GSM手机射频射频收、发机介绍

1、)lg(10)(21xxdBxdBm 表示dB毫瓦，是绝对功率单位)1lg(10)(mWpdBmx 1cos f 0cos f 0101coscos)2/1 (ffff 变频分类 射频与基带信号间可以通过多次频率变换实现相互转换，发射机通常采用二次变频的方式实现，接收机则有三种方式实现射频变换到基带 二次变频 零中频变频 低中频变频 带通滤波 低噪声放大 第一次变频 中频滤波 可变增益放大 第二次变频 I Q RF输入 零中频变频 优点：结构简单，便于集成，成本低 缺点：存在直流漂移干扰问题 带通滤波 低噪声放大 变频 低通滤波 可变增益放大 Q RF输入 I 带 通 滤波 低 噪 声放 大

2、变 频 低 通滤 波 模 数 转换 I Q R F 输 入 可 变 增益 放 大 数 字 变 频 数 字 滤 波 数模转 换 f ( MHz ) P ( d Bm) 杂散 噪声 发射电路上重点抑制杂散；接收电路上重点抑制噪声7.参考灵敏度与整机灵敏度 参考灵敏度是描述手机在没有外来干扰的情况下接收信号能力的指标，通常通过电缆连接来测试，主要受以下几方面因素的影响： 1. 基带编码的抗干扰能力 2. 射频对噪声的抑制能力 3. 射频对有用信号的衰减量 4. 信道带宽 整机灵敏度是描述手机整机接收信号能力的指标，主要受以下因素的影响： 1. 天线的性能 2. 手机主板的参考灵敏度 3. 手机的结构

3、设计 4. 屏、FPC、电池等其他附件 射频系统由射频接收和射频发射两部分组成。射频接收电路完成接收信号的滤波、信号放大、解调等功能；射频发射电路主要完成语音基带信号的调制、变频、功率放大等功能。手机要得到GSM系统的服务,首先必须有信号强度指示,能够进入GSM网络。手机电路中不管是射频接收系统还是射频发射系统出现故障,都能导致手机不能进入GSM网络。 手机射频单元包括以下部分： 1.收发信单元 2.功率放大单元 3.开关单元 4.天线单元在手机接收机电路中,主要有以下几个不同的功能电路，组合而成。接收天线接收天线(ANT)：作用是将高频电磁波转化为高频信号电流。双工滤波器：双工滤波器：作用是

4、将接收射频信号与发射射频信号分离,以防止强的发射信号对接收机造成影响。双工滤波器包含一个接收滤波器和一个发射滤波器,它们都是带通射频滤波器。天线开关：天线开关：作用同双工滤波器，由于GSM手机使用了TDMA技术,接收机与发射机间歇工作,天线开关在逻辑电路的控制下,在适当的时隙内接向接收机或发射机通道。射频滤波器：射频滤波器：是一个带通滤波器,只允许接收频段的射频信号进入接收机电路。低噪声放大器低噪声放大器(LNA): 作用是将天线接收到的微弱的射频信号进行放大,以满足混频器对输入信号幅度的需要,提高接收机的信噪比。混频器混频器(MIx):是一个频谱搬移电路,它将包含接收信息的射频信号转化为一个

5、固定频率的包含接收信息的中频信号。它是接收机的核心电路。中频滤波器中频滤波器:中频滤波器在电路中只允许中频信号通过,它在接收机中的作用比较重要。中频滤波器防止邻近信道的干扰,提高邻近信道的选择性。中频放大器中频放大器:中频放大器主要是提高接收机的增益，接收机的整个增益主要来自中频放大。射频射频VCO:在不同的手机电路中的英文缩写不同,常见的有RXVCO(诺基亚、爱立信及其他部分手机常见)、PFVCO(三星手机常见)、UHFVCO(诺基亚手机常见)、MAINVCO(摩托罗拉手机常见)等。它给接收机提供第一本机振荡信号；给发射上变频器提供本机振荡信号,得到最终发射信号；给发射交换模块提供信号,经处

6、理得到发射参考中频信号。中频中频VCO:通常被称为IFVCO或VHFVCO,若接收有第二混频器的话,给接收机的第二混频器提供本机振荡信。在一些手机电路中,给RXI/Q解调电路提供参考振荡信号。 语音处理部分语音处理部分:语音处理部分包含几个方面,首先RXI/Q信号在逻辑电路中进行GSMK解调,然后进行解密、去分间插入等处理,然后将这个信号进行PCM解码,还原出模拟的话音信号1、低噪声放大器、低噪声放大器低噪声放大器（LNA）被用来将天线收到的微弱的无线蜂窝信号，放大到混频器所需要的幅度。如果低噪声放大器损坏,通常会造成手机接收信号差的故障。低噪声放大器通常又称为前置射频放大器，前置射频放大器是

7、移动通信接收机最常用的一种小信号放大器，由于此类放大器常用低噪声器件来实现，故又称为低噪声放大器。 2、混频电路、混频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。混频器是超外差接收机的核心电路,如接收机的混频器出现故障

8、,则无接收中频输出,造成手机无接收信号、不能上网等故障。当变频器的输出为信号频率与本振信号之和,且比信号频率高时,所用的变频器被称为上边带上变频。当变频器的输出信号为信号频率与本振信号之差,且比信号频率高时,所用的变频器被称为下边带上变频。混频器包括晶体管混频器、场效应管混频器、肖特基势垒二极管混频器以及集成混频器等。混频器的主要指标混频器的主要指标变频损耗变频损耗混频器的变频损耗定义为混频器射频输入端口的微波信号功率与中频输出端信号功率之比。主要有电路失配损耗、非线性器件的固有结损耗及非线性电导净变频损耗等引起的。混频器的总变频损耗包括：由寄生频率成分引起的净变频损耗，由混频器件寄生参量引起

9、的寄生参量变频损耗，由混频器输入、输出端口失配引起的失配损耗。其中净变频损耗是描述从信号端口到中频端口的传输特性。由于混频器是一个三端口网络，除信号口和中频口外，镜频口的状态将直接影响这个传输特性，在实际的分析中我们应该考虑到镜频口的影响。寄生参量损耗为非线性器件输入微波资用功率与结输出有用功率之比。失配损耗一般是通过电压驻波比来描述的。变频增益变频增益混频器中频输出电压振幅与高频输入信号电压振幅之比称为混频器的电压增益或放大系数。我们也可通过功率之比来描述变频增益，显然变频增益高对提高接收机灵敏度有很大的作用。噪声系数噪声系数混频器紧跟在LNA后面，属于接收机的前端电路，它的噪声性能对接收机

10、的影响很大。一般来说，FET的噪声系数比BJT的噪声系数低，相对于FET混频器而言，BJT混频器的应用领域在于需要高变频效率和低偏置电压的场合（如用电池供电的系统）。按照不同的应用，混频器的噪声系数可分为双边（DSB）和单边（SSB）噪声系数。对于超外差接收机，射频信号位于本振信号的一侧，经过混频后，混频器不仅将有用信号频带内的噪声搬移到了中频，并且还将位于镜像频带内的噪声也搬移到了中频，此时测得的混频器噪声系数称为混频器的单边噪声系数（SSB）。对于零中频方案，由于射频频率和本振频率相等，若信号为已调信号，它的频谱位于载频两边。则经过混频后，它仅将信号频带内的噪声搬到零中频的频带内。对于信号

11、频谱位于本振信号两侧的情况，这时混频器的噪声系数称为混频器的双边噪声系数。线性特性线性特性（1）1dB压缩点压缩点在正常工作情况下，射频输入电平远低于本振电平，此时中频输出将随射频输入线性变化，当射频电平增加到一定程度时，中频输出随射频输入增加的速度减慢，混频器出现饱和。当中频输出偏离线性1dB时的射频输入功率为混频器的1dB压缩点。对于结构相同的混频器，1dB压缩点取决于本振功率大小和非线性器件特性，一般比本振功率低6dB。（2）三阶互调）三阶互调假如有两个频率相近的微波信号fs1和fs2和本振fLO一起输入到混频器，由于混频器的非线性作用，将产生交调，其中三阶交调可能出现在输出中频四周的地

12、方，落入中频通带以内，造成干扰，通常用三阶交调抑制比来描述，即有用信号功率与三阶交调信号功率比值，常表示为dBc。因中频功率随输入功率成正比，当微波输入信号减小1dB时，三阶交调信号抑制比增加2dB。（3）动态范围）动态范围动态范围是指混频器正常工作时的微波输入功率范围。其下限因混频器的应用环境不同而异，其上限受射频输入功率饱和所限，通常对应混频器的1dB压缩点。隔离度隔离度混频器隔离度是指各频率端口间的相互隔离，包括本振与射频，本振与中频，及射频与中频之间的隔离。隔离度定义为本振或射频信号泄漏到其它端口的功率与输入功率之比，单位dB。本振功率本振功率混频器的本振功率是指最佳工作状态时所需的本

13、振功率。原则上本振功率愈大，动态范围增大，线性度改善（1dB压缩点上升，三阶交调系数改善）。中频剩余直流偏差电压中频剩余直流偏差电压当混频器作鉴相器时，只有一个输入时，输出应为零。但由于混频管配对不理想或巴伦不平衡等原因，将在中频输出一个直流电压，即中频剩余直流偏差电压。这一剩余直流偏差电压将影响鉴相精度。阻抗匹配阻抗匹配鉴相器（鉴相器（PD）鉴频器（）鉴频器（FD）鉴相鉴频（）鉴相鉴频（PFD）：）： PD/FD/PFD是一个相位/频率比较装置，用来检测输入信号与反馈信号之间的相位/频率差。环路滤波器环路滤波器Loop Filter（LP）：）： LP一般为N阶低通滤波器电压控制振荡器（电压

14、控制振荡器（VCO）：）： VCO是一个电压-频率变换装置 ，输出振荡频率应随输入控制电压线性地变化。压控振荡器一般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特性决定。变容二极管的等效电容由加在其两端的电压控制，这样通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。 参考信号源（参考信号源（Reference signal source）：）： 参考信号源提供与反馈信号鉴相鉴频用的对比输入信号。 分频器（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rfNf0锁相环的性能：锁相环的性能：

15、 锁相环的基本性能包括捕获过程与同步锁相环的基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。 捕获带指环路能通过捕获过程而进入同步状态所允许的最大固有频差 。 捕获时间是环路由起始时刻到进入同步状态的时刻之间的时间间隔。 Frequency deviation capability the max. PLL capture range （2）环路锁定之后稳态频差等于零，进入同步状态。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。暂态相位误差和稳态相位误差的大小，是衡量环路线性跟踪性能好坏的重要标志。环路噪声性能环路噪

16、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，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，可提高环路的增益K或者增加滤波器的带宽，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矛盾。采用辅助捕获的方法达到目的。包括辅助鉴频和鉴频鉴相，变带宽和变增益等。4、功率放大器、功率放大器手机电路中的功率放大器都是高频宽带功率放大器。顾名思义,高频功率放大器用于放大高频信号,并获得足够大的输出功率。它广泛用于发射机、高频加热装置和微波功率源等电子设备申。根据工作频带的宽窄不同,高频功放可分为窄带型和宽带型两大类。所谓频带的宽窄,指的不是绝对频带,而是相对频带,即通频带与其中心频率的比值。宽带型高频功放是采用工作频带很宽的传输线变压器作为负载的功率合成器,由于采用谐振网络,因此可以在很宽的范围内变换工作频率而不必调谐。传输线变压器是由绕在高导磁率磁环上的传输线构成的。在一些手机电路中,广泛使用微带线(见手机元件识别)电路。调制后的射频信号经功率放大后,就可以进行传输。我们把这个功率放大器称为发射功率放大器，对于发射功率放大器需能在一给定频率上或频率范围内输出一定的发射功