯片產(chǎn)品。憑借各種系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)與創(chuàng)新技術(shù)，AeroFONE單片解決方案擁有目前業(yè)界前列的功耗指標(biāo)。而一流的功耗性能使小型電池的應(yīng)用成為可能，不僅顯著降低成本，還可以實(shí)現(xiàn)時(shí)尚的外形設(shè)計(jì)。

　　高水平的集成設(shè)計(jì)也有助于系統(tǒng)級(jí)成本的降低。與多芯片解決方案相比，芯片數(shù)量的減少導(dǎo)致板內(nèi)空間壓縮大約65%，而所需分立元件的數(shù)量也減少50%以上，從而極大地改善了手機(jī)的最終產(chǎn)量和測試時(shí)間。由于具備出色的能耗指標(biāo)，總成本還可以通過低成本的電池而進(jìn)一步降低。AeroFONE PNX 4901是目前第一個(gè)采用高性價(jià)比4層PCB板的手機(jī)平臺(tái)，總成本也由此進(jìn)一步下降。采用4 層PCB板確保ULC的制造可以在眾多地區(qū)完成，因?yàn)樾屡d市場的PCB 制造廠一般都支持簡單的4層設(shè)計(jì)，而6層設(shè)計(jì)則比較復(fù)雜和昂貴，仍然局限于較先進(jìn)的制造中心。

　　為了進(jìn)一步降低工程成本，加快上市速度，恩智浦公司動(dòng)用了自己在系統(tǒng)解決方案方面的強(qiáng)大優(yōu)勢，為數(shù)量不斷增加的原始設(shè)計(jì)制造商（ODM）提供完整的軟、硬件參考設(shè)計(jì)。在軟件工程占研發(fā)預(yù)算70%的領(lǐng)域中，參考設(shè)計(jì)進(jìn)一步降低了將真正ULC產(chǎn)品推入市場的成本。擁有這種能力的ODM已經(jīng)向不同地區(qū)的市場交付了數(shù)百萬部手機(jī)，并正在積極參與印度、拉丁美洲、中國等新興市場上的各類ULC產(chǎn)品招標(biāo)活動(dòng)。

　　結(jié)束語

　　如果過去的情況能夠作為對(duì)未來的市場的一種反映或暗示，那么可以預(yù)見到高端手機(jī)的功能將繼續(xù)滲透進(jìn)入U(xiǎn)LC手機(jī)細(xì)分市場，市場也會(huì)繼續(xù)推出更高集成度、更豐富多媒體設(shè)備甚至更快數(shù)據(jù)流量的創(chuàng)新產(chǎn)品。而所面臨挑戰(zhàn)依然是維持性能的同時(shí)，積極地整合功能并降低成本。

　　在競爭激烈的ULC市場領(lǐng)域，一種成功的產(chǎn)品需要適當(dāng)組合射頻性能、功耗指標(biāo)、功能和總成本。顯然，價(jià)格是這一細(xì)分市場最大動(dòng)力之一。然而，精明的手機(jī)制造商不會(huì)在重要的 ULC終端的性能方面作出妥協(xié)，同時(shí)還需要積極降低總成本（包括所有系統(tǒng)級(jí)成本，如元器件成本、電池成本），縮短上市時(shí)間，使其產(chǎn)品更具競爭力。