1、赛微电子网内容版权归作者所有 1更多电子资料请登录赛微电子网 手机维修培训 -第四章：手机功能电路分析本章系统分析了手机射频部分、逻辑音频部分和电源部分常用的一些功能电路，灵活应用和掌握这些知识，是快速判断和分析故障的前提。因此，无论是初学者还是有一定基础的手机维修人员，理解和掌握本章内容都十分必要。第一节 射频接收功能电路分析一、接收电路的基本组成移动通信设备常采用超外差变频接收机。这是因为天线感应接收到的信号十分微弱，而鉴频器要求的输入信号电平较高而且稳定。放大器的总增益一般需在 120dB 以上。这么大的放大量，要用多级调谐放大器且要稳定，实际上是很难办得到的。另外高频选频放大器的通带宽
2、度太宽，当频率改变时，多级放大器的所有调谐回路必须跟着改变，而且要做到统一调谐，这也是难以做到的。超外差接收机则没有这种问题，它将接收到的射频信号转换成固定的中频，其主要增益来自于稳定的中频放大器。手机接收机有三种基本的框架结构：一种是超外差一次变频接收机，一种是超外差二次变频接收机，第三种是直接变频线性接收机。超外差变频接收机的核心电路就是混频器，可以根据手机接收机电路中混频器的数量来确定该接收机的电路结构。 1.超外差一次变频接收机接收机射频电路中只有一个混频电路的称作超外差一次变频接收机。超外差一次变频接收机的原理方框图如图 4-1 所示。它包括天线电路(ANT) 、低噪声放大器(LNA
3、)、混频器(Mixer)、中频放大器(IF Amplifier)和解调电路(Demodulator)等。摩托罗拉手机接收电路基本上都采用以上电路。超外差一次变频接收机工作过程是：天线感应到的无线蜂窝信号(GSM900 频段 935,-960MHz 或 DCSl800 频段 1805-1880MHz)不断变频，经天线电路和射频滤波器进入接收电路。接收到的信号首先由低噪声放大器进行放大，放大后的信号再经射频滤波器后，被送到混频器。在混频器中，射频信号与接收 VCO 信号进行混频，得到接收中频信号。中频信号经中频放大后，在中频处理模块内进行 RXIQ 解调，解调所用的参考信号来自接收中频 VCO。该
4、信号首先在中频处理电路中被分频，然后与接收中频信号进行混频，得到67.707kHz 的 RXIQ 信号。 2.超外差二次变频接收机 若接收机射频电路中有两个混频电路，则该机是超外差二次变频接收机。超外差二次变频接收机的方框图：如图 4-2 所示。与一次变频接收机相比，二次变频接收机多了一个混频器和一个 VCO，这个 VCO 在一些电路中被叫作 IFVCO 或 VHFVCO。诺基亚手机、爱立信手机、三星、松下和西门子等手机的接收电路大多数属于这种电路结构。在图 41 和图 4-2 中，解调电路部分也有 VCO，应注意的是，该处的 VCO 信号是用于解调，作参考信号而且该 VCO 信号通常来自两种
5、方式：一是来自基准频率信号13MHz，另一种是来自专门的中频 VCO。超外差二次变频接收机工作过程是：天线感应到的无线蜂窝信号(GSM900 频段赛微电子网内容版权归作者所有 2935960MHz 或 DCSl800 频段 18051880MHz)经天线电路和射频滤波器进入接收电路。接收到的信号首先由低噪声放大器进行放大放大后的信号再经射频滤波后被送到第一混频器。在第一混频器中，射频信号接收 VCO 信号进行混频，得到接收第一中频信号。第一中频信号与接收第二本机振荡信号混频，得到接收第二中频。接收第二本机振荡来自 VHFVCO 电路。接收第二中频信号经二中频放大后，在中频处理模块内进行 RXI
6、Q 解调，解调所用的参考信号来自接收中频 VCO。该信号首先在中频处理电路中被分频，然后与接收中频信号进行混频，得到 67.707kHz 的 RXIQ 信号。 3.直接变频线性接收机随着新型手机的面世，一些新型手机采用了直接变频线性接收电路。如诺基亚的8210、8250、3310 手机等。这种接收机的电路结构如图 4-3 所示。从前面的一次变频接收机和二次变频接收机的方框图可以看到，RXIQ 信号都是从解调电路输出的，但直接变频线性接收机中，混频器输出的就是 RXVQ 信号了。但不管电路结构怎样变，它们总有相似之处：信号是从天线到低噪声放大器，经过频率变换单元，再到语音处理电路。二、天线电路天
7、线电路是手机接收电路的第一级电路，也是发射电路的最后一级电路。主要作用有以下几点：一是将天线将空中的电磁波转化为高频电流并将其输送到接收电路中。二是分离发发射和接收信号，避免二者相互干扰。由于 GSM 手机使用了 TDMA 技术，接收机与发射机间歇工作，天线开关在逻辑电路的控制下，在适当的时隙内接向接收机或发射机通道。三是用于切换内接和外接天线电路。四是对于双频或三频手机，天线电路还可以将GSM900MHz、 GSMl800MHz 或 PCNl900MHz 信号分开。目前，手机的天线电路主要采用了以下三种形式，下面分别介绍。1.天线开关电路天线开关电路一般由集成电路和外接元件组成，如摩托罗拉
8、P7689 手机就采用了这种方式，主要由 U150、U151 及相关外围元件组成，如图 4-4 所示。该天线开关电路主要有以下三点作用：(1) 用于内置天线 ANTl 与外接收天线 EXT-ANT 切换； (2)用于收发信切换；(3)用于收信 1800MHz、900MHz、1900MHz 切换。外接天线由底部接插座 J600 的第 2 脚提供，其中，INT-2 是收信 1800MHz 频段信号输出，1NT-3 是收信 900MHz 和 1900MHz 频段信号输出，RX275-DCS 是 DCS 频段控制信号，RX275-GSM-PCS 是 GSM、PCN 频段控制信号，均来自于 CPU；TX
9、IN 为发射信号输入，RF-V1 为收发切换器正电源，TXON 为发射允许信号， RX-0N 为接收允许信号，FILTERED 为负电源。该天线开关电路有四路控制信号： (1)U151 的 2 脚输出的 ANTl 信号控制 U150 内的内天线开关是转向接收电路还是转向发射电路。 (2) U151 的 3 脚输出的 ANT2 信号控制 U150 内的外天线开关是转向接收电路还是转向发射电路。(3) RX275-DCS 信号控制 U150 内的 DCS 频段信号是否和内置或外接天线接通。(4)RX275-GSM-PCS 信号控制 U150 内的 GSM、PCN 频段信号是否和内置或外接天线接通。
10、赛微电子网内容版权归作者所有 32、双工滤波器有些手机的天线电路采用了双工滤波器（双工器） 。双工器是一种无源器件。内部包括发射滤波器和接收滤波器，它们都是带通滤波器。双工器有三个端口，即公共端天线接口、发射输出端及接收输入端。诺基亚 5110 手机就采用发这种形式的天线电路，有关电路见图4-5 所示。双工器的 ANT 端接天线，RX 端为接收信号的输出端，TX 端为发射信号的输入端。 3.双讯器 在有的手机中，天线电路采用了双讯器(Diplexer)。双讯器实际上和双工滤波器差不多，所不同的是，双讯器除将发射信号和接收信号分开外，还将 GSM900MHz 与 GSMl800MHz信号分开。诺
11、基 3310 手机的天电路就采用了双讯器，有关电路见图 4-6 所示。图中所示的是一个带开关电路的双讯器的组件，TXVGSM 与 TXVDCS 是控制端，GSM-TX、GSM-RX 别代表 GSM 的发射、接收端口，DCS-TX 、DCS-RX 分别代表1800MHz 收发信机的发射、接收端口。双讯器 GSM 射频信号与 DCS 射频信号进行分离，而开关电路则将发射射频信号与接收射频信号分离。 诺基亚 3310 手机使用内置天线。天线感应接收到的无线蜂窝信号被转化成高频电信号，这些信号包含 GSM900 接收射频信号。DCSl800 接收射频信号和其他一些无用信号。天线接收到的射频信号首先到达
12、 Z502。Z502 是一个包含射频开关的双讯器。它对GSM 射频信号和 DCS 射频信号通道进行切换，同时也对接收与发射射频信号进行分离。Z502 的控制信号来自 N500 模块。当 TXVGSM 信号有效时， Z502 将天线连接至 GSM 接收机和发射机电路；当 TXVDCS 信号有效时，Z502 将天线连接至 DCS 接收机和发射机电路。 从上面分析中可以看出，双讯器和天线开关在电路结构和功能上十分相似，不同的是，天线开关集成电路内部只是一组开关而没有滤波器，而双讯器内部不但有双工滤波器，而且还包含开关电路。三、低噪声放大电路 低噪声放大器在电路中主要是对天线感应到的微弱的射频信号进行
13、放大，以满足混频器对输入信号的幅度的要求。在手机电路图中，低噪声放大器的英文缩写是LNA(LowNoiseAmplifier)。低噪声放大器是接收机的第一级放大电路，位于天线电路之后。在低噪声放大器的前后，通常都有射频滤波器。 低噪声放大器是一个高频小信号放大器，这个放大器中的三极管要求截止频率高，放大倍数大，噪声系数小。第一级信号很小，工作点通常设得比较低，同时加电流负反馈，减小噪声。高频放大电路采用低噪声放大器可以改善接收机的总噪声系数。同时高频放大器还防止 RXVCO 信号从天线路径辐射出去。分立元件的低噪声放大器通常都采用共发射极电路，用以将微弱的射频信号进行放大并弥补射频滤波器带来的
14、插入损耗。在低噪声射频晶体管放大器中，从低噪声性能出发，其偏压或偏流的供给都是通过电抗滤波器供给的，这样做可以避免电源噪声和偏置电阻的热噪声引入到射频通道中，影响放大器的噪声性能。图 4-7 是摩托罗拉 P7689 手机中的 GSM900 低噪声放大器电路。在电路中，三极管 Q400 是低噪声放大器的核心器件。 Q400 与周边元件一起构成了GSM900 低噪声放大器。其中 C402 是输入电容，C405 是集电极输出电容。赛微电子网内容版权归作者所有 4LA02、R401、C403 等一起构成一个电抗滤波供电电路，将 RX-275-GSM 电源进行滤波，然后给 Q400 的集电极供电； I_
15、A01、R403 、C403 等也构成一个电抗滤波电路，对 RX-275-GSM 电源滤波后给 Q400 的基极供电。R401 是交流负载电阻，Q400 的放大作用就是通过该电阻表现出采。L402 则是集电极的直流通道。在基极电路中，电阻 R403 构成一个固定式偏置电路。在以 Q400 为核心的低噪声放大器电路的前一级和后一级，都有一个射频滤波器。这两个射频滤波器都是带通滤波器，只允许 GSM 接收频段内的射频信号通过。在电路中，RX-275-GSM 给 Q400 的集电极和基极提供工作屯压，当该信号为高电平时，启动低噪声放大器。需要注意的是：有些手机并没有设置以上分立元件组成的低噪声放大器
16、，其低噪声放大电路已集成在集成电路中。四、混频电路 对于超外差一次变频接收机和直接变频线性接收机，接收机需对高频信号变频一次，对于超外差二次变频电路，接收机需对高频信号变频两次。这项工作由混频电路来完成。 混频就是将两个不同的信号本机振荡信号和信号频率加到非线形器件上，进行频率组合后取其差频或和频，从而满足电路的需要。而这个差频或和频是固定不变的，我们也把这种变化称为频谱搬移。混频的英文缩写是 MIX。超外差接收机的频率变换单元一般有自激式变换器和它激式变换器。如果本机振荡与混频由同一电路完成，则为自激式变频器；如果频率变换和本机振荡信号的产生分别由不同的器件构成则称其为它激式变频器。所有的手
17、机均采用它激式变频电路。在这种变频电路中，我们称其频率变换单元为混频器。所以变频器与混频器是两个不同的概念。 自激式变频器和它激式变频器电路框图如图 4-8 和 4-9 所示。手机的混频器有两个输入端和一个输出端，即：一个信号输入端、一个本机振荡输入端和一个信号输出端。1.混频器的上变频和下变频(1)上变频电路当变频器的输出为信号频率与本振信号之和，且比信号频率高时，所用的变频器被称为上边带上变频。当变频器的输出信号为信号频率与本振信号之差，且比信号频率高时，所用的变频器被称为下边带上变频。上变频器主要用于发射电路中。(2)下变频电路当变频器的输出为信号频率与本振信号之差，且比信号频率低，则此
18、变频器为下变频器。手机接收机电路中的混频器都是下变频器。 2.混频电路的基本形式 (1)二极管混频电路 用二极管做非线性混频元件的混频电路叫做二极管混频电路。这种混频器的最大优点是电路简单、噪声系数小，但是，因为二极管没有放大能力，所以混频增益低。采用二极管混频电路的手机不多，只有早期的诺基亚 8110、3810 等少数几种手机采用。 (2)晶体管混频电路 晶体管混频器有多种电路形式。其中双极型晶体管混频器可在共发射极电路基础上构成。摩托罗拉手机的混频器多采用此种电路。信号和本振信号由基极输入，或信号由基极输入、本振信号由发射极输入。下面以摩托罗拉 P7689 手机的混频电路为例进行说明，有关
19、电路见图 410 所示。赛微电子网内容版权归作者所有 5电路中，三极管 Q450 不是工作在放大区，而是工作在三极管的非线形区域。该电路是一个固定式偏置的共发射电路，R450、R45l 、R452、C450、L450 构成了电路的偏置电路，R450 、R451、R452 、C450 、L450 也构成一个去耦电路( 滤波电路)，防止电源中的噪声对混频器造成干扰。 (4) 集成电路混频电路集成电路混频电路在手机混频电路中应用的最多，在早期的手机中，有的混频器单独使用一个集成组件，如今手机中的混频器多被集成在一个复合的射频处理或中频处理模块中。五、中频放大器1.中频放大器的作用手机的接收机均要使用
20、中频放大器。中频放大器最主要的作用是：(1)获取高增益：与射频放大部分相比，由于中频频率固定，并且频率较低，可以很容易地得到较高的增益，因而可以为下一级提供足够大的输入。(2)提高选择性：接收机的邻近频率选择性一般由中频放大器的通频带宽度决定。2.中频放大器的要求对于中频放大器，不仅需要得到高的增益、好的选择性，还要有足够的通频带和好的频率响应、大的动态范围等。而接收机的邻近信道选择性一般由中频放大器的通频带宽度决定，由于中频信号为单一的固定频率，其通频带可最大限度地做得很小，以提高相邻信道选择性。在实际应用中，一般采用多级放大器，并使每级实现某一技术要求。不论接收机采用一次或二次变频技术，中
21、频放大器总是位居于变频之后。为避免镜频干扰，提高镜频选择性，接收机通常采用降低第一本机振荡频率提高第一中频频率和多次变频的方法，使信号频谱逐渐由射频搬移到较低频率上。3.手机常见中频放大电路手机电路中使用的大多是各厂家自己的专用芯片。分离元件的中频放大器电路形式与低噪声放大器的电路形式很相似，也是一个共发射极电路，只是它们工作的频点不一样。在目前大多数手机电路中，摩托罗拉手机中的中频放大器通常使用分离元件的中频放大器，其他手机中的中频放大器通常都是在一个集成电路中。如上图 4-11 是摩托罗拉P7689 手机的中频放大器电路。中频放大器的电路形式与低噪声放大器的电路形式相差无几，但它们工作的频
22、罩不同。低噪声放大器是一个宽带放大器，而中频放大器是一个窄带放大器。在上图所示的电路中，混频后的信号经 C460 送人 FL457，由 FL457 选出 400MHz 中频信号，中频信号经 Q480 放大后送到中频 ICU200 解调， Q480 的偏置电压由 U200 的 C7脚送来的 SW-VCC 提供。需要说明的是：在超外差一次变频接收机电路中，有一个中频放大器；在超外差二次变频接收机中，则通常有第一、第二中频放大器；在直接变频线性接收机中，没有中频放大器。六、解调电路在移动通信和手机电路中，常用的解调技术有锁相解调器、正交鉴频解调器等。锁相环路(PLL)可以跟踪输入信号，也可以用做解调
23、。图 412 为一个锁相解调器的方框图。摩托罗拉 928 手机采用的就是锁相解调器。锁相解调器的参考信号则来自一个430MHz 的振荡器。鉴相器通过对输入的两个信号的相位比较，输出一个跟踪调制信号的低频信号，通过低通滤波器滤出高频噪声后即得到解调输出。摩托罗拉手机、诺基亚手机与三星手机等电路使用的都是锁相解调。赛微电子网内容版权归作者所有 6图 413 为正交鉴频器的原理框图。在正交鉴频器中，相移网络将频率的变化变换为相位的变化，乘法器将相位的变化变换为电压的变化。将调频信号与其移相信号相乘，通过低通滤波器将乘法器的输出信号中的高频成分滤出，就得到解调信号。通常，在现代通信设备的电路中，除正交
24、线圈外，鉴频器的其他电路均被集成在芯片内。需注意的一点是：这里说的解调是指接收射频电路中将包含信息的射频或中频信号还原出 67.707kHz 的基带信号的解调 (针对 GSM 手机而言)。在逻辑音频电路中还有一个 GMSK 解调，它是将 67.707kHz 的信号还原出数码信号。接收机射频部分的解调电路输出的是接收机基带信号，该信号的中心频率为67.707kHz。摩托罗拉、诺基亚、爱立信早期手机的 RXIQ 信号都是两条信号线(RXI、 RXQ)，而 GD90 有四条信号线 (DQ、DQX、DI、DIX)，爱立信 T28 手机也有四条线(RXIA 、RXIB、RXQA、RXQB)。摩托罗拉，V
25、998 、A6188、L2000、P7689 等手机的RXIQ 信号在集成电路电路内部，没有外接引脚，所以，无法用示波器测出其波形图。第二节 射频发射功能电路分析 一、发射电路的基本组成GSM 手机的发射电路大致有三种框架结构：带发射上变频的发射机、带发射变换电路的发射机和直接变频发射机。1.带发射 VCO 的发射机电路结构带发射 VCO 的发射机电路结构如图 4-14 所示。发射流程如下：数字语音处理电路处理后得到的发射 I、Q 基带信号 TXUQ 送到解调电路对载波信号进行调制，得到 TXUQ 发射已调中频信号。用于 TXFQ 调制器的载波信号来自 VCO 模块输出的中频 VCO 信号(
26、一般来自接收二本振信号 )。发射已调中频信号在鉴相器中与发射参考中频信号进行比较，得到一个包含发送数据的脉动直流信号，去控制发射 VCO 的工作。发射参考中频信号来自发射 VCO 信号与一本振 RXVCO 信号的混频。发射 VCO 输出最终的发射信号(GSM900 频段 890-915MHz 或 DCSl800 频段17101785MHz) 经功率放大器放大后，由天线发送出去。 摩托罗拉、爱立信、三星、西门子和松下等手机的发射电路结构都采用这样结构。这种结构的发射电路稳定性好，但电路稍复杂。2.带发射二次上变频的发射机电路结构 带发射二次变频的发射机电路结构如图 4-15 所示。发射已调信号在
27、一个发：射混频器中，与 RXVCO(或 UHFVCO、RFVCO)混频，得到最终发射信号(GSM900 频段 890,-915MHz 或 DCSl800 频段 17101785MHz) 。这种结构简单，但稳定性差，只有诺基亚早期手机(如8110、3810、6150、3210、7110 等)的发射机电路结构采用了这种结构。3.直接变频发射机电路结构随着新型手机的面世，一些新型手机采用于直接变频发射电路。如诺基亚的8210、8850、3310 手机。这种接收机的电路结构如图 4-16 所示。赛微电子网内容版权归作者所有 7这种发射机电路中，逻辑音频电路输出的 TXIQ 信号直接对 SHFVCO 信
28、号(这种结构的本振电路一般称之为 SHFVCO)进行调制，得到最终发射信号。二、TXUQ 调制电路1.调制 使一个信号的某种特性参数随另一个信号而变化的过程或处理方法称为调制。按载波参数随调制情号变化的不同，调制可分为两大类：连续调制和脉冲调制。 连续调制又分为三种： 调幅(AM) ：载波的振幅随信号波的振幅变化而变化； 调频(FM)：载波的频率随信号波的振幅变化而变化； 调相(PM)：载波的相位随信号波的振幅而变化。 数字手机使用了数字调制技术。数字手机之所以被称为数字手机，就是它采用了数字调制技术。 不论是哪一种发射机电路结构，TXIQ 信号从逻辑音频电路输出后，都是到射频电路中的 TXI
29、Q 调制器。在 TXIQ 调制器中，67707kHz 的 TXIQ 信号对发射中频载波进行调制，得到己调中频信号。TXIQ 调制器通常都是在一个中频处理模块中，少数的发射机则有一个专门的调制器模块。TXIQ 调制所用的载波信号来自一个中频 VCO 电路。对于大多数手机来说，接收中频 VCO 与发射中频 VCO 共用，个别手机的则有一个专门叫发射中频 VCO，如摩托罗拉的 928 手机。 TXIQ 调制示意图如图 4-17 所示。需要说明的是：诺基 3310、8210、8850 等手机的调制电路比较特殊，调制后的信号就是最终的发射信号(经平衡不平衡转换器直接加到功放) ，而不是发射已调中频信号。
30、 三、发射变换电路TXI/Q 调制后的信号进行发射变频电路进行处理，不同的手机发射变频电路有所不同，但主要有两种方式，下面分别介绍。1.发射 VCO(TXVCO)电路在发射变频电路中，TXVCO 输出的信号一路到功率放大电路，另一路 TXVCO 信号与 RXVCO 信号进行混频，得到发射参考中频信号；发射己调中频信号与发射参考中频信号在发射变换模块中的鉴相器中进行比较，再经一个泵电路( 一个双端输入，单端输出的转换电路) ，输出一个包含发送数据的脉动直流控制电压信号。去控制 TXVCO 电路，形成一个闭环回路，这样，由 TXVCO 电路输出的最终发射信号就十分稳定。方框图如图 4-18 所示。
31、绝大大多手机的发射变频电路均采用了这种方式。2.发射上变频器电路 发射上变频器实际上是一个频谱搬移电路，用于带发射上变频器的发射机电路中。在发射上变频器中，发射中频处理电路输出的发射已调中频信号，与 RXVCO(或UHFVCO、RFVCO)信号进行混频，得到最终发射信号。发射上变频器是一个混频电路。在混频器中讲过，混频器有两个输入信号，一个输出信号。发射上变频器也是一样，它的输入信号是发射己调中频信号与 UHFVCO(RXVCO、RFVCO)，输出信号是最终发射信号。目前，只有诺基亚早期生产的部分手机采用了这种方式。四、功率放大器根据工作频带的宽窄不同，高频功放可分为窄带型和宽带型两大类。所谓
32、频带的宽窄，指的不是绝对频带，而是相对频带，即通频带与其中心频率的比值。手机电路中的功率放赛微电子网内容版权归作者所有 8大器都是高频宽带功率放大器。功率放大器通常用 PA 表示。用于放大高频信号并获得足够大的输出功率。宽带型高频功放采用工作频带很宽的传输线变压器作为负载，由于采用谐振网络，因此，可以在很宽的范围内变换工作频率而不必调谐。 传输线变压器是由绕在高导磁率磁环上的传输线构成的。在一些手机电路中，广泛使用微带线电路。调制后的射频信号经功率放大后，就可以进行传输。我们把这个功率放大器称为发射功率放大器。对于射频功率放大器，需能在一给定频率上或频率范围内输出一定的射频功率。射频功率放大器
33、总是工作在大信号状态下。在手机中，常采用硅场效应管和砷化镓场效应管为功率放大管，它们的导热率比锗高许多。而且越来越多的手机使用功率放大器组件。一个完整的功率放大电路通常包括驱动放大、功率放大、功率检测及控制、电源电路等。对功率放大器的主要要求是输出功率、带宽和效率，其次为输入输出电压驻波比等。图 4-19 是摩托罗拉 P7689 手机的功率放大电路。功率放大电路主要由放大模块 U300 等元件组成，来自发射前置放大电路的信号由U300 的第 7 脚输入，经 U300 内两级放大后，由 U300 的第 14 脚送出到天线切换开关，其中，TX-DCS 是 1800MHz 频段发射允许信号，TX-G
34、SM 是 900MHz 频段发射允许信号，U300 的第 8 脚是内部功能模块控制信号输入脚。 五、功率控制电路 手机的发射功率是可控的，它在不同的地理位置，根据系统的控制指令工作在不同的发射功率级别上。图 4-20 是一般手机功率控制的原理方框图。 该控制环路工作原理如下所述：功率放大器放大的发射信号送到天线转化为高频的电磁波发送出去。在功放的输出端，通过一个取样电路取一部分发射信号，经高频整流得到一个反映发射功率大小的直流电平。这个电平在比较电路中与来自逻辑电路的功率控制参考电平进行比较，输出一个控制信号去控制功放电路的偏压或电源，从而达到控制功率的目的。摩托罗拉 P7689 手机的功率控
35、制电路如图 4-21 所示。功率控制电路主要由 U390 构成。 U390 的第 12 脚是射频功率检测输人脚，第 7 脚是功率控制输出脚，第 8 脚是来自基端的基准功率控制电平，功率检测信号与基准控制电平进行比较后自动调整 U390 第 7 脚 EXC 功率控制电平的大小，以达到功率控制的目的。第三节 手机频率合成器电路分析 在现代的移动通信中，常要求系统能够提供足够的信道，移动台也需能根据系统的控制变换自己的工作频率。这就需提供多个信道的频率信号，使用多个振荡器是不现实的。在实际电路中，通常使用频率合成器来提供有足够精度、稳定性好的工作频率。将一个或多个基准频率信号变换为另一个或多个所需频
36、率信号的技术即为频率合成，或称为频率综合技术。一、频率合成器的基本组成 手机通常使用的为带锁相环的频率合成器。每个频率合成环路都包括 5 个基本的功能电路：基准时钟振荡器、鉴相器、低通滤波器、压控振荡器和分频器。如图 4-22 所示。赛微电子网内容版权归作者所有 9设基准振荡信号为 f1，设 VCO 输出信号为 f2。分频器输出的信号为 f2N。整个环路的控制目的就是要使 f1=f2N1. 基准时钟振荡电路手机基准时钟振荡电路，是手机的一个十分重要的电路，产生的 13MHz 时钟，一方面为手机逻辑电路提供了必要条件，另一方面为频率合成电路提供基准时钟。手机的 13MHz 基准时钟电路，主要有两
37、种电路：一是专用的 13MHzVCO 组件，VCO 组件一般有 4 个端 El：输出端、电源端、AFC 控制端及接地端。图 4-23 是西门子 2588 手机的 13MHzVCO 电路。图 4-24 是诺基 3310 手机的 26MHzVCO 电路。另一种是由一个 13MHz(26MHz、195MHz)石英晶体、集成电路和外接元件构成晶振振荡电路。图 4-25 是爱立信 T28 手机的 13MHz 晶振振荡电路。由 N234 和 13MHz 晶体 B320、变容二极管 V322、V321 等构成，该电路产生 13MHz 的信号，经 N234 模块处理后输出两路：一路经电容 C300、C302
38、到 D300 模块的 15 脚，给频率合成电路提供参考信号；另一路从 N234 的 52 脚输出，给逻辑电路提供逻辑时钟信号；13MHz 电路的控制信号 VCXOCONT 来自 N800 模块。 图 4-26 是摩托罗拉 V998 手机的 26MHz 振荡电路。由 26MHz 石英晶体 Y230、变容二极管 CR230 及中频模块 U913 内部的振荡电路所组成。电路中，Y230 是 4 脚晶体，其中三只脚是连在一起作为接地端，而另外一脚则作为输出， 自动频率控制电压 AFC 从 U913的 J7 端输出，U913 的 J8 脚为供电端，U913 振荡器产生13MHz 基准频率一路作为基准频率
39、信号源去合成各种载频，另外一路则从 U913 的 J6端输出送到中央处理器，作为手机的逻辑时钟。图 4-27 是三星 A188 手机 19.5MHz 振荡电路。由 U101 和石英晶体 Y101 等元件组成，石英晶体 Y101 的谐振频率(基准频率)为19.5MHz，在 U101 模块内进行 1.5 倍分频处理，得到频率合成的参考信号和逻辑电路的13MHz 时钟信号。频率合成的参考信号从 U101 的 C10 脚输出；逻辑时钟信号从 U101 的H7 脚输出。 U101 的 D10 脚为供电端。不管是 VCO 组件还是晶振组成的振荡电路，都需要 AFC 控制信号，AFC 信号由逻辑电路中的 D
40、SP(数字语音处理器) 输出。由于 GSM 手机采用时分多址(TDMA)技术，以不同的时间段( 时隙)采区分用户，手机与系统保持时间同步就显得非常重要。如手机时钟与系统时钟不同步，则会导致手机不能与系统进行正常的通信。 在 GSM 系统中，公共广播控制信道(BCCH)包含频率校正信息与同步信息等。手机一开机，就会在逻辑电路的控制下扫描这个信道，从中获取同步与频率校正信息。如手机系统检测到手机的时钟与系统不同步，手机逻辑电路就会输出 AFC 信号。AFC 信号改变13MHz 电路中 VCO 两端的反偏压，使该 VCO 电路输出频率发生变化。从而保证手机与系统同步。常见手机所采用的基准时钟电路对比
41、见下表。赛微电子网内容版权归作者所有 102.鉴相器 鉴相器简称 PD、PH 或 PHD(PhaseDetector)。是一个相位比较器，它将 VCO 振荡信号的相位变化变换为电压的变化，鉴相器输出的是一个脉动直流信号，这个脉动直流信号经低通滤波器(LPF)滤除高频成分后去控制 VCO 电路。 鉴相器是相位比较器，它对基准信号输入与 VCO 产生的信号输入进行相位比较，输出反映两信号相位误差的误差电压。鉴相器多种多样，有数字的，也有模拟的。如双口鉴相器、鉴频鉴相器等。 当采用数字鉴相器时，由于其输出为双端口输出，：在与环路滤波器的连接上就成问题。通常在两者之间加人一个双端输人单端输出的，而且能
42、将鉴相器输出的相位误差信号正确地反映出来的电路，这个电路被称为电荷泵或泵电路。在摩托罗拉的 GSM 手机中，其发射频率合成器中基本上都使用了泵电路。 在频率合成器中，为了作精确的相位比较，鉴相器是在低频状态工作的。 在手机电路中，鉴相器通常与分频器被集成在一个专用的芯片中，这个芯片通常被称为 PLL(锁相环)，或被集成在一个复合芯片中（即该芯片包含多种功能电路） 。3.低通滤波器低通滤波器简称 LPF(LowPassFilter)。低通滤波器在频率合成环路中又被称为环路滤波器。它是一个 RC 电路。位于鉴相器与 VCO 电路之间，低通滤波器电路基本形式如图 4-28所示。 低通滤波器通过对电阻
43、电容进行适当的参数设置，使高频成分被滤除。由于鉴相器 PD输出的不但包含直流控制信号，还有一些高频谐波成分。这些谐波会影响 VCO 电路的工作。低通滤波器就是要把这些高频成分滤除，以防止对 VCO 电路造成干扰。4.压控振荡器压控振荡器简称 VCO(VoltageControlOscillator)。压控振荡器是一个“电压频率”转换装置。它将鉴相器 PD 输出的相差电压信号的变化转化成频率的变化。顾名思义，VCO 电路是一个电压控制电路。电压控制功能的完成是通过一个特殊的器件来完成的，这个器件就是变容二极管。鉴相器输出的相差电压实际上是加在变容二极管两端的。当鉴相器输出发生变化时，变容二极管两
44、端的反偏发生变化，导致变容二极管的结电容改变，VCO 振荡回路改变，VCO 输出频率也随之改变。在实际应用中，变容二极管为反向偏置使用，其线性好，可控范围大。在手机电路中，VCO 从电路形式上来说，有分离元件电路与 VCO 组件。但 VCO 组件采用的电路也基本与分立元件的 VCO 电路相似。相比较采说，摩托罗拉手机常使用分立元件的 VCO 电路，而其它手机则较多地采用了 VCO 组件。无论是分立元件还是 VCO组件，一般都是一个电容三点式振荡电路。VCO 在锁相环中比较重要，是频率合成及锁相环路的核心电路。它应满足这样一些特性：输出幅度稳定性要好，在整个 VCO 工作频带内均应满足此要求，否则会影响鉴相灵敏度；频率覆盖范围要满足要求且有余量；电压一频率变换特性的线性范围要宽。5.分频器鉴相器是将 VCO 输出信号与基准信号进行比较。在频率合成中，为了提高控制精度，鉴相器在低频下工作。而 VCO 输出频率是比较高的，为了提高整个环路的控制精度，就离不开分频技术。手机中的频率合成环路多，不同的频率合成环路使用的分频器不同：接收机的第一本机振荡(RXVCO、UHFVCO、RFVCO)信号是随信道的变化而变化的，
