Handy-Design: Das „De-sense“-Problem in den Griff bekommen

Von parallel nach seriell

Werden die parallelen Bus-Signale nun in einen seriellen Signalstrom umgesetzt und mit hoher Datenübertragungsrate bei den niedrigen Signalspannungen des LVDS-Verfahrens übertragen, dann lassen sich die Abstrahlungen innerhalb eines Handys deutlich reduzieren. Ein Beispiel: Ein 5-MHz-Bus in einem CDMA-Gerät, der aus 16 Leitungen und einer Taktleitung besteht, wird gewöhnlich mit einer Taktfrequenz von 19,2 MHz betrieben. Bei einer Parallel/Seriell-Umsetzung – im englischen Sprachgebrauch hat sich hierfür das Kürzel „Ser- Des“ (Serializing Deserializing) eingebürgert – wird ein phasengeregelter Oszillator (PLL) eingesetzt, mit dem sich die Signalfolgen bei den höheren Datenübertragungsraten synchronisieren lassen. Bei einer solchen Auslegung läuft das Parallel-Signal nicht mehr durch das gesamte Handy, sondern nur noch über die kurze Strecke vom Mikroprozessor zum Parallel/Seriell- Umsetzer und vom Seriell/Parallel- Umsetzer zum Display.

Eine typische serielle Übertragung wird etwa die aus der CDMA-Basisband- Verarbeitung zur Verfügung stehende 19-MHz-Oszillator-Frequenz nutzen und diese mit dem Faktor 13 multiplizieren. Damit entsteht das Taktsignal für eine LVDS-Übertragung bei 249,6 MHz. Die Frequenzen der zugehörigen ungeradzahligen harmonischen Oberwellen dritter und fünfter Ordnung liegen dann mit 748,8 bzw. 1248 MHz weit außerhalb der Frequenzen des CDMA-Bandes. Darüber hinaus sind die Abstrahlungen wegen der geringen Signal-Amplitude und der differentiellen Übertragung beim LVDS-Verfahren ohnehin deutlich geringer.

Weil die Wahl der Taktfrequenz des seriellen Datenstroms weitgehend dem Entwickler überlassen bleibt, ist es von Vorteil, den Multiplikationsfaktor so zu wählen, dass die Frequenzabstände zwischen den Oberwellen genügend groß werden und gleichzeitig nicht in der Mitte des CDMA-Bandes liegen. Würde der Entwickler für die Basisfrequenz 19,2 MHz einen Multiplikationsfaktor 6 oder 7 wählen, läge die siebte harmonische Oberwelle mit 806,4 MHz am Rande bzw. mit 940,8 MHz in der Mitte des CDMABandes. Das bei einem Kamera-Modul auftretende Problem der Erzeugung von Oberwellen durch die Schnittstelle kann bei einem LC-Display noch weitaus schwerwiegender sein. Die meisten Mikrocontroller-Interfaces verwenden in der Regeln nicht-periodische Signale wie „Address“, „Chip Select“ oder „Write Enable“, während ein Kamera-Modul lediglich periodische Taktsignale zur Übertragung der Pixel ausgibt.

Bei diesen hochperiodischen Signalen strahlt eine „Low Voltage“-CMOS-Leitung eine charakteristische Signatur ab, die häufig den Empfängerschaltkreis in einem Handy stört. Dies ist durchaus bemerkenswert, da die Taktfrequenz der Kamera dann durchaus 40 MHz erreichen kann. Um diese hohen Taktfrequenzen zu erreichen, müssen auch die Anstiegsund Abfallflanken der Impulse steiler gemacht werden, was wieder zu einer höheren Abstrahlung führt. Daher können die Kamera-Module in besonderer Weise von der seriellen Datenübertragung profitieren.

Bei dem Umstieg auf das serielle Verfahren für die Übertragung von Daten zwischen den einzelnen Modulen eines Handys wurde bislang lediglich der Aspekt gesehen, dass die Anzahl der Leitungen, die über eine flexible Leiterplatte geführt werden müssen, deutlich reduziert werden kann. Hinzu kam noch, dass etwa kleinere Steckverbinder eingesetzt werden konnten und damit auch die Zuverlässigkeit erhöht wird. Schließlich werden ggf. noch Spannungsumsetzer und ESDKomponenten entbehrlich. Dass mit der Umsetzung der parallelen Bus- Signale auf eine serielle LVDS-Übertragung die Störstrahlung im Handy entscheidend herabgesetzt wird, ist erst vor kurzem wirklich deutlich geworden. Mit dieser Erkenntnis im Gepäck lassen sich nun noch kleinere Handys noch schneller entwickeln; insbesondere deshalb, weil die Anpassungen der RC-Filter entfallen und die Designs der Handy-Leitergrundplatten im Entwurfsprozess deshalb weniger häufig geändert werden müssen.

Jens Würtenberg, Elektronik

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