GSM手機(jī)電子線路及工作原理

1、2022-5-2RF DBTEL1 GSM手機(jī)射頻工作原理與電路分析2022-5-2RF DBTEL22022-5-2RF DBTEL3 Outline匹配網(wǎng)絡(luò)（Matching）收發(fā)雙工器（Diplexer）聲聲表面波濾波器表面波濾波器( (SAWSAW) )平衡網(wǎng)絡(luò)（Balance）鎖相環(huán)（PLL）收發(fā)器（Transceiver）衰減網(wǎng)絡(luò)（Attenuation）功率控制環(huán)路（APC）濾波網(wǎng)絡(luò)（Filter）其它2022-5-2RF DBTEL4匹配網(wǎng)絡(luò)（Matching）匹配的定義：后級(jí)輸入阻抗與前級(jí)輸出阻抗共扼匹配網(wǎng)絡(luò)的類(lèi)型： L型 T型 型2022-5-2RF DBTEL5天線匹配的

2、舉例返回2022-5-2RF DBTEL6收發(fā)雙工器（Diplexer）收發(fā)合用一路天線，因此使用天線收發(fā)雙工器（Antenna Switch）4/對(duì)發(fā)射為對(duì)發(fā)射為openTXRX為發(fā)射波長(zhǎng)為發(fā)射波長(zhǎng)對(duì)接收為對(duì)接收為short2022-5-2RF DBTEL7收發(fā)雙工器的特性參數(shù)（TX/RX）Frequency Range (MHz)Insertion Loss (dB)Attenuation(dB)V.S.W.R. Isolation (dB)Harmonics 2xfo, 3xfo (dBc)Power Capacity (dBm) 詳見(jiàn)LMC33Data Sheet返回2022-5-2R

3、F DBTEL8聲表面濾波器（SAW） 在手機(jī)中，接受信號(hào)從天線開(kāi)關(guān)到接收處理電路之間采用聲表面濾波器（SAW）聲表面濾波器（SAW）可以提供較寬的通頻帶、較低的損耗，此外有的SAW器件還集成有將非平衡信號(hào)轉(zhuǎn)換為平衡信號(hào)的功能。SAW的濾波特性詳見(jiàn) SAW Data Sheet lc03c lc66e返回2022-5-2RF DBTEL9平衡網(wǎng)絡(luò)（Balance）Balance電路構(gòu)成： UI 分別經(jīng)過(guò)低通、高通得到反相的UO1 、UO2LCCULjCjCjUUIIo11111LCCLUIUO1UO2CLLULjCjLjUUIIo112RdiffRsRsRs：特性阻抗 Rdiff ：輸入阻抗2

4、022-5-2RF DBTEL10由計(jì)算可知UO1 、UO2始終有180度相差（Differential）適合在Balance系統(tǒng)上傳輸。L、C的取值要求： f：系統(tǒng)中心頻率 Rs：特性阻抗 Rdiff ：輸入阻抗該電路可能集成于SAW中diffsdiffsRRfCfRRL2122022-5-2RF DBTEL11差模、共模在Balance系統(tǒng)上的傳輸差模（Differential Mode） A B B的傳輸量為A的一半共模（Common Mode）I/PO/PI/PO/PI/PO/PC返回2022-5-2RF DBTEL12鎖相環(huán)（PLL） 鎖相環(huán)應(yīng)用于濾波、頻率綜合、調(diào)制解調(diào)、信號(hào)與檢測(cè)

5、等多個(gè)方面。鎖相環(huán)四個(gè)基本構(gòu)成元素基本構(gòu)成電路分析鎖相環(huán)在手機(jī)中應(yīng)用舉例 2022-5-2RF DBTEL13鎖相環(huán)四個(gè)基本構(gòu)成元素鑒相器（PD）鑒頻器（FD）鑒相鑒頻（PFD）： PD/FD/PFD是一個(gè)相位/頻率比較裝置，用來(lái)檢測(cè)輸入信 號(hào)與反饋信號(hào)之間的相位/頻率差 環(huán)路濾波器Loop Filter（LP）： LP一般為N階低通濾波器 電壓控制振蕩器（VCO）： VCO是一個(gè)電壓-頻率變換裝置 ，輸出振蕩頻率應(yīng)隨輸 入控制電壓線性地變化 參考信號(hào)源（Reference signal source）： 參考信號(hào)源提供與反饋信號(hào)鑒相鑒頻用的對(duì)比輸入信號(hào)2022-5-2RF DBTEL14PL

6、L Block Diagram返回2022-5-2RF DBTEL15基本構(gòu)成電路分析鑒相器（Phase Detector）電荷泵環(huán)路低通濾波器（Charge PumpLoop Filter ）壓控振蕩器（Voltage Controlled Oscillator）分頻器（DIV）2022-5-2RF DBTEL16鑒相器（Phase Detector）鑒相器的主要作用:檢測(cè)輸入信號(hào)與反饋信號(hào)之間的相位差。鑒相器的數(shù)學(xué)模型：返回 Kdsin() +1(t)v(t)e(t) =1(t) -v(t)Vd(t)=Kdsine(t)鑒相器的數(shù)學(xué)模型2022-5-2RF DBTEL17 電荷泵環(huán)路低通濾

7、波器 （ Charge PumpLoop Filter）電荷泵的的作用主要是：給鎖相環(huán)路提供理想恒定的電流源，保持良好的線性關(guān)系，使得頻率范圍易于控制 環(huán)路低通濾波器（LPF） 由PFD的輸出信號(hào)需經(jīng)過(guò)低通濾波器再去控制VCO。一般采用電阻、電容構(gòu)成積分形式的低通濾波器，它可以為單階或多階濾波器。它的通頻帶由電阻、電容參數(shù)決定，它的截止速度取決于其階數(shù)。2022-5-2RF DBTEL18環(huán)路低通濾波器（Low Pass Filter）phasedetectorRzCzCpVCOR4C4To important the transient characteristics The loop ca

8、n track better a change in input frequencyTo further reduce the phase noise of the charge pump2022-5-2RF DBTEL19環(huán)路低通濾波器的應(yīng)用舉例返回2022-5-2RF DBTEL20 壓控振蕩器（Voltage Controlled Oscillator）壓控振蕩器一般是由變?nèi)荻O管為主構(gòu)成的諧振回路： 諧振回路的中心頻率由其回路的等效L、C特性決定： 變?nèi)荻O管的等效電容量由加在其兩端的電壓控制，這樣通過(guò)電壓的變化就能轉(zhuǎn)換成回路諧振頻率的變化，就構(gòu)成了壓控振蕩器VCO。LC102022-

9、5-2RF DBTEL21分頻器（DIV）鎖相環(huán)通常用于N倍參考頻率的發(fā)生器： 其中N為分頻比，它由環(huán)路中分頻器DIV提供 參見(jiàn)分頻器 rfNf0返回2022-5-2RF DBTEL22鎖相環(huán)在手機(jī)中應(yīng)用舉例RX（接收）頻率合成器 2022-5-2RF DBTEL232022-5-2RF DBTEL24收發(fā)器（Transceiver）收發(fā)器即調(diào)制解調(diào)器 調(diào)制：發(fā)射時(shí)基帶信號(hào)加載到射頻信號(hào) 解調(diào)：接收時(shí)射頻信號(hào)過(guò)濾出基帶信Transceiver根據(jù)其工作頻率可分為：?jiǎn)晤l、雙頻、三頻等Transceiver根據(jù)其中頻特征可分為有中頻、零中頻、近零中頻等 以DB2009為例介紹Transceiver

10、 UAA3535的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2022-5-2RF DBTEL25Transceiver UAA3535（Philips）UAA3535是近零中頻收發(fā)器，它最多可以作三頻收發(fā) 它內(nèi)部有： 三個(gè)PLL（包括一個(gè)內(nèi)置VCO）、正交混頻解調(diào)器、可控增益低噪放大器、混頻調(diào)制器等它需外接： 13MHz參考基準(zhǔn)時(shí)鐘、RXVCO、TXVCO、基帶控制信號(hào)等詳見(jiàn)UAA3535 Data Sheet 我們需要研究其內(nèi)部各重要節(jié)點(diǎn)的頻率、 帶寬，信號(hào)轉(zhuǎn)換的流程等細(xì)節(jié)2022-5-2RF DBTEL26返回2022-5-2RF DBTEL27衰減網(wǎng)絡(luò)（Attenuation）為了達(dá)到系統(tǒng)中對(duì)輸入輸出功率要求高的部分的功

11、率適配，我們通常在輸出端到輸入端之間加上功率衰減網(wǎng)絡(luò)通常衰減網(wǎng)絡(luò)形式有：T型、 型衰減網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算 型衰減網(wǎng)絡(luò)型衰減網(wǎng)絡(luò)型衰減網(wǎng)絡(luò)型衰減網(wǎng)絡(luò)R1R2R3R1R2R32022-5-2RF DBTEL28衰減網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算已知網(wǎng)絡(luò)參數(shù)求衰減系數(shù)A Zin1： 短路輸入電抗 Zin2： 開(kāi)路輸入電抗 Zout1：短路輸出電抗 Zout2： 開(kāi)路輸出電抗2121212111lg1011lg10)(outoutoutoutininininZZZZZZZZdBA2022-5-2RF DBTEL29已知衰減系數(shù)A求網(wǎng)絡(luò)參數(shù)（R0：特性阻抗） 由 求得K值： 則可得對(duì)T型： 對(duì)型： )(1lg20dBAKoutin

12、VVK 1211203021KKRRKKRRRKKRRKKRRR21112010322022-5-2RF DBTEL30衰減網(wǎng)絡(luò)的作用衰減網(wǎng)絡(luò)主要是為了使輸出功率符合下級(jí)輸入功率的要求利用衰減網(wǎng)絡(luò)可以提高系統(tǒng)的信噪比利用50歐姆衰減網(wǎng)絡(luò)可以緩和前級(jí)與后級(jí)的阻抗變化 2022-5-2RF DBTEL31衰減網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用返回2022-5-2RF DBTEL32功率控制環(huán)路（APC）功率控制環(huán)路構(gòu)成： 功率放大器（Power Amplifier） 功率耦合器（Power Coupler） 功率檢波器（Power Detector） 功率比較、控制器（Power Comparator& Cont

13、roller ） 這樣構(gòu)成的環(huán)路可以將功率較穩(wěn)定的控制在我們的設(shè)定值上，這個(gè)設(shè)定值可以隨時(shí)間根據(jù)需要不斷變化。2022-5-2RF DBTEL33功率控制環(huán)路構(gòu)成功率放大器功率放大器功率耦合器功率耦合器檢檢波波器器功率功率比較比較控制器控制器PISourcefromVCOCouplingPowerPcPo比較信號(hào)比較信號(hào)用于用戶用于用戶設(shè)定功率值設(shè)定功率值耦合檢波信號(hào)耦合檢波信號(hào)差值功率差值功率控制信號(hào)控制信號(hào)功率功率控制控制環(huán)路環(huán)路返回2022-5-2RF DBTEL34功率放大器（Power Amplifier）目前手機(jī)用PA一般是厚膜模擬電路制成，它要求將低功率射頻信號(hào)線性無(wú)失真的放大到

14、一定功率值。它的主要參數(shù)有：工作頻率、帶寬最大線性輸出功率（壓縮點(diǎn)）線性放大對(duì)輸入功率要求輸入、輸出需要的匹配阻抗工作電源及電壓、電流的要求控制信號(hào)的形式及要求噪聲特性等等 詳見(jiàn)PA-BGY280 Data Sheet返回2022-5-2RF DBTEL35功率耦合器（Power Coupler） 為了達(dá)到功率控制，我們需要使用到的功率傳感器就是功率耦合器，一般為Directional Coupler。它的主要參數(shù)有：詳見(jiàn)LDC Data Sheet 耦合量（Coupling） 插入損耗（Insertion Loss） 隔離度（Isolation） 方向性（Directivity） 單位（dB

15、） 返回2022-5-2RF DBTEL36功率檢波器（Power Detector）功率檢波器對(duì)Coupler的耦合高頻信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)檢波進(jìn)而得到一個(gè)體現(xiàn)耦合信號(hào)幅值大小的檢波電壓。我們采用二極管負(fù)包絡(luò)檢波電路，后級(jí)常為低通積分電路。例如：Coupler 輸出輸出耦合電容耦合電容Cc檢波檢波二極管二極管D檢波電壓輸出檢波電壓輸出低通低通積分積分電路電路2022-5-2RF DBTEL37負(fù)包絡(luò)檢波的對(duì)二極管要求： 檢波二極管D以P極為輸入端 檢波二極管的極電容要求較小的肖特基二極管，若極電容過(guò)大，將會(huì)使負(fù)包絡(luò)過(guò)多的耦合流失到低，導(dǎo)致檢波效果變差 返回2022-5-2RF DBTEL38 功率比

16、較、控制器 Power Comparator&Controller功率比較、控制器的功能： 功率比較器將功率檢波信號(hào)與設(shè)定功率信號(hào)相比較得到一個(gè)功率控制信號(hào)給功率控制器，由功率控制器產(chǎn)生控制電壓給功率放大器（PA） 它的具體參數(shù)詳見(jiàn)PCF5078 Data Sheet 棋祖小說(shuō)http:/ DBTEL39功率控制環(huán)路（APC）的應(yīng)用返回2022-5-2RF DBTEL40濾波網(wǎng)絡(luò)（Filter）通用濾波網(wǎng)絡(luò)電源濾波去耦網(wǎng)絡(luò)2022-5-2RF DBTEL41通用濾波網(wǎng)絡(luò)濾波器是抑制除特定帶寬以外信號(hào)及噪聲的裝置。按照不同標(biāo)準(zhǔn)它可分為： 低通、高通、帶通、帶阻濾波器； 一階、二階、高階濾

17、波器； 無(wú)源濾波器、有源濾波器 以下我們以單階無(wú)源濾波器為例做一些簡(jiǎn)介2022-5-2RF DBTEL423dB3dBRRLLCCUUfffHfL單階無(wú)源低通（LP） 單階無(wú)源高通（HP）高頻截止頻率fH與L、C參數(shù)有關(guān)低頻截止頻率fL與L、C參數(shù)有關(guān)2022-5-2RF DBTEL43低通濾波器的3dB衰減點(diǎn)的頻率為高頻截止頻率fH，它截止的斜率與其階數(shù)相關(guān)高通濾波器的3dB衰減點(diǎn)的頻率為低頻截止頻率fL ，它截止的斜率與其階數(shù)相關(guān)如果將低通濾波器和高通濾波器串聯(lián)，而且 fH fL 就能構(gòu)成帶通濾波器，其通頻帶為fL fH。如果將低通濾波器和高通濾波器并聯(lián)，而且 fH fL 就能構(gòu)成帶阻濾波

18、器，其阻頻帶為fH fL。濾波特性返回2022-5-2RF DBTEL44電源濾波去耦網(wǎng)絡(luò)對(duì)于射頻電路而言，電源穩(wěn)定由特別重要的意義，不僅它自身不穩(wěn)定會(huì)影響電路性能，而且各用電單元也會(huì)以電源為途徑互相傳遞干擾造成很大的不穩(wěn)定因數(shù)，去耦即去除電源與用電單元之間的交流耦合。實(shí)際電路中電源去耦電路無(wú)論在電源輸出端還是在用電輸入端都需要，而且去耦電路離用電模塊越近達(dá)到的去耦效果越好。2022-5-2RF DBTEL45電源濾波去耦網(wǎng)絡(luò)基本理論我們一般希望電源供電除了開(kāi)/關(guān)時(shí)間以外是直流穩(wěn)定的，不希望它的端電壓出現(xiàn)紋波、抖動(dòng)、跳變等不穩(wěn)定因數(shù)存在，電源去耦網(wǎng)絡(luò)正是為這些交流成分提供了短路到地的通路。去耦

19、電阻、去耦電容及去耦電感構(gòu)成的低通網(wǎng)絡(luò)為電源的交流成分提供一個(gè)到地的通路，它們的參數(shù)與電源提供的電流量、需要特別濾除的頻率成分等相關(guān)。2022-5-2RF DBTEL46電源濾波去耦網(wǎng)絡(luò)基本構(gòu)成電源去耦低通濾波網(wǎng)絡(luò) 如右圖： 去耦電阻或電感-R/L（Decoupling Resistor/Inductor） 去耦電容-C1、C2（Decoupling Capacitor） 以上部分部不要求全部具備， 去耦電阻及去耦電感有時(shí)就可不用去耦電阻R在電路中將緩和電源上升、下降沿的速度，從而抑制高頻噪聲的形成；用用電電單單元元Power BatteryDecouplingResistor/Inducto

20、rDecouplingCapacitorR/LC1C22022-5-2RF DBTEL47去耦電感L在回路中必然阻礙高頻交流成分達(dá)到隔離效果； 有時(shí)，我們還使用扼流磁珠來(lái)獲得更強(qiáng)的隔離效果。 去耦電容由C1、C2并聯(lián)分別承擔(dān)低頻、高頻交流成分濾波的任務(wù)。 電解電容C1一般容量較大在低頻時(shí)能提供好的通路，而在高頻時(shí)由于其寄生電感的存在阻抗將變大無(wú)法提供濾波通路； 陶瓷電容C2由于其容量一般較小，所以在低頻時(shí)阻抗較大無(wú)法提供濾波通路，而在高頻時(shí)阻抗變小則會(huì)有很好的濾波特性； 這樣可以看出C1、C2的濾波特性是互補(bǔ)的，需要同時(shí)利用才能得到較寬頻的有效濾波范圍。 當(dāng)然，如果需要更寬的濾波頻段還可用更多不同 類(lèi)型的電容并聯(lián)得到。 詳見(jiàn)高速電路板設(shè)計(jì)技術(shù)2022-5-2RF DBTEL48電源濾波去耦網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用2022-5-2RF DBTEL49電源去耦電路參數(shù)的選擇C1的選擇： 假設(shè)電源提供電流為I， 則 K取10是經(jīng)驗(yàn)比例 一般應(yīng)用時(shí)取電容標(biāo)稱值在計(jì)算值附近就可以了C2的選擇： C2位高頻陶瓷電容，一般在0.1uF以下取值 trUBurstUtIKCr1返回2022-5-2RF DBTEL50其它上拉、下拉電阻數(shù)字控制信號(hào)的高頻抑制措施隔直（Block）電容2022-5-2RF DBTEL51上拉、下拉電阻 上、下拉電阻是為了防止擾動(dòng)引入輸入端，上、下拉電阻是為了防止擾動(dòng)引入輸入