LTE-A手機(jī)看門狗電路的設(shè)計(jì)與研究*

黃學(xué)達(dá)，翁明江

（重慶郵電大學(xué)重郵信科通信技術(shù)有限公司，重慶400065）

LTE-A手機(jī)看門狗電路的設(shè)計(jì)與研究*

黃學(xué)達(dá)，翁明江*

（重慶郵電大學(xué)重郵信科通信技術(shù)有限公司，重慶400065）

首先簡要介紹了LTE-A手機(jī)終端的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上為解決LTE-A手機(jī)程序跑飛需要拔電池重啟的問題，提出了基于分立器件實(shí)現(xiàn)看門狗復(fù)位的設(shè)計(jì)方案，結(jié)合基帶處理器的通用輸入輸出接口進(jìn)行軟件控制，能夠輸出滿足系統(tǒng)供自動重啟需要的復(fù)位時(shí)間，并對硬件進(jìn)行了系統(tǒng)的測試，該看門狗電路具有較高的時(shí)效性和可靠性，有助于提高LTE-A手機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

LTE-A手機(jī)；看門狗電路；分立器件；復(fù)位時(shí)間

LTE-Advanced（LTE-A）是LTE的演進(jìn)版本，其目的是為滿足未來幾年內(nèi)無線通信市場的更高需求和更多應(yīng)用，滿足和超過IMT-Advanced的需求，同時(shí)還保持對LTE較好的后向兼容性。LTE-A采用了載波聚合（Carrier Aggregation）、上/下行多天線增強(qiáng)（Enhanced UL/DL MIMO）、多點(diǎn)協(xié)作傳輸（Coordinated Multi-point Tx&Rx）、中繼（Relay）、異構(gòu)網(wǎng)干擾協(xié)調(diào)增強(qiáng)（Enhanced Inter-cell Interference Coordination forHeterogeneous Network）等關(guān)鍵技術(shù)，能大大提高無線通信系統(tǒng)的峰值數(shù)據(jù)速率、峰值頻譜效率、小區(qū)平均譜效率以及小區(qū)邊界用戶性能，同時(shí)也能提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)效率，這使得LTE和LTE-A系統(tǒng)成為未來幾年內(nèi)無線通信發(fā)展的主流[1-5]。

采用某公司的LTE-A手機(jī)方案中，容易出現(xiàn)手機(jī)異常，基帶程序跑飛，即使按電源鍵重啟手機(jī)，由于電源管理芯片輸出的復(fù)位時(shí)間只有70 ms左右，系統(tǒng)內(nèi)存在殘留電荷等原因，導(dǎo)致系統(tǒng)無法恢復(fù)正常，需要撥電池，使系統(tǒng)徹底斷電才能解決，目前的部分LTE-A手機(jī)無法打開后蓋取電池，針對無法取電池的LTE-A手機(jī)，本文提出一種外部看門狗電路方案，目的是增加系統(tǒng)復(fù)位時(shí)間，使系統(tǒng)程序跑飛后，能正常重新啟動系統(tǒng)，實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)工作不穩(wěn)定，有時(shí)復(fù)位時(shí)間只有幾百毫秒，經(jīng)過測試后提出看門狗電路的改進(jìn)方案。

1 LTE-A手機(jī)系統(tǒng)方案介紹

LTE-A手機(jī)硬件框圖如圖1所示，外接WIFI/BT/ FM和GPS模塊，支持重力加速度，陀螺儀，電子羅盤，接近光和環(huán)境光傳感器，支持前、后攝像頭，支持6寸MIPI接口的LCD顯示屏以及集成電容觸摸屏，外加RF Transceiver和FEM，支持LTE-A雙天線?；鶐幚砥骷?核AP處理器，其復(fù)位信號由PMIC提供，復(fù)位時(shí)間70 ms，系統(tǒng)上電時(shí)，PMIC輸出70 ms的低電平Reset信號，系統(tǒng)加載正常后，Reset信號通過上拉電阻拉高到3.0 V。

圖1 LTE-A手機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 看門狗電路設(shè)計(jì)

如圖2所示，左側(cè)的GPIO接基帶處理器的GPIO，系統(tǒng)上電初始，基帶處理器的GPIO是高組態(tài)，系統(tǒng)的復(fù)位信號受PMIC輸出的Reset信號控制，復(fù)位時(shí)間70 ms。系統(tǒng)正常工作中，通過基帶處理器的GPIO輸出高低電平，控制三極管Q701進(jìn)入放大區(qū)、線性區(qū)、飽和區(qū)等，實(shí)現(xiàn)DG3V通過R702對C707進(jìn)行充電，或者C707進(jìn)行放電，通過U701反相器反向后，得到低電平信號輸出到基帶處理器，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位，復(fù)位時(shí)間為DG3 V通過R702對C707充電的時(shí)間，即1 M×10 μs× 70%=7 s，復(fù)位釋放時(shí)間由R703，C704，U702實(shí)現(xiàn)，其中U702是信號反相器，具體時(shí)間由C704上的充電時(shí)間決定，即330 k×1 μs×70%=231 ms[6-7]。

圖2 外部看門狗電路示意圖

實(shí)際使用中，系統(tǒng)在看門狗電路復(fù)位中，復(fù)位時(shí)間異常，變?yōu)橹挥袔装俸撩?，通過分析電路圖，決定在GPIO接上與斷開，測試如圖2所示中，GPIO端，三極管Q701的基極B點(diǎn)、電容C704的A點(diǎn)，電容C707的C點(diǎn)等幾個(gè)與復(fù)位信號輸出至關(guān)重要的點(diǎn)的波形變化，來分析復(fù)位時(shí)間的異常，找到相應(yīng)的解決方案。

將基帶的GPIO接入圖2的看門狗電路，斷開電阻R707測試A、B、C等點(diǎn)的波形如圖3所示，將基帶的GPIO接入圖2的看門狗電路，接上電阻R707再測試A、B、C等點(diǎn)的波形如圖4所示。其中①線為C706左邊GPIO處信號，②線為C706右邊，三極管Q701的基極心海，③線為C704下端A點(diǎn)處信號，④線為C707上端C點(diǎn)處信號。

圖3 A、B、C位置波形測試圖一

圖4 A、B、C位置波形測試圖二

從圖3、圖4中可以看出，當(dāng)接上GPIO，接上電阻R707后（即看門狗電路接入系統(tǒng)中），Q701基極端電容C706充放電時(shí)間變短（圖3中②線表明有明顯的充放電過程，圖4的②線只有一個(gè)很短的脈沖），導(dǎo)致Q701導(dǎo)通時(shí)間變短，集電極電容C707上的電沒有被完全放掉，從而導(dǎo)致下次C707的充電時(shí)間變短。原因是在系統(tǒng)第一次上電時(shí)，系統(tǒng)工作正常后，基帶處理器有對GPIO初始化為低電平輸出的操作。

當(dāng)不接R707時(shí)，系統(tǒng)不會被復(fù)位，GPIO接口仍然保持低電平，這樣電容C706能夠正常充放電；當(dāng)接上R707后，系統(tǒng)被復(fù)位時(shí)，基帶處理器的GPIO變?yōu)楦咦锠顟B(tài)，此時(shí)電容C706停止工作，三極管Q701導(dǎo)通時(shí)間變短，C707放電不完全（如圖4中的④線所示），從而導(dǎo)致復(fù)位時(shí)間異常［8］。

3 看門狗電路改進(jìn)方案

如圖5所示，提出一個(gè)解決方案，增加GPIO處的1K下拉電阻R704，可以避免GPIO在系統(tǒng)啟動、復(fù)位以及其他任何情況下，均能保證此處的10 uF電容C706正常的充放電，不會因?yàn)镚PIO的高阻態(tài)，導(dǎo)致C706的充放電異常，從而減小看門狗電路輸出的復(fù)位時(shí)間。

圖5 外部看門狗電路改進(jìn)圖

增加一個(gè)EN控制以及相關(guān)電路R705，R702，Q702，使Q701出于導(dǎo)通狀態(tài)，Q701的集電極電平為低電平，從而看門狗電路始終輸出高電平，可以避免在主板在生產(chǎn)線上進(jìn)行程序下載時(shí)，看門狗電路輸出不可控的復(fù)位信號，影響了程序的正常下載。

針對改進(jìn)方案，測試其C706左右兩側(cè)，C704下端，C707上端的波形如圖6所示。①線為C706左側(cè)，接基帶處理器的GPIO信號波形，②線為C706右側(cè)，Q701的基極信號波形，③線為C704下端信號波形，④線為C707上端信號波形。將看門狗電路接入系統(tǒng)后，看門狗電路的復(fù)位時(shí)間如圖6中所示③線，大約為6 s左右，與理論值7 s接近，能滿足系統(tǒng)的需要[9]。

圖6 外部看門狗電路改進(jìn)后波形圖

4 結(jié)論

根據(jù)此方案設(shè)計(jì)的LTE-A手機(jī)，使用較少的電子元器件，成本增加幾乎可以忽略，經(jīng)過嚴(yán)格的測試，即使系統(tǒng)程序跑飛，都可以不采用撥電池的方式，能正常完成系統(tǒng)的復(fù)位和程序加載，整個(gè)時(shí)間在6 s左右，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］林輝，焦慧穎，等.LTE-Advanced關(guān)鍵技術(shù)詳解［M］.北京：人民郵電出版社，2012.

［2］沈嘉，索士強(qiáng)，全海洋，等.3GPP長期演進(jìn)（LTE）技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)［M］.北京：人民郵電出版社，2008.

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［5］張長青.TD-LTE演進(jìn)型分組核心網(wǎng)技術(shù)分析［J］.移動通信，2013（8）：51-57.

［6］龔中字，趙開健.看門狗電路的探討［J］.自動化與儀器儀表，2007，130（2）：65，76.

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［8］胡屏，柏軍.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的看門狗技術(shù)［J］.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)：信息科學(xué)版，2003，21（2）：205-208.

［9］劉發(fā)志，張東，楊艷，等.基于DM642的看門狗電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.艦船電子工程，2008，28（1）：120-123.

黃學(xué)達(dá)（1978-），男，漢族，四川宜賓人，重慶郵電大學(xué)，工程師，主要研究方向?yàn)長TE-A終端產(chǎn)品硬件研究，huangxue?da@163.com。

Research and Design of Watchdog Circuit on LTE-A Mobilephone*

HUANG Xueda，WENG Mingjiang*
（Chongqing University of Posts and Telecomminications，Chongqing CYIT Communication Technologies Co.，Ltd，Chongqing 400065，China）

Firstly，system structure of Long Term Evolution Advanced（LTE-A）mobile phone is introduced，then system program of LTE-A mobile phone is failure，which can recover by pulling out battery.Watchdog circuit scheme based on discrete device is proposed，accompanying with software control of Baseband processor General Purpose Input Output（GPIO），and reset time of watchdog circuit can be satisfied for system program reboot.Then system test are performed，the watchdog circuit is higher timeliness and reliability，and greatly improves the stability of LTE-A mobile phone system.

LTE-A mobile phone；watchdog circuit；discrete device；reset time.

TN41

A

1005-9490(2015)06-1292-04

1265

10.3969/j.issn.1005-9490.2015.06.017

項(xiàng)目來源：重慶市科委（cstc2013yykfc4003）

2014-12-03 修改日期：2014-12-26