CN101400178A - 一种单芯片单dsp架构的gsm/td-scdma双模终端芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单芯片单DSP架构的GSM/TD－SCDMA双模终端芯片，在单一DSP上实现GSM和TD***方案，减小芯片面积，节省成本，降低功耗，提高***间交互性能。其技术方案为：该芯片包括：微控制器；单个时钟发生器和晶振；单个DSP芯片，包括：芯片控制模块，及时响应GSM帧中断和TD帧中断，为GSM模式和TD－SCDMA模式分配***资源，控制GSM和TD－SCDMA的射频信号启动，屏蔽GSM定时中断或TD－SCDMA定时中断以手动选择网络或单模终端；睡眠模式双重确认模块，检测到GSM和TD－SCDMA都处于允许睡眠状态时使DSP芯片进入睡眠模式；GSM加速器和TD－SCDMA加速器，在单个DSP芯片的控制下对GSM和TD－SCDMA进行辅助数字信号处理。本发明应用于移动通信领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种移动通信的终端芯片，尤其涉及一种采用单芯片单DSP架构实现的GSM/TD-SCDMA双模终端的芯片。
背景技术
作为中国自主知识产权的第三代移动通信标准，TD-SCDMA将在近几年开始大规模的建网和商用，但由于网络设备和手机都必须更换，TD-SCDMA需要一段时间才可能达到现有GSM网络的普及程度。因此，在比较长的一段时间内，TD网络和GSM网络都会处于互相覆盖、同时运行的状态。如果同一台终端能够接入两类网络，会给用户带来很大方便。另外，从运营商的角度出发，为了留住既有客户，保护前期投资，也会希望终端能够支持多种模式的接入。因此，双模终端的开发成为了TD-SCDMA布网早期最迫切的需求之一。
GSM和TD-SCDMA都使用时分复用技术，GSM信号以帧(frame)为基本单位进行处理，每一帧长度是4.615ms，分为8个时隙(slot)，所有时隙长度都相等。而TD-SCDMA信号的基本单位是子帧(sub-frame)，每个子帧长度为5ms，分为7个普通时隙(TSO-TS6)和3个特殊时隙(DwPTS/G/UpPTS)，其长度和结构如图1所示。
在终端的软件实现中，对帧边界的辨认是通过芯片提供的中断来定位的。因此，无论支持TD-SCDMA或是GSM通信协议，芯片都必须提供以相应帧长为周期的定时中断。
所谓GSM/TD-SCDMA双模终端，是指终端既支持TD-SCDMA模式，也支持GSM模式。双模终端又分为双模双待和双模单待两类终端。双模双待终端在同一时刻可以同时工作在TD-SCDMA或GSM两种模式，并可以同时在各自的模式下发送和接收数据。双模单待终端任何时刻只能工作在TD-SCDMA模式或GSM模式中的一种模式下，同对应模式的单模终端一样发送和接收数据。但无论在空闲还是业务进行过程中，都能够手动和自动地进行TD-SCDMA和GSM之间的模式转换，也能够支持在TD-SCDMA小区和GSM小区之间跨***的小区重选和小区切换。实现这些功能的关键技术和难点在于终端驻留在任一种模式时，都需要定期测量属于另一模式的邻小区相关参数，并视需要进行小区重选和切换过程。这就需要终端在两种模式之间做交互、数据传输和同步，以及根据其中一种模式的状态，对另外一种模式进行控制。
目前的双模终端包括两类设计方案，第一种是使用多个芯片，在不同的芯片上分别实现GSM和TD-SCDMA功能；第二种虽然使用单一芯片，但芯片中包含多个DSP，分别用来支持GSM和TD-SCDMA模式，两个模式的帧中断在不同DSP上提供，对应的软件也是两个相互独立的***，在各自DSP上单独运行。
图2示出了上述第一种设计方案的双模终端芯片的原理。请参见图2，芯片组201包括GSM芯片202和TD-SCDMA芯片203，每个模式的芯片分别使用各自的晶振，亦即GSM专用晶振205和TD-SCDMA晶振204提供时钟，产生各自的中断。
图3示出了上述第二种设计方案的双模中断芯片的原理。请参见图3，双模终端芯片301包括支持GSM模式的DSP302和支持TD-SCDMA模式的DSP303。其中的微控制器330(MCU/ARM，Micro ControllerUnit/Advanced RISC Machines)是芯片301中的主控制单元，通过总线控制和调度芯片内部的多数模块协调工作。芯片内存340由微控制器330进行调用，用于存储载入的程序代码和数据以及当前运算结果。I/O桥341连接芯片301与外部器件，使得芯片301能够控制这些外部器件。DSP(DigitalSignal Processor)是可编程的数字信号处理器。负责GSM模式的DSP302和负责TD-SCDMA模式的DSP303分别处理经过IQ通道ADC314进行模拟到数字变换的GSM数字信号和通过IQ通道ADC324进行模拟到数字变换的TD-SCDMA数字信号。IQ通道DAC314和IQ通道DAC324还负责将经过两个模式的DSP302和303处理的信号，进行数字到模拟变换，分别发送给GSM模式的射频控制模块316和TD-SCDMA模式的射频控制模块326，并在这两个模块316、326的控制下将信号发射出去，这一过程是在GSM辅助DAC(辅助数字模拟转换)模块315和TD-SCDMA辅助DAC(辅助数字模拟转换)模块325的辅助下完成。另外，GSM DSP302和TD-SCDMA DSP303通常还需要GSM加速器313和TD-SCDMA加速器323来辅助进行数字信号处理，例如完成一些重复性高计算量大的信号处理。GSM定时模块311和TD-SCDMA定时模块312分析GSM DSP302和TD-SCDMA DSP303提供的帧信息，分别跟踪GSM和TD-SCDMA信号帧在时间上的变化，分别将两个模式的定时信息发送给时钟发生器305。时钟发生器305可以为每个模式使用各自的晶振，也可以使用一个共同的晶振304(如图3所示)。通过时钟发生器305分别生成GSM定时中断信号306和TD-SCDMA定时中断信号307，分别将这两个定时中断信号提供给GSM模式的DSP302和TD-SCDMA模式的DSP303。
从图3及上述描述中可以看出，该方案的GSM和TD-SCDMA模式基本上是相互独立的，GSM模式使用其专用的GSM定时模块311、数据和程序存储器312、GSM加速器313、IQ通道和ADC/DAC(模数转换器/数模转换器)314、辅助DAC315和GSM射频控制模块316。而TD-SCDMA模式也有其专用的TD-SCDMA定时模块321、数据和程序存储器322、TD-SCDMA加速器323、IQ通道和ADC/DAC(模数转换器/数模转换器)324、辅助DAC325和TD-SCDMA射频控制模块326。
睡眠模式是芯片及芯片内部各模块的工作模式和工作状态。进入睡眠模式的模块，其耗电和散热都大大降低。上述这两个方案，GSM和TD-SCDMA两个模式是独立进行睡眠控制的。
本质上说，上述的这两个方案的设计思想都是GSM和TD-SCDMA作为独立模块分开处理，使用不同的硬件来实现。GSM和TD-SCDMA相对独立地分开处理需要占用更多的芯片面积，增加功耗，而模式间通信就意味着硬件模块间的交互，不仅复杂而且速度较慢。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种单芯片单DSP架构的GSM/TD-SCDMA双模终端芯片，在单一的DSP上同时实现GSM和TD***方案，减小芯片面积，节省成本，降低功耗，提高了***间的交互性能。
本发明的技术方案为：本发明公开了一种单芯片单DSP架构的GSM/TD-SCDMA双模终端芯片，包括：
微控制器，通过总线控制和调度该双模终端芯片内部的模块协调工作；
单个时钟发生器和晶振，通过该晶振的分频，输出产生时间可独立调整的GSM定时中断信号和TD-SCDMA定时中断信号；
单个DSP芯片，使用GSM模式和TD-SCDMA模式，包括：
芯片控制模块，及时响应GSM帧中断和TD帧中断，为GSM模式和TD-SCDMA模式分配***资源，控制GSM和TD-SCDMA的射频信号启动，屏蔽GSM定时中断或TD-SCDMA定时中断以手动选择网络或单模终端；
睡眠模式双重确认模块，检测到GSM和TD-SCDMA都处于允许睡眠状态时使该DSP芯片进入睡眠模式；
GSM加速器和TD-SCDMA加速器，在该单个DSP芯片的控制下对GSM和TD-SCDMA进行辅助性的数字信号处理。
上述的单芯片单DSP架构的GSM/TD-SCDMA双模终端芯片，其中，该睡眠模式双重确认模块包括：
定时启动检查单元，调度程序定时启动检查；
TD-SCDMA模式睡眠状态判断单元，判断TD-SCDMA模式是否允许进入睡眠状态；
GSM模式睡眠状态判断单元，判断GSM模式是否允许进入睡眠状态；
DSP睡眠单元，在该TD-SCDMA模式睡眠状态判断单元和该GSM模式睡眠状态判断单元都判断出允许进入睡眠状态的情况下控制该DSP芯片进入睡眠状态；
微控制器睡眠状态判断单元，判断该微控制器是否进入睡眠状态；
芯片睡眠单元，在该DSP芯片处于睡眠状态且该微控制器睡眠状态判断单元判断该控制器已进入睡眠状态的情况下控制整个该双模终端芯片进入睡眠状态。
上述的单芯片单DSP架构的GSM/TD-SCDMA双模终端芯片，其中，该芯片控制模块包括：
GSM中断预处理单元，对GSM模式进行预先处理；
TD-SCDMA中断预处理单元，对TD-SCDMA模式进行预先处理；
优先级控制单元，根据GSM和TD-SCDMA两个模式当前的状态以及各自对芯片资源的需求，安排该两个模式的执行次序以保证GSM和TD-SCDMA模式都能获得足够的***资源；
GSM处理单元，接收该优先级控制单元输出的控制信息，处理GSM数据模式的数字信号，发送GSM射频控制信号；
TD-SCDMA处理单元，接收该优先级控制单元输出的控制信息，处理TD-SCDMA数据模式的数字信号，发送TD射频控制信号。
上述的单芯片单DSP架构的GSM/TD-SCDMA双模终端芯片，其中，该GSM中断预处理单元判断是否已经设置了需要屏蔽GSM中断以实现TD-SCDMA单模终端的功能，若需要则屏蔽掉GSM中断，若不需要则将GSM中断的预处理结果传递给该优先级控制单元。
上述的单芯片单DSP架构的GSM/TD-SCDMA双模终端芯片，其中，该TD-SCDMA中断预处理单元判断是否已经设置了需要屏蔽TD-SCDMA中断以实现GSM单模终端的功能，若需要则屏蔽掉TD-SCDMA中断，若不需要则将TD-SCDMA中断的预处理结果传递给该优先级控制单元。
上述的单芯片单DSP架构的GSM/TD-SCDMA双模终端芯片，其中，该双模终端芯片还包括：
单个射频控制模块，通过该DSP芯片上的GSM/TD-SCDMA射频控制接口接收该GSM处理单元发出的GSM射频控制信号和该TD-SCDMA处理单元发出的TD射频控制信号并发射出去，进行GSM模式和TD-SCDMA模式的射频收发。
上述的单芯片单DSP架构的GSM/TD-SCDMA双模终端芯片，其中，该GSM定时中断的周期为4.615ms，该TD-SCDMA定时中断的周期为5ms。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明采用了单芯片单DSP的设计，在单一的DSP上包含GSM和TD-SCDMA两种***所使用的硬件加速器，令其可以并行工作。使用同一晶振产生GSM定时中断和TD-SCDMA定时中断并使用统一的自动频偏调整(AFC)进行跟踪，两个定时中断输入至单一的DSP，两个中断产生的时间位置都可以独立的调节。同时，DSP上设计可同时使用的GSM/TD-SCDMA RF(射频)控制接口，以便芯片可同时控制两种模式下的收发操作。本发明采用睡眠模式双重确认模块，当检测到GSM和TD-SCDMA都处于允许睡眠的状态时使DSP芯片进入睡眠模式。本发明还采用芯片控制模块及时响应GSM帧中断和TD帧中断，为GSM模式和TD-SCDMA模式合理分配***资源。对比现有技术，由于本发明使用统一的软硬件结构处理两种无线通信模块，使得***模块总数变少、芯片面积减小、生产成本降低、总体功耗下降。同时由于两种***间的通信不需要做DSP或芯片间的交互，使得数据传输时间同步的速度更快、资源消耗更少、实现效率更高。
附图说明
图1是TD-SCDMA时隙结构的示意图。
图2是现有的一种双模终端芯片的原理图。
图3是现有的另一种双模终端芯片的原理图。
图4是本发明的单芯片单DSP架构的GSM/TD-SCDMA双模终端芯片实施例的原理图。
图5是本发明的睡眠模式双重确认模块的实施例的原理图。
图6是本发明的芯片控制模块的实施例的原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。
图4示出了本发明的单芯片单DSP架构的GSM/TD-SCDMA双模终端芯片的实施例的原理。请参见图4，双模终端芯片401包括：微控制器(MCU/ARM，Micro Controller Unit/Advanced RISC Machines)430、芯片内存440、I/O桥441、单个DSP芯片402、时钟发生器404和晶振403、数据和程序存储器425、GSM定时模块442、TD-SCDMA定时模块443、GSM加速器413、TD-SCDMA加速器423、睡眠模式双重确认模块、负责GSM射频信号的IQ通道ADC/DAC414、负责TD-SCDMA射频信号的IQ通道ADC/DAC424、射频控制模块416、辅助DAC409。
微控制器430通过总线控制和调度该双模终端芯片401内部的多数模块协调工作。芯片内存440由微控制器430调用，用于存储载入的程序代码和数据以及当前运算结果。I/O桥441连接芯片401与外部器件，使得芯片401能控制这些外部器件。芯片401中只设有一块DSP芯片402，同时处理经过IQ通道ADC414进行模拟到数字变换的GSM数字信号和经过IQ通道ADC424进行模拟到数字变换的TD-SCDMA数字信号。IQ通道DAC414和IQ通道DAC424负责将DSP芯片402处理的信号进行数字到模拟变换，发送给射频控制模块416，在该模块416的控制下将信号发射出去。射频控制模块416是由这一个DSP芯片402所控制的。这一过程是在辅助DAC409的辅助下完成的。DSP芯片402同时控制GSM和TD-SCDMA两种模式所使用的硬件加速器413和423，令其可并行工作。从时钟发生器404引入两个固定周期产生的中断，其中一个是周期为4.615ms的GSM帧定时中断405，另一个是周期为5ms的TD-SCDMA帧定时中断406，这两个中断产生的时间位置都可以独立进行调节。两者使用同一晶振403分频产生，使用统一的AFC(自动频偏调整)409进行跟踪。
在DSP芯片402中设有芯片控制模块(未图示)，芯片控制模块的原理请参见图6。芯片控制模块包括GSM中断预处理单元601、TD-SCDMA预处理单元602、优先级控制单元603、GSM处理单元604和TD-SCDMA处理单元605。
GSM中断预处理单元601对GSM模式进行预先处理，判断是否已经设置了需要屏蔽GSM中断以实现TD-SCDMA单模终端的功能，若需要则屏蔽掉GSM终端，若不需要则将GSM中断的预处理结果传递给优先级控制单元603。TD-SCDMA中断预处理单元对TD-SCDMA模式进行预先处理，判断是否已经设置了需要屏蔽TD-SCDMA中断以实现GSM单模终端的功能，若需要则屏蔽掉TD-SCDMA中断，若不需要则将TD-SCDMA中断的预处理结果传递给优先级控制单元603。
优先级控制单元603根据GSM和TD-SCDMA两个模式当前的状态以及各自对DSP处理能力、存储空间等芯片资源的需求，安排这两个模式的执行次序以保证GSM和TD-SCDMA模式都能获得足够的***资源，并输出控制信息至GSM处理单元604和TD-SCDMA处理单元605。GSM处理单元604接收控制信息，处理GSM数据模式的数字信号606，发送GSM射频控制信号607。TD-SCDMA处理单元接收控制信息，处理TD-SCDMA数据模式的数字信号608，发送TD射频控制信号608。GSM射频控制信号和TD射频控制信号输出至射频控制模块416，以控制GSM和TD-SCDMA模式的射频收发。
图5示出了睡眠模式双重确认模块的原理，请参见图7。睡眠模式双重确认模块包括：定时检查单元500、TD-SCDMA模式睡眠状态判断单元501、GSM模式睡眠状态判断单元502、DSP睡眠单元503、微控制器睡眠状态判断单元504、芯片睡眠单元505。
定时检查单元500可位于DSP芯片402或者微控制器430中，调度程序以定时启动检查。TD-SCDMA模式睡眠状态判断单元501判断TD-SCDMA模式是否允许进入睡眠状态。如果允许进入睡眠状态，则接着由GSM模式睡眠状态判断单元502判断GSM模式是否允许进入睡眠状态。如果GSM模式也允许进入睡眠状态，则由DSP睡眠单元503控制DSP芯片402进入睡眠状态。微控制器睡眠状态判断单元504判断微控制器430是否进入睡眠状态。如果微控制器430也进入睡眠状态，则由芯片睡眠单元505控制整个双模终端芯片401进入睡眠状态。
上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现或使用本发明的，本领域普通技术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
Claims (7)
1、一种单芯片单DSP架构的GSM/TD-SCDMA双模终端芯片，包括：
微控制器，通过总线控制和调度该双模终端芯片内部的模块协调工作；
单个时钟发生器和晶振，通过该晶振的分频，输出产生时间可独立调整的GSM定时中断信号和TD-SCDMA定时中断信号；
单个DSP芯片，使用GSM模式和TD-SCDMA模式，包括：
芯片控制模块，及时响应GSM帧中断和TD帧中断，为GSM模式和TD-SCDMA模式分配***资源，控制GSM和TD-SCDMA的射频信号启动，屏蔽GSM定时中断或TD-SCDMA定时中断以手动选择网络或单模终端；
睡眠模式双重确认模块，检测到GSM和TD-SCDMA都处于允许睡眠状态时使该DSP芯片进入睡眠模式；
GSM加速器和TD-SCDMA加速器，在该单个DSP芯片的控制下对GSM和TD-SCDMA进行辅助性的数字信号处理。
2、根据权利要求1所述的单芯片单DSP架构的GSM/TD-SCDMA双模终端芯片，其特征在于，该睡眠模式双重确认模块包括：
定时启动检查单元，调度程序定时启动检查；
TD-SCDMA模式睡眠状态判断单元，判断TD-SCDMA模式是否允许进入睡眠状态；
GSM模式睡眠状态判断单元，判断GSM模式是否允许进入睡眠状态；
DSP睡眠单元，在该TD-SCDMA模式睡眠状态判断单元和该GSM模式睡眠状态判断单元都判断出允许进入睡眠状态的情况下控制该DSP芯片进入睡眠状态；
微控制器睡眠状态判断单元，判断该微控制器是否进入睡眠状态；
芯片睡眠单元，在该DSP芯片处于睡眠状态且该微控制器睡眠状态判断单元判断该控制器已进入睡眠状态的情况下控制整个该双模终端芯片进入睡眠状态。
3、根据权利要求1或2所述的单芯片单DSP架构的GSM/TD-SCDMA双模终端芯片，其特征在于，该芯片控制模块包括：
GSM中断预处理单元，对GSM模式进行预先处理；
TD-SCDMA中断预处理单元，对TD-SCDMA模式进行预先处理；
优先级控制单元，根据GSM和TD-SCDMA两个模式当前的状态以及各自对芯片资源的需求，安排该两个模式的执行次序以保证GSM和TD-SCDMA模式都能获得足够的***资源；
GSM处理单元，接收该优先级控制单元输出的控制信息，处理GSM数据模式的数字信号，发送GSM射频控制信号；
TD-SCDMA处理单元，接收该优先级控制单元输出的控制信息，处理TD-SCDMA数据模式的数字信号，发送TD射频控制信号。
4、根据权利要求3所述的单芯片单DSP架构的GSM/TD-SCDMA双模终端芯片，其特征在于，该GSM中断预处理单元判断是否已经设置了需要屏蔽GSM中断以实现TD-SCDMA单模终端的功能，若需要则屏蔽掉GSM中断，若不需要则将GSM中断的预处理结果传递给该优先级控制单元。
5、根据权利要求3所述的单芯片单DSP架构的GSM/TD-SCDMA双模终端芯片，其特征在于，该TD-SCDMA中断预处理单元判断是否已经设置了需要屏蔽TD-SCDMA中断以实现GSM单模终端的功能，若需要则屏蔽掉TD-SCDMA中断，若不需要则将TD-SCDMA中断的预处理结果传递给该优先级控制单元。
6、根据权利要求3所述的单芯片单DSP架构的GSM/TD-SCDMA双模终端芯片，其特征在于，该双模终端芯片还包括：
单个射频控制模块，通过该DSP芯片上的GSM/TD-SCDMA射频控制接口接收该GSM处理单元发出的GSM射频控制信号和该TD-SCDMA处理单元发出的TD射频控制信号并发射出去，进行GSM模式和TD-SCDMA模式的射频收发。
7、根据权利要求6所述的单芯片单DSP架构的GSM/TD-SCDMA双模终端芯片，其特征在于，该GSM定时中断的周期为4.615ms，该TD-SCDMA定时中断的周期为5ms。
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Application publication date: 20090401 Assignee: SPREADTRUM COMMUNICATIONS (SHANGHAI) Co.,Ltd. Assignor: Xin Xin finance leasing (Beijing) Co.,Ltd. Contract record no.: X2021110000008 Denomination of invention: A GSM / TD-SCDMA dual mode terminal chip with single chip and single DSP architecture Granted publication date: 20100120 License type: Exclusive License Record date: 20210317 |
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Effective date of registration: 20221027 Address after: 201203 Shanghai city Zuchongzhi road Pudong New Area Zhangjiang hi tech park, Spreadtrum Center Building 1, Lane 2288 Patentee after: SPREADTRUM COMMUNICATIONS (SHANGHAI) Co.,Ltd. Address before: 101399 Building 8-07, Ronghui Garden 6, Shunyi Airport Economic Core Area, Beijing Patentee before: Xin Xin finance leasing (Beijing) Co.,Ltd. |
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