描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787121299445
入 门 篇
第1章 移动通信发展史和关键技术 2
1.1 无线电通信发展史 2
1.2 移动通信网 3
1.2.1 交换子系统（SSS） 4
1.2.2 基站子系统（BSS） 5
1.2.3 操作维护子系统（OMS） 5
1.2.4 移动电话机（MS） 5
1.3 多址接入 6
1.3.1 频分多址（FDMA） 6
1.3.2 时分多址（TDMA） 7
1.3.3 码分多址（CDMA） 7
1.4 编码与数字调制 11
1.4.1 语音编码 11
1.4.2 信道编码 13
1.4.3 数字调制 14
1.5 我国移动通信发展史 15
第2章 手机电路系统组成 19
2.1 手机的基本架构 19
2.2 手机基本组件 21
2.2.1 CPU与PMU 21
2.2.2 Memory 23
2.2.3 Transceiver 26
2.2.4 RF PA 28
2.2.5 天线电路 30
2.2.6 LCD 32
2.2.7 Acoustic 35
2.2.8 键盘与触摸屏 37
2.2.9 蓝牙 39
2.2.10 FM Radio Receiver 41
2.2.11 Wi-Fi 42
2.2.12 GPS 43
2.2.13 G Sensor 45
2.2.14 E-compass 46
2.2.15 Light Sensor与Proximity
Sensor 47
2.2.16 Gyro Sensor 49
2.2.17 SIM卡 50
2.3 手机的电源系统 50
2.3.1 系统电源与外设电源 51
2.3.2 电源的分类 52
2.4 手机中的常用接口 53
2.4.1 总线型接口 53
2.4.2 非总线型接口 54
2.5 手机中的关键信号 55
2.5.1 Acoustic信号 55
2.5.2 I/Q信号 59
2.5.3 Clock信号 59
2.6 天线 61
2.6.1 手机天线的分类 61
2.6.2 手机天线的演化 63
2.6.3 天线的电路参数 68
2.6.4 天线的辐射参数 71
2.6.5 与法规相关的指标 77
2.6.6 小结 78
第3章 分立元件与PCB基础知识 79
3.1 电阻、电容与电感 79
3.1.1 电阻 79
3.1.2 电容 80
3.1.3 电感 85
3.2 晶体管与场效应管 89
3.2.1 晶体管 89
3.2.2 场效应管 91
3.3 PCB基础知识 91
3.3.1 PCB的常规术语 92
3.3.2 PCB的电气性能 94
3.3.3 特殊PCB 95
3.3.4 手机PCB的层面分布 95
第4章 DFX基础 98
4.1 DFX的基本概念 98
4.2 Designs for Structure 98
4.2.1 系统架构 99
4.2.2 器件选型 99
4.2.3 原理图设计 99
4.2.4 调试方案 100
4.3 Designs for SMT 100
4.3.1 防呆标志 100
4.3.2 焊盘设计 100
4.3.3 金边粘锡 101
4.3.4 AOI与X-Ray 103
4.4 Designs for Assembly 105
4.5 Designs for Repair 105
4.6 对降成本的思考 106
4.7 一些DFX案例 108
提 高 篇
第5章 电源系统与设计 112
5.1 线性电源与开关电源 112
5.1.1 线性电源 112
5.1.2 开关电源 115
5.2 LDO与DC-DC的优缺点 117
5.2.1 电压大小 118
5.2.2 电源纹波 118
5.2.3 电源效率 121
5.3 其他形式的电源 122
5.4 充电设计 123
5.4.1 充电状态转移图 123
5.4.2 充电电路 125
5.4.3 充电判满 127
5.5 案例分析 128
5.6 电源分配与布线 130
5.7 小结 130
第6章 时钟系统 131
6.1 手机时钟系统简介 131
6.1.1 时钟分类 131
6.1.2 时钟的基本作用 132
6.1.3 振荡原理 133
6.1.4 小结 137
6.2 常见振荡电路 138
6.2.1 RC振荡电路 138
6.2.2 LC振荡电路 142
6.2.3 晶体振荡电路 148
6.3 手机电路中的振荡器 151
6.4 时钟精度 153
6.4.1 Q值的影响 153
6.4.2 准确度与稳定度 157
6.4.3 相位噪声的影响 159
6.5 锁相环简介 159
6.6 晶体校准案例一则 161
6.6.1 故障现象 161
6.6.2 登网注册流程 161
6.6.3 故障分析 162
第7章 语音通话的性能指标 164
7.1 国际规范 164
7.2 3GPP的音频测试 165
7.3 响度评定原理 172
7.4 测试系统 173
7.4.1 测试系统组成 173
7.4.2 人工耳与人工嘴 174
7.5 高通平台调试 177
7.5.1 调试准备工作 177
7.5.2 语音链路 178
7.5.3 TDD Noise与RF Power 181
7.6 MTK平台的语音链路 181
7.7 频响调整 182
7.7.1 滤波器分类 182
7.7.2 FIR滤波器与IIR滤波器 183
7.7.3 线性相位 183
7.7.4 幅度响应 184
7.7.5 高通与MTK的选择 185
7.8 其他模块 186
7.9 主观测试 186
7.10 手机音频中的声学设计 187
7.11 逸事一则 190
第8章 FM立体声接收机 192
8.1 调制与解调 192
8.1.1 调制与解调的概念 192
8.1.2 调制的必要性 193
8.2 频率调制（FM） 194
8.2.1 FM的数学表达式 194
8.2.2 FM的特点 195
8.2.3 我国FM的规定 196
8.3 立体声 197
8.3.1 立体声的原理 197
8.3.2 调频立体声 199
8.3.3 我国的调频立体声广播 201
8.3.4 预加重与去加重 201
8.3.5 RDS广播 202
8.4 FM立体声接收 203
8.5 FM立体声接收机芯片 206
8.6 FM立体声接收机的性能指标 207
8.6.1 信噪比（S/N） 207
8.6.2 接收灵敏度（Sensitivity） 207
8.6.3 总谐波失真（THD） 208
8.6.4 邻道选择性（Adjacent
Channel Selectivity） 208
8.6.5 立体声分离度（Stereo
Separation） 208
8.6.6 调幅抑制度（AM
Suppression） 211
8.6.7 其他指标 211
8.7 案例分析 212
第9章 通信电路与调制解调 216
9.1 收信机架构 216
9.1.1 超外差接收机 216
9.1.2 零中频接收机 218
9.1.3 近零中频接收机 219
9.2 发信机架构 220
9.2.1 发射上变频架构 220
9.2.2 直接变换架构 222
9.2.3 偏移锁相环架构 223
9.3 数字调制与解调 225
9.3.1 数字与模拟 225
9.3.2 GMSK调制 226
9.3.3 QPSK调制 230
9.3.4 恒包络与非恒包络 232
9.4 射频功放 236
9.4.1 GSM功放的近似分析 236
9.4.2 C类功放的特性 239
9.4.3 极化调制PA 245
9.4.4 WCDMA线性PA 248
第10章 常规RF性能指标 249
10.1 测试规范 249
10.2 RF基础知识 249
10.2.1 频段划分 249
10.2.2 常见物理单位 251
10.2.3 常见指标 252
10.3 GSM手机RF测试 262
10.3.1 发射机指标 263
10.3.2 接收机指标 270
10.4 其他RF指标 275
10.4.1 发射指标 275
10.4.2 接收指标 282
第11章 ESD防护 284
11.1 ESD的原理 284
11.2 ESD的模型 284
11.2.1 人体模型（Human Body
Model） 284
11.2.2 机器模型（Machine
Model） 285
11.2.3 带电器件模型（Charged
Device Model） 285
11.3 人体模型充放电原理 285
11.3.1 人体充电 286
11.3.2 人体放电 287
11.3.3 多次放电 288
11.4 静电的影响 289
11.5 ESD设计原则 290
11.5.1 软件防护设计 290
11.5.2 硬件防护设计 291
11.6 手机的ESD测试 296
11.6.1 我国标准 296
11.6.2 测试模型与环境 296
11.6.3 结果判定 298
11.7 案例一则 299
11.7.1 产品基本状况 299
11.7.2 定位静电导入点 300
11.7.3 整改方案 300
11.7.4 小结 303
高 级 篇
第12章 高级音频设计 306
12.1 音频信号处理滤波器 306
12.2 关于FIR滤波器与IIR
滤波器 307
12.3 FIR滤波器 308
12.3.1 FIR滤波器的定义 308
12.3.2 FIR滤波器窗口设计法 308
12.3.3 FIR滤波器频率采样法 308
12.3.4 小结 309
12.4 IIR滤波器 310
12.4.1 IIR滤波器的定义 310
12.4.2 Yule-Walker方程 310
12.5 量化误差与有限字长效应 312
12.5.1 量化误差 312
12.5.2 有限字长效应 313
12.5.3 零/极点波动 313
12.6 随机过程通过线性系统 315
12.6.1 Rayleigh商 315
12.6.2 输入、输出信噪比 317
12.6.3 Wiener滤波器 317
12.6.4 Wiener滤波器的应用 319
12.7 自适应滤波器 320
12.7.1 最陡下降法 320
12.7.2 LMS算法 321
12.8 噪声抑制与回声抵消 323
12.8.1 Single Microphone降噪 323
12.8.2 回声抑制的原理 325
12.8.3 Far-end消噪 327
12.8.4 其他模式下的Dual
Microphone降噪 328
12.9 高级音频指标 329
12.9.1 T-MOS 329
12.9.2 G-MOS 330
12.9.3 Double Talk 331
12.9.4 Echo Attenuation vs. Time 333
12.9.5 Spectral Echo Attenuation 334
12.9.6 BGNT 334
12.10 小结 336
第13章 相机的高级设计 337
13.1 色度学 337
13.1.1 光学的预备知识 338
13.1.2 颜色的确切含意 338
13.1.3 颜色三要素 339
13.1.4 三原色及三补色 340
13.1.5 格拉斯曼定理与CIE的
颜色表示系统 341
13.2 颜色模型 343
13.2.1 RGB模型 343
13.2.2 CMY模型 343
13.2.3 YUV模型 344
13.2.4 HSI模型 344
13.3 白平衡与色温 345
13.3.1 白平衡 345
13.3.2 色温 346
13.3.3 白平衡的定义 346
13.3.4 人眼的自动白平衡与相机
白平衡 347
13.3.5 Gamma校正 347
13.4 人的视觉特性 348
13.4.1 人眼构造 348
13.4.2 人眼的视觉成像 348
13.4.3 人眼的亮度感觉 349
13.4.4 人眼亮度感觉与图像
处理 351
13.5 图像处理 352
13.6 图像增强 354
13.6.1 灰度变换 354
13.6.2 直方图修正 355
13.6.3 图像平滑与锐化 356
13.7 图像恢复 361
13.7.1 退化模型 361
13.7.2 线性运动退化 362
13.7.3 图像的无约束恢复 363
13.7.4 图像的有约束恢复 363
13.8 手机相机的测试 364
13.8.1 色彩还原性（Color
Reprodu
序
当今世界科技发展日新月异，全球信息化浪潮汹涌澎拜，信息产业极大地推进了经济和社会发展，已成为国民经济的重要支柱产业。作为信息技术的重要应用领域，移动通信和互联网技术给人们提供了越来越方便和快速、高质量的信息获取与交流手段，而手机作为最重要的移动信息终端，正在不断提高和改变人们的生活质量和生活习惯，成为必不可少的大众化消费产品。
手机的研发和制造涉及许多关键信息技术，如集成电路、操作系统、通信技术、互联网技术、信息处理及智能化技术等。其中既有基础科学技术作为支撑，又有大量工程化技术的实践和应用。目前，智能手机已逐步替代传统手机成为发展趋势，同时也成为重要的信息产业的增长点。
作为东南大学信号与信息处理国家重点学科的博士生导师，我指导过不少博士和硕士研究生，一些学生在毕业后也常与我有来往。他们中的大多数现在依然从事信息和通信技术方面的研发与设计工作，但有一个共同的感受，那就是尽管他们在大学学习了大量的数学、物理、电路、信号、通信、计算机、网络等方面的专业课程，尽管他们在各自特定的专业方向都很有成绩，但真正能够在实际工作中综合运用这些知识的人才并不多，更不要说达到举一反三、融会贯通的境界了。
本书作者既有扎实的理论功底，又有很高的工程化研发和应用能力，他围绕手机的研发设计，系统地提出设计步骤和方法，为广大读者提供了这本难得的非常实用的有关手机研发设计的专业指导书。纵览本书，作者将手机硬件设计放置在电路理论、信号理论和电磁理论的框架下讨论，既有技术方面的充分描述，又有科学的理论指导，理论和实践相互交融，相得益彰。尽管这只是一本讲述手机硬件设计的书，尽管其分析对象不如交换机、通信网络这般宏大，尽管这本书还可能需要不断完善，但我很欣喜地看到本书的作者（也是我曾经的学生）在这方面做出的努力与尝试。
感谢电子工业出版社李树林编辑的专业眼光与辛勤劳动，也衷心祝愿我国出版界能够多出一些快速适应工程发展所需，理论和工程实践更好结合的专业书籍，以满足不同层次读者的需要。
广州大学校长 邹采荣
第二版前言
本书第一版于2014年8月印刷出版，首次印刷后很快被销售一空，随后出版社进行了再次印刷，也很快销售一空。作为一本充斥着各种数学方程式的工程技术专业图书，既非教材，也无名人推荐与宣传，能有如此销量，大大超出了笔者的预期。要知道英国物理大师霍金曾调侃过：科普书，每增加一个数学方程，将减少一半读者。
由于技术的发展与进步，应出版社要求，两年后对本书进行修订，不仅修正第一版中发现的错误外，而且增加了三部分内容：一是重写了入门篇的天线部分，将前一版中四页纸的篇幅增加到近二十页，对手机天线的发展历史及技术指标都做了更为详细的描述；二是邀请原摩托罗拉（Motorola）高级音频工程师马诚撰写了《手机声学结构设计》一文（收录在附录C中），文章内容详细，逻辑清晰，将手机声学结构设计的原理与规范很好地展现了出来；三是在附录E中收录了几篇读者反馈，他们在文章中或回忆了自己的工作经历，或分享了自己的经验感受，相信对广大读者，尤其是打算入行和入行不久的硬件工程师们，定能有所帮助。在此，笔者对马诚和这几位读者表示衷心的感谢！
在第一版出版后，作者陆续结识了不少读者，有同事或朋友介绍的，也有慕名而来的，其中一些读者一直与我保持着联系。相互熟悉后，他们常常会问一些与本书有关的问题。在此，作者挑出那些曾被反复提及的问题，进行统一答复。
问：写书挣了不少钱吧？
答：写书的稿酬收入较微薄，如你不信，可以自己写本书试试。
问：既不挣钱，写书干吗？
答：用文艺点的说法——我有情怀；用自我的说法——我喜欢。
问：书中大部分章节建构在电路、电磁、信号和数学分析的基础上，而我的理论知识基本都还给老师了，需要复习吗？
答：如果你把自己定位为Reference Design的搬运工，那自然无所谓。不过你打算长期工作于研发领域，最好把这些遗忘的知识拾回来。
问：是否看完这本书就能完全掌握手机硬件设计？
答：手机硬件设计包罗万象，哪里是一本书能够说的完的呢？！况且，本书只不过是一本入门级的参考书而已（虽然目前市场上也没有其他相同题材的参考书）。
问：书中部分案例是几年前的技术，还有参考的价值吗？
答：我写的是硬件研发设计的原理，不是维修资料，重在分析方法与思维方式。
问：如何才能成为一名优秀的硬件工程师？
答：多看书 多思考 多实践，没有任何捷径。借用欧几里得的名言：There is no royal road to geometry（几何无王者之道）！
最后，笔者要感谢对第一版提出过诚恳批评与建议的读者，感谢出版社李树林编辑的耐心等待与专业校对（第二版的修订工作被笔者拖延了很长时间），感谢对笔者写作提供过真诚帮助的朋友，特别要感谢杨鑫峰、王国福、平慷、张璐瑶、霍亮、曹明君、姜舒、张一鸣、刘松、刘朝群、韩菲菲、曹慧娴、孙娜等同事，因为你们，笔者才能在工作中充满乐趣。
陈 皓
2016年8月于南京
第一版前言
有消息报导，截至2013年，全球手机用户突破60亿大关，而中国拥有大约11.5亿手机用户。这是一个极其庞大的数字，也是一个极其庞大的市场！随着国家对信息产业的重视，目前中国已经成为全球第一大手机设计与制造和消费国。在国内，从事手机研发、设计、制造、物流、销售、维修等产业的人员，几乎可以用“多如牛毛”来形容。
但在通信行业有句老话：“一流公司做服务，二流公司做标准，三流公司做产品，四流公司做制造。”所以，尽管我们为全球贡献了绝大多数手机，但产业链的核心却并不由我们掌握。且不说做服务的一流公司、做标准的二流公司，就连做产品的三流公司，似乎都没叫得响的中国品牌。
看看吧，从1G时代不可一世的摩托罗拉，到2G时代的北欧双雄爱立信与诺基亚，再到3G时代几乎滥大街的苹果和三星，它们除了打上了“Made in China”的Logo外，跟中国设计有啥关系？
出现如此尴尬的局面，原因肯定是多方面的。但作为一名从事手机硬件研发近十年的工程师，笔者想说的是：手机不仅仅是功能，更是性能！在业内，很多工程师都觉得做手机硬件设计，入门很容易（上海、深圳有众多的Design House，研发人员水平参差不齐，却似乎个个都能设计手机），但要把硬件做好、做手机赚钱，却是件非常困难的事情。其中，除了品牌、市场等原因外，手机性能的不足也严重影响了产品的赢利。对于电子爱好者或维修工程师来说，能看懂原理图，知道各模块功能及大致的信号处理流程足矣。但对于手机硬件研发与设计工程师来说，如果还停留在硬件功能分析的水平上，就显得太不专业了。那么，如何将通信、电路理论融入到手机硬件设计中呢？
笔者记得自己在入行之初，一直苦于找不到一本讲述手机硬件设计的优秀教材。工作若干年后，笔者虽然也查阅了不少参考资料，但总感觉到：这些资料要么过于简单，基本上是手机电路的介绍，且更多偏向维修；要么内容过于抽象，就像大学教材的翻版，与手机硬件研发具体工作的相关性很少，不实用。于是，笔者萌发了撰写一本有关手机硬件设计方面图书的愿望。又过了若干年，市场上讲述手机软件设计的书籍越来越多，可讲述硬件设计、符合笔者内心愿想的那本书，却依然是零！于是，在笔者的心底，这个愿望更加强烈！
心动不如行动！现在，呈现在各位读者朋友面前的，就是笔者用了整整一年时间才收集、整理、撰写、绘制、校对完成的“产品”——《从应用到创新——手机硬件研发与设计》。
尽管有“王婆卖瓜，自卖自夸”的嫌疑，但笔者还是相当自信：至少在目前来看，这本书是由国内手机研发一线工程师所撰写的同类教材中的唯一一本，无论引用资料、技术背景还是故障分析，均采用研发过程中的实际案例，具有很强的理论与实践指导意义，远非一般维修类书籍所能比拟的。通过入门篇、提高篇、高级篇和案例分析篇四部分，并结合各种国际国内规范，本书由浅入深地分析了整个手机硬件设计与调试的全过程，涉及移动通信系统分类与架构、PCB与DFX基础知识、手机电源系统、时钟系统、音频信号处理、FM接收机、RF与天线、ESD防护、色度学与图像处理、信号完整性，以及TTY、HAC等各种（新）功能。
整体上看，全书难度等级划分大致如下（以电子/电气/通信专业本科四年为参照）：入门篇大约是大学二年级到三年级水平（也适合普通电子爱好者），提高篇大约是三年级到四年级水平（同时适合维修工程师），高级篇要求四年级到研究生一年级基础课水平（适合基础知识较为扎实的研发工程师）。所以，不同知识层次的读者，对手机硬件设计感兴趣的爱好者或者从业人员，都可以从本书中获益，这也是笔者写作本书的最大动力所在。
由于提高篇与高级篇部分章节内容对一些读者来说有一定难度，为了引起这部分读者的阅读兴趣，本书在文字叙述、插图配表上尽量做到直白、丰富而不失严谨，并在各章正文中记述了笔者从业多年以来所经历的各种奇闻异事，但为避免不必要的麻烦，正文中会将人名、公司名等真实名称隐去，而以代号表示。在书末附录中，还收录了一篇“苦逼”IT男的那些事儿》，记录了笔者对自己这些年研发工作的一番自嘲。
另外，为了便于讲授，并与实际操作衔接，对不符合我国国家标准的图形和符号未做改动。在此，特别加以说明。
明张宗子（岱）的《夜航船》有一则故事：昔有一僧人，与一士子同宿夜航船。士子高谈阔论，僧畏慑，蜷足而寝。僧听其语有破绽，乃曰：“请问相公，澹台灭明是一个人、两个人？”士子曰：“是两个人。”僧曰：“这等，尧舜是一个人、两个人？”士子曰：“自然是一个人！”僧乃笑曰：“这等说来，且待小僧伸伸脚。”
笔者每每读书，见前言中必有“限于作者水平，书中不妥或错误之处在所难免，
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