手机射频原理与电路

GSM手机射频工作原理与电路分析2023/9/231RFDBTEL2023/9/232RFDBTELOutline匹配网络（Matching）收发双工器（Diplexer）声表面波滤波器(SAW)平衡网络（Balance）锁相环（PLL）收发器（Transceiver）衰减网络（Attenuation）功率控制环路（APC）滤波网络（Filter）其它2023/9/233RFDBTEL匹配网络（Matching）匹配的定义：后级输入阻抗与前级输出阻抗共扼匹配网络的类型：L型T型Π

型2023/9/234RFDBTEL天线匹配的举例返回2023/9/235RFDBTEL收发双工器（Diplexer）收发合用一路天线，因此使用天线收发双工器（AntennaSwitch）对发射为openTXRX为发射波长对接收为short2023/9/236RFDBTEL收发双工器的特性参数（TX/RX）FrequencyRange(MHz)InsertionLoss(dB)Attenuation(dB)V.S.W.R.Isolation(dB)Harmonics2xfo,3xfo(dBc)PowerCapacity(dBm)

详见LMC33DataSheet返回2023/9/237RFDBTEL声表面滤波器（SAW）

在手机中，接受信号从天线开关到接收处理电路之间采用声表面滤波器（SAW）声表面滤波器（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SAWDataSheet

lc03c

lc66e返回2023/9/238RFDBTEL平衡网络（Balance）Balance电路构成：UI分别经过低通、高通得到反相的UO1、UO2LCCLUIUO1UO2RdiffRsRsRs：特性阻抗Rdiff：输入阻抗2023/9/239RFDBTEL由计算可知UO1、UO2始终有180度相差（Differential）适合在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：输入阻抗该电路可能集成于SAW中2023/9/2310RFDBTEL差模、共模在Balance系统上的传输差模（DifferentialMode）AB

B的传输量为A的一半共模（CommonMode）I/PO/PI/PO/PI/PO/PC返回2023/9/2311RFDBTEL锁相环（PLL）锁相环应用于滤波、频率综合、调制解调、信号与检测等多个方面。锁相环四个基本构成元素基本构成电路分析锁相环在手机中应用举例

2023/9/2312RFDBTEL锁相环四个基本构成元素鉴相器（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LoopFilter（LP）：

LP一般为N阶低通滤波器电压控制振荡器（VCO）：

VCO是一个电压--频率变换装置，输出振荡频率应随输入控制电压线性地变化参考信号源（Referencesignalsource）：

参考信号源提供与反馈信号鉴相鉴频用的对比输入信号2023/9/2313RFDBTELPLLBlockDiagram返回2023/9/2314RFDBTEL基本构成电路分析鉴相器（PhaseDetector）电荷泵——环路低通滤波器（ChargePump——LoopFilter）压控振荡器（VoltageControlledOscillator）分频器（DIV）2023/9/2315RFDBTEL鉴相器（PhaseDetector）鉴相器的主要作用:检测输入信号与反馈信号之间的相位差。鉴相器的数学模型：返回Kdsin()+θ1(t)θv(t)θe(t)=θ1(t)-θv(t)Vd(t)=Kdsinθe(t)鉴相器的数学模型2023/9/2316RFDBTEL电荷泵——环路低通滤波器

（

ChargePump——LoopFilter）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，保持良好的线性关系，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。一般采用电阻、电容构成积分形式的低通滤波器，它可以为单阶或多阶滤波器。它的通频带由电阻、电容参数决定，它的截止速度取决于其阶数。2023/9/2317RFDBTEL环路低通滤波器（LowPassFilter）phasedetectorRzCzCpVCOR4C4ToimportantthetransientcharacteristicsTheloopcantrackbetterachangeininputfrequencyTofurtherreducethephasenoiseofthechargepump2023/9/2318RFDBTEL环路低通滤波器的应用举例返回2023/9/2319RFDBTEL压控振荡器

（VoltageControlledOscillator）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量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。2023/9/2320RFDBTEL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《分频器》返回2023/9/2321RFDBTEL锁相环在手机中应用举例RX（接收）频率合成器

2023/9/2322RFDBTELTX-VCO锁相环路

2023/9/2323RFDBTEL收发器（Transceiver）收发器即调制解调器

调制：发射时基带信号加载到射频信号

解调：接收时射频信号过滤出基带信Transceiver根据其工作频率可分为：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DB2009为例介绍TransceiverUAA3535的内部结构2023/9/2324RFDBTELTransceiverUAA3535（Philips）UAA3535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UAA3535DataSheet

我们需要研究其内部各重要节点的频率、带宽，信号转换的流程等细节2023/9/2325RFDBTEL返回2023/9/2326RFDBTEL衰减网络（Attenuation）为了达到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通常衰减网络形式有：T型、Π

型衰减网络的计算

型衰减网络型衰减网络R1R2R3R1R2R32023/9/2327RFDBTEL衰减网络的计算已知网络参数求衰减系数AZin1：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2023/9/2328RFDBTEL已知衰减系数A求网络参数（R0：特性阻抗）由求得K值：

则可得对T型：对Π型：

2023/9/2329RFDBTEL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

2023/9/2330RFDBTEL衰减网络的应用返回2023/9/2331RFDBTEL功率控制环路（APC）功率控制环路构成：

功率放大器（PowerAmplifier）

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，这个设定值可以随时间根据需要不断变化。2023/9/2332RFDBTEL功率控制环路构成功率放大器功率耦合器检波器功率比较控制器PISourcefromVCOCouplingPowerPcPo比较信号用于用户设定功率值耦合检波信号差值功率控制信号功率控制环路返回2023