智能手机硬件架构分析

智能手机硬件架构分析

俞昌国

维沃移动通信有限公司 广东东莞 523000

摘要:伴随现代电子信息相关科学技术持续进步发展，智能手机在全国范围内普及应用，人们对于智能手机内部硬件和结构要求逐步提升，而若想为今后更好地优化改进智能手机整体硬件功能，持续提升智能手机的硬件部分设计开发相关技术水平，就务必要持续增加对智能手机内部硬件结构相关课题研究，便于更为全面细致了解其内部硬件架构。故本文主要围绕着智能手机内部硬件架构开展深入研究及探讨，期望可以为后续更多技术工作者和研究学者对此类课题的实践研究提供有价值的指导或者参考。

关键词：智能手机；硬件架构；结构

前言

对于智能手机来说，硬件属于其总体结构的核心部分。因而，综合分析智能手机内部硬件架构，对今后更好地优化智能手机内部硬件架构来说，有着一定的现实意义和价值。

1. 简述智能手机总体结构

内含独立操作系统以及运行空间，用户可自行安装系统软件、导航、游戏相关第三方的服务商所提供设备，借助移动通讯相应网络来接入无线网络手机类型，即智能手机。对于智能手机总体结构，其属于袖珍计算机，内含处理器、I/O通道、存储器，还有如摄像头、耳机接口、USB接口、显示屏，侧按键和各种传感器等相关输入/输出设备。智能手机借助如PHS、CDMA、GSM、空中的接口协议，5G通信协议与基站实现通信、数据以及语音传输等^[1]。

2. 硬件架构

2.1 产品定位和需求分析

智能手机在总体硬件架构设计之前，先要明确产品定位，产品定位为高端，中端还是低端。当然还需要定位该段位产品的特色和亮点和价格，这样方便选取配置，也就是需求分析。譬如说平台选用MTK平台还是高通平台或者三星平台，显示屏选用Amoled屏还是Incell屏，前置摄像头选用数量和像素以及功能的分配，后置摄像头的数量和像素以及功能的分配等等。同时产品的外形构造是否满足产品的定位和需求分析，都和硬件架构相关。因此硬件架构分析牵涉到关键器件的选用，平台和芯片的选用与处理，结构空间的堆叠布局，极限位置的厚度分析等等。

2.2 关键器件的选用

首先需要根据智能手机的产品定位，我们选用与之匹配的关键器件，否则乱选用不同的关键器件，会导致产品的成本与产品的定位不符，最终影响到产品的策略。因此必须选用与产品定位符合的关键器件。当然产品定位也是根据用户需求来定义的，譬如手机电量一般使用一天以上，但是随着5G手机持续普及，视频和游戏以及刷抖音等高耗电应用场景进一步提高，手机耗电量加大很多，有时手机电池电量一天都用不了。为了满足用户至少一天的电池使用电量，就必须要加大手机电池电量的容量，其中厚度方向对手机电池电量影响最大，因此必须要加大手机电池的厚度，在满足手机整机轻薄厚度的前提下，如何设计更厚的电池就显得尤为重要。

再譬如随着5G通信的普及，消费者使用视频电话和自拍的场景越来越多，因此选用更高像素的前置摄像头就迫在眉睫，自拍出更清晰，像素更高的图片和视频，用户的必然选择。因此就必须选用像素更高或者加持AF自动对焦的前置摄像头。

智能手机越高端，意味着选用的关键器件就越高端，譬如显示屏选用120HZ高刷屏的柔性屏，或者后置摄像头选用一亿像素的摄像头等等。

2.3平台和芯片的选用与处理

2.3.1 在主电路板以及电路结构层面

智能手机总体硬件架构当中，主电路板是平台与芯片实现最优化的载体。主电路板属于重要部件，其通常和各部件经数据软线或者是触点相予以有效连接。主电路板属于智能手机当中硬件架构核心，负责智能手机的信号输入以及输出、发送以及处理信号、整机供电以及各项控制操作。BGA，属于集成电路所用有机载板封装方法，所具备特点集中表现为少封装面积、较多引脚数目、强大功能加大等；PCB板熔焊期间可自我居中，且易于上锡，有着优良电性能以及可靠性高、低成本等优势。智能手机总体硬件架构当中，电路负责为手机供电，且具备相应控制功能。智能手机总体硬件架构当中，电路以接口、电屏显、操作、电源和充电、存储器、处理器、语音、射频等电路为主，还包含着如摄像头、振动器、传感器、收音、天线、蓝牙等其余功能电路^[2]。

2.3.2 在处理器层面

1）在双处理器层面

双处理器式硬件架构的智能手机，其内部以主处理器以及从处理器为主。主处理器主要运行开放形式的操作系统及操作系统内部各种应用，负责控制整个系统；从处理器，则用于基本的无线通信，内含数字基带的芯片（DBB）、模拟基带（ABB），调制解调语音信号以及数字化语音信号、信道的编码解码、控制无线Modem等。主处理器，即应用处理装置（AP），从处理器即基带处理装置（BP），两者间借助串口、USB、总线方式实现通信，手机不同芯片生产厂所用集成方式往往有着差异性，市面上目前仍多为串口通信。智能手机，其实是传统手机硬件架构当中BP内增加如天线、扬声器、摄像机的控制器、LCD控制、音频芯片相应特定外围电路，构成智能手机完整硬件架构。

2）在单处理器层面

单处理器式硬件架构的智能手机仅含处理器，单处理器即为智能手机如GPRS、信息、通话各项基本的通信功能以及多媒体、系统应用软件处理等仅用单个处理器便予以解决。单处理器主要集成SRAM、电源管理、射频、模拟基带、数字基带各项功能。

2.3.4 在重要芯片层面

1) 在处理器的芯片层面

中央的处理器（CPU）芯片，从属智能手机整个硬件架构核心部件，智能手机微处理器，其与计算机内部中央的处理器较为类似，属于整台的智能手机实现有效控制的重要中枢系统，更属于逻辑控制的核心部分。微处理器井存储器内部软件运行和存储器内部数据库调用，确保整体监控智能手机目的得以实现。

2）在电源管理的芯片层面

用于对智能手机供电电源实施有效管理的芯片，即电源管理的芯片，智能手机总体硬件架构当中，负责电能变换以及检测，并管理其余电能一种芯片，可实现对于电池充电有效管控。

2.4结构空间的堆叠布局

在智能手机总体硬件架构当中，结构空间的堆叠布局是非常重要的环节，它牵涉到各个关键器件的位置摆放，系统全面地影响到天线的性能，电子基带射频的性能，外观ID的美观，结构可靠性和精致精细度，零件的可制造性，整机的组装性等等。譬如几个后置摄像头位置摆放直接牵涉到主板有限空间内是否能摆放出CPU和flash芯片，以及最终电池外形尺寸的影响，天线馈点弹片能否摆下，是否影响到天线实现方式等等。

2.5极限位置的厚度分析

根据产品定义，整机的厚度随着产品定位不同而变化，如果产品定义为极限超薄，意味着整机厚度被严重压缩，这样就会出现有些位置的厚度不足，必须要进行厚度分析确定如何对各个零件进行厚度分配，从而满足整机零件的可制造性和可量产性。因此对极限位置进行厚度分析是必不可少的环节。

结语

综上所述，智能手机总体硬件架构当中，硬件架构分析牵涉到关键器件的选用，平台和芯片的选用与处理，结构空间的堆叠布局，极限位置的厚度分析等等。在平台和芯片的选用与处理中，主要包含着主电路板以及电路、处理器，还有如射频以及射频功放、处理器、电源管理、存储、音频控制等各种芯片，伴随智能手机相关工艺技术成熟度持续提升，智能手机总体硬件架构得以逐步优化、完善。

参考文献

[1] 李景群. 高性能CNN硬件加速器的研究与设计[D]. 哈尔滨工业大学, 2019,26(003):196-198.

[2] 凌晨鹤. 我国当前智能手机市场结构分析及厂商的竞争策略研究[J]. 2021,15,(018):945-946.

[3] 靖玲. 高通MSM8916处理器的智能手机硬件设计与实现[D]. 上海交通大学.2019,19(010):222-224.