《移动电话测试与维修》5频率合成系统.ppt

移动电话测试与维修,在移动通信中，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 需提供多个信道的频率信号，使用多个振荡器不现实 在工程中，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 频率合成将一个或多个基准频率信号变换为另一个或多个所需频率信号的技术,第五章 频率合成系统,移动电话通常使用的为带锁相环的频率合成器 5个基本的功能电路：参考振荡、鉴相器、环路滤波器（低通滤波器）、压控振荡器和程控分频器,射频VCO频率合成系统方框图,一、 正弦波振荡器,精度：PPM百万分之一 压电效应：挤压或拉伸时，晶体的两端就会产生不同的电荷 能产生压电效应的晶体就叫压电晶体，水晶（-石英）是一种有名的压电晶体 如果按一定方向对水晶晶体上切下的薄片施加压力，那么在此薄片上将会产生电荷；如果按相反方向拉伸这一薄片，在此薄片上也会出现电荷，不过符号相反；挤压或拉伸的力愈大，晶体上的电荷也会愈多 如果在薄片的两端镀上电极，并通以交流电，那么薄片将会作周期性的伸长或缩短，即开始振动 在交变电场中，这种薄片的振动频率丝毫不变,晶体振荡器,二、参考振荡,在频率合成中，需要有一个频率比较低且非常稳定的信号作基准信号（参考信号）由晶体振荡电路产生 产生基准信号的这个电路就被称为参考振荡 该电路产生的信号也用于基带电路，作逻辑时钟信号 对于移动电话来说，产生参考信号的振荡电路其实也就是系统主时钟电路,GSM移动电话，参考振荡电路产生的信号有13MHz、26MHz与19.5MHz的 CDMA手机，通常使用19.68MHz的信号作为参考信号，也有使用19.2MHz、19.8MHz信号的 WCDMA手机，有使用19.2MHz的，有使用38.4MHz的，有使用13MHz的,参考振荡,参考振荡信号,参考振荡电路产生的信号既给射频频率合成电路提供 参考信号，又给基带电路提供逻辑时钟信号,参考 振荡,频率 合成,基带 电路,逻辑时钟,参考信号,参考振荡电路受逻辑电路提供的AFC（自动频率控制）信号控制 数字基带部分的DSP（数字语音处理器）输出控制数据，然后经模拟基带部分的AFC DAC单元转换，得到AFC信号 GSM手机采用AFC实现手机与系统的同步BCCH CDMA手机通过同步信道和GPS实现移动台与基站的同步,1、AFC信号,2、参考振荡组件电路,整个振荡电路被封装在一起，通常只有AFC、输出、电源、地等四个端口。,参考振荡组件实物,GSM手机中的参考振荡组件实物,参考振荡组件实物,CDMA手机中的参考振荡组件实物,半集成的参考振荡电路,振荡电路被集成在复合射频（或基带）芯片中，与外接的时钟晶体组成参考振荡电路，该电路有AFC信号控制晶体振荡电路。,半集成的参考振荡电路,除晶体外，其他的电路都被集成在射频（或基带）芯片中（有些可能会接几个补偿电容）。在这一类电路中，基带电路通常是通过射频控制总线来控制参考振荡电路。,3、参考振荡组件的端口,将万用表设置在短路线测试档位，将万用表的黑表笔接地。将万用表的红表笔分别放在4个端口上，当红表笔放在接地端口时，万用表会发出响声 将万用表设置在二极管测试档位上，将万用表的红表笔接地，用万用表的黑表笔分别放在另外3个端口上 当万用表上显示的数字为0.7左右时，万用表黑表笔所接的端口是该器件的控制端AFC端口 对于剩下的两个端口，用万用表检测其电压即可：电压高（2.8V）的是电源端；电压低或基本上无电压的是输出端,频谱仪检测到的13MHz参考振荡信号,频率计检测到的13MHz参考振荡信号,4、检修参考振荡电路,完全没有输出检查工作电源，或更换参考振荡组件。 有输出，幅度低更换参考振荡组件。 有输出，频率偏移检查AFC信号线路，或更换振荡组件。,三、锁相环,1、鉴相器（PD）,鉴相器（PD）是一个相位比较器 相差电压转换装置： 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LPF滤除高频成分后去控制VCO电路,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 通常在两者之间加入一个双端输入单端输出的，而且能将鉴相器输出的相位误差信号正确地反映出来的电路电荷泵或泵电路,2、环路滤波器,低通滤波器，又被称为环路滤波器（Loop Filter） 消除PD输出的高频谐波成分，抑制对VCO的干扰 一个RC电路，位于鉴相器与VCO电路之间,3、分频器,分频器有分频比固定的和可变的 改变分频器的分频比即可改变VCO电路输出信号的频率,用于接收第一混频的频率合成环路中的分频器属于分频比可变的，为程控分频器 接收机就是依靠改变程控分频器的分频比来进行信道转换的 中频VCO的频率合成环路中的分频器的分频比通常是固定的,简化后的2280的频率合成电路方框图,四、压控振荡器,移动电话中射频部分的振荡电路都是VCO电路 基于锁相频率合成系统,一个电压频率转换装置 电压控制电路，将PD输出的相差电压信号的变化转化成频率的变化 变容二极管,压控振荡器,VCO电路不论是分立元件的还是集成组件的，其电路基本上都是采用电容三点式。,压控振荡器,VCO组件其实也就是将类似的振荡电路封装在一起。,压控振荡器,鉴相器输出经泵电路转换后得到的控制电压加在变容二极管两端 变容二极管相当于一个可变电容器 当鉴相器输出发生变化时，变容二极管两端的反偏发生变化，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,压控振荡器,若VCO的控制信号只控制VCO输出信号的频率，而与VCO工作与否（VCO有无输出）无关,VCO的工作条件,根据VCO的电路原理可知，除电路元件外，VCO能输出信号的工作条件是工作电源。也就是说，只要VCO电路的工作电源正常，不论其控制信号是否正常，VCO电路就应该输出信号。 若要VCO输出的信号频率正常，除上面的条件外，还需VCO电路的控制信号正常（变容二极管负极的控制信号）。,VCO组件的端口,VCO的频段切换控制就像收音机的波段调节一样,VCO的信道频率控制就像收音机的调台一样 ，控制VCO的信道（频率）,在移动通信中，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 需提供多个信道的频率信号，使用多个振荡器不现实 在工程中，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 频率合成将一个或多个基准频率信号变换为另一个或多个所需频率信号的技术,第五章 频率合成系统,五、综述频率合成,六、射频VCO,不论移动通信设备电路是怎样的电路结构，均有射频VCO电路 在不同移动电话电路中，射频VCO信号可用于多种不同的方面 RXVCO、RFVCO、UHFVCO、SHFVCO、MAINVCO 工作不正常，接收机不能正常工作,射频VCO的电路作用,一，用于接收机的混频电路，作接收本机振荡信号，与LNA送来的射频信号进行差频，得到接收中频信号（IF） 二，在I/Q解调电路与射频信号混频，直接得到接收基带信号（RXI/Q）,射频VCO的电路作用,三，用于发射机电路，作发射本振信号，在发射上变频电路中与发射已调中频信号进行差频，得到最终发射信号 四，直接用于发射I/Q调制，得到发射射频信号,射频VCO的电路作用,五，在发射偏移锁相环的偏移混频电路中与TXVCO信号进行差频，得到发射鉴相器的反馈输入信号,射频VCO的电路作用,六，在发射偏移锁相环的偏移混频电路中与TXVCO信号进行差频，得到发射中频载波信号,射频VCO的电路作用,七，射频VCO信号经分频移相后，得到发射鉴相器的参考输入信号,射频VCO的电路作用,八，射频VCO信号经分频移相后，得到发射中频载波信号（比较少见）,单频射频VCO,早期的单频GSM手机、CDMA手机中的射频VCO电路与模拟移动电话中的射频VCO电路都是单频的射频VCO电路，只工作在一个频段内,双频射频VCO,在双频GSM手机中，如果GSM900接收机的本振、DCS1800接收机的本振都是由同一个射频VCO电路产生，这个射频VCO电路就是一个双频VCO电路，也称双模VCO电路,信道控制,频段控制,双频射频VCO,双频、多频VCO电路工作在不同的频段时，其输出信号的频率通常不会如不同频段内接收（或发射）信号频率的差别那么大，否则，只能采用单频VCO电路 GSM手机V998中，当手机工作在EGSM模式时，射频VCO电路输出13251360MHz的接收本机振荡信号（射频VCO信号）；当手机工作在DCS模式时，射频VCO电路输出14051480MHz的接收本机振荡信号,信道控制,频段控制,除单频、双频射频VCO外，还有三频或多频段的射频VCO电路 多数的GSM手机都可以工作在GSM900、DCS1800与PCS1900模式，其中的射频VCO也可以工作在这三个模式下,三频射频VCO,射频VCO的振荡电路、缓冲放大器都被集成在U300模块中 U300的VT端口是射频VCO的信道频率控制端口 不论U300电路工作在哪一个模式，都是由该端口的信号控制VCO的输出信号频率 C240、C241、R227、R301等组成RC低通滤波电路,三频射频VCO,U300模组有两个频段切换控制端口。 U300的2、3脚是射频VCO的频段切换控制端口，从图中可以看到，当2、3脚信号都为低电平时，U300电路工作在GSM模式；当2脚为高电平，3脚为低电平时，U300电路工作在DCS模式；当U300的2脚为低电平，3脚为高电平时，U300电路工作在PCS模式。,三频射频VCO,集成的频率合成器,如今一些新型的手机采用了高度集成的射频集成电路，射频部分的RXVCO电路或TXVCO电路被集成在复合的射频集成芯片内。 图所示的电路就集成了中频VCO、射频VCO，以及频率合成中的PLL单元电路。,集成的频率合成器,多数新型的射频芯片内集成射频VCO频率合成电路，只外接环路滤波器。,随着移动通信设备的小型化及制造技术的发展，绝大多数设备都采用集成的射频VCO组件。不论是分立元件的VCO电路还是集成的VCO组件，它们基本上都是采用的电容三点式的振荡电路。 VCO组件将这些电路元件封装在一个屏蔽罩内。这样既简化了电路，也减小了外界因素对VCO电路的干扰。,射频VCO组件,射频VCO组件,拆去外壳,构成VCO电路的器件被封装在一个屏蔽罩内，简化了电路，方便维修。组成VCO电路的元件包含电阻电容、晶体管、变容二极管等。,二极管,缓冲 放大,振荡管,？,？,？,？,射频VCO组件,射频VCO组件的端口,射频VCO输出的信号,开机30秒内，GSM手机中RXVCO信号频率不断变化,正常的VCO信号频谱,不正常的VCO信号频谱,低通滤波器电路故障,射频VCO的频率控制信号,在开机30秒内，GSM手机的射频VCO的信道（频率）控制信号的幅度不断变化。,射频VCO的频率控制信号,正常控制信号的视频,不正常控制信号的视频,射频VCO的电源,射频VCO的工作电源可能时有时无，但其幅度稳定。,用频谱分析仪来进行VCO电路工作与否的快速判断是最佳的选择。检测时，并没有太多的技术要求： 首先是设置好频谱分析仪的中心频率。 设置频谱分析仪的扫描宽度为“2”。 将频谱分析仪的射频探头放在射频VCO上面。 给故障机加电，开机。开机后30秒内在频谱分析仪上应有射频信号显示（不论是GSM还是CDMA手机都是如此）。若频谱分析仪的显示屏上没有任何信号，说明射频VCO频率合成电路没有工作。,七、快速检修判断射频VCO,频率合成时钟信号,频率合成数据信号,频率合成使能信号,八、中频VCO电路,中频VCO电路多由射频芯片内的振荡电路与外接的槽路元件组成。,无论哪一类接收机，在开机30秒以内，中频VCO信号是连续的。这时，用频率计也可以检测到中频VCO信号。,