射頻電路結(jié)構(gòu)和工作原理.doc

射頻電路結(jié)構(gòu)和工作原理一、射頻電路組成和特點：普通手機射頻電路由接收通路、發(fā)射通路、本振電路三大電路組成。其主要負責(zé)接收信號解調(diào)；發(fā)射信息調(diào)制。早期手機通過超外差變頻（手機有一級、二級混頻和一本、二本振電路），后才解調(diào)出接收基帶信息；新型手機則直接解調(diào)出接收基帶信息（零中頻）。更有些手機則把頻合、接收壓控振蕩器（RXVCO）也都集成在中頻內(nèi)部。接收解調(diào)天線開關(guān)RXI-P RXI-N900MRXQ-PRXQ-N1800M 頻率合成發(fā)射互感器VCC頻率取樣分頻R XVCO13M CLK功 DAT率 RST樣取發(fā)射頻率取樣信功 率放大器調(diào)制TXVCO鑒相號TXI-PTXI-N 射頻電壓TXQ-P功控TXQ-N等級（射頻電路方框圖）1、接收電路的結(jié)構(gòu)和工作原理：接收時，天線把基站發(fā)送來電磁波轉(zhuǎn)為微弱交流電流信號經(jīng)濾波，高頻放大后，送入中頻內(nèi)進行解調(diào)，得到接收基帶信息（RXI-P、RXI-N、RXQ-P、RXQ-N）；送到邏輯音頻電路進一步處理。1、 該電路掌握重點:（1）、接收電路結(jié)構(gòu)。（2）、各元件的功能與作用。(3)、接收信號流程。電路分析:（1）、電路結(jié)構(gòu)。接收電路由天線、天線開關(guān)、濾波器、高放管（低噪聲放大器）、中頻集成塊（接收解調(diào)器）等電路組成。早期手機有一級、二級混頻電路，其目的把接收頻率降低后再解調(diào)(如下圖)。CPU（音頻）天線開關(guān)音頻放大數(shù)字處理接收解調(diào)900M1800M頻率合成 SYN-VCC 頻率取樣分頻R XVCOO13M SYN-CLK SYN- DAT SYN- RST（接收電路方框圖）（2）、各元件的功能與作用。1)、手機天線：結(jié)構(gòu)：（如下圖）由手機天線分外置和內(nèi)置天線兩種；由天線座、螺線管、塑料封套組成。塑料封套螺線管天線座微帶電感（外置天線）（內(nèi)置天線）作用：a)、接收時把基站發(fā)送來電磁波轉(zhuǎn)為微弱交流電流信號。b)、發(fā)射時把功放放大后的交流電流轉(zhuǎn)化為電磁波信號。2)、天線開關(guān)：結(jié)構(gòu)：（如下圖）手機天線開關(guān)（合路器、雙工濾波器）由四個電子開關(guān)構(gòu)成。900M收 1800M收GSM收 PCS收900M收控 1800M收控 900M發(fā)控 1800M發(fā)控GSM發(fā)控 PCS發(fā)控 900M發(fā)入 1800M發(fā)入GSM發(fā)入 PCS發(fā)入（圖一）（圖二）作用：其主要作用有兩個：a）、 完成接收和發(fā)射切換；b）、 完成900M/1800M信號接收切換。邏輯電路根據(jù)手機工作狀態(tài)分別送出控制信號（GSM-RX-EN；DCS- RX-EN；GSM-TX-EN；DCS- TX-EN），令各自通路導(dǎo)通，使接收和發(fā)射信號各走其道，互不干擾。由于手機工作時接收和發(fā)射不能同時在一個時隙工作（即接收時不發(fā)射，發(fā)射時不接收）。因此后期新型手機把接收通路的兩開關(guān)去掉，只留兩個發(fā)射轉(zhuǎn)換開關(guān)；接收切換任務(wù)交由高放管完成。3）、濾波器：結(jié)構(gòu)：手機中有高頻濾波器、中頻濾波器。作用：其主要作用：濾除其他無用信號，得到純正接收信號。后期新型手機都為零中頻手機；因此，手機中再沒有中頻濾波器。4）、高放管（高頻放大管、低噪聲放大器）：結(jié)構(gòu)：手機中高放管有兩個：900M高放管、1800M高放管。都是三極管共發(fā)射極放大電路；后期新型手機把高放管集成在中頻內(nèi)部。中頻B2900M C41800M （高頻放大管供電圖）作用：a）、 對天線感應(yīng)到微弱電流進行放大，滿足后級電路對信號幅度的需求。b）、完成900M/1800M接收信號切換。原理：a）、供電：900M/1800M兩個高放管的基極偏壓共用一路，由中頻同時路提供；而兩管的集電極的偏壓由中頻CPU根據(jù)手機的接收狀態(tài)命令中頻分兩路送出；其目的完成900M/1800M接收信號切換。b）、原理：經(jīng)過濾波器濾除其他雜波得到純正935M-960M的接收信號由電容器耦合后送入相應(yīng)的高放管放大后經(jīng)電容器耦合送入中頻進行后一級處理。5）、中頻（射頻接囗、射頻信號處理器）：結(jié)構(gòu)：由接收解調(diào)器、發(fā)射調(diào)制器、發(fā)射鑒相器等電路組成；新型手機還把高放管、頻率合成、26M振蕩及分頻電路也集成在內(nèi)部（如下圖）。解調(diào) 900M接收入接收基帶振蕩1800M接收入分頻壓控26M晶體頻合頻合時鐘分頻放大分頻頻合數(shù)據(jù)13M輸出頻合復(fù)位鑒相調(diào)制發(fā)射中頻發(fā)射基帶作用：a）、內(nèi)部高放管把天線感應(yīng)到微弱電流進行放大。b）、接收時把935M-960M（GSM）的接收載頻信號(帶對方信息)與本振信號（不帶信息）進行解調(diào)，得到67.707KHZ的接收基帶信息。c）、發(fā)射時把邏輯電路處理過的發(fā)射信息與本振信號調(diào)制成發(fā)射中頻（后述）。d）、結(jié)合13M/26M晶體產(chǎn)生13M時鐘（參考時鐘電路）。e）、根據(jù)CPU送來參考信號，產(chǎn)生符合手機工作信道的本振信號（后述）。(2)、接收信號流程。（參照零中頻手機）手機接收時，天線把基站發(fā)送來電磁波轉(zhuǎn)為微弱交流電流信號，經(jīng)過天線開關(guān)接收通路，送高頻濾波器濾除其它無用雜波，得到純正935M-960M（GSM）的接收信號，由電容器耦合送入中頻內(nèi)部相應(yīng)的高放管放大后，送入解調(diào)器與本振信號（不帶信息）進行解調(diào)，得到67.707KHZ的接收基帶信息（RXI-P、RXI-N、RXQ-P、RXQ-N）；送到邏輯音頻電路進一步處理。2、 發(fā)射電路的結(jié)構(gòu)和工作原理：發(fā)射時，把邏輯電路處理過的發(fā)射基帶信息調(diào)制成的發(fā)射中頻，用TX-VCO把發(fā)射中頻信號頻率上變?yōu)?90M-915M（GSM）的頻率信號。經(jīng)功放放大后由天線轉(zhuǎn)為電磁波輻射出去。該電路掌握重點:（1）、電路結(jié)構(gòu)。（2）、各元件的功能與作用。(3)、發(fā)射信號流程。電路分析:（1）、電路結(jié)構(gòu)。發(fā)射電路由中頻內(nèi)部的發(fā)射調(diào)制器、發(fā)射鑒相器；發(fā)射壓控振蕩器（TX-VCO）、功率放大器（功放）、功率控制器（功控）、發(fā)射互感器等電路組成。（如下圖）天線開關(guān) 頻率合成發(fā)射互感器VCC頻率取樣分頻R XVCO13M CLK功 DAT率 RST樣取發(fā)射頻率取樣信功 率放大器調(diào)制TXVCO鑒相號TXI-PTXI-N 射頻電壓TXQ-P功控TXQ-N等級（發(fā)射電路方框圖）（2）、各元件的功能與作用。1）、發(fā)射調(diào)制器：結(jié)構(gòu)：發(fā)射調(diào)制器在中頻內(nèi)部，相當(dāng)于寬帶網(wǎng)絡(luò)中的MOD。作用：發(fā)射時把邏輯電路處理過的發(fā)射基帶信息（TXI-P；TXI-N；TXQ-P；TXQ-N）與本振信號調(diào)制成發(fā)射中頻。2）、發(fā)射壓控振蕩器（TX-VCO）：結(jié)構(gòu)：發(fā)射壓控振蕩器是由電壓控制輸出頻率的電容三點式振蕩電路；在生產(chǎn)制造時集成為一小電路板上，引出五個腳：供電腳、接地腳、輸出腳、控制腳、900M/1800M頻段切換腳。當(dāng)有合適工作電壓后便振蕩產(chǎn)生相應(yīng)頻率信號。作用：把中頻內(nèi)調(diào)制器調(diào)制成的發(fā)射中頻信號轉(zhuǎn)為基站能接收的890M-915M（GSM）的頻率信號。原理：眾所周知，基站只能接收890M-915M（GSM）的頻率信號，而中頻調(diào)制器調(diào)制的中頻信號（如三星發(fā)射中頻信號135M）基站不能接收的，因此，要用TX-VCO把發(fā)射中頻信號頻率上變?yōu)?90M-915M（GSM）的頻率信號。當(dāng)發(fā)射時，電源部分送出3VTX電壓使TX-VCO工作，產(chǎn)生890M-915M（GSM）的頻率信號分兩路走： a）、取樣送回中頻內(nèi)部，與本振信號混頻產(chǎn)生一個與發(fā)射中頻相等的發(fā)射鑒頻信號，送入鑒相器中與發(fā)射中頻進行較；若TX-VCO振蕩出頻率不符合手機的工作信道，則鑒相器會產(chǎn)生1-4V跳變電壓（帶有交流發(fā)射信息的直流電壓）去控制TX-VCO內(nèi)部變?nèi)荻O管的電容量，達到調(diào)整頻率準確性目的。b）、送入功放經(jīng)放大后由天線轉(zhuǎn)為電磁波輻射出去。從上看出：由TX-VCO產(chǎn)生頻率到取樣送回中頻內(nèi)部，再產(chǎn)生電壓去控制TX-VCO工作；剛好形成一個閉合環(huán)路，且是控制頻率相位的，因此該電路也稱發(fā)射鎖相環(huán)電路。、3）、功率放大器（功放）：結(jié)構(gòu)：目前手機的功放為雙頻功放（900M功放和1800M功放集成一體），分黑膠功放和鐵殼功放兩種；不同型號功放不能互換。作用：把TX-VCO振蕩出頻率信號放大，獲得足夠功率電流，經(jīng)天線轉(zhuǎn)化為電磁波輻射出去。值得注意：功放放大的是發(fā)射頻率信號的幅值，不能放大他的頻率。功率放大器的工作條件：a）、工作電壓（VCC）：手機功放供電由電池直接提供（3.6V）。b）、接地端（GND）：使電流形成回路。c）、雙頻功換信號（BANDSEL）：控制功放工作于900M或工作于1800M。d）、功率控制信號（PAC）：控制功放的放大量（工作電流）。e）、輸入信號（IN）；輸出信號（OUT）。4）、發(fā)射互感器：結(jié)構(gòu)：兩個線徑和匝數(shù)相等的線圈相互靠近，利用互感原理組成。作用：把功放發(fā)射功率電流取樣送入功控。原理：當(dāng)發(fā)射時功放發(fā)射功率電流經(jīng)過發(fā)射互感器時，在其次級感生與功率電流同樣大小的電流，經(jīng)檢波（高頻整流）后并送入功控。5）、功率等級信號：所謂功率等級就是工程師們在手機編程時把接收信號分為八個等級，每個接收等級對應(yīng)一級發(fā)射功率（如下表），手機在工作時，CPU根據(jù)接的信號強度來判斷手機與基站距離遠近，送出適當(dāng)?shù)陌l(fā)射等級信號，從而來決定功放的放大量（即接收強時，發(fā)射就弱）。附功率等級表： 接 收 等 級01234567發(fā)射等級（mw）6036036032501004016686）、功率控制器（功控）：結(jié)構(gòu)：為一個運算比較放大器。作用：把發(fā)射功率電流取樣信號和功率等級信號進行比較，得到一個合適電壓信號去控制功放的放大量。原理：當(dāng)發(fā)射時功率電流經(jīng)過發(fā)射互感器時，在其次級感生的電流，經(jīng)檢波（高頻整流）后并送入功控；同時編程時預(yù)設(shè)功率等級信號也送入功控；兩個信號在內(nèi)部比較后產(chǎn)生一個電壓信號去控制功放的放大量，使功放工作電流適中，既省電又能長功放使用壽命（功控電壓高，功放功率就大）。(3)、發(fā)射信號流程。當(dāng)發(fā)射時，邏輯電路處理過的發(fā)射基帶信息（TXI-P；TXI-N；TXQ-P；TXQ-N），送入中頻內(nèi)部的發(fā)射調(diào)制器，與本振信號調(diào)制成發(fā)射中頻。而中頻信號基站不能接收的，要用TX-VCO把發(fā)射中頻信號頻率上升為890M-915M（GSM）的頻率信號基站才能接收。當(dāng)TX-VCO工作后，產(chǎn)生890M-915M（GSM）的頻率信號分兩路走：a）、一路取樣送回中頻內(nèi)部，與本振信號混頻產(chǎn)生一個與發(fā)射中頻相等的發(fā)射鑒頻信號，送入鑒相器中與發(fā)射中頻進行較；若TX-VCO振蕩出頻率不符合手機的工作信道，則鑒相器會產(chǎn)生一個1-4V跳變電壓去控制TX-VCO內(nèi)部變?nèi)荻O管的電容量，達到調(diào)整頻率目的。b）、二路送入功放經(jīng)放大后由天線轉(zhuǎn)化為電磁波輻射出去。為了控制功放放大量，當(dāng)發(fā)射時功率電流經(jīng)過發(fā)射互感器時，在其次級感生的電流，經(jīng)檢波（高頻整流）后并送入功控；同時編程時預(yù)設(shè)功率等級信號也送入功控；兩個信號在內(nèi)部比較后產(chǎn)生一個電壓信號去控制功放的放大量，使功放工作電流適中，既省電又能長功放使用壽命。3、本振電路的結(jié)構(gòu)和工作原理：（本機振蕩電路、鎖相環(huán)電路、頻率合成電路）該電路產(chǎn)生四段不帶任何信息的本振頻率信號（GSM-RX；GSM-TX；DCS-RX；DCS-TX）；送入中頻內(nèi)部，接收時對接收信號進行解調(diào)；發(fā)射時對發(fā)射基帶信息進行調(diào)制和發(fā)射鑒相。該電路掌握重點:（1）、電路結(jié)構(gòu)。（2）、各元件的功能與作用。(3)、本振電路工作原理。電路分析:（1）、電路結(jié)構(gòu)。手機本振電路有四種電路結(jié)構(gòu)：a）、由頻率合成集成塊、接收壓控振蕩器（RX-VCO）、13M基準時鐘、預(yù)設(shè)頻率參考數(shù)據(jù)（SYN-DAT；SYN-CLK；SYN-RST；SIN-EN），組成（早期手機多用；如下圖）。頻率合成集成塊一本振頻率取樣一本VCOSYN-VCCSYN-VCC13M時鐘SYN-CL 控制電壓 頻率輸出SYN-DATSYN-RST二本振頻率取樣SYN-VCC二本VCO頻率輸出控制電壓b）、把頻率合成集成塊集成在中頻內(nèi)部，結(jié)合外接RX-VCO組成（中期機、諾基亞機多用；(如下圖) 中頻集成塊 一本振頻率取樣頻率合成成集塊 SYN-VCC一本VCOSYN-VCC13M時鐘SYN-CLK 控制電壓 頻率輸出SYN-DATSYN-RST二本振頻率取樣SYN-VCC二本VCO控制電壓頻率輸出c）、把頻率合成集成塊、接收壓控振蕩器（RX-VCO）集成一體，稱本振集成塊或本振舐IC（中期機、三星機多用；如下圖）。本振集成塊控制電壓 頻率合成成集塊 SYN-VCC一本VCOSYN-VCC13M時鐘SYN-CLK 控制電壓 頻率輸出SYN-DATSYN-RST二本振頻率取樣SYN-VCC二本VCO控制電壓頻率輸出控制電壓d）、把頻率合成集成塊、接收壓控振蕩器（RX-VCO）集成在中頻內(nèi)部（新型機、雜牌機多用；如下圖）。中頻集成塊解調(diào) 900M接收入接收基帶振蕩1800M接收入頻合合成電路分頻壓控26M晶體頻合時鐘分頻放大分頻頻合數(shù)據(jù)13M輸出頻合復(fù)位鑒相調(diào)制發(fā)射中頻發(fā)射基帶值得注意：無論采用何種結(jié)構(gòu)模式，只是產(chǎn)生的頻率不同；其工作原理，產(chǎn)生的頻率信號的走向和作用都一樣的。（2）、各元件的功能與作用。a）、接收壓控振蕩器（RX-VCO）：與TX-VCO的結(jié)構(gòu)和工作原理一樣；與TX-VCO不同的是：TX-VCO產(chǎn)生兩個頻率段，只參與發(fā)射；而RX-VCO產(chǎn)生四個頻率段，既參與接收又參與發(fā)射；兩個VCO不能互換。b）、頻率合成集成塊：為一個比較運算放大器；把RX-VCO產(chǎn)生頻率取樣信號、預(yù)設(shè)頻率參考數(shù)據(jù)在內(nèi)部進行比較，并以13M基準時鐘為參考，產(chǎn)生1-4V跳變電壓（純直流電壓）去控制RX-VCO振蕩出準確本振頻率目的。c）、預(yù)設(shè)頻率參考數(shù)據(jù)：即工程師在設(shè)計手機時，根據(jù)手機在不同信道（GSM手機為124個）上工作時所需要的本振頻率標準預(yù)先設(shè)定好，列成數(shù)據(jù)表；并寄存在字庫內(nèi)。即CPU送出的頻合時鐘（SYN-CLK）；頻合數(shù)據(jù)（SYN-DAT）；頻合復(fù)位（ SYN-RST）；頻合啟動（SIN-EN）。(3)、本振電路工作原理。手機正常開機后，電源部分送出頻合電源使本振電路工作，此時RX-VCO振蕩出本振頻率信號分兩路走：1）、把本振頻率取樣送入頻率合成集成塊內(nèi)，與預(yù)設(shè)頻率參考數(shù)據(jù)在內(nèi)部進行