一種雙模雙待USB接口數(shù)據(jù)卡的低功耗設(shè)計(jì)

隨著3G網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模部署和4G網(wǎng)絡(luò)的逐步部署，支持?jǐn)?shù)據(jù)終端的傳輸速率越來越高，4G網(wǎng)絡(luò)下行數(shù)據(jù)速率已經(jīng)高達(dá)150MB／s以上，因此要求終端芯片處理速率越來越高同時(shí)數(shù)據(jù)處理速率的提高也增大了終端功耗的壓力，數(shù)據(jù)卡主要的產(chǎn)品形式的接口為USB接口，而USB2．0接口的最大功耗限制在5 V，500 mA時(shí)，已難以滿足數(shù)據(jù)卡對(duì)功耗的要求。另外，由于功耗的增大導(dǎo)致發(fā)熱的問題，嚴(yán)重影響了用戶體驗(yàn)和產(chǎn)品的使用壽命。因此低功耗設(shè)計(jì)對(duì)于數(shù)據(jù)卡的產(chǎn)品設(shè)計(jì)是必要的。

1 主流雙模數(shù)據(jù)卡的技術(shù)解決方案
    目前市場上銷售的雙模數(shù)據(jù)卡解決方案要用兩個(gè)制式的終端解決方案平臺(tái)，由于終端平臺(tái)芯片廠商的產(chǎn)品有所側(cè)重，而不會(huì)去支持所有的技術(shù)平臺(tái)，因此像高通有很多款基于CDMA的數(shù)據(jù)卡終端芯片，但是沒有WiMax的終端芯片產(chǎn)品。因此需要整合各廠家的平臺(tái)去支持雙?？óa(chǎn)品的設(shè)計(jì)。由于是整合不同廠家的平臺(tái)，還要兼顧產(chǎn)品的開發(fā)周期，因此一些硬件和軟件上的設(shè)計(jì),可能被忽略而導(dǎo)致設(shè)計(jì)方案不是最優(yōu)的。下面通過兩種雙模數(shù)據(jù)卡的設(shè)計(jì)方案，分析其優(yōu)缺點(diǎn)。

1．1 主流雙模數(shù)據(jù)卡方案1
    該方案的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)主要是整合兩個(gè)平臺(tái)的難度較低，開發(fā)周期較短，市面上的雙模數(shù)據(jù)卡較多采用該方案，但是該方案有明顯的缺點(diǎn)。
    (1)雙模之間的切換較慢，因?yàn)榍袚Q策略要綜合考量兩個(gè)平臺(tái)測量到的網(wǎng)絡(luò)信息，兩個(gè)平臺(tái)之間沒有辦法通信，只能通過USB HUB送到主機(jī)，需由主機(jī)的高層軟件來控制兩個(gè)平臺(tái)之間的切換。
    (2)增加了一個(gè)HUB，導(dǎo)致系統(tǒng)的功耗增加了約100 mA／5 V的功耗。對(duì)于USB2．0要求的功耗500 mA／5 V范圍，很多單平臺(tái)的數(shù)據(jù)卡類產(chǎn)品的功耗已經(jīng)接近該功耗數(shù)據(jù)的上限，因此功耗的增加已經(jīng)是一個(gè)很大的開銷，同時(shí)又增加了成本。
1．2 主流雙模數(shù)據(jù)卡方案2
    該方案的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是省去了一個(gè)HUB，降低了成本，同時(shí)切換的速率也會(huì)提高，但是該方案也有一個(gè)缺點(diǎn)，就是功耗。

    (1)由于WiMax基帶芯片和EVDO的基帶芯片不是同一個(gè)終端芯片廠家的，在處理的性能上兩個(gè)模塊不會(huì)有整合，導(dǎo)致CPU資源浪費(fèi)嚴(yán)重，當(dāng)WiMax制式工作時(shí)，EVDO芯片的CPU由于要處理從SDIO芯片送過來的數(shù)據(jù)包，EVDO的基帶處理器也會(huì)工作，兩個(gè)基帶處理器同時(shí)工作必然會(huì)導(dǎo)致功耗的增加。
    (2)由于要整合兩個(gè)芯片的軟硬件資源，必須要協(xié)調(diào)兩個(gè)終端芯片廠家的合作，必然導(dǎo)致開發(fā)周期的延長。

2 提出一種低功耗雙模數(shù)據(jù)卡的技術(shù)解決方案
    在總結(jié)上述兩個(gè)方案的基礎(chǔ)上，提出了一種折中的技術(shù)方案，該方案在增加系統(tǒng)硬件成本的同時(shí)，降低了系統(tǒng)的整體功耗，提高了切換時(shí)間，縮短了軟件開發(fā)的周期。

    該方案新增了一個(gè)USB Switch，Switch的成本相對(duì)于USB HUB較低，同時(shí)它的功耗可以忽略不計(jì)。該方案有以下優(yōu)點(diǎn)：
    (1)USB Switch的功耗可以忽略不計(jì)。
    (2)UART接口傳輸一些很小數(shù)據(jù)量的控制和狀態(tài)信息，不涉及高層的軟件修改。
    (3)快速切換和低功耗模式。
2．1 雙模雙待的技術(shù)實(shí)現(xiàn)流程
    (1)初始上電保持由GPIO控制USB Swithch確保EVDO基帶芯片和主機(jī)的通信，WiMax基帶芯片不和主機(jī)通信但是定時(shí)做射頻信號(hào)的測量，并通過UART信號(hào)送到EVDO基帶芯片。
    (2)EVDO的基帶芯片根據(jù)一定的策略計(jì)算由哪張網(wǎng)絡(luò)為用戶提供服務(wù)。
    1)如果由EVDO提供服務(wù)，則WiMax進(jìn)入待機(jī)模式，定時(shí)醒來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信號(hào)測量，并通過UART把網(wǎng)絡(luò)信號(hào)信息送到EVDO處理器，根據(jù)策略如果發(fā)現(xiàn)需要切換到WiMax網(wǎng)絡(luò)，則EVDO通過GPIO控制USBSwitch關(guān)閉自己與主機(jī)的通信，改由WiMax基帶芯片于主機(jī)通信。EVDO進(jìn)入待機(jī)模式，并定時(shí)醒來進(jìn)行信號(hào)測量并把網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳遞給WiMax基帶處理器。
    2)如果由WiMax提供服務(wù)，則EVDO通過GPIO控制USB Switch關(guān)閉與主機(jī)的通信，改由WiMax基帶芯片于主機(jī)通信。EVDO進(jìn)入待機(jī)模式，并定時(shí)進(jìn)行信號(hào)測量并把網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳遞給WiMax基帶處理器，并由WiMax基帶處理器根據(jù)切換的策略來決定為用戶提供服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。如果需要切換到EVDO，執(zhí)行相同的操作。
2．2 軟硬件技術(shù)可行性分析
    (1)硬件方面。
     硬件方面的主要障礙是USB通信通道由當(dāng)前平臺(tái)切換到另一個(gè)平臺(tái)的時(shí)間。如果切換時(shí)間過長，就有可能影響用戶的通信。當(dāng)切換事件發(fā)生時(shí)，USB數(shù)據(jù)通路會(huì)與當(dāng)前平臺(tái)斷開而與另一個(gè)平臺(tái)建立通信，建立通信時(shí)需要通信平臺(tái)向主機(jī)進(jìn)行枚舉設(shè)備和主機(jī)給相應(yīng)的平臺(tái)加載驅(qū)動(dòng)程序。USB的枚舉時(shí)間和加載驅(qū)動(dòng)時(shí)間可以控制在ms級(jí)。因此帶來切換時(shí)間的增加是可以接受的。在切換時(shí)間內(nèi)用戶的語音通信可能會(huì)有延時(shí)，但影響較小。由于WiMax網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍很廣，在寬闊的區(qū)域可以達(dá)到30 km，因此對(duì)于用戶網(wǎng)絡(luò)之間的切換不常發(fā)生。
    (2)軟件方面。
    相對(duì)于方案1，軟件方面要增加的主要工作量是通過UART(串行通信接口)進(jìn)行少量的網(wǎng)絡(luò)信息的傳遞交換，信息的交換可以通過簡單的底層通信協(xié)議完成。在驅(qū)動(dòng)程序?qū)用婵梢酝瓿稍摴δ埽粫?huì)涉及到高層協(xié)議軟件的修改，因此在軟件上實(shí)現(xiàn)該功能還是比較容易的，不會(huì)增加開發(fā)難度和周期。軟件方面的主要工作就是協(xié)調(diào)兩個(gè)平臺(tái)廠商進(jìn)行兩個(gè)通信協(xié)議信息的定義和UART驅(qū)動(dòng)程序修改。

3 結(jié)束語
    文中提出的雙模雙待數(shù)據(jù)卡新的解決方案，在降低系統(tǒng)成本的同時(shí)，又降低了功耗，增加了用戶的體驗(yàn)，是一種理想的雙模雙待數(shù)據(jù)卡類產(chǎn)品解決方案。