双模双待SIM卡驱动单芯片解决方案

双模双待SIM卡驱动单芯片解决 前言 随着3G的推广和普及，手机市场也步入一个多模时代。中国2G、3G网络并存的状况不可避免，为了使用原来的手机号，并避免带两个手机在身上的麻烦，双模或多模手机将成为市场过渡阶段的必然选择。 双模双待手机是指一部手机可以同时使用两种不同制式的卡，且两张卡可以同时在网，使用两个网络的业务。随着国内3G 牌照的发放，电信采用CDMA2000，联通采用WCDMA，移动则将采用TD-SCDMA，加上原有的GSM和CDMA，今后国内会有5种不同的手机网络制式并存。面对不同制式的网络和不同运营商推出的各种服务，双模双待手机这一细分市场在国内多种网络制式并存的现状下，将会保持较快的增长。另外在国外市场，如印度、*、欧美等手机市场中双模双待手机也有很大的增长空间，这些国家存在多家运营商和同一运营商经营两个网络的现象，不同的网络有不同的资费和增值服务业务，双模双待手机能够满足消费者对不同运营商以及不同业务的服务需求。 双模双待的发展过程 SIM 卡接口是由一个电源线(VSIM)和三个信号线(SCLK、SRST、SIO)组成的，VSIM提供SIM 卡电源供电，SCLK 为时钟，SRST 复位用，SIO 传递数据。电源线电阻率低， 要有驱动能力，SIM 卡内部峰值电流能高达50mA，信号线要求足够带宽传输数据，高速的SIM 卡协议要求SCLK 的时钟能达到12MHz，并要求有抗干扰的能力。 图1 现有的双模双待方案 双模双待兴起时，市场上主要是以GSM 为主的双模双待手机，一个现有的方案是采用AW6302 加两个四路模拟开关实现两个卡槽任意放G 卡或C 卡，即G/C+G/C，如图1所示。这种方案的缺点在于: 1.模拟开关在信号传输通路上插入了阻性和容性负载，这会影响和SIM 卡接口的安 全性和可靠性。通常四路低电阻的模拟开关其导通电阻Ron 会小于1ohm，但是其寄生的 电容会高达100pF，而高带宽的四路模拟开关其寄生电容能控制住20pF 以内，但其导通 阻抗又会上升到10ohm 的量级，通过模拟开关连接SIM 卡接口的信号线如SCLK、SIO、 SRST 在受到射频干扰的时候，更容易产生错误。SIM 接口的3 根信号线对模拟开关的要 求是小寄生电容，而电源线的要求是小电阻，这样无论选择哪种模拟开关都很难满足要 求。 2.需要两个四路模拟开关及占用了PCB 的面积。 3.需要两个GPIO 资源。G+C 的手机系统资源本身就很紧张，这样的设计就让系统资 源更加紧张了。 随着CDMA 的发展，特别是3G 的普及，市场对以CDMA 或3G 为主的双模双待手机的 需求也逐渐增大，现在3G 智能机带有GSM Modem 和CDMA Modem，使用SPI 接口的芯片 实现双模双待就不方便了，所以 出现了两个四路模拟开关实现双模双待的方案，G 卡和 C 卡位置可以互换，但是不支持G+G，如图1 所示，此方案同样也存在模拟开关没有驱 动能力和抗干扰差的缺点。 单芯片双模双待方案 综合考虑了上面两种方案的优缺点，并针对客户的需求，艾为电子相继推出AW6322、 AW6332 系列化的双模双待单芯片解决方案，如图2 所示。 图2 AW6322和AW6332的单芯片双模双待方案 AW6322单芯片双模双待解决方案 AW6322 是一款具有SPI 接口的SIM 卡控制器，特别适合使用MTK 基带芯片(MT6223、 MT6225)实现以GSM 为主的G+G、G+C 双模双待手机方案,典型应用如图3 所示。AW6322 双模双待单芯片方案可实现两个卡槽任意放置G 卡或C 卡，支持G 卡和C 卡的任意组合， 即G+G/G+C/C+G。C+C 现在CDMA 基带芯片尚不支持此功能，但是该方案可实现双C 单待 的应用。 图3 AW6322典型应用图 相对于原有的GSM 为主的方案，AW6322 单芯片双模双待方案具有如下的优势: 1.消除了模拟开关存在的无驱动能力、信号损耗和抗干扰差的缺点。 2.节省二个四路模拟开关，节省了PCB 空间。 3.无需额外的GPIO 口，节省了系统资源。 4.省三颗芯片之间的十六根连线，使得PCB 的布局布线更优化。 5.支持G+G、G+C、C+G，允许用户任意选择SIM 卡和UIM 卡的卡座。 AW6332单芯片双模双待解决方案 AW6332 是一款具有通信通道选择功能的SIM 卡接口驱动芯片，能满足客户对以 CDMA 或3G 主的双模双待的需求，典型应用图4 所示。该方案可实现两个卡槽任意放置 2G 卡或3G 卡，支持2G 卡或3G 卡的所有两个不同制式的任意组合。 图4 AW6332典型应用图 相对于模拟开关方案，AW6332 单芯片双模双待方案具有如下的优势: 1.消除了模拟开关带来的无驱动能力、信号损耗和抗干扰差的缺点。 2.节省一个四路模拟开关。 3.节省了基带和卡之间的八根连线。 4.支持2G+3G、3G+2G，允许卡座任意互换。 AW6332 的基本工作原理如下:引脚EN 上拉到高电平时使能芯片，通过SEL 的电平 高低控制基带和卡座的互换或者直通，SEL 为高电平时，通道互换(G_X??SX2、 C_X??SX1);SEL 为低电平时，通道直通(G_X??SX1、C_X??SX2)，X 分别为CLK、 RST、IO。AW6332 内置了两个低功耗、高精度的LDO 来实现给SIM 卡的供电功能，通过 检测G_VSIM 和C_VSIM 的电压值，检测结果自动控制给VSIM1 或者VSIM2 的电压为1.8V 或者3.0V。芯片内部有专门的电平转换电路和驱动电路，针对SCLK、SIO、SRST 等信号 进行增强驱动和处理，消除了损耗和干扰的问题。 艾为SIM卡接口驱动系列芯片的特点 AW6302、AW6322、AW6332 是艾为针对SIM 卡驱动芯片市场专门设计的三款适合双卡 双待、双模双待应用的高性能模拟芯片。在引脚分布和功能定义方面，尽可能的做到了 向下兼容，例如:AW6322 比AW6302 多了支持G+C 的功能，同时它可以直接向下兼容 AW6302，而A6332、AW6322 两款芯片的PIN 脚绝大部分是兼容的，方便客户在电路板上 做兼容性设计，降低制作PCB 的成本和备货的风险，同时也能增加设计的灵活度，应用 时可以参考AW6322、AW6332 的兼容性设计资料，PIN 脚分布图如图5 所示。 图5 AW6332和AW6322的PIN脚分布图 模拟开关只是一个信号通路，没有驱动和处理信号的能力，由于在输入端和输出端 都存在着寄生电容和串联电阻，所以信号在传输过程中存在损耗和被干扰的现象。 艾为 电子的SIM 卡接口驱动系列芯片(AW6302、AW6322、AW6332)都保持了高品质、高可靠 性的传统。为了降低掉卡概率，艾为电子采用多种技术提高了可靠性: 1.Deglitch 消除时钟毛刺干扰技术 在数据传输中，时钟的信号质量是至关重要的，任何的毛刺和畸变都会导致数据传 输错误，很大一部分的掉卡是由时钟受到干扰导致的。 时钟输入引脚:G_CLK、C_CLK、SPICK 分别做了Deglitch 电路，滤除了时钟信号上 由于信号完整性或者射频干扰导致的毛刺，避免读写错误，如下图所示: 图6 DEGLITCH消除时钟毛刺干扰 2.Slew Rate控制技术 SIM 卡接口的信号线SRST 和SCLK 都做了Slew RATE 控制，通过控制SRST 和SCLK 的上升下降沿的变化速率，从而减小了对阻抗匹配的要求。如果PCB 走线的特征阻抗与 负载阻抗不匹配时，信号到达接收端后有一部分能量将沿着传输线反射回去，使信号波 形发生畸变，甚至出现信号的过冲和下冲。有了Slew Rate 控制后，即使SIM 卡离芯片 的距离比较远，也不易造成对SIM 卡的误操作，如下图所示: 图7 SLEW RATE控制作用示意图 3.双向IO动态上拉技术 双向IO 口支持Open Drain，低电平到高电平的翻转依靠一个上拉电阻实现，AW63X2 的动态上来技术会加速双向IO 口低电平到高电平的翻转过程，缩短信号的上升时间， 减少信号沿变化时受干扰的概率。当双向IO 的电压上升到高于0.8V 时，将启动上拉功 能，如下图所示: 图8 动态上拉IO作用示意图 4.完善的故障保护机制 SIM 卡在插拔过程中容易引起短路，完善的故障保护机制能够避免短路导致的芯片 损坏，AW63X2 系列产品内置的高性能的LDO 都具备完善的过流保护功能，即便SIM 卡电 源被长时间接地，或者任意的SRST、SCLK 被短路或者连接到地，也不会造成芯片的损 坏，并且故障去除后能迅速恢复正常工作。另外，SIM 卡接口直接与外界接触，非常容 易受到静电的冲击。AW63X2 的所有引脚都通过了?8KV 的HBM ESD 测试和?450mA 的 Latch-up 测试，大大提高了系统的可靠性。 手机设计人员在应用AW63X2 系列芯片进行PCB layout 设计时要注意: 1.芯片的外部电容要尽量靠近芯片引脚，推荐使用0402 的X5R 陶瓷电容。 2.AW6302、AW6322、AW6332 采用的都是20 引脚的QFN3mmX3mm 封装，芯片底部裸露 的焊盘为GND，要直接连到PCB 板的地层上。 3.时钟和数据线推荐用中间层走线，VBAT 引脚最好单独用一根短而粗的电源线。 4.接口模块在PCB 的位置应远离射频电路，尽可能靠近SIM 卡座。 在2G 向3G 过渡的阶段，多种网络制式并存的现状成为必然，双模双待手机为2G 向3G 平滑过渡提供了一个平台。艾为电子的AW6322、AW6332 SIM 卡接口芯片能够为客 户提供高品质、高可靠性的双模双待单芯片解决方案，满足客户不同的需求: 1.AW6322 适合以GSM 为主的双模双待手机方案。 2.AW6332 适合以CDMA 或者3G 为主的双模双待方案。