第10章 手機(jī)的功能電路

《移動通信技術(shù)》電子教案第十章手機(jī)的功能電路一部移動電話包括無線接收機(jī)（Receiver）、發(fā)射機(jī)（Transmitter）、控制模塊（Controller）、人機(jī)界面部分（Interface）和電源（PowerSupply）。數(shù)字手機(jī)從電路可分為射頻與邏輯音頻電路兩大部分。其中射頻電路包含從天線到接收機(jī)的解調(diào)輸出，與發(fā)射的I/Q調(diào)制到功率放大器輸出的電路；邏輯音頻包含從接收解調(diào)，接收音頻輸出、發(fā)射語音拾取（送話器電路）到發(fā)射I/Q調(diào)制器及邏輯電路部分的中央處理單元、數(shù)字語音處理及各種存儲器電路等，如圖10-1所示。前言圖10-1手機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖

前言10.1射頻系統(tǒng)射頻系統(tǒng)由射頻接收和射頻發(fā)射兩部分組成。射頻接收電路完成接收信號的濾波、信號放大、解調(diào)等功能；射頻發(fā)射電路主要完成語音基帶信號的調(diào)制、變頻、功率放大等功能。手機(jī)要得到GSM系統(tǒng)的服務(wù)，首先必須有信號強(qiáng)度指示，能夠進(jìn)入GSM網(wǎng)絡(luò)。手機(jī)電路中不管是射頻接收系統(tǒng)還是射頻發(fā)射系統(tǒng)出現(xiàn)故障，都能導(dǎo)致手機(jī)不能進(jìn)入GSM網(wǎng)絡(luò)。10.1.1接收機(jī)的電路結(jié)構(gòu)

手機(jī)接收機(jī)有3種基本的框架結(jié)構(gòu)，一是超外差一次變頻接收機(jī)，二是超外差二次變頻接收機(jī)，三是諾基亞的直接變換線性接收機(jī)。1．超外差一次變頻接收機(jī)收機(jī)射頻電路中只有一個混頻電路，屬于超外差一次變頻接收，如圖10-2所示。在看手機(jī)的接收機(jī)射頻方框圖時，應(yīng)注意該接收機(jī)中有幾次頻率變換（混頻電路）。圖10-2超外差一次變頻接收機(jī)框圖10.1.1接收機(jī)的電路結(jié)構(gòu)2．超外差二次變頻接收機(jī)若接收機(jī)射頻電路中有兩個混頻電路，則該接收機(jī)是超外差二次變頻接收機(jī)。超外差二次變頻接收機(jī)的方框圖如圖10-3所示。10.1.1接收機(jī)的電路結(jié)構(gòu)圖10-3超外差二次變頻接收機(jī)框圖10.1.1接收機(jī)的電路結(jié)構(gòu)3．直接變換的接收機(jī)從一次變頻接收機(jī)和二次變頻接收機(jī)的方框圖可以看，RXI/Q信號都是從解調(diào)電路輸出的，但在直接變換線形接收機(jī)中，混頻器輸出的就是RXI/Q信號。10.1.1接收機(jī)的電路結(jié)構(gòu)10.1.2接收機(jī)的功能電路1．天線及天線電路天線分為發(fā)射天線與接收天線，將高頻電流轉(zhuǎn)化為高頻電磁波傳送出去的導(dǎo)體被稱為發(fā)射天線；將高頻電磁波轉(zhuǎn)化為高頻信號電流的導(dǎo)體被稱為接收天線。2．低噪聲放大器低噪聲放大器（LNA）被用來將天線收到的微弱的無線蜂窩信號，放大到混頻器所需要的幅度。如果低噪聲放大器損壞，通常會造成手機(jī)接收信號差的故障。3．混頻電路混頻電路又叫混頻器（MIX）是利用半導(dǎo)體器件的非線性特性，將兩個或多個信號混合，取其差頻或和頻，得到所需要的頻率信號。

4．中頻放大器接收機(jī)的中頻放大器主要是將混頻器輸出的信號進(jìn)行大幅度提升，以滿足解調(diào)電路的需要。接收機(jī)的主要增益也來自中頻放大器，中頻放大器損壞常會造成手機(jī)接收差的故障。10.1.2接收機(jī)的功能電路10.1.2接收機(jī)的功能電路

中頻放大器最主要的作用如下:（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(jī)的鄰近頻率選擇性一般由中頻放大器的通頻帶寬度決定。5．解調(diào)電路在移動通信中，常用的解調(diào)技術(shù)有鎖相解調(diào)器、正交鑒頻解調(diào)器等。

PLL（鎖相環(huán)）可以跟蹤輸入信號，它可以用作解調(diào)。

6．振蕩電路在電子設(shè)備中，振蕩器的用途極為廣泛。振蕩電路的種類很多，按其工作原理，可分為反饋型振蕩電路、負(fù)阻型振蕩電路、多諧振蕩電路（張弛振蕩）；按使用元件，又分為IC振蕩器、RC振蕩器、晶體振蕩器等。10.1.2接收機(jī)的功能電路（1）LC蕩器把只由L和C構(gòu)成的反饋電路稱為LC振蕩器。LC振蕩器有調(diào)諧型和三元件型。調(diào)諧型包括集電極調(diào)諧型振蕩器、基極調(diào)諧型振蕩器、發(fā)射極調(diào)諧型振蕩器；三元件型的有電容三點(diǎn)式振蕩器和電感三點(diǎn)式振蕩器。（2）RC振蕩器把由R和C構(gòu)成的反饋電路稱為RC振蕩器，RC振蕩器有電橋式和移相式。移相式又分為HP型和LP。

10.1.2接收機(jī)的功能電路在移動通信中，移動臺需要能夠根據(jù)實(shí)時分配到的語音信道改變自己的工作頻率，這就要求必須有足夠精度、穩(wěn)定性好的頻率合成器。而且隨著通信技術(shù)的發(fā)展，對頻率的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度的要求越來越高。而RC和LC都難達(dá)到這個精度，只有高精度、高穩(wěn)定性的振蕩才可以減小因頻率偏移而造成的鄰近信道干擾。10.1.2接收機(jī)的功能電路雖然晶體振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定，但由于某些客觀因素的影響，使頻率穩(wěn)定度變差。晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度主要受3種因素影響。①負(fù)載效應(yīng)。②推頻效應(yīng)。③溫度效應(yīng)。

10.1.2接收機(jī)的功能電路7．鎖相頻率合成器將一個或多個基準(zhǔn)頻率信號變換為另一個或多個所需頻率信號的技術(shù)稱為頻率合成，或頻率綜合技術(shù)。

10.1.2接收機(jī)的功能電路（1）參考振蕩參考振蕩在頻率合成乃至在整個手機(jī)電路中都是很重要的。（2）鑒相器鑒相器簡稱PD（PhaseDetector）。它是一個相位比較器，是一個相差—電壓轉(zhuǎn)換裝置，可將VCO振蕩信號的相位變化變換為電壓的變化。鑒相器輸出的是脈動直流信號，這一脈動直流信號經(jīng)LPF濾除高頻成分后去控制VCO電路。10.1.2接收機(jī)的功能電路（3）低通濾波器低通濾波器簡稱LPF（LowPassFilter）。低通濾波器又被稱為環(huán)路濾波器，它是一個RC電路，位于鑒相器與VCO電路之間。（4）壓控振蕩器壓控振蕩器簡稱VCO（VoltageControlOscillator）。壓控振蕩器是一個電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置，可將鑒相器PD輸出的相差電壓信號的變化轉(zhuǎn)化成頻率的變化。10.1.2接收機(jī)的功能電路（5）分頻器鑒相器是將VCO輸出信號與參考信號進(jìn)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輸出頻率比較高，這就離不開分頻技術(shù)。10.1.2接收機(jī)的功能電路8．鎖相環(huán)PLL

鎖相環(huán)的種類很多，它包括3個最基本的部件：鑒相器PD、環(huán)路濾波器（LoopFilter）和壓控振蕩器VCO，如圖10-29所示。雖然鎖相環(huán)看起來與頻率合成器的框圖很相似，但它是不同的兩個概念，應(yīng)注意區(qū)分。10.1.2接收機(jī)的功能電路10.1.3發(fā)射機(jī)的電路結(jié)構(gòu)

1．帶發(fā)射變換模塊的發(fā)射機(jī)電路在圖10-32（a）所示的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)中，其發(fā)射流程如下。送話器將語音信號轉(zhuǎn)化為模擬的語音電信號，轉(zhuǎn)化后的信號經(jīng)PCM編碼模塊將其變?yōu)閿?shù)字語音信號，然后在邏輯電路中進(jìn)行數(shù)字語音處理，如信道編碼、均衡、加密以及TXI/Q分離等，分離后的TXI/Q信號到發(fā)射機(jī)中頻電路完成I/Q調(diào)制，該信號再在發(fā)射變換模塊里與發(fā)射參考中頻（RXVCO與TXVCO的差頻）進(jìn)行比較，得到一個包含發(fā)送數(shù)據(jù)的脈動直流信號，該信號去控制VCO的工作，得到最終發(fā)射信號經(jīng)功率放大器放大后，由天線發(fā)送出去。2．帶發(fā)射上變頻器的發(fā)射機(jī)電路如圖10-32（b）所示的發(fā)射機(jī)在TXI/Q調(diào)制之前是一樣的，其不同之處在于TXI/Q調(diào)制后的發(fā)射已調(diào)信號在一個發(fā)射混頻器中與RXVCO（或UHFVCO、RFVCO）混頻，得到最終發(fā)射信號。10.1.3發(fā)射機(jī)的電路結(jié)構(gòu)3．直接變換的發(fā)射機(jī)電路早期的手機(jī)發(fā)射機(jī)電路結(jié)構(gòu)基本上都是上述兩種電路結(jié)構(gòu)形式。但隨著新型手機(jī)的面世，可以看到一種新的發(fā)射機(jī)電路結(jié)構(gòu)—直接變換的發(fā)射機(jī)，如諾基亞的8210手機(jī)這種接收機(jī)的電路結(jié)構(gòu)如圖10-33所示

圖10-33直接變頻的發(fā)射機(jī)10.1.3發(fā)射機(jī)的電路結(jié)構(gòu)10.1.4發(fā)射機(jī)的功能電路1．GSM手機(jī)的調(diào)制過程2．發(fā)射變換發(fā)射變換模塊通常完成如下的信號處理：發(fā)射已調(diào)中頻信號來自TXI/Q調(diào)制器；在變換電路中，TXVCO信號與RXVCO信號進(jìn)行混頻，得到發(fā)射參考中頻信號；發(fā)射已調(diào)中頻信號與發(fā)射參考中頻信號在發(fā)射變換模塊中通過鑒頻器進(jìn)行比較，輸出包含發(fā)送數(shù)據(jù)的脈動直流信號，該信號再經(jīng)一泵電路（一個雙端輸入，單端輸出的轉(zhuǎn)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。3．TXVCOTXVCO電路通常存在于帶發(fā)射變換電路的發(fā)射機(jī)中，帶發(fā)射上變頻器的發(fā)射機(jī)電路中是沒有發(fā)射VCO的。4．發(fā)射上變頻器發(fā)射上變頻器實(shí)際上是一個頻譜搬移電路，它存在于帶發(fā)射上變頻的發(fā)射機(jī)電路結(jié)構(gòu)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(diào)中頻信號，與RXVCO（或UHFVCO、RFVCO）信號進(jìn)行混頻，得到最終發(fā)射信號。10.1.4發(fā)射機(jī)的功能電路發(fā)射上變頻器也是一個混頻電路，前面講混頻器時介紹過，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)射已調(diào)中頻信號與UHFVCO（RXVCO、RFVCO），輸出信號是最終發(fā)射信號.5．功率放大器手機(jī)電路中的功率放大器都是高頻寬帶功率放大器。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。10.1.4發(fā)射機(jī)的功能電路6．功率控制該控制環(huán)路工作原理如下所述：功率放大器放大的發(fā)射信號被送到天線，轉(zhuǎn)化為高頻的電磁波并發(fā)送出去。在功放的輸出端，通過一個取樣電路（一般為微帶線耦合器），取一部分發(fā)射信號經(jīng)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(jìn)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(dá)到控制功率的目的。10.1.4發(fā)射機(jī)的功能電路10.2邏輯控制電路邏輯電路部分通常是由中央處理器（CPU）或被稱為ASIC（專用應(yīng)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(jī)電路中起著不同的作用。10.2.1控制器的組成①CPU（中央處理器）：這是微控制器的核心。②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。③輸入/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。10.2.1控制器的組成④定時器/計(jì)數(shù)器：微控制器的許多應(yīng)用中，往往需要進(jìn)行精確的定時并產(chǎn)生方波信號，這要由定時器/計(jì)數(shù)器電路來完成。⑤時鐘系統(tǒng)：手機(jī)中常見是13MHz和32.768kHz。微處理器的上述5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/輸入接口與微處理器的外部電路聯(lián)系起。10.2.2邏輯音頻電路

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塊等。10.3電源系統(tǒng)10.3.1開機(jī)信號電壓手機(jī)的開機(jī)方式有兩種，一種是高電平開機(jī)，也就是當(dāng)開關(guān)鍵被按下時，開機(jī)觸發(fā)端接到電池電源，是高電平啟動電源電路開機(jī)；另一種是低電平開機(jī)，也就是當(dāng)開關(guān)鍵被按下時，開機(jī)觸發(fā)線路接地，是低電平啟動電源電路開機(jī)。10.3.2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(jī)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(biāo)稱值。

10.3.3射頻電路供電電壓手機(jī)的射頻電路供電電壓比較復(fù)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(jī)功能就會紊亂。但邏輯電路不能采用這種供電方式，因?yàn)檫壿嬰娐肥鞘謾C(jī)的指揮中心，在任一時刻失去供電電壓，整機(jī)就會癱瘓。10.3.4SIM卡電路供電電壓

手機(jī)的SIM卡有6個觸點(diǎn)，其中標(biāo)注為SIMVcc或Vcc的觸點(diǎn)為SIM卡供電端，由于有兩種不同工作電壓的SIM卡，即3VSIM卡和5VSIM卡，所以在手機(jī)內(nèi)部存在3VSIM卡電路及5VSIM卡電路。測量SIMVcc電壓最好選在開機(jī)瞬間用示波器進(jìn)行測量.

10.3.5顯示電路供電電壓

圖10-53愛立信T28手機(jī)顯示觸電示意圖愛立信T28手機(jī)的顯示屏通過5個觸點(diǎn)和電路相連，如圖10-53所示

圖中：1腳VLCD為顯示屏對比度控制端，電壓為6V，無此電壓，LCD無顯示，太高則LCD發(fā)暗。

2腳為顯示屏直流供電端，電壓為2.8V。這兩處電壓可方便地用萬用表測量。