手機原理part5

1、第三章 邏 輯 系 統(tǒng)邏輯電路分為手機系統(tǒng)邏輯電路控制及存儲器電路與語音處理電路兩大部分，它完成手機各電路的控制及數(shù)字與語音信號的處理。邏輯電路部分通常是由中央處理器(CPU)或被稱為ASIC(專用應用集成電路)的器件，為中心的電路構(gòu)成。在該電路中,還包含各種存儲器電路：SRAM、EEPROM及FLASH電路,這些存儲器在手機電路中起著不同的作用。第一節(jié) 邏 輯 控 制 電 路它主要由核心控制模塊CPU、EEPROM、FLASH EPROM、SRAM等部分組成，邏輯系統(tǒng)主要完成手機菜單中的各項設(shè)定功能、控制收發(fā)信號的正確處理功能等,而且在邏輯系統(tǒng)中,EEPROM和FLASH EPROM內(nèi)部存儲

2、的數(shù)據(jù)必須完全正確,才能發(fā)揮其強大快捷的邏輯控制功能。、控制器的組成圖2-1所示是控制器的硬件組成方框圖。圖中一個最基本的控制器主要由下列幾部分組成。 圖 2-1CPU(中央處理器)這是微控制器的核心。存儲器：包括兩個部分,一是ROM它用來存儲程序二是RAM,它用來存儲數(shù)據(jù)。ROM和RAM兩種存儲器是有所不同的。輸人/輸出(I/O)接口：這一接口電路分為兩種：一是并行輸入/輸出接口。二是串行輸入/輸出接口。這兩種接口電路結(jié)構(gòu)不同，對信息的傳輸方式也不同。定時器/計數(shù)器：微控制器的許多應用中,往往需要進行精確的定時并產(chǎn)生方波信號,這要由定時器/計數(shù)器電路來完成。時鐘系統(tǒng)：手機中常見是13MHz和

3、32.768kHz。微處理器的上述五個基本部件電路之間通過地址總線(AB)、數(shù)據(jù)總線(DB)和控制總線(CB)連接在一起，再通過輸出/輸人接口與微處理器的外部電路聯(lián)系起。二、CPUCPU在單片機中起著核心作用,單片機所有操作動作指令的接收和指令的執(zhí)行、各種控制功能、輔助功能等都在CPU的管理下進行。同時，CPU還要擔任各種運算工作。在單片機中,CPU起著指揮中心的作用。通俗地講,CPU 相當于“人腦”和“算盤”的作用,其中“人惱”用來指揮單片機的各項工作，“算盤”則用來進各種數(shù)據(jù)的運算。三、存儲器存儲器的作用相當于“紙張”存儲器用來存放單片機中的各種程序和數(shù)據(jù)。所謂程序就是根據(jù)所要解決問題的要

4、求,應用指令系統(tǒng)中所包含的指令、編成一組有次序的指令的集合。所謂數(shù)據(jù)就是單片訊上作過程中的信息、變量、參數(shù)、表格等,例如鍵盤反饋回來的信息。ROM(掉電不丟失在手機的單片機系統(tǒng)中,有的程序是同定不變的,如自舉程序或引導程序,有的程序則可以進行升級,存儲不同的程序。存儲器也不應相同,如Flash(閃速存儲器)特點是響應速度和存儲速度高于一般的EPROM,可寫(E)可編程(P)只讀存儲器(ROM),因為在手機中它存儲著系統(tǒng)運行軟件和中文資料,所以叫它版本或字庫。它容量也更大一些,比如V998的320字庫容量為16×32Mbit。 EEPROM電可擦(E)可寫(E)可編程(p)只讀存（RO

5、M），因為在手機中它主要用來存放應用文件、如機身碼IMEI、鎖相碼,所以又俗稱碼片。不過在現(xiàn)代通信技術(shù)日益發(fā)展的今天,許多機型已將碼片資料和版本資料集成在一起了。RAM數(shù)據(jù)存儲器（掉電丟失）數(shù)據(jù)存儲器是一個隨機存儲器,是一個讀/寫存儲器(RAM),它可讀可寫，他分成許多單元。微控制器片內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲器用途很多，主要有下列一些：A其中的一部分單元當作CPU的工作寄存器。當單片機中沒有專門的寄存器陣列時，可使用數(shù)據(jù)存儲器中的一部分單元。B微控制器內(nèi)有一個大小，地址均為固定的堆棧，設(shè)在數(shù)據(jù)存儲器中。C數(shù)據(jù)存儲器其余的單無是用戶的數(shù)據(jù)區(qū)。四、輸入/輸出接口輸人/輸出接口常用I/O接口表示，I是指輸入接口

6、，是英文IN的簡寫。O是指輸出接口,是英文OUT的簡寫。輸人/輸出接口電路是指CP與外部電路、設(shè)備之間的連接通道及有關(guān)的控制電路。由于外部電路、設(shè)備中的電平大小、數(shù)據(jù)格式、運行速度、工作方式等均不統(tǒng)，一般情況下是不能與CPU相兼容的（即不能直接與CPU連接）外部電路和設(shè)備只有通過輸入/輸出接口的橋梁作用，才能進行相互之間的信息傳輸、交流并使CPU與外部電路、設(shè)備之間協(xié)調(diào)工作。輸人/輸出接口種類繁多，不同的外部電路和設(shè)備需要相應的輸人/輸出接口電路，可利用編制程序的方法具體確定接口的工作方式、功能和工作狀態(tài)。五、定時器/事件計數(shù)器為了提高單片機的實時控制能力，一般單片機內(nèi)部設(shè)有定時器電路。定時器

7、有兩種類型：是增量計數(shù)器；二是減量計數(shù)器。當定時器溢出時,增量計數(shù)器產(chǎn)生中斷并作標志位；當定時器回零時,減量計數(shù)器產(chǎn)生中斷。有的定時器還具有自動重新加載的能力,這使得定時器的使用更加靈活方便,利用這種功能很容易產(chǎn)生一個可編程的時鐘。此外,定時器還可作為一個事件計數(shù)器,當工作在計數(shù)器方式時，可從指定的輸入端輸人脈沖,計數(shù)器對其進行計數(shù)運算。六、時鐘系統(tǒng)這一系統(tǒng)是單片機的重要系統(tǒng)，單片機的工作是按部就班的,按一定規(guī)則排列時間順序的定時，就是由時鐘系統(tǒng)控制的。時鐘信號把單片機執(zhí)行指令時要做的操作按先后順序排好，并給每一個操作規(guī)定好固定時間，這樣就可以使單片機在某一時刻只作一個動作，實現(xiàn)電路的有序工作

8、。而它工作的快慢又和手機的狀態(tài)有關(guān)大多數(shù)的手機在開機時因需要處理的文件多,時間要求短,時鐘多為13MHz,而在待機或休眠時有32.768kHz 就足夠了。這有點類似于電腦CPU的主頻,這也就是為什么手機開機時13MHz頻偏一點無所謂,只要有足夠的振幅可以傳送數(shù)據(jù)就行了,而人網(wǎng)時才和基站校準的原因之一。七、中央處理單元(CPU)工作過程簡介中央處理單元簡稱CPU,CPU是英文Central Processing Unit的縮寫。CPU主要由下列三大部分組成：運算器；寄存器；控制器。 關(guān)于單片機系統(tǒng)中的CPU主要說明下列幾點。1)CPU的內(nèi)部和外部通過三種總線與各部件之間進行聯(lián)系,它們是地址總線、

9、數(shù)據(jù)總線和控制總線。地址總線用來傳送地址信息,它是一種單向傳輸總線,地址總線在三種總數(shù)中的數(shù)目最多,通常地址總線用A××表示；數(shù)據(jù)總線是用來傳送數(shù)據(jù)的總線,它是一種雙向總線,它可用來傳送CPU的輸出數(shù)據(jù),也可用來向CPU傳送輸人數(shù)據(jù),一般情況下數(shù)據(jù)總線數(shù)目較多,常用D××表示；控制總線用來傳送控制信息,它是一種單傳輸總線,對于CPU來講,控制總線所傳送的控制信號有的是輸入信號,有的是輸出信號,控制總線的數(shù)目要少些,通常用C××表示。2)單片機中的總線是由許許多多部件所共用的,各部件通過三態(tài)門掛在總線上：三態(tài)門有一個高阻狀態(tài),此狀態(tài)下該

10、門呈開路狀態(tài)。與總線脫離。此時對總線而言它就不是一個負載。正是由于三態(tài)門的這一特點,可以使許許多多部件同時掛在總線上而不使總線過載。總線在某一時刻只被一對部件使用(即總線一端接的是信號源部件,另一端接的是信號接收部件)。在另一時刻總線又被另一對部件使用,這種由部件輪流使用總線的方法稱為分時。八、單片機工作過程簡介在單片機中,CPU不僅要實現(xiàn)對自身的控制,還擔負對單片機芯片內(nèi)外其他功能部件的控制,完成規(guī)定的操作和運算。CPU在實現(xiàn)這些控制功能時,是通過逐步執(zhí)行指令序列的過程來完成的。單片機對任何一條指令的執(zhí)行都必須經(jīng)歷下列三個階段：取指令階段；分析指令階段；執(zhí)行指令階段。關(guān)于單片機的工作過程主要

11、說明下列幾點：單片機執(zhí)行一條完整的指令必須經(jīng)過取指令、分析指令和執(zhí)行指令三個過程：微控制器中的每條指令都存放在專門的存儲器(ROM)中。程序由指令序列組成。程序的執(zhí)行過程就是執(zhí)行指令序列的過程,也就是周而復始地進行取指令、執(zhí)行指令的過程。程序的執(zhí)行種類分為四種：一是從零地址開始執(zhí)行；二是從中間某一給定地址開始執(zhí)行；三是順序執(zhí)行；四是非順序執(zhí)行。程序的執(zhí)行中需要去控制單片機的外部電路,其控制方式有兩種：一是直接控制方式；二是間接控制方式。前者電路結(jié)構(gòu)簡單,但不能用來直接控制數(shù)目較多的執(zhí)行部件,因為這會占用單片機的許多輸出接口。間接控制方式與直接控制方式相反,它通過一個控制器,由單片機控制這一控制

12、器。再由這一控制器去直接控制執(zhí)行部件,這樣可省去微控制器的許多輸出接口,這種間接控制方式能夠控制數(shù)目很多的外部執(zhí)行部件。中斷是單片機中的一種重要功能,它能夠使單片機的控制功能更加完善。所謂中斷,就是在正常執(zhí)行程序的過程中,暫時停止執(zhí)行主程序,而轉(zhuǎn)去執(zhí)行另一個更加緊急的程序。中斷有五個階段：一是中斷請求；二是中斷排隊；三是中斷響應；四是中斷處理；五是中斷返回。而手機中的單片機一般是16位微處理器,它與外圍某些器件的工作流程如下：按手機開機鍵,給維持電源部分供電,同時上電單片機,單片機復位后,再給出控制信號給維持電源部分,這時即使松開開機鍵也無妨。復位后,單片機開始運行其內(nèi)部的程序存儲器,首先從地

13、址0(一般是地址0,也有些廠家CPU不是)開誨執(zhí)行,然后順序執(zhí)行它的引導程序,同時從外部存儲器(字庫、碼片)內(nèi)讀取資料.如果此時讀取的資料不對,則單片機會內(nèi)部復位(通過單片機內(nèi)部的“看門狗”或者硬件復位指令)引導程序,如果順利執(zhí)行完成后,單片機才從外部字庫里取程序執(zhí)行,如果取的程序異常,它也會導致“看門狗”復位,即程序又從地址0開始執(zhí)行。單片機讀取字庫是通過并行數(shù)據(jù)線和地址線,再配合讀寫控制時鐘線W/R,單片機還有一根外部程序存儲器片選信號線或稱CS、CE,它和W/R配合作用,就能讓字庫區(qū)分讀的是數(shù)據(jù),還是程序。第二節(jié) 邏 輯 音 頻 電 路邏輯音頻電路在手機電路中占有重要的地位,它是手機系統(tǒng)

14、的心臟。邏輯音頻電路包含無線通信呼叫處理、音頻處理、數(shù)字語音處理、射頻邏輯接口電路、各種射頻功能控制、電源管理和用戶接口模組等。任何一部手機的邏輯音頻電路部分都包含以上的一些功能電路,只不過手機電路中的邏輯音頻電路通常都采用了超大規(guī)模的專用集成電路,在具體的電路形式上有所不同而已。開關(guān)機邏輯電路(Power ON&Power OFF)；時鐘產(chǎn)生(Clock Generator)；射頻控制(提供SYNTHON,TXPWR,RXPWR及TXP等)；時間管理器(Timer)；用戶接口；SIM卡控制；系統(tǒng)控制(Systern contFol)；通信控制(Communication Contro

15、l);身份確認(ID authentication)；射頻監(jiān)測(RF monitoring)；工作模式控制(Power Up/Down c,ontrol)；附件監(jiān)測(Accessory Monitoring)；電池監(jiān)測(Battery Monitoring)；SLEEPCLK(睡目民時鐘)；SIMCLI(SIM卡時鐘)；LCDCLK(顯示器時鐘)；數(shù)字語音信號處理電路時鐘(PCMSCLK,PCMDCLK)；信道編碼(Channel codec)；分間插人與去分間插人(InterleavingDeinterleaving)；計算(Ciphering,GSM的流密碼算法等)；突發(fā)脈沖建立(Burs

16、t Building)；鄰近蜂窩監(jiān)測(Adjacent cell Monitoring)；ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換)；PCM編譯碼；音頻路徑轉(zhuǎn)換；MIC及SPK放大器； I/Q分離(Separation)。在看手機的邏輯音頻電路時,應重點注意各種控制信號,邏輯電路提供的射頻控制信號如：接收啟動控制信號(RXON或RXEN)；發(fā)射機啟動控制信號(TXON或TXEN)；頻率合成控制信號(SYNDAT、SYNCLK等)。在看不同廠家的手機電路時,應注意一些控制信號的名稱可能不同,如發(fā)射功率控制信號在諾基亞電路中被稱為TXC；而摩托羅拉手機電路中則是PAC或AOC；在愛立信手機電路中為PWRLEV等。 一、邏

17、輯音頻處理 由前述GSM系統(tǒng)知識與手機電路結(jié)構(gòu)方面的知識可知,接收機解調(diào)得到的接收基帶信號被送至邏輯音頻電路。 我們常說RXI/Q信號在邏輯音頻電路中進行GMSK解調(diào)、解密解碼等處理,還原出模擬的話音信號。下面以諾基亞8810邏輯音頻方框圖(圖2-2)為例作一說明。 圖 2-2RXI/Q解調(diào)電路輸出的RXI/Q信號首先送到邏輯音頻處理模塊COBBA。在COBBA內(nèi),RXI/Q信號先經(jīng)一個RXI/Q相位分離電路,兩個RXI/Q信號分離成4個信號。該信號在COBBA中再經(jīng)處理(2ND ORDER S-D MODUL&RD ORDER SINC FILTER),由一個數(shù)字接口電路將處理后的信

18、號送到無線通信呼叫處理器,通過處理器中的COBBA接口、接收緩沖器、DSP接口,將信號送到DSP。在DSP中,信號先經(jīng)一個接收濾波器,然后在DSP中進行均衡、同步、去分間插人、卷寄解碼、循環(huán)冗余碼校驗、壞幀掩蔽、語音解碼等處理,通過一串行總線,將DSP處理后的數(shù)字語音信號送到語音處理模塊。在語音處理電路中,該信號經(jīng)PCM解碼,將數(shù)字信號還原成模擬的話音信號,然后經(jīng)功率放大,輸出到受話器。二、接收音頻 接收音頻通道完成的是與發(fā)射音頻通道相反的過程,它將數(shù)碼的語音信號進行處理,如去分間插人、解密等,得到數(shù)字語音信號。數(shù)字式的語音信號經(jīng)一個D/A轉(zhuǎn)換(PCM解碼),得到模擬的話音電信號。如圖2-3所

19、示(該圖所示的是GMSK解調(diào)后的數(shù)碼語音信號到模擬話音信號之間電路的示意圖)。 圖 2-3在尋找接收音頻電路咐,應注意查找“SPK”、“EAR”、“EARPHONE”和受話器的圖形符號。圖2-4所示的就是諾基亞8110的接收音頻輸出電路，圖中的EAR是查找該接收音頻的關(guān)鍵。 圖 2-4三、發(fā)射音頻在模擬移動電話中,一般把從解調(diào)輸出到受話器之間的電路或送話器到調(diào)制輸入端稱為音頻處理電路。在數(shù)字移動電話電路中,從送話器輸入到TXI/Q信號輸出或RXI/Q輸出到受話器聲音輸出之間的電路稱為音頻邏輯電路(參見邏輯電路)。圖2-5為一發(fā)射音頻通道的方框圖。接收則執(zhí)行相反的過程。 圖 2-5在通信中,要將

20、話音信號發(fā)送出去,首先需利用電子器件、電路將話音信號轉(zhuǎn)換成模擬電信號,這就是通常所說的話音拾取電路。常用的聲-電轉(zhuǎn)換器件為送話器(microphone,又稱話筒、微音器等)。通常,送話器拾取的話音信號是一個頻率范圍為幾十Hz到約20kHz的信號,這將使電路非常復雜。事實證明,人們通常只對頻率為2703400Hz的信號敏感,且能達到一定的清晰度,這個頻率范圍的話音信號完全能滿足一般通信業(yè)務(wù)。所以,經(jīng)音頻放大器放大后的信號要通過一個帶通濾波器以形成話音調(diào)制信號的頻帶。從有線電話的技術(shù)要求知道,對電話手柄的要求較高,以滿足對說話者的話音信號的拾取?，F(xiàn)在,手機越來越趨向于小型化,送話器與手機使用者的嘴

21、的距離越來越遠,這就要求送話器的靈敏度比較高，由此帶來一個問題在某種程度上說背景噪聲較大(有時遠處的聲音也會被發(fā)送出去),所以手機電路中發(fā)射音頻也有其特點,下面幾幅圖可以說明問題。 圖 2-6圖2-6是愛立信T18的話音拾取電路。在看該電路時，還應注意話音頻帶形成和送話器偏壓等,如圖2-7所示(MIC是送話器；BIAS是偏壓)。 圖 2-7送話器需要偏壓才能工作，其偏壓是直流電壓。在講述放大器時我們曾提到偏壓的查找方法:偏壓只能通過電阻或電感，所以只要找到MIC或送話器的圖形符號,其偏壓是容易查找的。如圖2-8所示。 圖 2-8實際上,發(fā)射音頻處理就是將模擬的話音信號進行數(shù)字化處理的過程,如圖

22、2-9所示。模擬的話音信號先經(jīng)過一A/D轉(zhuǎn)換電路(PCM編碼器),將模擬的話音電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。數(shù)字化的語音信號在語音處理器(通常稱其為DSP)中經(jīng)加密、分間插人等處理,得到數(shù)碼的語音信號。若就諾基亞8810的發(fā)射邏輯音頻而言,則：送話器轉(zhuǎn)換得到的模擬話音電信號首先在音頻處理模塊COBBA中進行前置放大,放大后的信號在PCM編碼器中進行A/D轉(zhuǎn)換,得到數(shù)字語音信號。該信號經(jīng)串行總線將信號送到DSP。在DSP中,數(shù)字語音信號經(jīng)話音檢測、語音編碼、卷積編碼、分間插人、脈沖格式化與調(diào)制,得到數(shù)碼語音信號。該信號經(jīng)無線通信呼叫處理器的DSP接口與COBBA接口,將信號送到COBBA的數(shù)字接口電路中

23、。在COBBA中,信號經(jīng)一個線性分離器及D/A轉(zhuǎn)換,得到67.707KHz的發(fā)射基帶信號(如圖2-10所示)。 圖 2-9 圖 2-10第四章 電 源 系 統(tǒng)不同系列手機電源部分都有各自的特點,維修時需針對具體的手機電路具體分析。一般手機都是由一個電源模塊產(chǎn)生幾組電壓向接收、發(fā)射、邏輯、顯示等部分供電,一旦手機電源部分不能正常工作,其相應部分也就會出現(xiàn)某種故障。一、開機信號電壓手機的開機方式有兩種,一種是高電平開機,也就是當開關(guān)鍵被按下時,開機觸發(fā)端接到電池電源,是高電平啟動電源電路開機；一種是低電平開機,也就是當開關(guān)鍵被按下時,開機觸發(fā)線路接地,是低電平啟動電源電路開機。愛立信、三星手機和摩

24、托羅拉T2688手機都是高電平觸發(fā)開機。摩托羅拉、諾基亞及其他多數(shù)手機都是低電平觸發(fā)開機。如果電路圖中開關(guān)鍵的一端接地,則該手機是低電平觸發(fā)開機,如果電路圖中開關(guān)鍵的一端接電池電源,則該手機是高電平觸發(fā)開機。開機信號電壓是一個直流電壓,在按下開機鍵后應由低電平跳到高電平(或由高電壓跳到低電平)。開機信號電壓用萬用表測量很方便,將萬用表黑表筆接地,紅表筆接開機信號端,接下開機鍵后,電壓應有高低電平的變化,否則,說明開機鍵或開機線不正常。三、邏輯電路供電電壓邏輯電路供電電壓基本上都是不受控的,即只要按下開機鍵就能測到,邏輯電路供電電壓一般是穩(wěn)定的直流電壓,用萬用表可以測量,電壓值就是標稱值。四、射頻電路供電電壓手機的射頻電路供電電壓比較復雜,既有直流供電電壓,又有脈沖供電電壓,而且這些供電電壓大都是受控的。其目的是為了省電和與網(wǎng)絡(luò)同步,使部分電路在不需要時不工作,否則,若射頻電路都啟動,手機功能就會紊亂。但邏輯電路不能采用這種供電方式，因為邏輯電路是手機的指揮中心,在任一時刻失去供電電壓,整機就會癱瘓。射頻電路的受控電壓一般受CPU輸出的接收使能RXON(RXEN)、發(fā)射使能TXON(TXEN)等信號控制,由于RXON、TXON信號為脈沖信號,因此輸出的電壓也