双模双待SIM卡驱动单芯片解决方案

应用笔记AN1020-V1.0版权所有©2009上海艾为电子技术有限公司1双模双待双模双待双模双待双模双待SIMSIMSIMSIM卡驱动单芯片解决方案卡驱动单芯片解决方案卡驱动单芯片解决方案卡驱动单芯片解决方案作者：郝允群项目经理上海艾为电子技术有限公司邮箱：[e-mail]前言前言前言前言随着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、印尼、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。双模双模双模双模双待双待双待双待的发展过程的发展过程的发展过程的发展过程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。电源线要求电阻率低，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。AW6302G/C四路模拟开关CDMABB四路模拟开关GSMBBG/CGPIO1GPIO2四路模拟开关四路模拟开关GPIO1GPIO2CARD1CARD2CDMA/3G为主的双模双待方案GSM/CDMA/WCDMA/CDMA200/TD-SCDMAModuleGSM/CDMA/WCDMA/CDMA200/TD-SCDMAModuleGSM为主的双模双待方案SIM/UIM/USIMCARD1CARD2SIM/UIM/USIM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：应用笔记AN1020-V1.0版权所有©2009上海艾为电子技术有限公司21.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GSMModem和CDMAModem，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。单芯片单芯片单芯片单芯片双模双待方案双模双待方案双模双待方案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。AW6322G/CCDMABBGSMBBG/CCARD1CARD2AW6332SIM/UIM/USIMGSM/CDMA/WCDMA/CDMA200/TD-SCDMAModuleCARD1CARD2GSM/CDMA/WCDMA/CDMA200/TD-SCDMAModuleSIM/UIM/USIMAW6322单芯片双模双待方案AW6332单芯片双模双待方案图2AW6322和AW6332的单芯片双模双待方案AW6322AW6322AW6322AW6322单芯片双模双待解决方案单芯片双模双待解决方案单芯片双模双待解决方案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。应用笔记AN1020-V1.0版权所有©2009上海艾为电子技术有限公司3VIOVBATG_CLKG_RSTG_IOSPICKSPIDATASPICSSIO1SRST1SCLK1VSIM1SIO2SRST2SCLK2VSIM2AW6322GSMBasebandProcessorVIOGNDVIO:1.8VTO5.5VVBAT:2.7VTO5.5V1.8V/3.0VSIM/UIMCARD21µFCDMAModuleC_RSTC_IOC_VSIMC_CLKGNDVCCCLKRSTI/OGNDI/ORSTCLKVCC1.8V/3.0VSIM/UIMCARD11µF0.1µF1µF1µF图3AW6322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。AW6332AW6332AW6332AW6332单芯片双模双待解决方案单芯片双模双待解决方案单芯片双模双待解决方案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。应用笔记AN1020-V1.0版权所有©2009上海艾为电子技术有限公司4图4AW6332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。艾为艾为艾为艾为SIMSIMSIMSIM卡接口驱动系列芯片的特点卡接口驱动系列芯片的特点卡接口驱动系列芯片的特点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。应用笔记AN1020-V1.0版权所有©2009上海艾为电子技术有限公司51202435191817161514121311678910VSIM2ENVBATVSIM1SCLK1SELG_VSIMNCC_VSIMC_IOSCLK2SRST2SIO2C_RSTC_CLKSRST1SIO1G_IOG_RSTG_CLKGND21AW6332俯视图1202435191817161514121311678910VSIM2VIOVBATVSIM1SCLK1SPIDATASPICKSPICSC_VSIMC_IOSCLK2SRST2SIO2C_RSTC_CLKSRST1SIO1G_IOG_RSTG_CLKGND21AW6322俯视图图5AW6332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.Deglit1.Deglit1.Deglit1.Deglitcccchhhh消除时钟毛刺干扰消除时钟毛刺干扰消除时钟毛刺干扰消除时钟毛刺干扰技术技术技术技术在数据传输中，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：毛刺引起误采样数据Deglitch毛刺被消除掉DATACLKDATACLK图6DEGLITCH消除时钟毛刺干扰2.SlewRate2.SlewRate2.SlewRate2.SlewRate控制技术控制技术控制技术控制技术SIM卡接口的信号线SRST和SCLK都做了SlewRate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SlewRate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：应用笔记AN1020-V1.0版权所有©2009上海艾为电子技术有限公司6无SlewRate控制有SlewRate控制图7SLEWRATE控制作用示意图3.3.3.3.双向双向双向双向IOIOIOIO动态上拉动态上拉动态上拉动态上拉技术技术技术技术双向IO口支持OpenDrain，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：无快速动态上拉IO有快速动态上拉IO图8动态上拉IO作用示意图4.4.4.4.完善的故障保护机制完善的故障保护机制完善的故障保护机制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，AW63X