射频电路的设计原理及应用

一、射频电路的组成和特点：普通手机的射频电路由三大电路组成：接收电路、发射电路和本机振荡电路。它主要负责接收信号的解调。传输信息的调制。早期的手机只有在超外差频率转换之后才解调接收到的基带信息(手机具有一阶和二阶混频以及一阶和二阶本地振荡器电路)；新手机直接解调接收到的基带信息(零中频)。一些手机还将频率合成和接收压控振荡器集成到中频。(射频电路框图)1.接收电路的结构和工作原理：接收时，天线将基站发送电磁波转换成微弱的交流电流信号，对信号进行滤波，放大高频信号，发送到中频进行解调，得到接收的基带信息(RXI-P、RXI-N、RXQ-P、RXQ-N)；其被发送到逻辑音频电路用于进一步处理。1.该电路包含关键点：(1)接收电路结构。(2)、各部件的功能和作用。(3)接收信号的过程。电路分析：(1)电路结构。接收电路由天线、天线开关、滤波器、高放大器(低噪声放大器)、中频集成模块(接收解调器)等电路组成。早期的手机有第一级和第二级混频电路，其目的是在解调前降低接收频率(如下图所示)。(接收电路框图)(2)、各部件的功能和作用。1)、手机天线：结构：(下图)手机天线分为外部天线和内部天线。它由天线座、螺线管和塑料外壳组成。角色：a)当接收时，将基站发送电磁波转换成微弱的交流信号。在传输过程中，由功率放大器放大的交流电流被转换成电磁波信号。2)、天线开关：结构：(下图)手机天线开关(合路器、双工滤波器)由四个电子开关组成。(图1)(图2)功能：其主要功能有两个：a)完成接收和发送切换；b)完成900米/1800米信号接收和切换。逻辑电路分别发送控制信号；分布式控制系统-接收-接收；全球通-发射-发射；使各自的信道导通，以便接收和发送的信号不受干扰地按自己的方式进行。因为移动电话的接收和发送不能在一个时隙中同时工作(即接收时不发送，发送时不接收)。因此，在后期，新手机去掉了接收通道的两个开关，只留下两个发射开关。接收和转换的任务移交给高放射性管完成。3)过滤器：结构：手机中有高频滤波器和中频滤波器。角色：它的主要功能是滤除其他无用信号，获得纯接收信号。在后期，新手机都是零中频手机。因此，手机中没有中频滤波器。4)、高放电管(高频放大管、低噪声放大器):结构：手机中有两个发射管：900米发射管和1800米发射管。它们是三极管共发射极放大器电路。后期，新手机将高电平放电管集成到中频。(高频放大器电源图)角色：a)放大天线感应微弱电流，以满足后级电路对信号幅度的要求。b)完成900米/1800米接收信号切换。原则：a)电源：900M/1800M高放电管的基极偏置电压共用一个通道，由中频同步通道提供；中频中央处理器根据手机的接收状态命令两路输出两管集电极的偏置电压；其目的是完成900米/1800米接收信号切换。b)原理：由滤波器滤除其他杂波得到的纯935-960米接收信号，经电容耦合后送至相应的高放电管放大，再经电容耦合后送至中频进行后级处理。5)、中间c)在传输期间，由逻辑电路处理的传输信息和本地振荡器信号被调制成传输中频(稍后描述)。d)组合13M/26M晶体以产生13M时钟(参考时钟电路)。e)根据中央处理器发送参考信号，产生符合手机工作通道的本地振荡信号(后述)。(2)接收信号的过程。(指零中频手机)手机接收时，天线将基站发送的电磁波转换成微弱的交流电流信号，通过天线开关接收路径，发送到高频滤波器滤除其他无用的杂波，得到纯935-960米(GSM)接收信号，经电容耦合后发送到中频内相应的高放大管放大，再发送到解调器与本机振荡器信号(无信息)解调，得到67.707千赫接收基带信息(RXI-P，RXI-N，RXQ其被发送到逻辑音频电路用于进一步处理。2.发射电路的结构和工作原理；在传输过程中，由逻辑电路处理的传输基带信息调制的传输中频被用于通过发射-压控振荡器将传输中频信号的频率改变为890米-915米(全球移动通信系统)频率信号。天线经功率放大器放大后，转换成电磁波辐射出去。该电路包含关键点：(1)电路结构。(2)、各部件的功能和作用。(3)传输信号流。电路分析：(1)电路结构。发射电路由发射调制器和中频内的发射鉴相器组成。传输压控振荡器、功率放大器、功率控制器、传输变压器等电路。(下图)(发射电路框图)(2)、各部件的功能和作用。1)发射调制器：结构：发射机调制器位于中频内，相当于宽带网络中的调制解调器。角色：发射基带信息(TXI-珀罗；TXI-北；TXQ-P；和本地振荡器信号被调制成传输中频。2)发射压控振荡器(发射压控振荡器):结构：发射压控振荡器是一种电容三点振荡器电路，其输出频率由电压控制。在生产制造过程中，它集成在一个小电路板上，引出五个引脚：电源引脚、接地引脚、输出引脚、控制引脚和900M/1800M频段切换引脚。当有合适的工作电压时，它振荡产生相应的频率信号。角色：由中频内部调制器调制的发射中频信号被转换成基站可以接收的890米至915米的频率信号。原则：众所周知，基站只能接收890-915M(全球移动通信系统)频率信号，而由中频调制器调制的中频信号(例如三星发射中频信号的135M)不能被基站接收。因此，发射压控振荡器用于将发射中频信号的频率改变为890米至915米(全球移动通信系统)频率信号。发射时，电源部分发送3VTX电压使发射-压控振荡器工作，产生890M-915M的频率信号，分为两路：a)采样并送回中频内部，与本振信号混合产生等于发射中频的发射鉴频信号，送入鉴相器与发射中频进行比较；如果发射压控振荡器的振荡频率与手机的工作通道不一致，鉴相器会产生1-4V的跳变电压(带交流发射信息的DC电压)，控制发射压控振荡器内部变容二极管的电容，达到调节频率精度的目的。b)输入功率放大器经放大后，由天线转换成电磁波辐射出去。从上面可以看出，发射-压控振荡器产生一个频率，对该频率进行采样并将其发送回中频，然后产生一个电压来控制发射-压控振荡器工作。它只是形成一个闭环，并控制频率和相位，所以该电路也称为发射锁相环电路。3)、功率放大器(功率放大器):结构d)功率控制信号(PAC):控制功率放大器的放大量(工作电流)。e)输入信号(in)；输出信号(输出)。4)、传输变压器：结构：两个线径和匝数相等的线圈靠得很近，由互感原理组成。功能：功率放大器的发射功率电流被采样并发送到功率控制。原理：当功率放大器的传输功率电流在传输过程中通过传输变压器时，在次级中感应出与功率电流大小相同的电流，并被检测(以高频整流)并发送到功率控制器。5)、功率电平信号：所谓的功率电平是指工程师在给手机编程时将接收到的信号分成八个电平，每个电平对应一个发射功率电平(如下表所示)。当手机工作时，中央处理器根据接收到的信号强度判断手机与基站之间的距离，并发出适当的发射电平信号，从而确定功率放大器的放大量(即接收强时，发射弱)。随附的额定功率表：6)、功率控制器(功率控制):结构：运算比较放大器。功能：将发射功率电流采样信号与功率等级信号进行比较，得到合适的电压信号来控制功率放大器的放大量。原理：当电力电流在传输过程中通过传输变压器时，在次级中感应的电流被检测(高频整流)，然后被发送到功率控制。同时，在编程过程中还向功率控制器发送预设功率电平信号；两个信号内部比较后，产生一个电压信号来控制功率放大器的放大量，使功率放大器的工作电流适中，从而节约电能，延长功率放大器的使用寿命(高功率控制电压导致功率放大器的高功率)。(3)传输信号流。发射时，发射基带信息(TXI-珀；TXI-北；TXQ-P；发送到中频内部的传输调制器，并利用本地振荡器信号调制到传输中频。但是，如果中频信号基站无法接收到，它必须使用发射压控振荡器将发射中频信号的频率提高到890米至915米(全球移动通信系统)，然后基站才能接收到它。当发射-压控振荡器工作时，产生的890米-915米(全球移动通信系统)频率信号被分成两条路径：a)采样一直回到中频内部，与本振信号混合产生等于发射中频的发射鉴频信号，并将发射鉴频信号送入鉴相器与发射中频进行比较；如果发射压控振荡器的振荡频率与手机的工作通道不一致，鉴相器会产生1-4V的跳变电压，控制发射压控振荡器内部变容二极管的电容来调整频率。b)第二条路径被发送到功率放大器，由天线放大并转换成电磁波辐射出去。为了控制功率放大器的放大，当功率电流在传输过程中通过传输变压器时，检测次级感应的电流(高频整流)，然后发送到功率控制。同时，在编程过程中还向功率控制器发送预设功率电平信号；两个信号内部比较后，产生一个电压信号来控制功率放大器的放大量，使功率放大器的工作电流适中，从而节约电能，延长功率放大器的使用寿命。3.本振电路的结构和工作原理：(本振电路、锁相环电路、频率合成电路)该电路产生四个本地振荡器频率信号。美国电话电报公司；分布式控制系统-接收；分布式控制系统德克萨斯州)；发送到中频，接收时解调接收信号；在传输期间，传输基带信息被调制，并且执行传输相位辨别。该电路包含关键点：(1)电路结构。(2)、各部件的功能和作用。(3)本振电路的工作原理。电路分析：(1)电路结构。手机本机振荡电路有四种电路结构：a)频率合成积分块，接收值得注意的是，无论采用何种结构模式，只有频率不同。其工作原理、产生频率信号的方向和功能是相同的。(2)、各部件的功能和作用。a)接收压控振荡器(接收压控振荡器):发射压控振荡器的结构和工作原理相同。与发射压控振荡器不同，发射压控振荡器产生两个频带，只参与传输。接收压控振荡器产生四个频带，参与接收和发射。这两个VCO不能互换。b)频率合成积分模块：是一个比较运算放大器；将接收-压控振荡器产生频率采样信号与预设的频率参考数据进行内部比较，以13M的参考时钟为基准，产生1-4V的跳变电压(纯直流电压)，控制接收-压控振荡器以精确的本地振荡频率振荡。c)预设频率参考数据：也就是说，在设计移动电话时，工程师根据移动电话在不同信道(124 GSM移动电话)上工作时所需的本地振荡频率标准对其进行预设并将其列入数据表。存储在一个字库里。也就是CLK)；由中央处理器发送；同步数据传输系统)；数据；RST合成公司；频率组合启动。(3)本振电路的工作原理。手机正常开机后，电源部分发出调频电源，使本机振荡电路工作。此时，由接收-压控振荡器振荡的本地振荡器频率信号被分成两条路径：1)对本地振荡频率进行采样，并将采样发送到频率合成集成块，并将采样与预设的频率参考数据进行内部比较；参考13M参考时钟，产生1-4V跳变电压，以控制接收-压控振荡器内部的变容二极管的电容，并调整输出频率，从而使接收-压控振荡器振荡到移动电话工作信道所需的本地振荡频率(通常称为微调)。2)本机振荡频率馈入中频，分频后分成三路：a)接收时，将本振频率发送给接收解调器，对接收信号进行解调(即本振频率和接收频率大小相等，相位相反，频率信号被移动和抵消；其余的另一方发送信息)。b)发送时，本地振荡频率被发送到发送调制器，并且发送基带信息(txi-p；TXI-北；TXQ-P；TXQ-N)，调制传输中频(即在本地振荡频率上叠加传输信息)。C)在传输过程中，发射压控振荡器产生频率样本被送回中频，并与本振频率混合，产生与传输中频频率相同的传输鉴频信号。900米/1800米本地振荡器频率转换由中央处理器发送的双频功率转换信号(BANDSEL)控制(通常称为粗调)。从上面可以看出，接收压控振荡器产生频率到频率合成集成模块内部，然后产生电压来控