通信电路沈伟慈 第10章

1、第第1010章章 实用通信系统电路分析实用通信系统电路分析 10.1 通信系统电路识图与分析方法通信系统电路识图与分析方法 10.2 无绳电话机电路分析无绳电话机电路分析第第10 10章章 实用通信系统电路分析实用通信系统电路分析第第1010章章 实用通信系统电路分析实用通信系统电路分析 (1) 熟悉或掌握各种基本功能电路的组成、 工作原理、 主要元器件参数范围、 性能指标以及对前后级电路的要求等知识。 (2) 熟悉或掌握各种通信系统的组成方框图和信号流程图。 (3) 熟悉或掌握常用的几种电路分析方法， 例如直流或交流（低频或高频）等效电路分析法、 电路的时域或频域分析法、电路的线性（如拉氏变

2、换法）或非线性（如折线法）分析法等等。10.1 通信系统电路识图与分析方法通信系统电路识图与分析方法第第1010章章 实用通信系统电路分析实用通信系统电路分析 10.1.1 集成电路芯片内电路的识图和分析集成电路芯片内电路的识图和分析 模拟通信集成电路内部的基本电路单元主要有以下三种：以差分电路为主的放大电路、双差分模拟乘法电路和恒流恒压电路。在前两种电路中，常采用射随器作阻抗变换或起隔离作用，采用共射共基组态展宽频带和提高稳定性。 片内的单级或多级放大电路可以在外接LC回路、RC元件或晶振等不同情况下，分别实现放大、振荡、滤波、调频、 倍频和斜率鉴频等不同功能。片内的模拟乘法电路可以在外接L

3、C回路或RC元件时，分别实现调幅、 同步检波、 相位鉴频、混频和鉴相等不同功能。恒流恒压电路为放大电路和乘法电路提供恒定电流和偏压，恒流源还常常作为有源负载，是不可缺少的辅助电路。镜像恒流源或比例恒流源是一种常见的恒流电路，恒压电路通常由恒流源和稳压二极管组成。第第1010章章 实用通信系统电路分析实用通信系统电路分析 了解了通信集成电路的以上特点之后， 可以按照以下步骤和方法进行识图和分析。 （1）浏览全图，先找出其中含有的差分放大电路或乘法电路，分别确定它们的实际功能， 同时找出为它们提供恒流或恒定偏压的电路。 由于差分电路的结构特点比较明显， 故这部分电路很容易发现。 （2） 根据该集成

4、电路的功能和第（1）步的结果， 将整个电路大致分成几个部分（如有内部功能框图更好）， 然后从电路的输入管脚开始， 按照信号流程， 一个部分一个部分地进行分析， 直至电路的最后输出管脚。第第1010章章 实用通信系统电路分析实用通信系统电路分析 （3） 在分析芯片内部电路时， 对于各种功能电路的基本组成和工作原理要能够心中有数。 要弄清楚芯片中每个功能电路的输入端和输出端， 注意与其有关的外接元器件所起的作用。 一般来说， 芯片的输入端、 输出端以及片内各功能电路之间常有射随器起阻抗变换或隔离作用。 对于差分电路， 要认清是单端输入还是双端输入， 是单端输出还是双端输出， 输出与输入之间是否有反

5、馈， 输出与输入之间的相位关系如何， 等等。 差分电路常采用恒流源作为源负载。 （4） 分析芯片内部电路时应采取先主要后次要、 先易后难的原则。 对于疑难部分电路， 可根据它与周围已弄清楚部分电路的连接关系， 采用相应的电路分析方法进行试探研究。第第1010章章 实用通信系统电路分析实用通信系统电路分析 10.1.2 分立元器件电路的识图和分析分立元器件电路的识图和分析 在目前的通信系统中，分立元器件电路仍然是不可能被完全替代的。根据分立元器件电路的性能特点，它通常处于系统中与天线相邻的高频端（利用其高频性能好的优点）和与扬声器、 显示器等相邻的低频端（利用其能提供大电流、 高电压的优点），并

6、且可作为集成电路芯片的必要外接，实现一些集成电路不能或不易完成的功能。第第1010章章 实用通信系统电路分析实用通信系统电路分析 分立元器件电路的识读和分析应以晶体管（或场效应管）为核心。 晶体管电路通常可用作天线之后的高频小信号放大、 高频振荡和混频、 低频与高频功放、 有源滤波等等。 晶体管电路常常是交流耦合， 分析时要注意它的直流通路和交流通路， 正确区分它的不同组态（共射、 共基、 共集或组合状态）， 确定它的功能和作用。 在分析时， 还要注意晶体管电路是否有反馈支路， 并判断是负反馈还是正反馈， 是否有AGC功能。 第第1010章章 实用通信系统电路分析实用通信系统电路分析 LC回路

7、、 RC网络以及实现耦合、 去耦、 加重、 旁路、 移相、 扼流、 微分、 积分等功能的电感电容是通信系统中大量存在的分立元件。 分析时要注意和它们有关的时间常数、 截止频率、 中心频率、 工作频率时的容抗值或感抗值等等， 从而明确它们在电路中所起的作用以及对不同频率信号的影响。第第1010章章 实用通信系统电路分析实用通信系统电路分析 10.1.3 整机电路的识图和分析 以上两小节分别介绍了集成电路和分立元器件电路的识图及分析方法。 在实际通信系统中， 既有集成电路， 也有分立元器件电路， 应该按照怎样的步骤进行识图和分析呢？ 首先需要弄清楚系统中每个集成电路芯片的功能和内部框图， 按照10

8、.1.1节的方法进行识图和分析。 然后找出系统内主要的分立晶体管（或场效应管）电路的位置和结构， 并据此大致确定各自的功能， 可以采用10.1.2节介绍的方法。第第1010章章 实用通信系统电路分析实用通信系统电路分析 在掌握了各集成电路和主要分立晶体管（或场效应管）电路的位置、 结构和功能的基础上， 画出主要单元电路框图， 然后就可以进行整机电路的分析了。 从系统输入端开始， 按照信号流程， 逐一进行分析， 将各单元电路框连接起来， 同时根据信号走向， 补充一些新的单元电路框， 直至系统输出端结束， 最后给出一个完整的系统功能与信号流程图。 在整机识图与分析时， 还应注意以下几点。第第101

9、0章章 实用通信系统电路分析实用通信系统电路分析 （1） 某些电路功能可能是由若干集成电路芯片内部电路与外接分立元器件电路共同实现的， 例如组成锁相频率合成器的鉴相器、 有源环路滤波器和晶体振荡器中的放大电路以及分频计数器等可能由几片集成电路组成， 压控振荡器可能包括分立元器件， 而RC滤波元件、 陶瓷滤波器、 晶体和其它一些耦合元件等肯定是分立的。 在这种情况下， 一定要注意相关电路和元器件之间的互联关系。第第1010章章 实用通信系统电路分析实用通信系统电路分析 （2） 在某些端口处可能出现信号分路或者合路的情况， 分析时不要遗漏或出错。 例如进行同步解调时， 经常需要先从接收信号中提取载

10、波信号， 故需要进行分路； 在压控振荡电路中， 加在变容二极管上的电压不仅有直流偏压， 而且有交流控制信号， 有时交流控制信号还不止一个， 故存在合路情况。第第1010章章 实用通信系统电路分析实用通信系统电路分析 10.2 无绳电话机电路分析无绳电话机电路分析10.2.1 手机的基本组成手机的基本组成 HW8889（3）P/T Sd型无绳电话有10对信道， 其中主机发射/手机接收频率为45.25045.475 MHz， 手机发射/主机接收频率为48.25048.475 MHz。 图10.2.1是手机组成方框图。第第1010章章 实用通信系统电路分析实用通信系统电路分析 图10.2.1 手机组

11、成方框图第第1010章章 实用通信系统电路分析实用通信系统电路分析 手机电路由微处理器MCU、 发送电路、 接收电路、 频率合成器、 压缩器和扩张器（简称压扩器）、 键盘和振铃电路等部分组成。 其中， 发送电路由分立元器件组成， 接收电路由集成电路MC3361A（MC3361A与MC3361B基本相同）和分立元器件组成， 压扩器采用集成电路3N74N， 锁相频率合成器采用集成电路SM5132NS。 MCU控制收发电路， 兼有拨号、 振铃信号检测等多种控制功能。第第1010章章 实用通信系统电路分析实用通信系统电路分析 为了提高无绳电话的抗干扰能力， 需要增大话音信号的信噪比， 故对于话音中的弱

12、信号必须设法增强。 但是， 话音中的信号太强时又容易产生失真， 故对于强信号应该设法减弱。 因此， 在发送端对话音信号中的低电平部分应适当提高， 高电平部分应适当降低， 即对整个振幅的动态范围先进行压缩处理后再进行调制。 显然， 在接收端必须对解调后的话音信号进行扩张处理， 而且扩张比应与原压缩比相对应。 通常将压缩器和扩张器做在一块集成电路芯片上， 称为压扩器， 例如3N74N。第第1010章章 实用通信系统电路分析实用通信系统电路分析 频率合成器SM5132NS内部包括10.24 MHz晶体振荡器（晶体需外接），两个鉴相器（PD1和PD2）和三个分频器， 如图10.2.2所示。其中一个前置

13、固定分频器的分频比为2048， 可将10.24 MHz的晶振信号分频后产生5 kHz的基准频率信号， 作为PD1和PD2的输入参考频率。 另外两个可变分频器中， 一个（FD2）存有产生10个信道手机和主机的发射载频所需的分频比， 另一个（FD1）存有产生10个信道手机和主机接收时产生第一本振频率所需的分频比，共40个分频比。选择手机或主机的哪一组信道分频比由MCU控制，从SM5132NS的脚输入控制数据。 SM5132NS中的两个鉴相器、 两个可变分频器分别和外接的两个低通滤波器、 两个VCO组成了两个锁相频率合成器，分别提供发射载频信号和接收第一本振频率信号。第第1010章章 实用通信系统电

14、路分析实用通信系统电路分析 图10.2.2 SM5132NS内部主要框图 第第1010章章 实用通信系统电路分析实用通信系统电路分析 发射通道与接收通道共用一个天线。 由于手机发射载频与接收载频相差3 MHz（例如手机发射载频用48.250 MHz， 则接收载频为45.250 MHz）， 故两个通道各采用不同中心频率的LC选频网络就能进行区分。 这就是双工器的作用。第第1010章章 实用通信系统电路分析实用通信系统电路分析 10.2.2 发送通道电路分析发送通道电路分析 图10.2.3是手机收发电路图。 发送通道电路在全图的下半部分， 主要由3N74N中的压缩器、 V517直接调频电路和V51

15、6高频功放电路三部分组成。 V512C和V511C提供正电源电压UCC。第第1010章章 实用通信系统电路分析实用通信系统电路分析 图10.2.3手机收发电路图第第1010章章 实用通信系统电路分析实用通信系统电路分析 送话器MIC输出的话音信号经C546耦合， 进入3N74N的脚， 压缩后从14脚输出。V517和L513， C535C538以及变容二极管V2组成电容三点式压控振荡器。 其中V2的直流偏压由MCU的DAO端输出电平提供， 另外两个控制电压分别来自于SM5132NS的11脚输出和3N74N的14脚输出。 若不考虑3N74N输出的话音信号， 则压控振荡器和SM5132NS组成的锁相

16、频率合成器产生稳定的发射载频信号。其中， 压控振荡器输出从V517的发射极经C559耦合从脚进入SM5132NS内的可变分频器， 然后作为鉴相器PD2的一个输入与另一输入（5 kHz参考频率信号）进行比较， 其相位误差电压从11脚输出， 经R537C543低通滤波器后加到V2上。 若进一步考虑3N74N的输出话音信号， 则这一低频交流控制信号将调节V2的电容值， 从而使压控振荡器产生调频信号。第第1010章章 实用通信系统电路分析实用通信系统电路分析 锁相调频电路输出的调频信号经C534耦合到V516组成的丙类高频功放电路， L511和L512是其输出匹配网络。 放大后的信号经C531耦合，

17、通过L501、 L502和C501组成的具有低通性质的T型网络从天线输出。 显然， 此T型网络的截止频率较高， 应该让50 MHz以下的信号通过。第第1010章章 实用通信系统电路分析实用通信系统电路分析 10.2.3 接收通道电路分析接收通道电路分析 接收部分主要由V501第一混频电路、V508第一本振电路、 MC3361A中的第二混频电路和相位鉴频电路以及3N74N中的扩张器几部分组成。 从天线输入的射频信号经T型网络，C502耦合后进入第一混频电路。 通往发射和接收两个通道的耦合电容C531、 C502均为5 pF， 数值较小， 对50 MHz频率产生的容抗为637 。 采用小电容耦合，

18、一则可以阻挡从天线进来的低于手机工作频率的噪声， 二则可以对发射、 接收两通道起相互隔离的作用。L503、 L504、 L505和C503组成输入选频网络。 第第1010章章 实用通信系统电路分析实用通信系统电路分析 第一本振信号由V508和L509、 C509C512以及变容二极管V1组成的电容三点式压控振荡器产生， 然后经V507射随， 变压器L508耦合到V501的发射极。 此压控振荡器和SM5132NS内的鉴相器PD1、 晶体振荡器与分频器以及R509、 C513组成的低通滤波器一起组成了锁相频率振荡器， PD1的一个输入是从V508发射极经C508耦合从14脚进入片内的可变分频器FD1， 然后再给出的频率信号， 另一个输入是由片内固定分频器提供的5 KHz参考频率信号， 输出相位误差电压从13脚取出， 经RC低通滤波器后调节V1的电容值。第第1010章章 实用通信系统电路分析实用通信系统电路分析 V501产生的10.7 MHz第一中频信号经陶瓷带通滤波器CF1后从16脚进入MC3361A内的第二混频电路， 第二混频电路的本振信号是从脚输入的，它来自于SM5132NSGFDA6脚输出的10.24 MHz信号。