手機維修培訓講義：手機功能電路分析

1、手機維修培訓第四章：手機功能電路分析本章系統(tǒng)分析了手機射頻部分、邏輯音頻部分和電源部分常用的一些功能電路，靈活應用和掌握這 些知識，是快速判斷和分析故障的前提。因此，無論是初學者還是有一定基礎的手機維修人員，理 解和掌握本章內容都十分必要。第一節(jié) 射頻接收功能電路分析一、接收電路的基本組成移動通信設備常采用超外差變頻接收機。這是因為天線感應接收到的信號十分微弱，而鑒頻器要求 的輸入信號電平較高而且穩(wěn)定。放大器的總增益一般需在120dB以上。這么大的放大量，要用多級調諧放大器且要穩(wěn)定，實際上是很難辦得到的。另外高頻選頻放大器的通帶寬度太寬，當頻率改變 時，多級放大器的所有調諧回路必須跟著改變，而

2、且要做到統(tǒng)一調諧，這也是難以做到的。超外差 接收機則沒有這種問題，它將接收到的射頻信號轉換成固定的中頻，其主要增益來自于穩(wěn)定的中頻 放大器。手機接收機有三種基本的框架結構：一種是超外差一次變頻接收機，一種是超外差二次變頻接收機，第三種是直接變頻線性接收機。超外差變頻接收機的核心電路就是混頻器，可以根據(jù)手機接收機電路中混頻器的數(shù)量來確定該接收 機的電路結構。1. 超外差一次變頻接收機接收機射頻電路中只有一個混頻電路的稱作超外差一次變頻接收機。超外差一次變頻接收機的原理方框圖如圖4-1所示。它包括天線電路 （ANT）、低噪聲放大器（LNA）、混頻器（Mixer）、中頻放大器 （IF Amplifi

3、er）和解調電路（Demodulator）等。摩托羅拉手機接收電路基本上都采用以上電路。超外差 一次變頻接收機工作過程是：天線感應到的無線蜂窩信號 （GSM900頻段935,-960MHz或DCSI800頻段1805-1880MHZ）不斷變頻，經天線電路和射頻濾波器進入接收電路。接收到的信號首先由低噪聲放大器進行放大，放大后的信號再經射頻濾波器后，被送到混頻器。在混頻器中，射頻信號與 接收VCO信號進行混頻，得到接收中頻信號。中頻信號經中頻放大后，在中頻處理模塊內進行 RXI/Q解調，解調所用的參考信號來自接收中頻VCO。該信號首先在中頻處理電路中被分頻，然后與接收中頻信號進行混頻，得到67.

4、707kHz的RXI / Q信號。2. 超外差二次變頻接收機若接收機射頻電路中有兩個混頻電路，則該機是超外差二次變頻接收機。超外差二次變頻接收機的方框圖：如圖4-2所示。與一次變頻接收機相比，二次變頻接收機多了一個混頻器和一個VCO，這個VCO在一些電路中被叫作 IFVCO或VHFVCO。諾基亞手機、愛立信手機、三星、松下和西門子等手機的接收電路大多數(shù)屬于這種電路結構。在圖4 1和圖4-2中，解調電路部分也有 VCO ,應注意的是，該處的VCO信號是用于解調，作參 考信號而且該 VCO信號通常來自兩種方式：一是來自基準頻率信號13MHz，另一種是來自專門的中頻VCO。超外差二次變頻接收機工作過

5、程是：天線感應到的無線蜂窩信號（GSM900頻段935960MHz 或DCSl800頻段1805 1880MHz）經天線電路和射頻濾波器進入接收電路。接收到的信號首先由低噪 聲放大器進行放大放大后的信號再經射頻濾波后被送到第一混頻器。在第一混頻器中，射頻信號接收VCO信號進行混頻，得到接收第一中頻信號。第一中頻信號與接收第二本機振蕩信號混頻，得到接收第二中頻。接收第二本機振蕩來自VHFVCO電路。接收第二中頻信號經二中頻放大后，在中頻處理模塊內進行RXI /Q解調，解調所用的參考信號來自接收中頻VCO。該信號首先在中頻處理電路中被分頻，然后與接收中頻信號進行混頻，得到 67.707kHz的RX

6、I / Q信號。3. 直接變頻線性接收機隨著新型手機的面世，一些新型手機采用了直接變頻線性接收電路。如諾基亞的8210、8250、3310手機等。這種接收機的電路結構如圖4-3所示。從前面的一次變頻接收機和二次變頻接收機的方框圖可以看到，RXI / Q信號都是從解調電路輸出的，但直接變頻線性接收機中，混頻器輸出的就是RXI / Q 信號了。但不管電路結構怎樣變，它們總有相似之處：信號是從天線到低噪聲放大器，經過頻率變換單元， 再到語音處理電路。二、天線電路天線電路是手機接收電路的第一級電路，也是發(fā)射電路的最后一級電路。主要作用有以下幾點：一是將天線將空中的電磁波轉化為高頻電流并將其輸送到接收電

7、路中。二是分離發(fā)發(fā)射和接收信號， 避免二者相互干擾。由于GSM手機使用了 TDMA技術，接收機與發(fā)射機間歇工作，天線開關在邏輯電路的控制下，在適當?shù)臅r隙內接向接收機或發(fā)射機通道。三是用于切換內接和外接天線電路。四是對于雙頻或三頻手機，天線電路還可以將GSM900MHZ、GSMI800MHZ或PCNI900MHZ信號分開。目前，手機的天線電路主要采用了以下三種形式，下面分別介紹。1. 天線開關電路天線開關電路一般由集成電路和外接元件組成，如摩托羅拉P7689手機就采用了這種方式，主要由U150、U151及相關外圍元件組成，如圖4-4所示。該天線開關電路主要有以下三點作用：(1) 用于內置天線 A

8、NTl與外接收天線 EXT-ANT切換；(2) 用于收發(fā)信切換；用于收信 1800MHz、900MHz、1900MHz 切換。外接天線由底部接插座 J600的第2腳提供，其中，INT-2是收信1800MHz頻段信號輸出，1NT-3 是收信900MHz和1900MHz頻段信號輸出，RX275-DCS是DCS頻段控制信號，RX275-GSM-PCS 是GSM、PCN頻段控制信號，均來自于CPU ; TXIN為發(fā)射信號輸入，RF-V1為收發(fā)切換器正電源，TXON為發(fā)射允許信號，RX-0N為接收允許信號，F(xiàn)ILTERED為負電源。該天線開關電路有四路控制信號：(1)U151的2腳輸出的ANTl信號控制

9、U150內的內天線開關是轉向接收電路還是轉向發(fā)射電路。 U151的3腳輸出的ANT2信號控制U150內的外天線開關是轉向接收電路還是轉向發(fā)射電路。RX275-DCS 信號控制U150內的DCS頻段信號是否和內置或外接天線接通。RX275-GSM-PCS 信號控制U150內的GSM、PCN頻段信號是否和內置或外接天線接通。2、雙工濾波器有些手機的天線電路采用了雙工濾波器(雙工器)。雙工器是一種無源器件。內部包括發(fā)射濾波器和接收濾波器，它們都是帶通濾波器。雙工器有三個端口，即公共端天線接口、發(fā)射輸出端及接收輸 入端。諾基亞5110手機就采用發(fā)這種形式的天線電路，有關電路見圖4-5所示。雙工器的 A

10、NT端接天線，RX端為接收信號的輸出端，TX端為發(fā)射信號的輸入端。3. 雙訊器在有的手機中，天線電路采用了雙訊器(Diplexer)。雙訊器實際上和雙工濾波器差不多，所不同的是，雙訊器除將發(fā)射信號和接收信號分開外，還將GSM900MHZ與GSMI800MHZ信號分開。諾基亞3310手機的天電路就采用了雙訊器，有關電路見圖4-6所示。圖中所示的是一個帶開關電路的雙訊器的組件，TXVGSM 與TXVDCS是控制端，GSM-TX、GSM-RX 別代表GSM的發(fā)射、接收端口，DCS-TX、 DCS-RX分別代表1800MHz收發(fā)信機的發(fā)射、接收端口。雙訊器 GSM射頻信號與DCS射頻信號 進行分離，而

11、開關電路則將發(fā)射射頻信號與接收射頻信號分離。諾基亞3310手機使用內置天線。天線感應接收到的無線蜂窩信號被轉化成高頻電信號，這些信號包含GSM900接收射頻信號。DCSI800接收射頻信號和其他一些無用信號。天線接收到的射頻信號首先到達Z502。Z502是一個包含射頻開關的雙訊器。它對GSM射頻信號和DCS射頻信號通道進行切換，同時也對接收與發(fā)射射頻信號進行分離。Z502的控制信號來自N500模塊。當TXVGSM信號有效時，Z502將天線連接至 GSM接收機和發(fā)射機電路； 當TXVDCS 信號有效時，Z502將天線連接至DCS接收機和發(fā)射機電路。從上面分析中可以看出，雙訊器和天線開關在電路結構

12、和功能上十分相似，不同的是，天線開關集成電路內部只是一組開關而沒有濾波器，而雙訊器內部不但有雙工濾波器，而且還包含開關電路。三、低噪聲放大電路低噪聲放大器在電路中主要是對天線感應到的微弱的射頻信號進行放大，以滿足混頻器對輸入信號 的幅度的要求。在手機電路圖中，低噪聲放大器的英文縮寫是LNA(LowNoiseAmplifier)。低噪聲放大器是接收機的第一級放大電路，位于天線電路之后。在低噪聲放大器的前后，通常都有 射頻濾波器。低噪聲放大器是一個高頻小信號放大器，這個放大器中的三極管要求截止頻率高，放大倍數(shù)大，噪聲系數(shù)小。第一級信號很小，工作點通常設得比較低，同時加電流負反饋，減小噪聲。高頻放大

13、電路采用低噪聲放大器可以改善接收機的總噪聲系數(shù)。同時高頻放大器還防止RXVCO信號從天線路徑輻射出去。分立元件的低噪聲放大器通常都采用共發(fā)射極電路，用以將微弱的射頻信 號進行放大并彌補射頻濾波器帶來的插入損耗。在低噪聲射頻晶體管放大器中，從低噪聲性能出發(fā)，其偏壓或偏流的供給都是通過電抗濾波器供給的，這樣做可以避免電源噪聲和偏置電阻的熱噪聲引入到射頻通道中，影響放大器的噪聲性能。圖4-7是摩托羅拉P7689手機中的GSM900低噪聲放大器電路。在電路中，三極管Q400是低噪聲放大器的核心器件。Q400與周邊元件一起構成了GSM900 低噪聲放大器。其中 C402是輸入電容，C405是集電極輸出電

14、容。LA02、R401、C403等一起構成一個電抗濾波供電電路，將RX-275-GSM 電源進行濾波，然后給 Q400的集電極供電；I_AO1、R403、C403等也構成一個電抗濾波電路，對RX-275-GSM 電源濾波后給 Q400的基極供電。R401是交流負載電阻，Q400的放大作用就是通過該電阻表現(xiàn)出采。L402則是集電極的直流通道。在基極電路中，電阻 R403構成一個固定式偏置電路。在以Q400為核心的低噪聲放大器電路的前一級和后一級，都有一個射頻濾波器。這兩個射頻濾波 器都是帶通濾波器，只允許 GSM接收頻段內的射頻信號通過。在電路中，RX-275-GSM 給Q400的集電極和基極提

15、供工作電壓，當該信號為高電平時，啟動低噪 聲放大器。需要注意的是：有些手機并沒有設置以上分立元件組成的低噪聲放大器，其低噪聲放大電路已集成 在集成電路中。四、混頻電路對于超外差一次變頻接收機和直接變頻線性接收機，接收機需對高頻信號變頻一次，對于超外差二 次變頻電路，接收機需對高頻信號變頻兩次。這項工作由混頻電路來完成?；祛l就是將兩個不同的信號一一本機振蕩信號和信號頻率加到非線形器件上，進行頻率組合后取其 差頻或和頻，從而滿足電路的需要。而這個差頻或和頻是固定不變的，我們也把這種變化稱為頻譜 搬移?；祛l的英文縮寫是 MIX。超外差接收機的頻率變換單元一般有自激式變換器和它激式變換器。如果本機振蕩

16、與混頻由同一電 路完成，則為自激式變頻器；如果頻率變換和本機振蕩信號的產生分別由不同的器件構成則稱其為 它激式變頻器。所有的手機均采用它激式變頻電路。在這種變頻電路中，我們稱其頻率變換單元為 混頻器。所以變頻器與混頻器是兩個不同的概念。自激式變頻器和它激式變頻器電路框圖如圖4-8和4-9所示。手機的混頻器有兩個輸入端和一個輸出端，即：一個信號輸入端、一個本機振蕩輸入端和一個信號輸出端。1. 混頻器的上變頻和下變頻(1) 上變頻電路當變頻器的輸出為信號頻率與本振信號之和，且比信號頻率高時，所用的變頻器被稱為上邊帶上變 頻。當變頻器的輸出信號為信號頻率與本振信號之差，且比信號頻率高時，所用的變頻器

17、被稱為下 邊帶上變頻。上變頻器主要用于發(fā)射電路中。(2) 下變頻電路當變頻器的輸出為信號頻率與本振信號之差，且比信號頻率低，則此變頻器為下變頻器。手機接收 機電路中的混頻器都是下變頻器。2. 混頻電路的基本形式(1) 二極管混頻電路用二極管做非線性混頻元件的混頻電路叫做二極管混頻電路。這種混頻器的最大優(yōu)點是電路簡單、 噪聲系數(shù)小，但是，因為二極管沒有放大能力，所以混頻增益低。采用二極管混頻電路的手機不多， 只有早期的諾基亞 8110、3810等少數(shù)幾種手機采用。(2) 晶體管混頻電路晶體管混頻器有多種電路形式。其中雙極型晶體管混頻器可在共發(fā)射極電路基礎上構成。摩托羅拉 手機的混頻器多采用此種電

18、路。信號和本振信號由基極輸入，或信號由基極輸入、本振信號由發(fā)射 極輸入。下面以摩托羅拉 P7689手機的混頻電路為例進行說明，有關電路見圖4 10所示。電路中，三極管Q450不是工作在放大區(qū)，而是工作在三極管的非線形區(qū)域。該電路是一個固定式偏置的共發(fā)射電路，R450、R45l、R452、C450、L450 構成了電路的偏置電路，R450、R451、R452、C450、L450也構成一個去耦電路(濾波電路)，防止電源中的噪聲對混頻器造成干擾。 集成電路混頻電路集成電路混頻電路在手機混頻電路中應用的最多，在早期的手機中，有的混頻器單獨使用一個集成 組件，如今手機中的混頻器多被集成在一個復合的射頻處

19、理或中頻處理模塊中。五、中頻放大器1中頻放大器的作用手機的接收機均要使用中頻放大器。中頻放大器最主要的作用是：(1) 獲取高增益：與射頻放大部分相比，由于中頻頻率固定，并且頻率較低，可以很容易地得到較高 的增益，因而可以為下一級提供足夠大的輸入。(2) 提高選擇性：接收機的鄰近頻率選擇性一般由中頻放大器的通頻帶寬度決定。2中頻放大器的要求對于中頻放大器，不僅需要得到高的增益、好的選擇性，還要有足夠的通頻帶和好的頻率響應、大 的動態(tài)范圍等。而接收機的鄰近信道選擇性一般由中頻放大器的通頻帶寬度決定，由于中頻信號為 單一的固定頻率，其通頻帶可最大限度地做得很小，以提高相鄰信道選擇性。在實際應用中，一

20、般 采用多級放大器，并使每級實現(xiàn)某一技術要求。不論接收機采用一次或二次變頻技術，中頻放大器 總是位居于變頻之后。為避免鏡頻干擾，提高鏡頻選擇性，接收機通常采用降低第一本機振蕩頻率提高第一中頻頻率和多 次變頻的方法，使信號頻譜逐漸由射頻搬移到較低頻率上。3. 手機常見中頻放大電路手機電路中使用的大多是各廠家自己的專用芯片。分離元件的中頻放大器電路形式與低噪聲放大器 的電路形式很相似，也是一個共發(fā)射極電路，只是它們工作的頻點不一樣。在目前大多數(shù)手機電路 中，摩托羅拉手機中的中頻放大器通常使用分離元件的中頻放大器，其他手機中的中頻放大器通常 都是在一個集成電路中。如上圖 4-11是摩托羅拉P7689

21、手機的中頻放大器電路。中頻放大器的電路形式與低噪聲放大器的電路形式相差無幾，但它們工作的頻罩不同。低噪聲放大 器是一個寬帶放大器，而中頻放大器是一個窄帶放大器。在上圖所示的電路中，混頻后的信號經C460送人FL457，由FL457選出400MHz中頻信號，中頻信號經Q480放大后送到中頻ICU200解調，Q480的偏置電壓由 U200的C7腳送來的SW-VCC 提供。需要說明的是：在超外差一次變頻接收機電路中，有一個中頻放大器；在超外差二次變頻接收機中， 則通常有第一、第二中頻放大器；在直接變頻線性接收機中，沒有中頻放大器。六、解調電路在移動通信和手機電路中，常用的解調技術有鎖相解調器、正交鑒

22、頻解調器等。鎖相環(huán)路（PLL）可以跟蹤輸入信號， 也可以用做解調。圖4 12為一個鎖相解調器的方框圖。 摩托羅 拉928手機采用的就是鎖相解調器。鎖相解調器的參考信號則來自一個430MHz的振蕩器。鑒相器通過對輸入的兩個信號的相位比較，輸出一個跟蹤調制信號的低頻信號，通過低通濾波器濾出高頻噪聲后即得到解調輸出。摩托羅拉手機、諾基亞手機與三星手機等電路使用的都是鎖相解調。圖413為正交鑒頻器的原理框圖。在正交鑒頻器中，相移網(wǎng)絡將頻率的變化變換為相位的變化，乘法器將相位的變化變換為電壓的變 化。將調頻信號與其移相信號相乘，通過低通濾波器將乘法器的輸出信號中的高頻成分濾出，就得 到解調信號。通常，在

23、現(xiàn)代通信設備的電路中，除正交線圈外，鑒頻器的其他電路均被集成在芯片 內。需注意的一點是：這里說的解調是指接收射頻電路中將包含信息的射頻或中頻信號還原出 67.707kHz的基帶信號的解調（針對GSM手機而言）。在邏輯音頻電路中還有一個GMSK解調，它是將67.707kHz的信號還原出數(shù)碼信號。接收機射頻部分的解調電路輸出的是接收機基帶信號，該信號的中心頻率為 67.707kHz。摩托羅拉、諾基亞、愛立信早期手機的 RXI / Q信號都是兩條信號線（RXI、RXQ），而GD90有四條信號線（DQ、 DQX、DI、DIX），愛立信 T28 手機也有四條線（RXIA、RXIB、RXQA、RXQB）。

24、摩托羅拉，V998、 A6188、L2000、P7689等手機的RXI /Q信號在集成電路電路內部，沒有外接引腳，所以，無法 用示波器測出其波形圖。第二節(jié)射頻發(fā)射功能電路分析一、發(fā)射電路的基本組成GSM手機的發(fā)射電路大致有三種框架結構：帶發(fā)射上變頻的發(fā)射機、帶發(fā)射變換電路的發(fā)射機和直接變頻發(fā)射機。1. 帶發(fā)射VCO的發(fā)射機電路結構帶發(fā)射VCO的發(fā)射機電路結構如圖 4-14所示。發(fā)射流程如下：數(shù)字語音處理電路處理后得到的發(fā) 射I、Q基帶信號TXUQ送到解調電路對載波信號進行調制，得到TXUQ發(fā)射已調中頻信號。用于TXFQ調制器的載波信號來自VCO模塊輸出的中頻 VCO信號（一般來自接收二本振信號

25、）。發(fā)射已調中頻信號在鑒相器中與發(fā)射參考中頻信號進行比較，得到一個包含發(fā)送數(shù)據(jù)的脈動直流信 號，去控制發(fā)射 VCO的工作。發(fā)射參考中頻信號來自發(fā)射VCO信號與一本振 RXVCO信號的混頻。發(fā)射 VCO 輸出最終的發(fā)射信號 （GSM900 頻段890-915MHZ 或DCSl800 頻段17101785MHz） 經功率放大器放大后，由天線發(fā)送出去。摩托羅拉、愛立信、三星、西門子和松下等手機的發(fā)射電路結構都采用這樣結構。這種結構的發(fā)射 電路穩(wěn)定性好，但電路稍復雜。2. 帶發(fā)射二次上變頻的發(fā)射機電路結構帶發(fā)射二次變頻的發(fā)射機電路結構如圖4-15所示。發(fā)射已調信號在一個發(fā)：射混頻器中，與RXVCO（或

26、 UHFVCO、RFVCO）混頻，得到最終發(fā)射信號（GSM900 頻段 890,-915MHz 或 DCSl800 頻段 1710 1785MHz）。這種結構簡單，但穩(wěn)定性差，只有諾基亞早期手機（如8110、3810、6150、3210、7110等）的發(fā)射機電路結構采用了這種結構。3. 直接變頻發(fā)射機電路結構隨著新型手機的面世，一些新型手機采用于直接變頻發(fā)射電路。如諾基亞的8210、8850、3310手機。這種接收機的電路結構如圖 4-16所示。這種發(fā)射機電路中，邏輯音頻電路輸出的 TXI / Q信號 直接對SHFVCO信號（這種結構的本振電路一般稱之為 SHFVCO）進行調制，得到最終發(fā)射信

27、號。二、TXUQ調制電路1. 調制使一個信號的某種特性參數(shù)隨另一個信號而變化的過程或處理方法稱為調制。按載波參數(shù)隨調制情號變化的不同，調制可分為兩大類：連續(xù)調制和脈沖調制。連續(xù)調制又分為三種：調幅（AM）:載波的振幅隨信號波的振幅變化而變化；調頻（FM）:載波的頻率隨信號波的振幅變化而變化；調相（PM）:載波的相位隨信號波的振幅而變化。數(shù)字手機使用了數(shù)字調制技術。數(shù)字手機之所以被稱為數(shù)字手機，就是它采用了數(shù)字調制技術。不論是哪一種發(fā)射機電路結構，TXI / Q信號從邏輯音頻電路輸出后，都是到射頻電路中的TXI / Q調制器。在TXI /Q調制器中，67 . 707kHz的TXI /Q信號對發(fā)射

28、中頻載波進行調制，得到己調中 頻信號。TXI /Q調制器通常都是在一個中頻處理模塊中，少數(shù)的發(fā)射機則有一個專門的調制器模塊。TXI /Q調制所用的載波信號來自一個中頻VCO電路。對于大多數(shù)手機來說，接收中頻VCO與發(fā)射中頻VCO共用，個別手機的則有一個專門叫發(fā)射中頻VCO，如摩托羅拉的928手機。TXI /Q調制示意圖如圖4-17所示。需要說明的是：諾基 3310、8210、8850等手機的調制電路比 較特殊，調制后的信號就是最終的發(fā)射信號（經平衡/不平衡轉換器直接加到功放），而不是發(fā)射已調 中頻信號。三、發(fā)射變換電路TXI/Q調制后的信號進行發(fā)射變頻電路進行處理，不同的手機發(fā)射變頻電路有所不

29、同，但主要有兩種方式，下面分別介紹。1. 發(fā)射VCO（TXVCO）電路在發(fā)射變頻電路中，TXVCO輸出的信號一路到功率放大電路，另一路 TXVCO信號與RXVCO信 號進行混頻，得到發(fā)射參考中頻信號；發(fā)射己調中頻信號與發(fā)射參考中頻信號在發(fā)射變換模塊中的鑒相器中進行比較，再經一個泵電路（一個雙端輸入，單端輸出的轉換電路）,輸出一個包含發(fā)送數(shù)據(jù) 的脈動直流控制電壓信號。去控制TXVCO電路，形成一個閉環(huán)回路，這樣，由TXVCO電路輸出的最終發(fā)射信號就十分穩(wěn)定。方框圖如圖4-18所示。絕大大多手機的發(fā)射變頻電路均采用了這種方式。2.發(fā)射上變頻器電路發(fā)射上變頻器實際上是一個頻譜搬移電路，用于帶發(fā)射上變

30、頻器的發(fā)射機電路中。在發(fā)射上變頻器中，發(fā)射中頻處理電路輸出的發(fā)射已調中頻信號，與RXVCO（或UHFVCO、RFVCO）信號進行混頻，得到最終發(fā)射信號。發(fā)射上變頻器是一個混頻電路。在混頻器中講過，混頻器有兩個輸入信號，一個輸出信號。發(fā)射上變頻器也是一樣，它的輸入信號是發(fā)射己調中頻信號與UHFVCO(RXVCO、RFVCO)，輸出信號是最終發(fā)射信號。目前，只有諾基亞早期生產的部分手機采用了這種方式。四、功率放大器根據(jù)工作頻帶的寬窄不同，高頻功放可分為窄帶型和寬帶型兩大類。所謂頻帶的寬窄，指的不是絕 對頻帶，而是相對頻帶，即通頻帶與其中心頻率的比值。手機電路中的功率放大器都是高頻寬帶功 率放大器。

31、功率放大器通常用 PA表示。用于放大高頻信號并獲得足夠大的輸出功率。寬帶型高頻功放采用工作頻帶很寬的傳輸線變壓器作為負載，由于采用諧振網(wǎng)絡，因此，可以在很 寬的范圍內變換工作頻率而不必調諧。傳輸線變壓器是由繞在高導磁率磁環(huán)上的傳輸線構成的。在一些手機電路中，廣泛使用微帶線電路。調制后的射頻信號經功率放大后，就可以進行傳輸。我們把這個功率放大器稱為發(fā)射功率放大器。對于射頻功率放大器，需能在一給定頻率上或頻率范圍內輸出一定的射頻功率。射頻功率放大器總 是工作在大信號狀態(tài)下。在手機中，常采用硅場效應管和砷化鎵場效應管為功率放大管，它們的導 熱率比鍺高許多。而且越來越多的手機使用功率放大器組件。一個完

32、整的功率放大電路通常包括驅 動放大、功率放大、功率檢測及控制、電源電路等。對功率放大器的主要要求是輸出功率、帶寬和效率，其次為輸入輸出電壓駐波比等。圖4-19是摩托羅拉P7689手機的功率放大電路。功率放大電路主要由放大模塊U300等元件組成，來自發(fā)射前置放大電路的信號由U300的第7腳輸入，經U300內兩級放大后，由 U300的第14腳送出到天線切換開關，其中，TX-DCS是1800MHz頻段發(fā)射允許信號，TX-GSM是900MHz頻段發(fā)射允許信號，U300的第8腳是內部功能模塊控制信號輸入腳。五、功率控制電路手機的發(fā)射功率是可控的，它在不同的地理位置，根據(jù)系統(tǒng)的控制指令工作在不同的發(fā)射功率

33、級別上。圖4-20是一般手機功率控制的原理方框圖。該控制環(huán)路工作原理如下所述：功率放大器放大的發(fā)射信號送到天線轉化為高頻的電磁波發(fā)送出去。在功放的輸出端，通過一個取樣電路取一部分發(fā)射信號，經高頻整流得到 一個反映發(fā)射功率大小的直流電平。這個電平在比較電路中與來自邏輯電路的功率控制參考電平進 行比較，輸出一個控制信號去控制功放電路的偏壓或電源，從而達到控制功率的目的。摩托羅拉P7689手機的功率控制電路如圖 4-21所示。功率控制電路主要由U390構成。U390的第12腳是射頻功率檢測輸人腳，第7腳是功率控制輸出腳，第8腳是來自基端的基準功率控制電平，功率檢測信號與基準控制電平進行比較后自動調整

34、U390第7腳EXC功率控制電平的大小， 以達到功率控制的目的。第三節(jié)手機頻率合成器電路分析在現(xiàn)代的移動通信中，常要求系統(tǒng)能夠提供足夠的信道，移動臺也需能根據(jù)系統(tǒng)的控制變換自己的 工作頻率。這就需提供多個信道的頻率信號，使用多個振蕩器是不現(xiàn)實的。在實際電路中，通常使 用頻率合成器來提供有足夠精度、穩(wěn)定性好的工作頻率。將一個或多個基準頻率信號變換為另一個或多個所需頻率信號的技術即為頻率合成，或稱為頻率綜 合技術。、頻率合成器的基本組成手機通常使用的為帶鎖相環(huán)的頻率合成器。每個頻率合成環(huán)路都包括5個基本的功能電路：基準時鐘振蕩器、鑒相器、低通濾波器、壓控振蕩器和分頻器。如圖4-22所示。設基準振蕩

35、信號為 fl，設VCO輸出信號為f2。分頻器輸出的信號為 f2 / N。整個環(huán)路的控制目的就是要使f1=f2 / N1. 基準時鐘振蕩電路手機基準時鐘振蕩電路，是手機的一個十分重要的電路，產生的13MHz時鐘，一方面為手機邏輯電路提供了必要條件，另一方面為頻率合成電路提供基準時鐘。手機的13MHz基準時鐘電路，主要有兩種電路：一是專用的13MHzVCO 組件，VCO組件一般有4個端EI:輸出端、電源端、AFC控制端及接地端。圖4-23是西門子2588手機的13MHzVCO 電路。圖4-24是諾基3310手機的26MHzVCO 電路。另一種是由一個13MHz(26MHz、19 . 5MHz)石英

36、晶體、集成電路和外接元件構成晶振振蕩電路。圖4-25是愛立信T28手機的13MHz晶振振蕩電路。由 N234和13MHz晶體B320、變容二極管V322、V321等構成，該電路產生13MHz的信號，經N234模塊處理后輸出兩路： 一路經電容 C300、 C302到D300模塊的15腳，給頻率合成電路提供參考信號； 另一路從N234的52腳輸出，給邏輯 電路提供邏輯時鐘信號；13MHz電路的控制信號 VCXOCONT 來自N800模塊。圖4-26是摩托羅拉 V998手機的26MHz振 蕩電路。由26MHz石英晶體Y230、變容二極管CR230及中頻模塊U913內部的振蕩電路所組成。電路中，Y23

37、0是4腳晶體，其中三只腳是連在一起作為接地端，而另外一腳則作為輸出，自動頻率控制電壓AFC從U913的J7端輸出，U913的J8腳為供電端，U913振蕩器產生13MHz基準頻率一路作為基準頻率信號源去合成各種載頻，另外一路則從U913的J6端輸出送到中央處理器，作為手機的邏輯時鐘。圖4-27是三星A188手機19.5MHz振蕩電路。由 U101和石英晶體Y101等元件組成，石英晶體Y101的諧振頻率(基準頻率)為19.5MHz ,在U101模塊內進行 1.5倍分頻處理，得到頻率合成的參考信號和邏輯電路的13MHz時鐘信號。頻率合成的參考信號從U101的C10腳輸出；邏輯時鐘信號從U101的H7

38、腳輸出。U101的D10腳為供電端。不管是 VCO組件還是晶振組成的振蕩電路，都需要 AFC控制信號，AFC信號由邏輯電路中的 DSP(數(shù)字語音處理器)輸出。由于GSM手機采用時分多址(TDMA)技術，以不同的時間段(時隙)采區(qū) 分用戶，手機與系統(tǒng)保持時間同步就顯得非常重要。如手機時鐘與系統(tǒng)時鐘不同步，則會導致手機 不能與系統(tǒng)進行正常的通信。在GSM系統(tǒng)中，公共廣播控制信道 (BCCH)包含頻率校正信息與同步信息等。手機一開機，就會在邏輯電路的控制下掃描這個信道，從中獲取同步與頻率校正信息。如手機系統(tǒng)檢測到手機的時鐘與系統(tǒng)不同步，手機邏輯電路就會輸出 AFC信號。AFC信號改變13MHz電路中

39、VCO兩端的反偏壓， 使該VCO電路輸出頻率發(fā)生變化。從而保證手機與系統(tǒng)同步。常見手機所采用的基準時鐘電路對比見下表。2.鑒相器鑒相器簡稱PD、PH或PHD(PhaseDetector)。是一個相位比較器， 它將VCO振蕩信號的相位變化 變換為電壓的變化， 鑒相器輸出的是一個脈動直流信號，這個脈動直流信號經低通濾波器 (LPF)濾除 高頻成分后去控制 VCO電路。鑒相器是相位比較器， 它對基準信號輸入與 VCO產生的信號輸入進行相位比較，輸出反映兩信號相位誤差的誤差電壓。鑒相器多種多樣，有數(shù)字的，也有模擬的。如雙口鑒相器、鑒頻鑒相器等。當采用數(shù)字鑒相器時，由于其輸出為雙端口輸出，：在與環(huán)路濾波

40、器的連接上就成問題。通常在兩者之間加人一個雙端輸人單端輸出的，而且能將鑒相器輸出的相位誤差信號正確地反映出來的電路， 這個電路被稱為電荷泵或泵電路。在摩托羅拉的GSM手機中，其發(fā)射頻率合成器中基本上都使用了泵電路。在頻率合成器中，為了作精確的相位比較，鑒相器是在低頻狀態(tài)工作的。在手機電路中，鑒相器通常與分頻器被集成在一個專用的芯片中，這個芯片通常被稱為 PLL（鎖相環(huán)），或被集成在一個復合芯片中（即該芯片包含多種功能電路）。3. 低通濾波器低通濾波器簡稱 LPF（LowPassFilter）。低通濾波器在頻率合成環(huán)路中又被稱為環(huán)路濾波器。它是一個RC電路。位于鑒相器與 VCO電路之間，低通濾波

41、器電路基本形式如圖4-28所示。低通濾波器通過對電阻電容進行適當?shù)膮?shù)設置，使高頻成分被濾除。由于鑒相器PD輸出的不但包含直流控制信號，還有一些高頻諧波成分。這些諧波會影響VCO電路的工作。低通濾波器就是要把這些高頻 成分濾除，以防止對 VCO電路造成干擾。4. 壓控振蕩器壓控振蕩器簡稱 VCO（VoltageCo ntrolOscillator）。壓控振蕩器是一個"電壓一頻率”轉換裝置。它將鑒相器PD輸出的相差電壓信號的變化轉化成頻率的變化。顧名思義，VCO電路是一個電壓控制電路。電壓控制功能的完成是通過一個特殊的器件來完成的， 這個器件就是變容二極管。鑒相器輸出的相差電壓實際上是

42、加在變容二極管兩端的。當鑒相器輸出發(fā)生變化時，變容二極管兩 端的反偏發(fā)生變化，導致變容二極管的結電容改變，VCO振蕩回路改變，VCO輸出頻率也隨之改變。在實際應用中，變容二極管為反向偏置使用，其線性好，可控范圍大。在手機電路中，VCO從電路形式上來說，有分離元件電路與VCO組件。但VCO組件采用的電路也基本與分立元件的 VCO電路相似。相比較采說，摩托羅拉手機常使用分立元件的VCO電路，而其它手機則較多地采用了VCO組件。無論是分立元件還是 VCO組件，一般都是一個電容三點式振蕩電路。VCO在鎖相環(huán)中比較重要，是頻率合成及鎖相環(huán)路的核心電路。它應滿足這樣一些特性：輸出幅度 穩(wěn)定性要好，在整個V

43、CO工作頻帶內均應滿足此要求，否則會影響鑒相靈敏度；頻率覆蓋范圍要滿足要求且有余量；電壓一頻率變換特性的線性范圍要寬。5. 分頻器鑒相器是將VCO輸出信號與基準信號進行比較。在頻率合成中，為了提高控制精度，鑒相器在低頻 下工作。而VCO輸出頻率是比較高的，為了提高整個環(huán)路的控制精度，就離不開分頻技術。手機中的頻率合成環(huán)路多，不同的頻率合成環(huán)路使用的分頻器不同：接收機的第一本機振蕩（RXVCO、UHFVCO、RFVCO）信號是隨信道的變化而變化的，該頻率合成環(huán)路中的分頻器是一個程控分頻器，其分頻比受控于頻率合成數(shù)據(jù)信號(SYNDAT SYNCLK、SYNSTR)。二本振VCO，也稱中頻VC0(1

44、FVC0、VHFVCO),信號是固定的，中頻 VCO頻率合成環(huán)路中的分 頻器的分頻比也是固定的。分頻器輸出的信號送到鑒相器，和基準時鐘信號進行相位比較。二、頻率合成器的基本工作過程1. VC0頻率的穩(wěn)定過程當VCO處于正常工作狀態(tài)時， VCO輸出一個固定的頻率。若某種外界因素如電壓、溫度導致VCO頻率升高，則分頻輸出的信號為f2/N比基準信號n高，鑒相器檢測到這個變化后，其輸出電壓減小，使變容二極管兩端的反偏壓減小。這使得變容二極管的結電容增大，振蕩回路改變，VCO輸出頻率降低。若外界因素導致 VCO頻率下降，整個控制環(huán)路則執(zhí)行相反的過程。2. VCO頻率的變頻過程上面是說明的是怎樣使 VCO

45、輸出的頻率穩(wěn)定。那怎樣使VCO的頻率能改變呢？在說明這個問題前， 先解釋一下為什么 VCO的頻率要改變這個問題。因為手機是移動的， 移動到了另一個地方， 為手機服務的小區(qū)(CELL)就變成了另一對頻率，所以手機就必須改變自己的接收和發(fā)射頻率。VCO改變頻率過程如下：手機在收到新小區(qū)的改變頻率的信令以后，將信令解調、解碼，手機的CPU就通過三條線(即CPU的SYNDAT、SYNCLK、SYNSTR腳)對鎖相環(huán)電路發(fā)出改變頻率的指令，去改變程控分頻器的分頻比，并且在極短的時間內完成。在這三條線的控制下，鎖相環(huán)輸出的電壓就改變了，用這個己變大或變小了的電壓去控制壓控振蕩器內的變容二極管，則VCO輸出

46、的頻率就改變到新小區(qū)使用的頻率上了。三、手機常用頻率合成器電路在手機電路中，通常包含幾個頻率合成環(huán)路：一本振VCO 頻率合成環(huán)路(UHFVCO、RFVCO、RXVCO)、二本振VCO頻率合成環(huán)路(1FVCO、VHFVCO 等卜發(fā)射中頻 VCO頻率合成環(huán)路等。不 管是哪一個頻率合成環(huán)路，其電路結構都基本一樣，且它們的參考信號都來自基準頻率時鐘電路。1一本振VCO頻率合成器對于帶發(fā)射VCO電路的手機，一本振 VCO頻率合成器產生一本振信號，一方面送到接收一混頻電路，和接收信號進行混頻，從混頻器輸出一中頻信號。另一方面，產生一本振信號與發(fā)射 VCO(TXVCO) 輸出的信號進行混頻，輸出發(fā)射中頻參考

47、信號，發(fā)射中頻參考信號和發(fā)射己調中頻信號在發(fā)射變換 模塊鑒相器中進行比較，輸出包含發(fā)送數(shù)據(jù)的脈動直流信號，再去控制發(fā)射VCO電路。對于帶發(fā)射上變頻電路的手機 (較少，如諾基亞6110手機)，一本振VCO頻率合成器產生一本振信號，一方面送到接收一混頻電路，和接收信號進行混頻，從混頻器輸出一中頻信號。另一方面，產生的一本振信號直接與發(fā)射已調中頻信號進行混頻(因為沒有發(fā)射 VCO電路)，得到最終的發(fā)射信號。下面以松下GD90手機的一本振 VCO頻率合成電路為例進行說明，有關電路圖見圖 4-29所示。松 下GD90手機的接收第一混頻和發(fā)射的變換電路都要使用到RXVCO信號，而RXVCO電路由U302模

48、塊提供。U302模塊可工作在 GSM模式或DCS模式下，頻段切換控制信號 DCS-GSM通過Q301電路使U302工作在相應的模式下。U302的1腳是信號輸出端；3腳是頻段切換控制端；5腳是控制端；7腳是電源端。當 U302工作于GSM頻段時，從1腳產生11601185MHz的一本振信號。當U302工作于DCS頻段時，從重腳產生 1580-1665MHZ 的一本振信號。U302的輸出分為兩路：一路到U101的39腳作為輸出信號；另一路到鎖相環(huán) U301的13腳作取樣 信號。該信號在 U301內被分頻，并與基準時鐘信號進行比較，得到電壓控制信號從U301的9腳輸出，信號經電阻 R302、R303

49、和R304及電容C311等構成的低通濾波器電路到U302的5腳，通過改變U302內變容二極管兩端的反偏壓，從而控制U302的輸出頻率。當邏輯電路通過 SYNEN、SYNDATA、SYNCLK三條線改變 U301中分頻器的分頻比時，U301的9腳的電壓隨之改變，U302的輸出頻率也隨之改變，達到信道轉換的目的。2. 二本振VCO頻率合成器對于超外差二次變頻電路的接收電路：二本振VCO頻率合成器的主要作用是產生二本振信號，送到接收二混頻電路，與接收二混頻電路輸入的一中頻信號進行混頻，產生二中頻信號。對于超外差一次變頻電路的接收電路：二本振VCO頻率合成器的主要作用是產生二本振信號，送到接收解調電路

50、，以解調出RXI /Q信號。下面以松下 GD90手機的二本振電路為例進行說明，有關電路圖見圖4-30所示。二本振 VCO電路（1FVCO）由VCO組件U303模塊提供，U303的1腳是信號輸出端，5腳是控制端，腳是電源端。 U303電路將產生 540MHz的二本振信號。U303輸出的信號分為兩路：一路到 U101的36腳作為輸出信號；另一路到 U301的4腳作取樣信 號。U101的8腳輸出中頻 VCO的控制信號。3. 發(fā)射中頻VCO頻率合成器發(fā)射中頻VCO頻率合成器主要是產生發(fā)射中頻載波信號。手機在設計時，為了簡化電路，發(fā)射中頻頻率合成器常和二本振 VCO頻率合成器合在一起，這樣，二本振VCO

51、頻率合成器和發(fā)射中頻 VCO 頻率合成器就合成了一個電路。另外，需要說明的是：發(fā)射 VCO（TXVCO）電路從原理上分析也是一個頻率合成器，前面已有分析， 這里不再多述。第四節(jié)手機邏輯音頻電路分析邏輯/音頻部分可以分為邏輯控制和音頻信號處理兩個部分。它完成對數(shù)字信號的處理和對整機工作的管理和控制。1.邏輯電路手機邏輯部分電路主要由CPU和存儲器組成。在手機程序存儲器中，字庫（版本）主要是存儲工作主程序、碼片主要存儲手機機身碼（俗稱串號）和一些檢測程序，如電池檢測、顯示電壓檢測程序等。CPU與存儲器組之間通過總線和控制線相連接。所謂總線，是由4條到20條功能性質一樣的數(shù)據(jù)傳輸線組成。所謂控制線就

52、是指CPU操作存儲器進行各項指令的通道，例如片選信號、復位信號、看門狗信號和讀寫信號等。CPU就是在這些存儲器的支持下，才能夠發(fā)揮其繁雜多樣的功能，如果沒有存儲器或其中某些部分出錯，手機就會出現(xiàn)軟件故障。CPU對音頻部分和射頻部分的控制處理也是通過控制線完成的，這些控制信號一般包括MUTE（靜音）、LCDEN（顯示屏使能卜LIGHT（發(fā)光 控制卜CHARGE（充電控制）、RXEN或RXON（接收使能）、TXEN或TXON（發(fā)送使能）、SYNEN（頻率合成器使能卜SYNCLK（頻率合成器時鐘）等，這些控制信號從 CPU伸展到音頻部分、射頻部分和 電源部分，去完成整機復雜的控制工作。所有電路的工作

53、都需要時鐘，即前面所說的13MHz。有些機型為26MHz或19.5MHz，在內部進行分頻后再使用。另外還有一塊實時時鐘晶體，頻率一般為32.768kHz。主要供顯示屏提供正確的時間顯示及讓手機進行睡眠狀態(tài)。早期機型沒有這塊晶體，所以沒有時間顯示和睡眠功能。二、音頻電路1. 接收音頻處理電路接收機解調得到的接收基帶信號被送到邏輯音頻電路進行處理。圖4-31是GSM接收機信號變化的示意圖。接收時，天線接收到的射頻信號經低噪聲放大、混頻、中頻放大、RXI /Q解調電路，解調出67 . 707kHz的模擬基帶信號，模擬基帶信號再進行 GMSK解調（模數(shù)轉換）、在DSP電路內進行 解密和去交織，接著進行

54、信道解碼，經過語音編碼后，得到64kbit / s的數(shù)字信號，最后進行 PCM解碼，產生模擬語音信號，經音頻放大后驅動聽筒發(fā)聲。2. 發(fā)射音頻處理電路發(fā)射時，話筒送來的模擬語音信號，在音頻部分進行PCM編碼，得到64kbit / s的數(shù)字信號，進行語音編碼、信道編碼、加密、交織、GMSK調制（數(shù)模轉換），最后得到67.768kHz的模擬基帶信號，送到解調電路進行變頻處理。圖4-32是一種常見的發(fā)射音頻處理電路示意圖。三、其它邏輯音頻功能電路其它邏輯音頻電路還包括振鈴電路、振子電路、鍵盤電路、背景燈電路、鍵盤燈電路、服務指示燈電路顯不電路、SM卡電路和實時時鐘電路等。將在分析具體機型時進行分析。

55、第五節(jié)手機電源電路分析一、手機電源電路的基本工作過程電源電路是手機其他電路的“食堂”，電源電路只有“按質”（電壓要符合標準 卜“按量”（各路輸出要正常）、“按時”（該輸出時要輸出）地完成“本職工作”，其他電路才能工作，手機任何一個電路， 只要他的供電不正常，他就會“罷工” ，表現(xiàn)出各種各樣的故障現(xiàn)象，可見電源系統(tǒng)在手機電路中的 重要性。手機所需的各種電壓一般先由手機電池供給，電池電壓在手機內部需要轉換為多路不同電壓值供給手機的不同部分。手機的開機過程是：按下電源開機鍵后（一般需超過2秒），電源集成電路輸出電壓為CPU供電，輸出復位信號供 CPu復位，同時，電源集成電路還輸出 13忸z振蕩電路的

56、供電電 壓，使13MHz振蕩電路工作，產生的系統(tǒng)時鐘輸入到CPU ; CPU在具備電源、復位、時鐘”三要素”后，若再得到軟件的支持，則輸出開機維持信號，送到電源集成電路，以代替開機鍵，維持手機的正常開機。手機電源開機過程如圖4-33所示。二、手機電源基本電路1.電池供電電路手機電池的類型多種多樣，其連接電路也多種多樣，但它們都有一個共同特點：電池電源通常用VBATT、VBAT、BATT、BATT+ 表示。也有用 VB、B+ 來表示的。對于摩托羅拉手機來說， 既可以通過電池供電， 也可以通過外接電源供電，電池供電用BATT+表示,外接電源用EXT-B+表示，經過外接電源和電池供電轉換后的電壓一般

57、用B+，表示。有的手機電池電路中還有一個比較重要的信號線路一電池識別電路。電池通過四條線和手機相連。即電池正極（BATT等）、電池信息（BSI、BATID、BATT-SER-DATA 等）、電池溫度（BTEMP）、電池地 （GND）。此信號線通常是手機廠家為防止手機用戶使用非原廠配件而設置的，它也用于手機對電池類型的檢測，以確定合適的充電模式。其中，電池信息和電池溫度與手機的開機也有一定的關系。 接觸不良，手機也可能不開機。2. 開機信號電路手機的開機方式有兩種，一種是高電平開機，也就是當開關鍵被按下時，開機觸發(fā)端接到電池電源， 是一個高電平啟動電源電路開機；一種是低電平開機，也就是當開關鍵被按下時，開機觸發(fā)線路接 地