手機(jī)射頻講解分析

TypicalCircuitofRF

usedinHandset手機(jī)射頻部分典型電路分析2023/9/211RFTraining

射頻電路概況

隨著電路集成技術(shù)日新月異的發(fā)展，射頻電路也趨向于集成化、模塊化，這對于小型化移動終端的開發(fā)、應(yīng)用是特別有利的。目前手機(jī)的射頻電路是以RFIC

為中心結(jié)合外圍輔助、控制電路構(gòu)成的。射頻電路中各典型功能模塊的分析是我們討論的主要內(nèi)容。2023/9/212RFTraining2023/9/213RFTrainingOutline收發(fā)器（Transceiver）鎖相環(huán)（PLL）功率控制環(huán)路（APC）收發(fā)雙工器（Diplexer）衰減網(wǎng)絡(luò)（Attenuation）匹配網(wǎng)絡(luò)（Matching）濾波網(wǎng)絡(luò)（Filter）平衡網(wǎng)絡(luò)（Balance）其它2023/9/214RFTraining收發(fā)器（Transceiver）收發(fā)器即調(diào)制解調(diào)器

調(diào)制：發(fā)射時基帶信號加載到射頻信號

解調(diào)：接收時射頻信號過濾出基帶信Transceiver根據(jù)其工作頻率可分為：單頻、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TransceiverUAA3535的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2023/9/215RFTrainingTransceiverUAA3535（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PLL（包括一個內(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)時鐘、RXVCO、TXVCO、基帶控制信號等詳見UAA3535DataSheet

我們需要研究其內(nèi)部各重要節(jié)點的頻率、帶寬，信號轉(zhuǎn)換的流程等細(xì)節(jié)2023/9/216RFTraining返回2023/9/217RFTraining鎖相環(huán)（PLL）鎖相環(huán)四個基本構(gòu)成元素鎖相環(huán)路的性能基本構(gòu)成電路分析鎖相環(huán)在手機(jī)中應(yīng)用舉例

詳見《射頻鎖相環(huán)》

2023/9/218RFTraining鎖相環(huán)四個基本構(gòu)成元素鑒相器（PD）鑒頻器（FD）鑒相鑒頻（PFD）：

PD/FD/PFD是一個相位/頻率比較裝置，用來檢測輸入信號與反饋信號之間的相位/頻率差環(huán)路濾波器LoopFilter（LP）：

LP一般為N階低通濾波器電壓控制振蕩器（VCO）：

VCO是一個電壓--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源（Referencesignalsource）：

參考信號源提供與反饋信號鑒相鑒頻用的對比輸入信號2023/9/219RFTrainingPLLBlockDiagram返回2023/9/2110RFTraining鎖相環(huán)路的性能鎖相環(huán)的基本性能包括捕獲過程與同步

（1）捕獲過程的性能指捕獲帶和捕獲時間。捕獲帶指環(huán)路能通過捕獲過程而進(jìn)入同步狀態(tài)所允許的最大固有頻差捕獲時間是環(huán)路由起始時刻到進(jìn)入同步狀態(tài)的時刻之間的時間間隔

Frequencydeviationcapability>>

themax.PLLcapturerange

（2）環(huán)路鎖定之后穩(wěn)態(tài)頻差等于零，進(jìn)入同步狀態(tài)。穩(wěn)態(tài)相差通?？偸谴嬖诘?，它是一個固定值。2023/9/2111RFTraining環(huán)路的跟蹤性能

輸入信號變化越快，跟蹤性能就越差。暫態(tài)相位誤差和穩(wěn)態(tài)相位誤差的大小，是衡量環(huán)路線性跟蹤性能好壞的重要標(biāo)志。環(huán)路噪聲性能

噪聲包括輸入噪聲與諧波干擾和內(nèi)部噪聲與諧波干擾，壓控振蕩器內(nèi)部的噪聲是主要的噪聲源。環(huán)路捕獲性能

捕獲帶越寬越好，捕獲時間越短越好，可提高環(huán)路的增益K或者增加濾波器的帶寬，但加大環(huán)路增益或濾波器帶寬往往是與提高環(huán)路的跟蹤性能和濾波性能的要求相矛盾。采用輔助捕獲的方法達(dá)到目的。包括輔助鑒頻和鑒頻鑒相，變帶寬和變增益等。返回2023/9/2112RFTraining基本構(gòu)成電路分析鑒相器（PhaseDetector）電荷泵——環(huán)路低通濾波器（ChargePump——LoopFilter）壓控振蕩器（VoltageControlledOscillator）分頻器（DIV）2023/9/2113RFTraining鑒相器（PhaseDetector）在頻率合成器中所采用的鑒相器主要有正弦波相位檢波器與脈沖取樣保持相位比較器兩種。返回2023/9/2114RFTraining電荷泵——環(huán)路低通濾波器

（

ChargePump——LoopFilter）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的輸出信號需經(jīng)過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)。2023/9/2115RFTraining環(huán)路低通濾波器（LowPassFilter）phasedetectorRzCzCpVCOR4C4ToimportantthetransientcharacteristicsTheloopcantrackbetterachangeininputfrequencyTofurtherreducethephasenoiseofthechargepump2023/9/2116RFTraining環(huán)路低通濾波器的應(yīng)用舉例返回2023/9/2117RFTraining壓控振蕩器

（VoltageControlledOscillator）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。2023/9/2118RFTrainingVCO的選擇要素HighspectralpurityLinearvoltage-frequencytransfercharacteristic

GoodfrequencystabilitytotemperatureFrequencydeviationcapability>>themax.PLLcapturerangeTimeresponseLowpowerconsumptionandOutputlevel

Outputharmoniclevel

and

tuningsensitivityPhasenoise詳見TXVCODataSheet

RXVCODataSheet

返回2023/9/2119RFTraining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《分頻器》返回2023/9/2120RFTraining鎖相環(huán)在手機(jī)中應(yīng)用舉例RX（接收）頻率合成器

2023/9/2121RFTrainingTX-VCO鎖相環(huán)路

返回2023/9/2122RFTraining功率控制環(huán)路（APC）功率控制環(huán)路構(gòu)成：

功率放大器（PowerAmplifier）

功率耦合器（Power

Coupler）

功率檢波器（Power

Detector）

功率比較、控制器（Power

Comparator&Controller）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，這個設(shè)定值可以隨時間根據(jù)需要不斷變化。2023/9/2123RFTraining功率控制環(huán)路構(gòu)成功率放大器功率耦合器檢波器功率比較控制器PISourcefromVCOCouplingPowerPcPo比較信號用于用戶設(shè)定功率值耦合檢波信號差值功率控制信號功率控制環(huán)路返回2023/9/2124RFTraining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線性無失真的放大到一定功率值。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）線性放大對輸入功率要求輸入、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的形式及要求噪聲特性等等詳見PA-BGY280DataSheet返回2023/9/2125RFTraining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DirectionalCoupler。它的主要參數(shù)有：詳見其LDCDataSheet耦合量（Coupling）插入損耗（InsertionLoss）隔離度（Isolation）方向性（Directivity）[單位（dB）]

<參數(shù)計算方法>返回2023/9/2126RFTrainingDirectionalCouplerCouplingI/PPIO/PPoO/PPCInsertionLossPC*:CouplingpowerwhenincidentpowerinwrongdirectionPI*:IncidentPowerinwrongdirectionPI:InputpowerPO:OutputpowerPC:Couplingpower2023/9/2127RFTrainingdB&dBm&dBcdB是一個相對值，它是針對一定參考而言的，它通常用于表示衰減或增益的量。

對電壓比：對功率比：dBm是一個絕對功率值，它是一定功率與一毫瓦的相對值。dBc是一個差值，它表示兩個功率值的差。

P1P22023/9/2128RFTrainingdB&dBm&dBc都是對數(shù)表示方式，對它們來講功率的乘除運算變成了它們的加減運算。dB&dBm&dBc是可以直接相加減的。例如:增益YdB輸入XdBm輸出ZdBm則輸出Z(dBm)=X+Y2023/9/2129RFTraining

0dBm=1mW10dBm=10mW30dBm=1WdB------功率比12dB---169dB---86dB---43dB---20dB---1-3dB---1/2=0.5-6dB---1/4=0.25-9dB---1/8=0.125-12dB---1/16=0.0625-15dB---1/32=0.03125-18dB---1/64=0.015625返回2023/9/2130RFTraining參數(shù)計算方法Coupling=InsertionLoss=Isolation=Directivity=Coupling-Isolation>02023/9/2131RFTraining計算舉例（全用對數(shù)計算）PI:0dBmPC:20dBmPO:

-1dBmPI*:

0dBmPC*:

-40dBmCoupling=-20dBmInsertionLoss=-1dBmIsolation=-40dBmDirectivity=Coupling-Isolation=20dBm2023/9/2132RFTraining功率檢波器（Power

Detector）功率檢波器對Coupler的耦合高頻信號進(jìn)行包絡(luò)檢波進(jìn)而得到一個體現(xiàn)耦合信號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，后級常為低通積分電路。例如：Coupler輸出耦合電容Cc檢波二極管D檢波電壓輸出低通積分電路2023/9/2133RFTraining負(fù)包絡(luò)檢波的對二極管要求：

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，若極電容過大，將會使負(fù)包絡(luò)過多的耦合流失到低，導(dǎo)致檢波效果變差

返回2023/9/2134RFTraining功率比較、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與設(shè)定功率信號相比較得到一個功率控制信號給功率控制器，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PCF5078DataSheet

2023/9/2135RFTraining功率控制環(huán)路（APC）的應(yīng)用返回2023/9/2136RFTraining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（AntennaSwitch）對發(fā)射為openTXRX為發(fā)射波長對接收為short2023/9/2137RFTraining收發(fā)雙工器的特性參數(shù)（TX/RX）FrequencyRange(MHz)InsertionLoss(dB)Attenuation(dB)V.S.W.R.Isolation(dB)Harmonics2xfo,3xfo(dBc)PowerCapacity(dBm)

詳見LMC33-07A0524ADataSheet返回2023/9/2138RFTraining衰減網(wǎng)絡(luò)（Attenuation）為了達(dá)到系統(tǒng)中對輸入輸出功率要求高的部分的功率適配，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