LTE-A手机看门狗电路的设计与研究*

黄学达，翁明江

（重庆邮电大学重邮信科通信技术有限公司，重庆400065）

LTE-A手机看门狗电路的设计与研究*

黄学达，翁明江*

（重庆邮电大学重邮信科通信技术有限公司，重庆400065）

首先简要介绍了LTE-A手机终端的系统结构，在此基础上为解决LTE-A手机程序跑飞需要拔电池重启的问题，提出了基于分立器件实现看门狗复位的设计方案，结合基带处理器的通用输入输出接口进行软件控制，能够输出满足系统供自动重启需要的复位时间，并对硬件进行了系统的测试，该看门狗电路具有较高的时效性和可靠性，有助于提高LTE-A手机系统的稳定性。

LTE-A手机；看门狗电路；分立器件；复位时间

LTE-Advanced（LTE-A）是LTE的演进版本，其目的是为满足未来几年内无线通信市场的更高需求和更多应用，满足和超过IMT-Advanced的需求，同时还保持对LTE较好的后向兼容性。LTE-A采用了载波聚合（Carrier Aggregation）、上/下行多天线增强（Enhanced UL/DL MIMO）、多点协作传输（Coordinated Multi-point Tx&Rx）、中继（Relay）、异构网干扰协调增强（Enhanced Inter-cell Interference Coordination forHeterogeneous Network）等关键技术，能大大提高无线通信系统的峰值数据速率、峰值频谱效率、小区平均谱效率以及小区边界用户性能，同时也能提高整个网络的组网效率，这使得LTE和LTE-A系统成为未来几年内无线通信发展的主流[1-5]。

采用某公司的LTE-A手机方案中，容易出现手机异常，基带程序跑飞，即使按电源键重启手机，由于电源管理芯片输出的复位时间只有70 ms左右，系统内存在残留电荷等原因，导致系统无法恢复正常，需要拨电池，使系统彻底断电才能解决，目前的部分LTE-A手机无法打开后盖取电池，针对无法取电池的LTE-A手机，本文提出一种外部看门狗电路方案，目的是增加系统复位时间，使系统程序跑飞后，能正常重新启动系统，实际应用中发现工作不稳定，有时复位时间只有几百毫秒，经过测试后提出看门狗电路的改进方案。

1 LTE-A手机系统方案介绍

LTE-A手机硬件框图如图1所示，外接WIFI/BT/ FM和GPS模块，支持重力加速度，陀螺仪，电子罗盘，接近光和环境光传感器，支持前、后摄像头，支持6寸MIPI接口的LCD显示屏以及集成电容触摸屏，外加RF Transceiver和FEM，支持LTE-A双天线。基带处理器集成8核AP处理器，其复位信号由PMIC提供，复位时间70 ms，系统上电时，PMIC输出70 ms的低电平Reset信号，系统加载正常后，Reset信号通过上拉电阻拉高到3.0 V。

图1 LTE-A手机系统结构框图

2 看门狗电路设计

如图2所示，左侧的GPIO接基带处理器的GPIO，系统上电初始，基带处理器的GPIO是高组态，系统的复位信号受PMIC输出的Reset信号控制，复位时间70 ms。系统正常工作中，通过基带处理器的GPIO输出高低电平，控制三极管Q701进入放大区、线性区、饱和区等，实现DG3V通过R702对C707进行充电，或者C707进行放电，通过U701反相器反向后，得到低电平信号输出到基带处理器，实现系统的复位，复位时间为DG3 V通过R702对C707充电的时间，即1 M×10 μs× 70%=7 s，复位释放时间由R703，C704，U702实现，其中U702是信号反相器，具体时间由C704上的充电时间决定，即330 k×1 μs×70%=231 ms[6-7]。

图2 外部看门狗电路示意图

实际使用中，系统在看门狗电路复位中，复位时间异常，变为只有几百毫秒，通过分析电路图，决定在GPIO接上与断开，测试如图2所示中，GPIO端，三极管Q701的基极B点、电容C704的A点，电容C707的C点等几个与复位信号输出至关重要的点的波形变化，来分析复位时间的异常，找到相应的解决方案。

将基带的GPIO接入图2的看门狗电路，断开电阻R707测试A、B、C等点的波形如图3所示，将基带的GPIO接入图2的看门狗电路，接上电阻R707再测试A、B、C等点的波形如图4所示。其中①线为C706左边GPIO处信号，②线为C706右边，三极管Q701的基极心海，③线为C704下端A点处信号，④线为C707上端C点处信号。

图3 A、B、C位置波形测试图一

图4 A、B、C位置波形测试图二

从图3、图4中可以看出，当接上GPIO，接上电阻R707后（即看门狗电路接入系统中），Q701基极端电容C706充放电时间变短（图3中②线表明有明显的充放电过程，图4的②线只有一个很短的脉冲），导致Q701导通时间变短，集电极电容C707上的电没有被完全放掉，从而导致下次C707的充电时间变短。原因是在系统第一次上电时，系统工作正常后，基带处理器有对GPIO初始化为低电平输出的操作。

当不接R707时，系统不会被复位，GPIO接口仍然保持低电平，这样电容C706能够正常充放电；当接上R707后，系统被复位时，基带处理器的GPIO变为高阻状态，此时电容C706停止工作，三极管Q701导通时间变短，C707放电不完全（如图4中的④线所示），从而导致复位时间异常［8］。

3 看门狗电路改进方案

如图5所示，提出一个解决方案，增加GPIO处的1K下拉电阻R704，可以避免GPIO在系统启动、复位以及其他任何情况下，均能保证此处的10 uF电容C706正常的充放电，不会因为GPIO的高阻态，导致C706的充放电异常，从而减小看门狗电路输出的复位时间。

图5 外部看门狗电路改进图

增加一个EN控制以及相关电路R705，R702，Q702，使Q701出于导通状态，Q701的集电极电平为低电平，从而看门狗电路始终输出高电平，可以避免在主板在生产线上进行程序下载时，看门狗电路输出不可控的复位信号，影响了程序的正常下载。

针对改进方案，测试其C706左右两侧，C704下端，C707上端的波形如图6所示。①线为C706左侧，接基带处理器的GPIO信号波形，②线为C706右侧，Q701的基极信号波形，③线为C704下端信号波形，④线为C707上端信号波形。将看门狗电路接入系统后，看门狗电路的复位时间如图6中所示③线，大约为6 s左右，与理论值7 s接近，能满足系统的需要[9]。

图6 外部看门狗电路改进后波形图

4 结论

根据此方案设计的LTE-A手机，使用较少的电子元器件，成本增加几乎可以忽略，经过严格的测试，即使系统程序跑飞，都可以不采用拨电池的方式，能正常完成系统的复位和程序加载，整个时间在6 s左右，提高了系统的可靠性和稳定性，产生较好的经济效益。

［1］林辉，焦慧颖，等.LTE-Advanced关键技术详解［M］.北京：人民邮电出版社，2012.

［2］沈嘉，索士强，全海洋，等.3GPP长期演进（LTE）技术原理与系统设计［M］.北京：人民邮电出版社，2008.

［3］3GPP TR 36.912.Feasibility Study for Further Advancements for E-UTRA（LTE-Advanced）［S］.09，2009.

［4］ITU-R WP 5D/580-E.Submission of TD-LTE-Advanced for IMTAdvanced candidate technology［S］.10，2009.

［5］张长青.TD-LTE演进型分组核心网技术分析［J］.移动通信，2013（8）：51-57.

［6］龚中字，赵开健.看门狗电路的探讨［J］.自动化与仪器仪表，2007，130（2）：65，76.

［7］吴允平，李旺彪，等.一种嵌入式系统的看门狗电路设计［J］.电子器件，2010，33（5）：579-581.

［8］胡屏，柏军.单片机应用系统中的看门狗技术［J］.吉林大学学报：信息科学版，2003，21（2）：205-208.

［9］刘发志，张东，杨艳，等.基于DM642的看门狗电路设计与应用［J］.舰船电子工程，2008，28（1）：120-123.

黄学达（1978-），男，汉族，四川宜宾人，重庆邮电大学，工程师，主要研究方向为LTE-A终端产品硬件研究，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

项目来源：重庆市科委（cstc2013yykfc4003）

2014-12-03 修改日期：2014-12-26