手機(jī)發(fā)射電路的功率控制

1、手機(jī)發(fā)射電路的功率控制摘要：功率放大器是一種應(yīng)用非常廣泛的電路，手機(jī)的功率放大器用于放大已 經(jīng)調(diào)制好的發(fā)射信號(hào)并獲得滿足要求的輸出功率，手機(jī)功放最突出的特點(diǎn)是帶有自 動(dòng)功率控制電路。GSM手機(jī)和CDMA手機(jī)的自動(dòng)功率控制電路各有特點(diǎn)，但原理 基本相同，如果功率控制電路出現(xiàn)問題，可能導(dǎo)致手機(jī)無發(fā)射、發(fā)射功率低、發(fā)射 關(guān)機(jī)等故障。關(guān)鍵詞：手機(jī)功率放大器功率控制功率放大器是一種應(yīng)用非常廣泛的電路，在家用電器如電視、音響之中都廣泛 地應(yīng)用，手機(jī)的功率放大器用于放大已經(jīng)調(diào)制好的發(fā)射信號(hào)并獲得滿足要求的輸出 功率。手機(jī)是一種移動(dòng)通信設(shè)備，手機(jī)在移動(dòng)通信過程中離基站的距離也是時(shí)近時(shí)遠(yuǎn)， 手機(jī)離基站比較遠(yuǎn)時(shí)，

2、需要手機(jī)有足夠的功率，以使手機(jī)傳出的信息能傳輸?shù)交?當(dāng)手機(jī)離基站比較近時(shí)，若手機(jī)的功率過大，可能會(huì)帶來各種干擾，導(dǎo)致手機(jī)不能 正常工作。此外，電磁波的傳播不僅受通信距離的影響，電磁波在不同的環(huán)境中受 到地形、地物的影響很大；多徑傳播造成的衰落、建筑物阻擋造成的陰影效應(yīng)和運(yùn) 動(dòng)造成的多卜勒頻移，也可導(dǎo)致接收信號(hào)極不穩(wěn)定，接收?qǐng)鰪?qiáng)的瞬間變化往往可達(dá) 十倍以上，故手機(jī)電路中的功率放大器具有它自己的特點(diǎn)，即功率放大器的放大倍 數(shù)應(yīng)能隨不同的情況而變化，使到達(dá)基站的信號(hào)大小基本穩(wěn)定，故手機(jī)功放最突出 的特點(diǎn)是帶有自動(dòng)功率控制電路。射頻功率放大器總是工作在大信號(hào)狀態(tài)下，調(diào)制后的射頻信號(hào)經(jīng)功率放大后即 可

3、以進(jìn)行傳輸。在手機(jī)中，常采用場效應(yīng)管和砷化稼場效應(yīng)管作為功率放大管。它 們的導(dǎo)熱率比錯(cuò)高許多。而且越來越多的手機(jī)使用功率放大器組件。一個(gè)完整的功 率放大電路通常包括驅(qū)動(dòng)放大、功率放大、功率檢測及控制、電源電路等。功率控制不僅是維護(hù)系統(tǒng)高效率正常工作的需要，隨著CDMA技術(shù)的應(yīng)用，功 率控制尤其必要，由于CDMA系統(tǒng)的容量是軟容量，它的容量是由信噪比決定的， 主要受限于系統(tǒng)內(nèi)移動(dòng)臺(tái)的相互干擾，如果每個(gè)移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)到達(dá)基站時(shí)都達(dá)到所 需的最小信噪比，系統(tǒng)容量就會(huì)達(dá)到最大值。CDMA功率控制分為前向通道功率控 制和反向通道的功率控制。前向通道功率控制是基站根據(jù)移動(dòng)臺(tái)提供的測量結(jié)果， 調(diào)整對(duì)每一個(gè)移動(dòng)

4、臺(tái)的發(fā)射功率（對(duì)路徑衰落小的移動(dòng)臺(tái)分配較小的前向鏈路功率， 而對(duì)遠(yuǎn)離基站和誤碼率高的移動(dòng)臺(tái)分配較大的前向鏈路功率），而反向通道功率控制 又分為僅由移動(dòng)臺(tái)參與的開環(huán)功率控制和移動(dòng)臺(tái)、基站同時(shí)參與的閉環(huán)功率控制， 反向開環(huán)功率控制是移動(dòng)臺(tái)通過測量接收功率來估計(jì)發(fā)射功率，并迅速調(diào)節(jié)移動(dòng)臺(tái) 發(fā)射功率；反向閉環(huán)功率控制是基站對(duì)移動(dòng)臺(tái)的開環(huán)功率估計(jì)迅速作出糾正，以使 移動(dòng)臺(tái)保持最理想的發(fā)射功率，使系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)，手機(jī)發(fā)射電路功率控制屬于 反向功率控制的范疇。不同類型的發(fā)射機(jī)中的功率控制電路是有區(qū)別的，但它們的控制原理都基本相 似。圖1所示是一種基本的發(fā)射功率控制原理方框圖。控制參考電平圖一該控制環(huán)路工作

5、原理如下所述：功率放大器放大的發(fā)射信號(hào)送到天線轉(zhuǎn)化為高頻的 電磁波發(fā)送出去。在功放的輸出端，通過一個(gè)取樣電路取一部分發(fā)射信號(hào)，經(jīng)高頻 整流得到一個(gè)反映發(fā)射功率大小的直流電平。這個(gè)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(jìn)行比較，輸出一個(gè)控制信號(hào)去控制功放電路的偏壓或電源。 從而改變功率放大器的放大倍數(shù)。雖然原理大同小異，但是GSM手機(jī)和CDMA手 機(jī)的功率控制的電路是有所不同的。GSM 是 Global System for Mobile Communications 的縮寫，意為全球移動(dòng)通 信系統(tǒng)，是世界上主要的蜂窩系統(tǒng)之一。目前，中國移動(dòng)、中國聯(lián)通各擁有一個(gè)GSM 網(wǎng)，GSM手機(jī)

6、用戶總數(shù)在1. 4億以上，為世界最大的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。CDMA即 codedivision multiple access的縮寫，譯為“碼分多址分組數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)”，被稱為第5代移動(dòng)通信技術(shù)。目前采用這一技術(shù)的市場主要在美國、日本、韓國等，全球 用戶達(dá)9500萬。我們再來比較一下GSM和CDMA手機(jī)發(fā)射功率的初始值的取定及功率控制 機(jī)制。手機(jī)與系統(tǒng)的通信可分為兩個(gè)階段，一是接入階段，二是話務(wù)通信階段。對(duì) 于GSM系統(tǒng)，手機(jī)在隨機(jī)接入階段沒有進(jìn)入專用模式以前，是沒有功率控制的，為 保證接入成功，手機(jī)以系統(tǒng)能允許的最大功率發(fā)射（通常是手機(jī)的最大發(fā)射功率）。 在分配專用信道后，手機(jī)會(huì)根據(jù)基站的指令調(diào)整手

7、機(jī)的發(fā)射功率，調(diào)整的步長通常 為2dB。調(diào)整的頻率為60ms 一次。對(duì)于CDMA系統(tǒng)，在隨機(jī)接入狀態(tài)下，手機(jī)會(huì)根據(jù)接收到的基站信號(hào)電平估計(jì) 一個(gè)較小的值作為手機(jī)的初始發(fā)射功率，發(fā)送第一個(gè)Access Probe，如果在規(guī)定的時(shí) 間內(nèi)還沒有得到基站的應(yīng)答信息，手機(jī)會(huì)再加大發(fā)射功率。這個(gè)過程重復(fù)下去，直 到收到基站的應(yīng)答或者到達(dá)設(shè)定的最多嘗試次數(shù)為止。在通話狀態(tài)下，每1.25ms基 站會(huì)向手機(jī)發(fā)送一個(gè)功率控制命令信息，命令手機(jī)增大或減少發(fā)射功率，步長為1dB。由上面的比較可以看出，GSM手機(jī)在接入過程中并沒有功率控制以最大的功率 發(fā)射，在通話過程中多采用閉環(huán)功率控制；對(duì)于CDMA系統(tǒng)，采用開環(huán)和閉

8、環(huán)功率控制結(jié) 合的方案，開始是開環(huán)功率控制，和基站取得聯(lián)系之后是閉環(huán)功率控制。下面以具體的電路來介 紹手機(jī)發(fā)射電路的功率控制。首先以摩托羅拉L2000為例，它是GSM手機(jī)，它的功率控制電路如圖二所示：圖二功率控制電路主要由U390構(gòu)成，主要對(duì)發(fā)射功率進(jìn)行檢測。U390的12腳是 射頻功率檢測輸入腳，7腳是功率控制輸出腳，U390的8、11、12腳根據(jù)送來的發(fā) 射啟閉信號(hào)和功率檢測級(jí)別信號(hào)自動(dòng)調(diào)整U390的7腳EXC的控制功率電平的大小， 此控制信號(hào)傳送到功率放大器（圖3）的U300的10腳。功率放大電路主要由U300 等元件組成，其主要作用是將前置放大器送來的信號(hào)進(jìn)行放大，信號(hào)由U300的7

9、腳輸入，經(jīng)過兩級(jí)放大后由14腳輸出，它的放大倍數(shù)由從10腳輸入的控制信號(hào)控 制，使放大器在不同的情況下，放大倍數(shù)有所不同，以達(dá)到功率控制的目的。V.RINGC300 .LlOOpF 工R301Q300 2SC4617R304 7.5k ,1%18k,l% n R309 U330R3004.7U300LMV7H_L C305T lOnFOUT V+V- SHUT +IN TNjc304R310 2k,1% HZZIPA_ONV_RFTXR311 10k,1% R3126.8k, 1%圖4再來看看CDMA手機(jī)的功率控制電路以圖4所示為A399手機(jī)的功率控制電路 為例，從圖4所示的電路中可以看出：C

10、DMA蜂窩基站根據(jù)所接收的CDMA手機(jī) 的信號(hào)質(zhì)量與強(qiáng)度，給出CDMA手機(jī)的控制指令。手機(jī)的邏輯電路將控制指令轉(zhuǎn)換 成模擬的電壓信號(hào)，得到功率控制TX-AGC-ADJ信號(hào)。當(dāng)發(fā)射機(jī)啟動(dòng)時(shí)，功放啟動(dòng)控制信號(hào)PA-ON被送到U300的5腳。V-RFTX電 源經(jīng)電阻R304、R307、R309、R312分壓，給U300 一個(gè)初始電壓，使U300開始工 作，給功率放大器提供一個(gè)基本的控制信號(hào)。當(dāng)邏輯電路輸出TX-AGC-ADJ信號(hào)時(shí)， Q300開始工作，通過控制Q300的集電極、發(fā)射極的導(dǎo)通程度來改變U300的3腳 的電壓，從而使U300的1腳輸出電壓發(fā)生變化，完成功率控制?？傊畠煞N手機(jī)的 功率控制方

11、法都是利用功率控制電路產(chǎn)生一個(gè)控制電壓，調(diào)整功放的放大倍數(shù)。在一張電路圖上如何找到功率控制電路？ 一般來說，只要找到功率放大器，查 找功率控制電路就比較容易了。通?？梢詮墓β史糯笃鞯妮斎牖蚱珘嚎刂贫巳ゲ檎?功率控制電路；也可以利用它的電路特點(diǎn)查找，在功率放大器的輸出端，發(fā)射射頻 信號(hào)通常會(huì)分為兩路，一路到天線電路，另一路經(jīng)一個(gè)取樣電路到功率控制電路。 這個(gè)取樣電路可能是功率分配器，也可能是微帶線耦合器。功率放大器（含有控制電路）在手機(jī)發(fā)射電路中占有很重要的地位，它的功率 控制部分如果出現(xiàn)問題，可能導(dǎo)致手機(jī)無發(fā)射、發(fā)射功率低、發(fā)射關(guān)機(jī)等故障。由于手機(jī)元件的安裝形式全部采用了表面貼裝技術(shù)，手機(jī)線路

12、板采用高密度合 成板，正反兩面都有元件，元器件全部貼裝在線路板兩面，線路板通過焊錫與元件 產(chǎn)生拉力而固定，且貼裝元件集成芯片管腳眾多，非常密集，焊錫又非常少，這樣 如果不小心摔碰或手機(jī)受潮都易使元件造成虛焊或元件與線路板接觸不良造成手機(jī) 各種各樣的故障。MOTOROLA L2000的U390以及外圍元件（圖2所示）損壞、虛 焊會(huì)引起不入網(wǎng)，發(fā)射功率低等。這些部位可以用示波器檢驗(yàn)，如果懷疑功率控制 電路故障，可以檢查基準(zhǔn)功率電壓是否正常、功率控制電路對(duì)功率放大器的控制電 壓是否正常，基準(zhǔn)功率電壓不正常可能和軟件有關(guān)。對(duì)于發(fā)射高頻或中頻信號(hào)的測 量只能用頻譜分析儀檢驗(yàn)。檢測發(fā)射故障部位還可以用發(fā)射感應(yīng)燈靠近懷疑的電路 確認(rèn)。以檢修圖4所示的三星手機(jī)A399的功率控制電路為例，檢修過程如下：啟動(dòng)發(fā)射功能，用示波器檢查U300的PA-ON信號(hào)。若不正常，檢查 U10 （U100是一個(gè)復(fù)合電路，它包含了 PCM編碼、聲碼器、分間插入、 編碼、信道化等所有從發(fā)送音頻放大到I/Q調(diào)制之間的發(fā)射邏輯音頻電 路）各腳位信號(hào)波形是否正常。用示波器檢查TX-AGC-ADJ信號(hào)，若不正常，檢查U100電路。若兩個(gè)控制信號(hào)都正常，再用示波器檢查Q300、U300電路元件的波形