实训二GSM手机组成及原理资料实用教案

1、学完此课程，您将会：熟悉手机模块的组成结构熟练手机内部各功能模块的工作原理对手机结构有全面的认识，能够形成一个基本的、系统的整体(zhngt)手机结构理论框架第1页/共63页第一页，共63页。第第5 5节节 手机简要工作过程手机简要工作过程(guchng)(guchng)及图表及图表第2页/共63页第二页，共63页。第1节 手机组成模块整体(zhngt)介绍第3页/共63页第三页，共63页。第1节 手机组成(z chn)模块整体介绍整体整体(zhngt)介绍介绍射频部分主要是把基带送过来的低频小功率的信号转变成为适合在空间传送的高频大功率的信号，以及把从天线接收的高频微弱信号转变成为基带能够处

2、理的具有一定幅度的低频信号。基带部分主要把声音信号转变成为电信号，再进行处理，使得信号适合在信道中传输，并保证在接收端可以正确接收。另外还完成基带信号到声音信号的转换，完成对整机工作的管理和控制。外围部分主要完成手机(shu j)和人之间的接口功能，对手机(shu j)的使用、操作全部通过此部分完成。第4页/共63页第四页，共63页。第2节 手机模块射频(sh pn)模块介绍射频射频(sh pn)电路结电路结构组成构组成第5页/共63页第五页，共63页。第2节 手机模块(m kui)射频模块(m kui)介绍射频模块射频模块(m kui)接收通路接收通路作用： 将935-960MHz或1805

3、-1880MHz的高频(o pn)信号下变频为67.708KHz的基带信号。第6页/共63页第六页，共63页。第2节 手机(shu j)模块射频模块介绍接收机分类接收机分类(fn li)：第7页/共63页第七页，共63页。第2节 手机(shu j)模块射频模块介绍超外差二次变频和超外差一次变频都属于超外差变频接收机，而超外差变频接收机的核心电路就是混频器，若接收机的混频器出现(chxin)故障则会导致无信号，不注册等故障。混频混频(hn pn)电路电路混频电路又叫混频器（MIX）是利用半导体器件的非线性特性,将两个或多个信号混合,取其差频或和频,得到所需要的频率信号。在手机电路中,混频器有两个

4、输入信号(一个为输入信号,另一个为本机振荡),一个输出信号（其输出被称为中频IF）。在接收机电路中的混频器是下变频器,即混频器输出的信号频率比输入信号频率低；在发射机电路中的混频器通常用于发射上变频,它将发射中频信号与UHFVCO(或RXVCO)信号进行混频,得到最终发射信号。第8页/共63页第八页，共63页。第2节 手机(shu j)模块射频模块介绍 超外差变频接收机和直接变频接收机的关系 （1）同：两者都是信号是从天线到低噪声放大器,再到频率变换单元,最后到语音处理电路。 （2）异：超外差变频接收机首先需要将高频信号转换为中频信号然后才传输给解调电路，RXI/Q信号都是需要解调电路输出的,

5、而在直接变换线形接收机混频器输出的就是RXI/Q信号。 （3）优缺点：超外差变频接收机因为通过适当地选择中频和滤波器可以获得极佳的选择性和灵敏度。 但是却必须使用成本昂贵而且体积庞大的中频零件。 直接变频（零中频）接收机由于在下变频过程中不需要经过中频，直接将高频信号转化成低频信号，而且镜像频率即是射频信号本身，不存在镜像频率干扰，这种采用直接转换的方式，节省(jishng)了昂贵的中频器件及中频至基带转换电路，集成度高。但实际应用中可能受“直流位移”的影响，降低接收灵敏度，基频IC软件上多采用直流滤波技术，生产厂家必须在生产时执行额外的生产步骤：进行二阶截取点校准，得到的修正值存储在内存，并

6、在手机开机时用来校准手机。第9页/共63页第九页，共63页。第2节 手机模块射频(sh pn)模块介绍射频模块发射射频模块发射(fsh)通路通路作用： 将67.708KHz的低频(dpn)信号上变频为890915MHz或17101785MHz的高频信号，并发射出去。第10页/共63页第十页，共63页。第2节 手机模块(m kui)射频模块(m kui)介绍发射机分类发射机分类(fn li)：第11页/共63页第十一页，共63页。第2节 手机模块(m kui)射频模块(m kui)介绍发射机分类比较发射机分类比较 相同点相同点 两者都是信号是从语音拾取到语音处理电路在经过频率变换单元两者都是信号

7、是从语音拾取到语音处理电路在经过频率变换单元, ,经放大经放大(fngd)(fngd)电路从天电路从天线发射出去线发射出去. . 差异点差异点1.1.最终发射信号的产生方式不同：最终发射信号的产生方式不同：a.a.带发射上变频器发射机：带发射上变频器发射机：TXI/QTXI/Q信号首先需要通过发射中频电路完成信号首先需要通过发射中频电路完成I/QI/Q调制后调制后, ,在过发射上变在过发射上变频电路产生最终发射信号频电路产生最终发射信号b. b. 带发射变换变换模块发射机带发射变换变换模块发射机:TXI/Q:TXI/Q信号同样需要经过发射中频调制信号同样需要经过发射中频调制, ,经过发射变换和

8、经过发射变换和TXVCOTXVCO电电路成最终发射信号路成最终发射信号c.c.直接调制发射机直接调制发射机: :发射基带信号发射基带信号TXI/QTXI/Q不再是调制发射中频信号，而是直接调不再是调制发射中频信号，而是直接调 制在发射机射频信号上。制在发射机射频信号上。I/QI/Q调制器直接输出最终发射信号调制器直接输出最终发射信号 2.2.集成度不同集成度不同 所涉及电路越少所涉及电路越少, ,集成度将会越高集成度将会越高, ,不论从成本和外观上都是越适应发展需要的不论从成本和外观上都是越适应发展需要的. .第12页/共63页第十二页，共63页。第2节 手机模块(m kui)射频模块(m k

9、ui)介绍射频模块射频模块(m kui)锁相环部分锁相环部分作用(zuyng):提供足够的高精度高稳定度的工作频率第13页/共63页第十三页，共63页。第2节 手机模块射频(sh pn)模块介绍锁相环结构锁相环结构(jigu)在射频电路中，锁相环电路扮演着非常重要的角色,是频率合成器的核心.主要作用是由频稳性很强的基准信号得到一个同样频率稳定的信号工作原理：压控振荡器产生周期性的输出信号，如果其输出频率低于参考信号的频率，鉴相器通过电荷放大器改变控制电压(diny)使压控振荡器就的输出频率提高。如果压控振荡器的输出频率高于参考信号的频率，鉴相器通过电荷放大器改变控制电压(diny)使压控振荡器

10、就的输出频率降低。低通滤波器的作用是平滑电荷放大器的输出，这样在鉴相器进行微小调整的时候，系统趋向一个稳态。第14页/共63页第十四页，共63页。调制调制/ /解调解调(ji dio)(ji dio)的概念：的概念：将信号（低频）经过一系列处理后，将信号（低频）经过一系列处理后，“加载加载”到高频载波上。解调到高频载波上。解调(ji dio)(ji dio)是调制的逆过程，把信号从高频载波上是调制的逆过程，把信号从高频载波上“卸载卸载”下来。下来。高频载波高频载波信号信号调制调制(tiozh)电电路路第15页/共63页第十五页，共63页。手机(shu j)无网络的原因有哪些？第16页/共63页

11、第十六页，共63页。第3节 手机模块(m kui)基带模块(m kui)介绍基带模块基带电源管理基带模块基带电源管理(gunl)部分部分第17页/共63页第十七页，共63页。第3节 手机(shu j)模块基带模块介绍电源管理部分 由于电池电压的不稳定和器件对电压、电流要求的精确性与多样性，最重要(zhngyo)(zhngyo)的是出于降低功耗的考虑，手机需要专门的电源管理单元。 对各种电压的要求： 内核电压：电压较低，要求精确度高，稳定性好。 音频电压：模拟电压，要求电源比较干净，纹波小。 I/O I/O 电压：要求在不需要时可以关闭或降低电压，以减少功耗。 功放电压：由于电流要求较大，直接由

12、电池供电。第18页/共63页第十八页，共63页。第3节 手机(shu j)模块基带模块介绍基带模块基带元件基带模块基带元件(yunjin)工作原理工作原理第19页/共63页第十九页，共63页。第3节 手机模块(m kui)基带模块(m kui)介绍基带元件工作原理CPU和存储器之间通过数据总线、地址总线和控制总线连接，这三类总线都采用并行方式，FLASH和SDRAM共用这三类总线，通过片选信号来区分是对哪个进行操作。FLASH存储手机所有的数据，包括软件代码和资料，掉电后不会丢失(dis)。开机后，首先要从FLASH中把程序和需要的资料调入SDRAM，所有的软件都是在SDRAM中运行，掉电后数

13、据不会被保留。外部主时钟的频率一般较低，内核的运行频率一般较高，主时钟进入基带芯片倍频后提供给CPU使用。基带主芯片内部一般有两个处理器：一是ARM处理器，主要用做控制功能，对手机的运行进行管理，比如时钟控制、电源管理、射频控制、I/O控制等；二是DSP处理器，主要用来处理数据，完成信号处理的各种算法，比如音频编解码、信道编解码、交织去交织、加解密等。第20页/共63页第二十页，共63页。手机(shu j)不开机是何原因？第21页/共63页第二十一页，共63页。第3节 手机模块(m kui)基带模块(m kui)介绍信号处理部分 这部分完成音频信号的转换和处理，分为两路，一路完成声音信号到射频

14、信号的转换：声音信号经过MIC转变成模拟的电信号；经A/D转换变为64Kbit/s的PCM数字信号，再经压缩编码，去除冗余度，变为8Kbit/s的数据流；然后通过信道编码增加冗余度，保证传输的可靠性；加密后送往射频单元处理，最后由天线发射(fsh)出去。另外一路完成射频信号到声音信号的转换，处理过程相反。声音MICMIC语音编码信道编码加密RF单元声音SPKSPK语音解码信道解码解密RF单元第22页/共63页第二十二页，共63页。第3节 手机模块(m kui)基带模块(m kui)介绍基带模块时钟基带模块时钟(shzhng)部分部分第23页/共63页第二十三页，共63页。第24页/共63页第二

15、十四页，共63页。第3节 手机(shu j)模块基带模块介绍主时钟为手机(shu j)工作提供基准的频率源，在开机过程中起振，在关机后停振。它供向CPU，产生数据传输和控制时序所需的时钟。睡眠时钟为手机(shu j)提供计时的基准频率，不论是否开机，只要电池有电就可起振。它供向电源管理芯片和CPU，以维持手机(shu j)的时间准确，并提供关机后的计时功能，从而支持关机闹钟。第25页/共63页第二十五页，共63页。第4节 手机模块(m kui)外围电路模块(m kui)介绍外围电路外围电路(dinl)模块开机模块开机部分部分第26页/共63页第二十六页，共63页。手机开机(ki j)原理（框图

16、）第27页/共63页第二十七页，共63页。手机要正常开机，需具备以下四个条件：电源（供电正常）、时钟(shzhng)、复位、软件电源(dinyun)IC工作正常：1、电源(dinyun)IC供电正常。电源(dinyun)IC要正常工作，需有工作电压，即电池电压或外接电源(dinyun)电压；2、有开机触发信号。在按下开机键时，开机触发信号就有了电平的变化（从高电平变 为低电平或从低电平变为高电平），此信号会被送到电源(dinyun)IC上。3、电源(dinyun)IC工作正常。电源(dinyun)IC内一般集成有多组受控或非受控稳压电路，当有开机触发 信号时，电源(dinyun)IC的稳压输出

17、端应有电压输出。4、有开机维持信号。开机维持信号来自CPU，电源(dinyun)IC只有得到开机维持信号后才能输出 持续的电压，否则，手机将不能持续开机。逻辑电路工作正常： 1、有正常的工作电源。按下开机键后，电源IC输出稳定的供电电压要为逻辑电路供电， 包括CPU、FLASH。 2、正常的系统时钟。时钟信号是CPU按节拍(jipi)处理数据的基础，有13MHz晶振和32.768K实 时时钟晶振。在手机工作时，由13MHz提供精确地系统时钟，保证通话、游戏等功能 正常进行。在手机待机时，系统大部分电源均被关闭，13MHz时钟也间断工作，32K 实时钟工作；这样手机待机功耗会大大降低。第28页/

18、共63页第二十八页，共63页。3、有正常的复位信号。CPU刚供上电源时，其内部各寄存器处于(chy)随机状态，不能正常(zhngchng)运行 程序，因此，CPU必须有复位信号进行复位。手机中的CPU的复位端一般是低电平复位， 即在一定(ydng)时钟周期后使CPU内部各种寄存器清零，而后此处电压再升为高电平，从而使CPU从头开始运行程。4、逻辑电路本身正常。逻辑电路主要包括CPU、FLASH。当CPU具备电源、时钟和复位三个条件后，通过片选信号与FLASH联系，通过数据总线与地址总线相互传送数据。软件运行正常： 软件是CPU控制手机开机与各种功能的程序。开机的程序与设置存放在FLASH内，有

19、些手机软件资料可以向下兼容，所以这些手机可以改版和升级；有些手机由于软件加密，即使同型号手机的都不兼容。因此，若软件出错或软件不对就可能造成手机不开机。当然，软件不正常还可能造成不入网、不显示、功能紊乱、死机等许多故障。 第29页/共63页第二十九页，共63页。第4 4节 手机(shu j)(shu j)模块外围电路模块介绍外围电路模块外围电路模块(m kui)关机部关机部分分1、当长按关机键时触发关机操作(cozu)，CPU输出信号给睡眠时钟和电源管理芯片。2、睡眠时钟工作，电源管理芯片停止输出供电，手机振铃电路、显示电路、射 频电路停止工作完成关机操作(cozu)。第30页/共63页第三十

20、页，共63页。第4节 手机模块外围电路(dinl)模块介绍外围电路外围电路(dinl)模块送模块送话部分话部分第31页/共63页第三十一页，共63页。第4节 手机模块外围电路(dinl)模块介绍外围电路模块外围电路模块(m kui)送话部送话部分分对于MIC的第2级放大器，是可以选择并做适当配置的。不使用第2级放大时，MIC信号直接由第1级放大后，送到13bit ADC中转换，然后进入后面的通路。这1级放大通过设置寄存器可以选择-2dB，+6dB，+8dB和+18dB的不同增益。此级输出端口为MICOUTP和MICOUTN。使用第2级放大时，需要接外围电路，用来(yn li)增强Tx通路的音频

21、性能。由Tx通路得到的话音数字信号送到MDSP作后续的处理，进行调制放大，直到送至RF模块发射出去。第32页/共63页第三十二页，共63页。第4节 手机(shu j)模块外围电路模块介绍外围电路模块外围电路模块(m kui)铃音铃音/受受话部分话部分第33页/共63页第三十三页，共63页。第4节 手机(shu j)模块外围电路模块介绍外围电路模块外围电路模块(m kui)铃音铃音/受话部受话部分分作为Tx 通道的逆向过程，RF 接收到的信号经过一系列处理(如解调等)后，由MDSP送至Vocoder 的解码器，而后(r hu)经过PCM 接口到达Codec 的Rx 部分，从耳机/听筒送出。第34

22、页/共63页第三十四页，共63页。第4节 手机模块外围电路(dinl)模块介绍外围电路模块外围电路模块(m kui)振动振动部分部分第35页/共63页第三十五页，共63页。第4节 手机模块(m kui)外围电路模块(m kui)介绍外围电路外围电路(dinl)模块振模块振动部分动部分并联一个电容，抑制(yzh)高频噪声马达两端形成电势差，马达工作由三极管起开关作用，由CPU控制信号控制关断电池电压保护电路，抑制反向电压对马达的作用CPU控制信号第36页/共63页第三十六页，共63页。第4节 手机模块外围电路(dinl)模块介绍外围电路模块显示外围电路模块显示(xinsh)部部分分第37页/共6

23、3页第三十七页，共63页。第4节 手机模块外围(wiwi)电路模块介绍外围电路外围电路(dinl)模块按键背景灯模块按键背景灯部分部分第38页/共63页第三十八页，共63页。电感式LED驱动(q dn)电路电荷泵LED驱动(q dn)电路第39页/共63页第三十九页，共63页。背光(bigung)驱动介绍手机LCD本身不会发光，要想让其显示所要数据和图像，就必需使用白光背光源，手机中的白光背光源一般由数个侧发光白色LED灯组成，LED灯的个数由屏的大小尺寸(ch cun)决定，一般由26个不等。手机LCD背光用白光LED正常发光时的If为20mA，Vf一般为3.03.4V 。 白光LED驱动方

24、式主要有两种：一种是采用(ciyng)电感升压式DC/DC升压变换的原理来驱动，所有的LED串联接在一起，一般也叫做串联型驱动方式；另一种是采用(ciyng)升压式电荷泵驱动电路，所产生的电压一般在5V/4.5V或者是根据LED的正向导通电压而自适应确定的一个电压，所有的LED并联在一起，一般也叫做并联型驱动方式。 第40页/共63页第四十页，共63页。第4节 手机模块(m kui)外围电路模块(m kui)介绍外围外围(wiwi)电路模块键电路模块键盘部分盘部分第41页/共63页第四十一页，共63页。第4节 手机模块外围(wiwi)电路模块介绍外围电路模块键盘外围电路模块键盘(jinpn)部

25、分部分上图的键盘是一个54的矩阵阵列，所有的键盘列扫描信号直接链接到CPU，通过一个数学组合关系，按键时，将其中的两个扫描信号直接短接，触发CPU输出相应的信号。“END”（开机键）专门采用单独(dnd)扫描信号，信号直接链接到电源管理模块，可以直接触发电源管理模块，完成整个系统的启动。第42页/共63页第四十二页，共63页。第4节 手机(shu j)模块外围电路模块介绍外围外围(wiwi)电路模块翻盖电路模块翻盖部分部分第43页/共63页第四十三页，共63页。第44页/共63页第四十四页，共63页。第4节 手机模块外围(wiwi)电路模块介绍外围外围(wiwi)电路模块卡电路模块卡座部分座部

26、分第45页/共63页第四十五页，共63页。第4节 手机模块外围电路(dinl)模块介绍外围外围(wiwi)电路模块卡座部分电路模块卡座部分-智智能卡能卡标准6PIN SIM卡座引脚包括：VCC(供电)、RST（复位）、CLK（时钟）、GND（接地）、VPP（电源）、I/O（接口数据），当这些信号与CPU不兼容时，会通过PM进行电平转换(zhunhun)，调整幅度为50mV左右，而接口电平也在1.8V3.0V之间，另外各个信号由静电与浪冲保护电路，由单独的保护器件完成。第46页/共63页第四十六页，共63页。第4节 手机(shu j)模块外围电路模块介绍外围外围(wiwi)电路模块卡座部分电路模

27、块卡座部分-存储存储卡卡根据存储方式分为：与非&或非两种形式的存储卡.主要信号为：MMC_CMD（命令） 、MMC_DATA（数据） 、MMC_CLK（时钟） 、MMC_DETECT（检测）等根据CPU不同的识别方案(fng n)，Detect信号可默认为高电平或低电平，接入存储卡后，电平相反来检测有卡接入。第47页/共63页第四十七页，共63页。第4节 手机(shu j)模块外围电路模块介绍外围外围(wiwi)电路模块摄电路模块摄像部分像部分第48页/共63页第四十八页，共63页。第4节 手机模块(m kui)外围电路模块(m kui)介绍外围电路模块外围电路模块(m kui)数据接

28、数据接口部分口部分第49页/共63页第四十九页，共63页。第4节 手机模块外围(wiwi)电路模块介绍外围外围(wiwi)电路模块数据接口部电路模块数据接口部分分-蓝牙蓝牙主要(zhyo)信号及引脚定义为：名称方向作用BT_TX_RX_NO蓝牙基带发送、接收使能BT_DATAI/O蓝牙基带数据传输BT_CLKI蓝牙基带时钟信号BT_SBCKOSBI时钟信号BT_SBSTOSBI选通信号BT_SBDTI/OSBI数据传输工作原理：工作原理： 蓝牙芯片进行调制解调，蓝牙芯片进行调制解调，CPUCPU进行基带信号处理，与手机射频通道不进行基带信号处理，与手机射频通道不公用公用第50页/共63页第五十

29、页，共63页。第第5 5节节 手机简要工作手机简要工作(gngzu)(gngzu)过程过程GSM手机开机初始工作流程 当手机开机后， 首先搜索并接收最强的 BCCH (广播控制信道)中的载波信号， 通过读取BCCH中的FCH (频率校正信道)， 使自己的频率合成器与载波达到同步状态。通话过程 当手机为主叫时， 在RACH上发出寻呼请求信号， 系统(xtng)收到该寻呼请求信号后， 通过AGCH为手机分配一个SDCCH， 在SDCCH上建立手机与系统(xtng)之间的交换信息。 然后在SACCH上交换控制信息， 最后手机在所分配的TCH (语音信道)上开始进入通话状态。 第51页/共63页第五十一页，共63页。第第5 5节节 GSM GSM手机手机(shu j)(shu j)的主要技术指标：的主要技术指标：P-GSM900E-GSM900DCS 1800上行（MHz）TX890-915880-9151710-1785下行（MHz）RX935-960925-9601805-1880频道1-1240-124512-885收发频道间隔45MHz45MHz95MHz收发时间间隔3个时隙3个时隙3个时隙每频道分几时隙8个时隙8个时隙8个时隙信道宽度200KHz200KHz200KHzBTS最大功率320W-2.5W320W-0.03W1W-2.5W手