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超低价手机用芯片之功效解构

2007-12-10 嵌入式在线收藏 | 打印

超低价手机用芯片除了不断诉求料件成本的低廉、料件用数的稀少之外，在成本降低的同时其实也减少了芯片的功效，到底保留与减损了哪里些功效呢？本文将对此进行探究……

超低价手机的概念似乎与超低价(金砖4国、新兴国家型)计算机的起步时间相近，皆在2004年、2005年左右提出，概念提出后随即有对应的芯片方案推出，并在至今3年的时间内有了若干改版，有的已经进入第3代，有的则进入第2代(从ULC变成ULC 2)，有的则是针对第1代进行强化提升(从ULC变成ULC+)。

新一代产品的推出不见得取代原有产品，原有产品可能与新一代产品都持续销售，例如原有产品仅支持GSM，而新一代产品支持GPRS，成为低价与更低价的2种选择，或者是过渡一段时间，日后逐渐汰去旧代。

所以，要解构超低价手机用芯片的功效，不能单只以最新一代为准，甚至必须与前一代进行比较，才能了解前后代的差异。以下本文将以此角度来进行各项功效讨论。

「平台」一词的意涵

首先必须了解，今日诸多业者倾向将其单芯片(Single-Chip)方案、芯片组(Chipset)方案改称为平台(Platform)方案，平台的意涵一样是指1颗芯片或2颗(含以上)所组构成1套芯片组，但更进一步的意思是软件方面的持续兼容，在平台上开发、撰写成的韧软件未来将可持续沿用。

例如TI就将其超低价手机用芯片称为eCosto平台、LoCosto平台，更进一步的第3代则称为LoCosto ULC平台，或如Infineon将E-GOLDradio、E-GOLDvoice等归属在「Mobile Phone Platform」下。

而Qualcomm也相同，将低价／超低价手机用的芯片组、单芯片归属于Value Platform(超值平台)中，其它还有Multimedia Platform(多媒体平台)、Enhanced Multimedia Platform(强化型多媒体平台)、以及Convergence Platform(聚合平台)。

事实上不只手机用单芯片／芯片组以「平台」来称，PC芯片组也是相同，Intel近年来新发展的芯片组都以「平台」来称呼。

当然，除了「平台」一称外也有业者用其它称呼，例如称为「解决方案；Solution」，如NXP即称AeroFONE系列超低价手机用芯片为「解决方案」。

芯片方案的组态演化

超低价手机用芯片一推出时就是以单芯片型态登场的吗？答案是「不尽然」，初期仍有业者以芯片组型态来推行，之后才逐渐进行整并。

举例来说，NXP的Nexperia 5110、5120、5130等解决方案即是由4颗芯片所构成，其中包括了1颗无线射频收发器(Transceiver)、1颗基频(Baseband; BB)处理器、1颗电源管理单元(Power Management Unit；PMU)芯片、以及1颗电池充电芯片(Charge IC)。然之后NXP收并的AeroFONE系列就成了单芯片方案，1颗芯片内包含前述的多项功效。

类似的，Infineon的第一代超低价手机用芯片也是由2颗芯片所构成，1颗是E-GOLDradio，另1颗是E-POWERlite，其中E-GOLDradio具有基频处理与射频收发的功效，而E-POWERlite则具有电源管理及充电控制的功效。

其实E-GOLDradio是整合了E-GOLDlite的基频处理器与SMARTi SD2的收发器，所以能在同一颗芯片内兼具基频与射频功效，而E-GOLDlite、E-GOLDradio、E-POWERlite(之后改称X-PMU 201)、SMARTi SD2等都只是额外附加的称呼，其真正的芯片编号则是PMB 6814、PMB 7870、PMB 7860、PMB 6271等。

第1代的方案还需要2颗芯片，但之后的第2代(称为ULC2平台)就不需要，Infineon的第2代超低价手机用芯片正式整合成单芯片版本，称为E-GOLDvoice，E-GOLDvoice中仅有1颗X-GOLD 101，也称PMP 7880，等于再把「基频/射频」与「电源/充电」功效整合为一。

在芯片的整合、整并演进中，无线射频收发器的整合是较为艰难的一段。

除了「先芯片组，再单芯片」外，也是有业者一起头就以单芯片方式投入超低价市场，如TI、Qualcomm即是TI的eCosto、LoCosto、LoCosto ULC等3个代，以及Qualcomm的QSC6010、QSC1100等都是单芯片方案。

多数皆内建数码信号处理器

有人认为超低价手机为了精省裸晶内的电路面积成本(Die Size)，会连数码信号处理器(Digital Signal Processor; DSP)的功效电路都不保留，但事实也是「不尽然」。

以TI而言，其1-3代的低价／超低价手机用芯片都具备该公司的DSP核心，即TMS320C55x，而Infineon的E-GOLDradio、E-GOLDvoice，或者是NXP的AeroFONE系列等也都有内建CEVA-TeakLite、CEVA-Teak等DSP(附注1)，此外Qulacomm的QSC6010也内建该公司独有的QDSP4000。

不过也有一些芯片方案并不具备DSP，如NXP Nexperia 5110/20/30系列，或如Qualcomm的QSC1100等等都只具备微控制器/处理器。

在DSP外，MCU/MPU部分也值得注意，低价／超低价手机所用的MCU/MPU核心多半是ARM7或ARM9，更具体而言即是ARM7TDMI、ARM926EJ-S等，至于ARM10、ARM11以上等更高层次的核心则尚不可见。

彩色显示器？黑白显示器？

许多人也认为：既然要低价，那么手机的显示器必然要采行黑白显示器，而不能使用成本较高的彩色显示器，不过芯片业者必须尽可能为手机研制业者设想，在价差有限的情况下，仍然有可能采行彩色显示器，所以超低价手机用芯片所内建的显示控制器(Display Controller)也具备彩色控制能力，而不是更单纯的黑白控制。

更进一步的，为了储存显示资料，一般的手机设计上还需要外接若干容量的SRAM来因应，而今这个SRAM也多半已整合到芯片内，省去再行外接的成本，不过内建的容量也不会太大，因为SRAM非常耗占芯片电路面积(每个记忆位要4个或6个晶体管，相对的DRAM每个记忆位仅1个晶体管与1个电容)。

既然容量不会太大，连带的芯片可以进行的显示控制分辨率也不会太高，举例来说，TI的TCS2305(GSM版的LoCosto ULC)若用于黑白显示控制时的分辨率最高为96 x 96像素，而若用于彩色显示控制则128 x 160，且每个像素最高有65,536色(每像素16个位)的出色能力。很明显的，这与PDA、Smartphone的340 x 240分辨率是无法比拟的。

要注意的是，芯片只内建显示控制之用的SRAM，手机芯片的程序存储器(NOR Flash)、资料存储器(pSRAM/PSRAM，也称：伪SRAM)等依然要外接，这些并没有内建。

「超低价」依然有功效高低之别

低价与超低价手机用芯片除少数是支持EDGE或CDMA2000 1X之外，绝大多数都是支持GSM或GPRS，然也因为支持GSM及GPRS而有了更细腻的层次之别，最初阶的支持是仅支持GSM(纯语音应用)，而不具备GPRS，而稍微进阶则支持GPRS(语音应用之外也支持数据应用)。

举例来说，TI的GPRS版LoCosto ULC支持连接MMC或SD界面的存储器卡，也支持IrDA红外线传输、第2组显示器(称为Secondary Display)、蓝牙的FM收音、VGA等级的摄影镜头等等，但GSM版LoCosto ULC就没有这些功能，不能接MMC/SD记忆卡，也不具备IrDA红外线、仅有1组主显示器而不具备第2组显示器、不能接蓝牙FM及摄影镜头等。

事实上若支持GSM而不支持GPRS，则其手机功效将相当阳春、有限，纯GSM手机大体只能拨打／接听电话、收发文字简讯、简单的联系人资料维护(新增、修改、删除)、以及FM(调频)收音机、MP3音乐播放等应用，除此之外难有更多应用。

另外，Infineon在其ULC2平台上也提供多种的选用功效搭配，运用电路布局上的弹性规划，可让手机具备FM收音机功效、MP3音乐播放功效、VoIP功效(透过Wi-Fi来通话)、以及蓝牙听筒功效。不过这4项功效并无法同时具备，理由是4项功效的电路都被设计在相接近的位置，因此只能4选1而用。

值得注意的是，许多超低价手机用芯片也开始具备USB接口，不仅可让手机与计算机交换/同步资料，也可以透过USB接口来进行手机内的电池充电，过去USB接口传输、充电等功效是在高阶的智能型手机(Smartphone、PDA Phone)上才具备的，原因是智能型手机需要透过USB接口将个人行程、个人信息(Personal Information)与计算机进行同步(Sync)，而今在超低价手机上也可见。

成本尚未探底！业界仍须努力！

上述所谈的种种都是硬件层面的设计，然在整体方案上也不得不去谈论手机操作系统的部分。

由于超低价手机诉求「超低价，Ultra Low-Cost」，因此必然无法搭配功效丰富、授权费用偏高的Windows Mobile(骨子即是Windows CE)的嵌入式操作系统，否则将垫高手机的整体成本。不过在超低价手机愈来愈盛行的情况下，也不得不迫使Microsoft回应，Microsoft初期发展出低于100美元的Windows Mobile手机，之后进一步能低于50美元。

另外，50美元、42美元是否已是手机的低价极限？答案似乎为否，现在超低价手机的料件成本已经能够压在20美元之内，接下来将以低于10美元为目标迈进，预计在2年时间内达成此一目标。而10美元是极限了吗？答案依旧为否，业界的目标是让料件成本低至5美元，售价上为10美元，如此每销售1支手机都仍有5美元的利润空间。

总而言之，超低价手机的价位尚未探底，如何进一步降价将成为芯片业者、手机设计业者等的共同考验。

△图说：TI LoCosto ULC系列的GSM单芯片：TCS2305，TCS2305已经将无线射频收发器(DRP)、电池充电器(Battery Charger)、电源管理(Power Manager)等整合为一，此外还内建音讯/视讯边解码器、白光LED升压驱动等等。（www.TI.com）

△图说：TI LoCosto ULC系列的GPRS单芯片： TCS2315，GPRS版在功效上可说是GSM版的超集(Super-Set)，原有GSM版所具备的功效GPRS版都具备，除此之外还有诸多GSM版不具备的功效，如IrDA红外线传输、视频摄影机、第2组显示器等等。（www.TI.com）

△图说：Infineon将自有2005年的P2002手机平台与2006年的(第1代)ULC平台进行比较，可明显看出两者的差异，无线在电路板的布局占用面积、电子零件的使用数等，ULC平台都大幅精简。（www.Infineon.com）

△图说：Infineon的ULC 2平台上，除单芯片外还留有1块电路布局空间，可供各种类型的功效追加，包括可追加FM收音机、MP3随身听、Wi-Fi Phone/VoIP网络电话、蓝牙无线话筒等等。（www.Infineon.com）

△图说：NXP的低价／超低价手机单芯片：AeroFONE系列的PNX4905(原称：Si4905)之功能方块图，其中将无线射频电路整合至单芯片内的技术称为Aero II技术，PNX4905支持GPRS。（www.NXP.com）

△图说：Qualcomm的单芯片手机方案：QS60xx系列的功能方块图，其中MCU/MPU部分用的是ARM的ARM926EJ-S，而DSP部分则使用Qualcommm自家的QDSP4000，此外也具有摄影机界面、USB界面。（www.Qualcomm.com）

附注1：CEVA-TeakLite、CEVA-Teak是DSP硅智财，由CEVA公司研发，芯片设计者若在其芯片设计中需要用上DSP的功效电路，即可付费给CEVA公司，由CEVA公司授权其使用。

360°技术：EDGE

EDGE有时也称为EGPRS(Enhanced General Packet Radio Service，强化型GPRS)，EDGE是通讯、电信产业的专业术语，其全称是Enhanced Data rates for GSM Evolution，EDGE技术及其标准是用来强化GSM(Global System for Mobile communications)数码移动电话在数据收发上的传输速率，以及收发时的稳定性。

在此之GSM已提出GPRS技术来强化数据传输，而GSM被称为2G、GPRS被称为2.5G、如此EDGE也是以GSM、GPRS为基础的提升，因而称为2.75G。EDGE是在2003年提出，最初在北美市场使用，之后世界各地的电信营运业者也有布建GPRS建设、开通GPRS服务。

EGDE理论上的最高速率为384Kbps，为GSM的3倍快，原因在于EDGE采行8PSK编码法，每1个信符能传递3个位资料，而原有的GSM则使用GMSK编码法，每1个信符只能传递1个位资料。另外EDGE追加了递增式备援(Incremental Redundancy)机制，使正确解码的机率提高，进而增加收发时的稳定性。