手机射频电路分析ppt课件

1、 Typical Circuit of RF used in Handset 手机射频部分典型电路分析 射频电路概略 随着电路集成技术日新月异的开展，射频电路也趋向于集成化、模块化，这对于小型化挪动终端的开发、运用是特别有利的。 目前手机的射频电路是以 RFIC 为中心结合外围辅助、控制电路构成的。 射频电路中各典型功能模块的分析是我们讨论的主要内容。 Outline收发器Transceiver锁相环PLL功率控制环路APC收发双工器Diplexer衰减网络Attenuation匹配网络Matching滤波网络Filter平衡网络Balance其它 收发器Transceiver收发器即调制解调

2、器 调制：发射时基带信号加载到射频信号 解调：接纳时射频信号过滤出基带信Transceiver根据其任务频率可分为：单频、双频、三频等Transceiver根据其中频特征可分为有中频、零中频、近零中频等 以DB2021为例引见Transceiver UAA3535的内部构造Transceiver UAA3535PhilipsUAA3535是近零中频收发器，它最多可以作三频收发 它内部有： 三个PLL包括一个内置VCO、正交混频解调器、可控增益低噪放大器、混频调制器等它需外接： 13MHz参考基准时钟、RXVCO、TXVCO、基带控制信号等详见UAA3535 Data Sheet 我们需求研讨其

3、内部各重要节点的频率、 带宽，信号转换的流程等细节前往 锁相环PLL锁相环四个根本构成元素锁相环路的性能根本构成电路分析锁相环在手机中运用举例 详见 锁相环四个根本构成元素鉴相器PD鉴频器FD鉴相鉴频PFD： PD/FD/PFD是一个相位/频率比较安装，用来检测输入信 号与反响信号之间的相位/频率差 环路滤波器Loop FilterLP： LP普通为N阶低通滤波器 电压控制振荡器VCO： VCO是一个电压-频率变换安装 ，输出振荡频率应随输 入控制电压线性地变化 参考信号源Reference signal source： 参考信号源提供与反响信号鉴相鉴频用的对比输入信号PLL Block Di

4、agram前往锁相环路的性能锁相环的根本性能包括捕获过程与同步锁相环的根本性能包括捕获过程与同步 1捕获过程的性能指捕获带和捕获时间。捕获过程的性能指捕获带和捕获时间。 捕获带指环路能经过捕获过程而进入同步形状所允捕获带指环路能经过捕获过程而进入同步形状所允许的最大固有频差许的最大固有频差 捕获时间是环路由起始时辰到进入同步形状的时辰捕获时间是环路由起始时辰到进入同步形状的时辰之间的时间间隔之间的时间间隔 Frequency deviation capability the max. PLL capture range 2环路锁定之后稳态频差等于零，进入同步形状。环路锁定之后稳态频差等于零，进

5、入同步形状。稳态相差通常总是存在的，它是一个固定值。稳态相差通常总是存在的，它是一个固定值。环路的跟踪性能环路的跟踪性能 输入信号变化越快，跟踪性能就越差。暂态相位误差输入信号变化越快，跟踪性能就越差。暂态相位误差和稳态相位误差的大小，是衡量环道路性跟踪性能好坏的和稳态相位误差的大小，是衡量环道路性跟踪性能好坏的重要标志。重要标志。环路噪声性能环路噪声性能 噪声包括输入噪声与谐波干扰和内部噪声与谐波干扰，噪声包括输入噪声与谐波干扰和内部噪声与谐波干扰，压控振荡器内部的噪声是主要的噪声源。压控振荡器内部的噪声是主要的噪声源。环路捕获性能环路捕获性能 捕获带越宽越好，捕获时间越短越好，可提高环路捕

6、获带越宽越好，捕获时间越短越好，可提高环路的增益的增益K或者添加滤波器的带宽，但加大环路增益或滤波或者添加滤波器的带宽，但加大环路增益或滤波器带宽往往是与提高环路的跟踪性能和滤波性能的要求相器带宽往往是与提高环路的跟踪性能和滤波性能的要求相矛盾。采用辅助捕获的方法到达目的。包括辅助鉴频和鉴矛盾。采用辅助捕获的方法到达目的。包括辅助鉴频和鉴频鉴相，变带宽和变增益等。频鉴相，变带宽和变增益等。前往根本构成电路分析w鉴相器Phase Detectorw电荷泵环路低通滤波器wCharge PumpLoop Filter w压控振荡器Voltage Controlled Oscillatorw分频器DI

7、V鉴相器Phase Detector在频率合成器中所采用的鉴相器主要有正弦波相在频率合成器中所采用的鉴相器主要有正弦波相位检波器与脉冲取样坚持相位比较器两种。位检波器与脉冲取样坚持相位比较器两种。前往电荷泵环路低通滤波器 Charge PumpLoop Filter电荷泵的的作用主要是：给锁相环路提供理想恒定的电流源，坚持良好的线性关系，使得频率范围易于控制 环路低通滤波器LPF 由PFD的输出信号需经过低通滤波器再去控制VCO。普通采用电阻、电容构成积分方式的低通滤波器，它可以为单阶或多阶滤波器。它的通频带由电阻、电容参数决议，它的截止速度取决于其阶数。环路低通滤波器Low Pass Fil

8、terphasedetectorRzCzCpVCOR4C4To important the transient characteristics The loop can track better a change in input frequencyTo further reduce the phase noise of the charge pump环路低通滤波器的运用举例前往压控振荡器Voltage Controlled Oscillator压控振荡器普通是由变容二极管为主构成的谐振回路： 谐振回路的中心频率由其回路的等效L、C特性决议： 变容二极管的等效电容量由加在其两端的电压控制，这样

9、经过电压的变化就能转换成回路谐振频率的变化，就构成了压控振荡器VCO。LC10VCO的选择要素wHigh spectral puritywLinear voltage-frequency transfer characteristic wGood frequency stability to temperaturewFrequency deviation capability the max. PLL capture rangewTime responsewLow power consumption and Output level wOutput harmonic level and tun

10、ing sensitivitywPhase noise w 详见TXVCO Data Sheetw RXVCO Data Sheetw 前往分频器DIV锁相环通常用于N倍参考频率的发生器： 其中N为分频比，它由环路中分频器DIV提供 参见 rfNf0前往锁相环在手机中运用举例RX接纳频率合成器 前往功率控制环路APC功率控制环路构成： 功率放大器Power Amplifier 功率耦合器Power Coupler 功率检波器Power Detector 功率比较、控制器Power Comparator& Controller 这样构成的环路可以将功率较稳定的控制在我们的设定值上，这个设定值可以

11、随时间根据需求不断变化。功率控制环路构成功率放大器功率放大器功率耦合器功率耦合器检检波波器器功率功率比较比较控制器控制器PISourcefromVCOCouplingPowerPcPo比较信号比较信号用于用户用于用户设定功率值设定功率值耦合检波信号耦合检波信号差值功率差值功率控制信号控制信号功率功率控制控制环路环路前往功率放大器Power Amplifier目前手机用PA普通是厚膜模拟电路制成，它要求将低功率射频信号线性无失真的放大到一定功率值。它的主要参数有：任务频率、带宽最大线性输出功率紧缩点线性放大对输入功率要求输入、输出需求的匹配阻抗任务电源及电压、电流的要求控制信号的方式及要求噪声特

12、性等等 详见PA-BGY280 Data Sheet前往功率耦合器Power Coupler 为了到达功率控制，我们需求运用到的功率传感器就是功率耦合器，普通为Directional Coupler。它的主要参数有：详见其LDC Data Sheet 耦合量Coupling 插入损耗Insertion Loss 隔离度Isolation 方向性Directivity 单位dB 前往Directional CouplerCouplingI/P PIO/P PoO/P PCInsertion LossPC*:Coupling power when incident power in wrong d

13、irection PI*:Incident Power in wrong direction PI :Input powerPO:Output power PC:Coupling powerdB & dBm & dBcdB是一个相对值，它是针对一定参考而言的，它通常用于表示衰减或增益的量。 对电压比： 对功率比：dBm是一个绝对功率值，它是一定功率与一毫瓦的相对值。dBc是一个差值，它表 示两个功率值的差。 oVVlg20oPPlg10mWPdBm1lg10)(P1P221lg10)(PPdBc dB& dBm & dBc 都是对数表示方式，对它们来讲功率的乘除运算变成了它们的加减运算。dB&

14、 dBm & dBc是可以直接相加减的。例如:增益增益 Y dB输入输入X dBm输出输出Z dBm那么输出那么输出Z(dBm)=X+Y 0dBm=1mW 10dBm=10mW 30dBm=1WdB-功率比12dB-169dB-86dB-43dB-20dB-1 -3dB-1/2=0.5 -6dB-1/4=0.25 -9dB-1/8=0.125 -12dB-1/16=0.0625 -15dB-1/32=0.03125 -18dB-1/64=0.015625前往参数计算方法Coupling=Insertion Loss=Isolation=Directivity=Coupling-Isolatio

15、n00lg10ICPP0lg10IOPP0*lg10ICPP计算举例全用对数计算PI :0dBmPC :20dBm PO : -1dBmPI* : 0dBmPC* : -40dBmCoupling=-20dBmInsertion Loss= -1dBmIsolation= -40dBmDirectivity= Coupling- Isolation=20dBm功率检波器Power Detector功率检波器对Coupler的耦合高频信号进展包络检波进而得到一个表达耦合信号幅值大小的检波电压。我们采用二极管负包络检波电路，后级常为低通积分电路。例如：Coupler 输出耦合电容耦合电容Cc检波检

16、波二极管二极管D检波电压输出检波电压输出低通低通积分积分电路电路负包络检波的对二极管要求： 检波二极管D以P极为输入端 检波二极管的极电容要求较小的肖特基二极管，假设极电容过大，将会使负包络过多的耦合流失到低，导致检波效果变差 前往功率比较、控制器 Power Comparator&Controller功率比较、控制器的功能： 功率比较器将功率检波信号与设定功率信号相比较得到一个功率控制信号给功率控制器，由功率控制器产生控制电压给功率放大器PA 它的详细参数详见PCF5078 Data Sheet 功率控制环路APC的运用前往收发双工器Diplexer收发合用一路天线，因此运用天线收发双工器A

17、ntenna Switch4/对发射为对发射为openTXRX为发射波长为发射波长对接纳为对接纳为short收发双工器的特性参数TX/RXFrequency Range (MHz)Insertion Loss (dB)Attenuation(dB)V.S.W.R. Isolation (dB)Harmonics 2xfo, 3xfo (dBc)Power Capacity (dBm) 详见LMC33-07A0524A Data Sheet前往衰减网络Attenuationw为了到达系统中对输入输出功率要求高的部分的功率适配，我们通常在输出端到输入端之间加上功率衰减网络w通常衰减网络方式有：T型

18、、 型w衰减网络的计算w 型衰减网络型衰减网络型衰减网络型衰减网络R1R2R3R1R2R3衰减网络的计算知网络参数求衰减系数A Zin1： 短路输入电抗 Zin2： 开路输入电抗 Zout1：短路输出电抗 Zout2： 开路输出电抗2121212111lg1011lg10)(outoutoutoutininininZZZZZZZZdBAw知衰减系数A求网络参数R0：特性阻抗w 由 求得K值：w w 那么可得对T型： 对型： )(1lg20dBAKoutinVVK 1211203021KKRRKKRRRKKRRKKRRR2111201032衰减网络的作用衰减网络主要是为了使输出功率符合下级输入功

19、率的要求利用衰减网络可以提高系统的信噪比利用50欧姆衰减网络可以缓和前级与后级的阻抗变化 衰减网络的运用前往匹配网络Matchingw匹配的定义：后级输入阻抗与前级输出阻抗共扼w匹配网络的类型：w L型 T型 型w阻抗匹配参见RF Circuit Fundamentals w天线的匹配参见Transmission Line/Smith Chart天线匹配的举例前往滤波网络Filter通用滤波网络电源滤波去耦网络声外表滤波器SAW通用滤波网络滤波器是抑制除特定带宽以外信号及噪声的安装。按照不同规范它可分为： 低通、高通、带通、带阻滤波器； 一阶、二阶、高阶滤波器； 无源滤波器、有源滤波器 以下我

20、们以单阶无源滤波器为例做一些简介3dB3dBRRLLCCUUfffHfL单阶无源低通LP 单阶无源高通HP高频截止频率fH与L、C参数有关低频截止频率fL与L、C参数有关低通滤波器的3dB衰减点的频率为高频截止频率fH，它截止的斜率与其阶数相关高通滤波器的3dB衰减点的频率为低频截止频率fL ，它截止的斜率与其阶数相关假设将低通滤波器和高通滤波器串联，而且 fH fL 就能构成带通滤波器，其通频带为fL fH。假设将低通滤波器和高通滤波器并联，而且 fH fL 就能构成带阻滤波器，其阻频带为fH fL。滤波特性前往电源滤波去耦网络对于射频电路而言，电源稳定由特别重要的意义，不仅它本身不稳定会影

21、响电路性能，而且各用电单元也会以电源为途径相互传送干扰呵斥很大的不稳定因数，去耦即去除电源与用电单元之间的交流耦合。实践电路中电源去耦电路无论在电源输出端还是在用电输入端都需求，而且去耦电路离用电模块越近到达的去耦效果越好。电源滤波去耦网络根本实际我们普通希望电源供电除了开/关时间以外是直流稳定的，不希望它的端电压出现纹波、抖动、跳变等不稳定因数存在，电源去耦网络正是为这些交流成分提供了短路到地的通路。去耦电阻、去耦电容及去耦电感构成的低通网络为电源的交流成分提供一个到地的通路，它们的参数与电源提供的电流量、需求特别滤除的频率成分等相关。电源滤波去耦网络根本构成电源去耦低通滤波网络 如右图：

22、去耦电阻或电感-R/LDecoupling Resistor/Inductor 去耦电容-C1、C2Decoupling Capacitor 以上部分部不要求全部具备， 去耦电阻及去耦电感有时就可不用去耦电阻R在电路中将缓和电源上升、下降沿的速度，从而抑制高频噪声的构成；用用电电单单元元Power BatteryDecouplingResistor/InductorDecouplingCapacitorR/LC1C2去耦电感L在回路中必然妨碍高频交流成分到达隔离效果； 有时，我们还运用扼流磁珠来获得更强的隔离效果。 去耦电容由C1、C2并联分别承当低频、高频交流成分滤波的义务。 电解电容C1普

23、通容量较大在低频时能提供好的通路，而在高频时由于其寄生电感的存在阻抗将变大无法提供滤波通路； 陶瓷电容C2由于其容量普通较小，所以在低频时阻抗较大无法提供滤波通路，而在高频时阻抗变小那么会有很好的滤波特性； 这样可以看出C1、C2的滤波特性是互补的，需求同时利用才干得到较宽频的有效滤波范围。 当然，假设需求更宽的滤波频段还可用更多不同 类型的电容并联得到。 详见电源滤波去耦网络的运用电源去耦电路参数的选择C1的选择： 假设电源提供电流为I， 那么 K取10是阅历比例 普通运用时取电容标称值在计算值附近就可以了C2的选择： C2位高频陶瓷电容，普通在0.1uF以下取值 trUBurstUtIKC

24、r1前往声外表滤波器SAW 在手机中，接受信号从天线开关到接纳处置电路之间采用声外表滤波器SAW声外表滤波器SAW可以提供较宽的通频带、较低的损耗，此外有的SAW器件还集成有将非平衡信号转换为平衡信号的功能。SAW的滤波特性详见 SAW Data Sheet lc03c lc66e前往平衡网络BalanceBalance电路构成： UI 分别经过低通、高通得到反相的UO1 、UO2LCCULjCjCjUUIIo11111LCCLUIUO1UO2CLLULjCjLjUUIIo112RdiffRsRsRs：特性阻抗 Rdiff ：输入阻抗由计算可知UO1 、UO2一直有180度相差Differen

25、tial适宜在Balance系统上传输。L、C的取值要求： f：系统中心频率 Rs：特性阻抗 Rdiff ：输入阻抗该电路能够集成于SAW中diffsdiffsRRfCfRRL212差模、共模在Balance系统上的传输差模Differential Mode A B B的传输量为A的一半共模Common ModeI/PO/PI/PO/PI/PO/PC前往其它稳压管、限幅管、静电放电器的比较上拉、下拉电阻数字控制信号的高频抑制措施隔直Block电容稳压管、限幅管、静电放电器的比较稳稳 压压 管管稳压管将输出电压稳定稳压管将输出电压稳定在其标称值上，常用于在其标称值上，常用于低压直流稳压电源电路低压直流稳压电源电路限限 幅幅 管管限幅管将输出电压限定限幅管将输出电压限定在一定的范围内，超出在一定的范围内，超出要求范围的部分由它消要求范围的部分由它消耗到地，保证了后级电耗到地，保证了后级电路、器件的平安任务路