手機(jī)射頻架構(gòu)全面分析|手機(jī)射頻電路介紹
普通手機(jī)射頻電路由接收通路、發(fā)射通路、本振電路三大電路組成。其主要負(fù)責(zé)接收信號(hào)解調(diào)；發(fā)射信息調(diào)制。早期手機(jī)通過(guò)超外差變頻（手機(jī)有一級(jí)、二級(jí)混頻和一本、二本振電路），后才解調(diào)出接收基帶信息；新型手機(jī)則直接解調(diào)出接收基帶信息（零中頻）。更有些手機(jī)則把頻合、接收壓控振蕩器（RX—VCO）也都集成在中頻內(nèi)部。
射頻電路方框圖
1、接收電路的結(jié)構(gòu)和工作原理：
接收時(shí)，天線把基站發(fā)送來(lái)電磁波轉(zhuǎn)為微弱交流電流信號(hào)經(jīng)濾波，高頻放大后，送入中頻內(nèi)進(jìn)行解調(diào)，得到接收基帶信息（RXI-P、RXI-N、RXQ-P、RXQ-N）；送到邏輯音頻電路進(jìn)一步處理。
該電路掌握重點(diǎn):
（1）、接收電路結(jié)構(gòu)。
（2）、各元件的功能與作用。
（3）、接收信號(hào)流程。
電路分析:
（1）、電路結(jié)構(gòu)。
接收電路由天線、天線開(kāi)關(guān)、濾波器、高放管（低噪聲放大器）、中頻集成塊（接收解調(diào)器）等電路組成。早期手機(jī)有一級(jí)、二級(jí)混頻電路，其目的把接收頻率降低后再解調(diào)(如下圖)。
接收電路方框圖
（2）、各元件的功能與作用。
1)、手機(jī)天線：
結(jié)構(gòu)：（如下圖）
由手機(jī)天線分外置和內(nèi)置天線兩種；由天線座、螺線管、塑料封套組成。
作用：
a)、接收時(shí)把基站發(fā)送來(lái)電磁波轉(zhuǎn)為微弱交流電流信號(hào)。
b)、發(fā)射時(shí)把功放放大后的交流電流轉(zhuǎn)化為電磁波信號(hào)。
2)、天線開(kāi)關(guān)：
結(jié)構(gòu)：（如下圖）
手機(jī)天線開(kāi)關(guān)（合路器、雙工濾波器）由四個(gè)電子開(kāi)關(guān)構(gòu)成。
（圖一） （圖二）
作用：其主要作用有兩個(gè)：
a）、 完成接收和發(fā)射切換；
b）、 完成900M/1800M信號(hào)接收切換。
邏輯電路根據(jù)手機(jī)工作狀態(tài)分別送出控制信號(hào)（GSM-RX-EN；DCS- RX-EN；GSM-TX-EN；DCS- TX-EN），令各自通路導(dǎo)通，使接收和發(fā)射信號(hào)各走其道，互不干擾。
由于手機(jī)工作時(shí)接收和發(fā)射不能同時(shí)在一個(gè)時(shí)隙工作（即接收時(shí)不發(fā)射，發(fā)射時(shí)不接收）。因此后期新型手機(jī)把接收通路的兩開(kāi)關(guān)去掉，只留兩個(gè)發(fā)射轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)；接收切換任務(wù)交由高放管完成。
3）、濾波器：
結(jié)構(gòu)：手機(jī)中有高頻濾波器、中頻濾波器。
作用：
其主要作用：濾除其他無(wú)用信號(hào)，得到純正接收信號(hào)。后期新型手機(jī)都為零中頻手機(jī)；因此，手機(jī)中再?zèng)]有中頻濾波器。
4）、高放管（高頻放大管、低噪聲放大器）：
結(jié)構(gòu)：手機(jī)中高放管有兩個(gè)：900M高放管、1800M高放管。都是三極管共發(fā)射極放大電路；后期新型手機(jī)把高放管集成在中頻內(nèi)部。
高頻放大管供電圖
作用：
a）、 對(duì)天線感應(yīng)到微弱電流進(jìn)行放大，滿足后級(jí)電路對(duì)信號(hào)幅度的需求。
b）、完成900M/1800M接收信號(hào)切換。
原理：
a）、供電：900M/1800M兩個(gè)高放管的基極偏壓共用一路，由中頻同時(shí)路提供；而兩管的集電極的偏壓由中頻CPU根據(jù)手機(jī)的接收狀態(tài)命令中頻分兩路送出；其目的完成900M/1800M接收信號(hào)切換。
b）、原理：經(jīng)過(guò)濾波器濾除其他雜波得到純正935M-960M的接收信號(hào)由電容器耦合后送入相應(yīng)的高放管放大后經(jīng)電容器耦合送入中頻進(jìn)行后一級(jí)處理。
5）、中頻（射頻接囗、射頻信號(hào)處理器）：
結(jié)構(gòu)：
由接收解調(diào)器、發(fā)射調(diào)制器、發(fā)射鑒相器等電路組成；新型手機(jī)還把高放管、頻率合成、26M振蕩及分頻電路也集成在內(nèi)部（如下圖）。
作用：
a）、內(nèi)部高放管把天線感應(yīng)到微弱電流進(jìn)行放大。
b）、接收時(shí)把935M-960M（GSM）的接收載頻信號(hào)(帶對(duì)方信息)與本振信號(hào)（不帶信息）進(jìn)行解調(diào)，得到67.707KHZ的接收基帶信息。
c）、發(fā)射時(shí)把邏輯電路處理過(guò)的發(fā)射信息與本振信號(hào)調(diào)制成發(fā)射中頻（后述）。
d）、結(jié)合13M/26M晶體產(chǎn)生13M時(shí)鐘（參考時(shí)鐘電路）。
e）、根據(jù)CPU送來(lái)參考信號(hào)，產(chǎn)生符合手機(jī)工作信道的本振信號(hào)（后述）。
(2)、接收信號(hào)流程。（參照零中頻手機(jī)）
手機(jī)接收時(shí)，天線把基站發(fā)送來(lái)電磁波轉(zhuǎn)為微弱交流電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)天線開(kāi)關(guān)接收通路，送高頻濾波器濾除其它無(wú)用雜波，得到純正935M-960M（GSM）的接收信號(hào)，由電容器耦合送入中頻內(nèi)部相應(yīng)的高放管放大后，送入解調(diào)器與本振信號(hào)（不帶信息）進(jìn)行解調(diào)，得到67.707KHZ的接收基帶信息（RXI-P、RXI-N、RXQ-P、RXQ-N）；送到邏輯音頻電路進(jìn)一步處理。
2、發(fā)射電路的結(jié)構(gòu)和工作原理：
發(fā)射時(shí)，把邏輯電路處理過(guò)的發(fā)射基帶信息調(diào)制成的發(fā)射中頻，用TX-VCO把發(fā)射中頻信號(hào)頻率上變?yōu)?90M-915M（GSM）的頻率信號(hào)。經(jīng)功放放大后由天線轉(zhuǎn)為電磁波輻射出去。
該電路掌握重點(diǎn):
（1）、電路結(jié)構(gòu)。
（2）、各元件的功能與作用。
（3）、發(fā)射信號(hào)流程。
電路分析:
（1）、電路結(jié)構(gòu)。
發(fā)射電路由中頻內(nèi)部的發(fā)射調(diào)制器、發(fā)射鑒相器；發(fā)射壓控振蕩器（TX-VCO）、功率放大器（功放）、功率控制器（功控）、發(fā)射互感器等電路組成。（如下圖）
發(fā)射電路方框圖
（2）、各元件的功能與作用。
1）、發(fā)射調(diào)制器：
結(jié)構(gòu)：
發(fā)射調(diào)制器在中頻內(nèi)部，相當(dāng)于寬帶網(wǎng)絡(luò)中的MOD。
作用：
發(fā)射時(shí)把邏輯電路處理過(guò)的發(fā)射基帶信息（TXI-P；TXI-N；TXQ-P；TXQ-N）與本振信號(hào)調(diào)制成發(fā)射中頻。
2）、發(fā)射壓控振蕩器（TX-VCO）：
結(jié)構(gòu)：
發(fā)射壓控振蕩器是由電壓控制輸出頻率的電容三點(diǎn)式振蕩電路；在生產(chǎn)制造時(shí)集成為一小電路板上，引出五個(gè)腳：供電腳、接地腳、輸出腳、控制腳、900M/1800M頻段切換腳。當(dāng)有合適工作電壓后便振蕩產(chǎn)生相應(yīng)頻率信號(hào)。
作用：
把中頻內(nèi)調(diào)制器調(diào)制成的發(fā)射中頻信號(hào)轉(zhuǎn)為基站能接收的890M-915M（GSM）的頻率信號(hào)。
原理：
眾所周知，基站只能接收890M-915M（GSM）的頻率信號(hào)，而中頻調(diào)制器調(diào)制的中頻信號(hào)（如三星發(fā)射中頻信號(hào)135M）基站不能接收的，因此，要用TX-VCO把發(fā)射中頻信號(hào)頻率上變?yōu)?90M-915M（GSM）的頻率信號(hào)。
當(dāng)發(fā)射時(shí)，電源部分送出3VTX電壓使TX-VCO工作，產(chǎn)生890M-915M（GSM）的頻率信號(hào)分兩路走：
a）、取樣送回中頻內(nèi)部，與本振信號(hào)混頻產(chǎn)生一個(gè)與發(fā)射中頻相等的發(fā)射鑒頻信號(hào)，送入鑒相器中與發(fā)射中頻進(jìn)行較；若TX-VCO振蕩出頻率不符合手機(jī)的工作信道，則鑒相器會(huì)產(chǎn)生1-4V跳變電壓（帶有交流發(fā)射信息的直流電壓）去控制TX-VCO內(nèi)部變?nèi)荻䴓O管的電容量，達(dá)到調(diào)整頻率準(zhǔn)確性目的。
b）、送入功放經(jīng)放大后由天線轉(zhuǎn)為電磁波輻射出去。
從上看出：由TX-VCO產(chǎn)生頻率到取樣送回中頻內(nèi)部，再產(chǎn)生電壓去控制TX-VCO工作；剛好形成一個(gè)閉合環(huán)路，且是控制頻率相位的，因此該電路也稱發(fā)射鎖相環(huán)電路。
3）、功率放大器（功放）：
結(jié)構(gòu)：
目前手機(jī)的功放為雙頻功放（900M功放和1800M功放集成一體），分黑膠功放和鐵殼功放兩種；不同型號(hào)功放不能互換。
作用：
把TX-VCO振蕩出頻率信號(hào)放大，獲得足夠功率電流，經(jīng)天線轉(zhuǎn)化為電磁波輻射出去。
值得注意：功放放大的是發(fā)射頻率信號(hào)的幅值，不能放大他的頻率。
功率放大器的工作條件：
a）、工作電壓（VCC）：手機(jī)功放供電由電池直接提供（3.6V）。
b）、接地端（GND）：使電流形成回路。
c）、雙頻功換信號(hào)（BANDSEL）：控制功放工作于900M或工作于1800M。
d）、功率控制信號(hào)（PAC）：控制功放的放大量（工作電流）。
e）、輸入信號(hào)（IN）；輸出信號(hào)（OUT）。
4）、發(fā)射互感器：
結(jié)構(gòu)：兩個(gè)線徑和匝數(shù)相等的線圈相互靠近，利用互感原理組成。
作用：把功放發(fā)射功率電流取樣送入功控。
原理：當(dāng)發(fā)射時(shí)功放發(fā)射功率電流經(jīng)過(guò)發(fā)射互感器時(shí)，在其次級(jí)感生與功率電流同樣大小的電流，經(jīng)檢波（高頻整流）后并送入功控。
5）、功率等級(jí)信號(hào)：
所謂功率等級(jí)就是工程師們?cè)谑謾C(jī)編程時(shí)把接收信號(hào)分為八個(gè)等級(jí)，每個(gè)接收等級(jí)對(duì)應(yīng)一級(jí)發(fā)射功率（如下表），手機(jī)在工作時(shí)，CPU根據(jù)接的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)判斷手機(jī)與基站距離遠(yuǎn)近，送出適當(dāng)?shù)陌l(fā)射等級(jí)信號(hào)，從而來(lái)決定功放的放大量（即接收強(qiáng)時(shí)，發(fā)射就弱）。
附功率等級(jí)表：
6）、功率控制器（功控）：
結(jié)構(gòu)：為一個(gè)運(yùn)算比較放大器。
作用：把發(fā)射功率電流取樣信號(hào)和功率等級(jí)信號(hào)進(jìn)行比較，得到一個(gè)合適電壓信號(hào)去控制功放的放大量。
原理：當(dāng)發(fā)射時(shí)功率電流經(jīng)過(guò)發(fā)射互感器時(shí)，在其次級(jí)感生的電流，經(jīng)檢波（高頻整流）后并送入功控；同時(shí)編程時(shí)預(yù)設(shè)功率等級(jí)信號(hào)也送入功控；兩個(gè)信號(hào)在內(nèi)部比較后產(chǎn)生一個(gè)電壓信號(hào)去控制功放的放大量，使功放工作電流適中，既省電又能長(zhǎng)功放使用壽命（功控電壓高，功放功率就大）。
(3)、發(fā)射信號(hào)流程。
當(dāng)發(fā)射時(shí)，邏輯電路處理過(guò)的發(fā)射基帶信息（TXI-P；TXI-N；TXQ-P；TXQ-N），送入中頻內(nèi)部的發(fā)射調(diào)制器，與本振信號(hào)調(diào)制成發(fā)射中頻。而中頻信號(hào)基站不能接收的，要用TX-VCO把發(fā)射中頻信號(hào)頻率上升為890M-915M（GSM）的頻率信號(hào)基站才能接收。當(dāng)TX-VCO工作后，產(chǎn)生890M-915M（GSM）的頻率信號(hào)分兩路走：
a）、一路取樣送回中頻內(nèi)部，與本振信號(hào)混頻產(chǎn)生一個(gè)與發(fā)射中頻相等的發(fā)射鑒頻信號(hào)，送入鑒相器中與發(fā)射中頻進(jìn)行較；若TX-VCO振蕩出頻率不符合手機(jī)的工作信道，則鑒相器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)1-4V跳變電壓去控制TX-VCO內(nèi)部變?nèi)荻䴓O管的電容量，達(dá)到調(diào)整頻率目的。
b）、二路送入功放經(jīng)放大后由天線轉(zhuǎn)化為電磁波輻射出去。為了控制功放放大量，當(dāng)發(fā)射時(shí)功率電流經(jīng)過(guò)發(fā)射互感器時(shí)，在其次級(jí)感生的電流，經(jīng)檢波（高頻整流）后并送入功控；同時(shí)編程時(shí)預(yù)設(shè)功率等級(jí)信號(hào)也送入功控；兩個(gè)信號(hào)在內(nèi)部比較后產(chǎn)生一個(gè)電壓信號(hào)去控制功放的放大量，使功放工作電流適中，既省電又能長(zhǎng)功放使用壽命。
3、本振電路的結(jié)構(gòu)和工作原理：（本機(jī)振蕩電路、鎖相環(huán)電路、頻率合成電路）
該電路產(chǎn)生四段不帶任何信息的本振頻率信號(hào)（GSM-RX；GSM-TX；DCS-RX；DCS-TX）；送入中頻內(nèi)部，接收時(shí)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解調(diào)；發(fā)射時(shí)對(duì)發(fā)射基帶信息進(jìn)行調(diào)制和發(fā)射鑒相。
該電路掌握重點(diǎn):
（1）、電路結(jié)構(gòu)。
（2）、各元件的功能與作用。
（3）、本振電路工作原理。
電路分析:
（1）、電路結(jié)構(gòu)。手機(jī)本振電路有四種電路結(jié)構(gòu)：
a）、由頻率合成集成塊、接收壓控振蕩器（RX-VCO）、13M基準(zhǔn)時(shí)鐘、預(yù)設(shè)頻率參考數(shù)據(jù)（SYN-DAT；SYN-CLK；SYN-RST；SIN-EN），組成（早期手機(jī)多用；如下圖）。
c）、把頻率合成集成塊、接收壓控振蕩器（RX-VCO）集成一體，稱本振集成塊或本振舐IC（中期機(jī)、三星機(jī)多用；如下圖）。
d）、把頻率合成集成塊、接收壓控振蕩器（RX-VCO）集成在中頻內(nèi)部（新型機(jī)、雜牌機(jī)多用；如下圖）。
值得注意：無(wú)論采用何種結(jié)構(gòu)模式，只是產(chǎn)生的頻率不同；其工作原理，產(chǎn)生的頻率信號(hào)的走向和作用都一樣的。
（2）、各元件的功能與作用。
a）、接收壓控振蕩器（RX-VCO）：
與TX-VCO的結(jié)構(gòu)和工作原理一樣；與TX-VCO不同的是：TX-VCO產(chǎn)生兩個(gè)頻率段，只參與發(fā)射；而RX-VCO產(chǎn)生四個(gè)頻率段，既參與接收又參與發(fā)射；兩個(gè)VCO不能互換。
b）、頻率合成集成塊：
為一個(gè)比較運(yùn)算放大器；把RX-VCO產(chǎn)生頻率取樣信號(hào)、預(yù)設(shè)頻率參考數(shù)據(jù)在內(nèi)部進(jìn)行比較，并以13M基準(zhǔn)時(shí)鐘為參考，產(chǎn)生1-4V跳變電壓（純直流電壓）去控制RX-VCO振蕩出準(zhǔn)確本振頻率目的。
c）、預(yù)設(shè)頻率參考數(shù)據(jù)：
即工程師在設(shè)計(jì)手機(jī)時(shí)，根據(jù)手機(jī)在不同信道（GSM手機(jī)為124個(gè)）上工作時(shí)所需要的本振頻率標(biāo)準(zhǔn)預(yù)先設(shè)定好，列成數(shù)據(jù)表；并寄存在字庫(kù)內(nèi)。即CPU送出的頻合時(shí)鐘（SYN-CLK）；頻合數(shù)據(jù)（SYN-DAT）；頻合復(fù)位（ SYN-RST）；頻合啟動(dòng)（SIN-EN）。
(3)、本振電路工作原理。
手機(jī)正常開(kāi)機(jī)后，電源部分送出頻合電源使本振電路工作，此時(shí)RX-VCO振蕩出本振頻率信號(hào)分兩路走：
1）、把本振頻率取樣送入頻率合成集成塊內(nèi)，與預(yù)設(shè)頻率參考數(shù)據(jù)在內(nèi)部進(jìn)行比較；并以13M基準(zhǔn)時(shí)鐘為參考，產(chǎn)生1-4V跳變電壓，去控制RX-VCO內(nèi)部變?nèi)荻䴓O管的電容量，調(diào)整輸出頻率，使RX-VCO振蕩出符合手機(jī)工作信道所需的本振頻率（俗稱微調(diào)）。
2）、本振頻率送入中頻內(nèi)部，經(jīng)分頻后又分三路：
a）、接收時(shí)本振頻率送入接收解調(diào)器對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解調(diào)（即本振頻率與接收頻率這兩個(gè)大小相等，相位相反頻率信號(hào)進(jìn)行搬移和抵消；剩余對(duì)方送來(lái)的信息）。
b）、發(fā)射時(shí)本振頻率送入發(fā)射調(diào)制器，對(duì)邏輯電路送來(lái)的發(fā)射基帶信息（TXI-P；TXI-N；TXQ-P；TXQ-N），調(diào)制發(fā)射中頻（即把發(fā)射信息疊加在本振頻率上）。
C）、發(fā)射時(shí)，把TX-VCO產(chǎn)生頻率取樣送回中頻內(nèi)部，與本振頻率混頻，產(chǎn)生一個(gè)與發(fā)射中頻頻率相等的發(fā)射鑒頻信號(hào)。
900M/1800M本振頻率轉(zhuǎn)換由CPU送出雙頻功換信號(hào)（BANDSEL）來(lái)控制（俗稱粗調(diào)）。
從上看出：由RX-VCO產(chǎn)生頻率到取送入頻率合成集成塊內(nèi)部，再產(chǎn)生電壓去控制RX-VCO工作；剛好形成一個(gè)閉合環(huán)路，且是控制頻率相位的，因此該電路也稱鎖相環(huán)電路。
從頻合電路工作原理看，本振頻率與接收頻率要同步（同一工作信道）手機(jī)才有信號(hào)。CPU如何判定手機(jī)工作信道？原來(lái)當(dāng)手機(jī)開(kāi)機(jī)后，CPU送出900M/1800M兩系統(tǒng)所有工作信道所需的SYN-DAT、SYN-CLK、SYN-RST、SIN-EN令RX-VCO產(chǎn)生所有本振頻率，遂一送入中頻內(nèi)部與接收頻率進(jìn)行對(duì)接，直到邏輯電路接到基帶信息為止。并鎖定在該信道上，因此，手機(jī)找網(wǎng)是漫長(zhǎng)過(guò)程。
編輯：admin 最后修改時(shí)間：2018-01-09
