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1、第二部分 原 理 篇 第一章 手機(jī)的功能電路 ETACS、GSM蜂窩手機(jī)是一個工作在雙工狀態(tài)下的收發(fā)信機(jī)。一部移動電話包括無線接收機(jī)(Receiver)、發(fā)射機(jī)(Transmitter)、控制模塊(Controller)及人機(jī)界面部分(Interface)和電源(Power Supply)。 數(shù)字手機(jī)從電路可分為，射頻與邏輯音頻電路兩大部分。其中射頻電路包含從天線到接收機(jī)的解調(diào)輸出，與發(fā)射的I/Q調(diào)制到功率放大器輸出的電路；邏輯音頻包含從接收解調(diào)到，接收音頻輸出、發(fā)射話音拾取(送話器電路)到發(fā)射I/Q調(diào)制器及邏輯電路部分的中央處理單元、數(shù)字語音處理及各種存儲器電路等。見圖1-1所

2、示 從印刷電路板的結(jié)構(gòu)一般分為：邏輯系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)、電源系統(tǒng)，3個部分。在手機(jī)中，這3個部分相互配合，在邏輯控制系統(tǒng)統(tǒng)一指揮下，完成手機(jī)的各項功能。 圖 1-1手 機(jī) 的 結(jié) 構(gòu) 框 圖 注：雙頻手機(jī)的電路通常是增加一些DCS1800的電路,但其中相當(dāng)一部分電路是DCS與GSM通道公用的。 第二章 射 頻 系 統(tǒng) 射頻系統(tǒng)由射頻接收和射頻發(fā)射兩部分組成。射頻接收電路完成接收信號的濾波、信號放大、解調(diào)等功能；射頻發(fā)射電路主要完成語音基帶信號的調(diào)制、變頻、功率放大等功能。手機(jī)要得到GSM系統(tǒng)的服務(wù),首先必須有信號強(qiáng)度指示,能夠進(jìn)入G

3、SM網(wǎng)絡(luò)。手機(jī)電路中不管是射頻接收系統(tǒng)還是射頻發(fā)射系統(tǒng)出現(xiàn)故障,都能導(dǎo)致手機(jī)不能進(jìn)入GSM網(wǎng)絡(luò)。 對于目前市場上愛立信、三星系列的手機(jī),當(dāng)射頻接收系統(tǒng)沒有故障但射頻發(fā)射系統(tǒng)有故障時,手機(jī)有信號強(qiáng)度值指示但不能入網(wǎng)；對于摩托羅拉、諾基亞等其他系列的手機(jī),不管哪一部分有故障均不能入網(wǎng),也沒有信號強(qiáng)度值指示。當(dāng)用手動搜索網(wǎng)絡(luò)的方式搜索網(wǎng)絡(luò)時,如能搜索到網(wǎng)絡(luò),說明射頻接收部分是正常的；如果不能搜索到網(wǎng)絡(luò),首先可以確定射頻接收部分有故障。 而射頻電路則包含接收機(jī)射頻處理、發(fā)射機(jī)射頻處理和頻率合成單元。 第一節(jié) 接收機(jī)的電路結(jié)構(gòu) 移動通信設(shè)備常采用超外差變頻接收機(jī)，這是因為天

4、線感應(yīng)接收到的信號十分微弱,而鑒頻器要求的輸人信號電平較高,且需穩(wěn)定。放大器的總增益一般需在120dB以上,這么大的放大量,要用多級調(diào)諧放大器且要穩(wěn)定,實際上是很難辦得到的，另外高頻選頻放大器的通帶寬度太寬,當(dāng)頻率改變時,多級放大器的所有調(diào)諧回路必須跟著改變，而且要做到統(tǒng)一調(diào)諧,這是難于做到的。超外差接收機(jī)則沒有這種問題,它將接收到的射頻信號轉(zhuǎn)換成固定的中頻,其主要增益得自于穩(wěn)定的中頻放大器。 手機(jī)接收機(jī)有三種基本的框架結(jié)構(gòu),一是超外差一次變頻接收機(jī),二是超外差二次變頻接收機(jī),三是諾基亞的直接變換線性接收機(jī)。 我們通常講的手機(jī)電路結(jié)構(gòu)主要是指射頻電路的結(jié)構(gòu),不同廠家的手機(jī)的射頻電路結(jié)構(gòu)有一

5、些差異,但不同手機(jī)廠家的手機(jī)中的邏輯音頻電路結(jié)構(gòu)卻大都一致,同一手機(jī)廠家出品的手機(jī)的射頻電路也基本土是一致的。 超外差變頻接收機(jī)的核心電路就是混頻器,我們可以根據(jù)手機(jī)接收機(jī)電路中混頻器的數(shù)量來確定該接收機(jī)的電路結(jié)構(gòu)。 一、超外差一次變頻接收機(jī) 接收機(jī)射頻電路中只有一個混頻電路的，屬于超外差一次變頻接收。超外差一次變頻接收機(jī)的原理方框圖如圖⒍2所示.在看手機(jī)的接收機(jī)射頻方框圖時,應(yīng)注意該接收機(jī)中有幾次頻率變換(混頻電路),如圖1-2所示。 圖 1-2 超 外 差 一 次 變 頻 接 收 機(jī) 框 圖 摩托羅拉手機(jī)(包括數(shù)字手機(jī)和模擬手機(jī))的接收機(jī)基本

6、上是圖1-2所示的框架結(jié)構(gòu)。 摩托羅拉的接收射頻結(jié)構(gòu)除從圖1-2能明顯看出來的特點外,還有一個特點,那就是用于解調(diào)的接收中頻VCO都是接收中頻信號的2倍頻。對超外差一次變頻接收機(jī)可以這樣描述：天線感應(yīng)到的無線蜂窩信號經(jīng)天線電路和射頻濾波電路進(jìn)入接收機(jī)電路，接收到的信號首先由低噪聲放大器進(jìn)行放大；放大后的信號再經(jīng)射頻濾波后,被送到混頻電路；在混頻電路中,射頻信號與接收VCO信號進(jìn)行混頻,得到接收中頻信號；中頻信號經(jīng)中頻放大后,在中頻處理模塊內(nèi)迸行RXI/Q解調(diào),解調(diào)所用的參考信號來自接收中頻VCO。該信號首先在中頻處理電路中被二分頻,然后與接收中頻信號進(jìn)行混頻,得到67.707kHz的RXI/

7、Q信號。 RXI/Q信號在邏輯音頻電路中經(jīng)GMSK解調(diào)、去分間插入、解密、信道解碼、PCM解碼等處理,還原出模擬的話音信號,推動受話器發(fā)出聲音。 二、超外差二次變頻接收機(jī) 若接收機(jī)射頻電路中有兩個混頻電路，則該接收機(jī)是超外差二次變頻接收機(jī)。超外差二次變頻接收機(jī)的方框圖如圖1-3所示。 與一次變頻接收機(jī)相比,二次變頻接收機(jī)多了一個混頻器及一個VCO,這個VCO在一些電路中被叫做IFVCO或VHFVCO。諾基亞手機(jī)、愛立信手機(jī)、三星、松下和西門子等手機(jī)的接收機(jī)電路基本上都屬于這種電路結(jié)構(gòu)。在這種接收機(jī)電路中,若RXI/Q解調(diào)是鎖相解調(diào),則解調(diào)用的參考信號通常都來自基準(zhǔn)頻率信號。

8、 圖 1-3超 外 差 二 次 變 頻 接 收 機(jī) 框 圖 在圖1-2、圖1-3中,解調(diào)電路部分也有VCO,該處的VCO信號是用于解調(diào),作參考信號。而且該VCO信號通常來自兩種方式：一是來自基準(zhǔn)頻率信號,如諾基亞的8110手機(jī)第二接收中頻是13MHz,基準(zhǔn)頻率信號13MHz也提供給解調(diào)器用于解調(diào)；另一種是來自專門的中頻VCO,如摩托羅拉GSM328手機(jī)的接收中頻是153MHz,該VCO是306MHz,,306MHz的VCO信號在中頻處理電路中被二分頻得到153MHz用于接收機(jī)解調(diào)。 接收電路將天線感應(yīng)到的高頻己調(diào)信號放大，經(jīng)兩級(或一級)變頻將頻率很高的射頓信號轉(zhuǎn)變成頻率

9、較低的帶調(diào)制信號的固定中頻信號,然后解調(diào)出原來的調(diào)制音頻信號或數(shù)據(jù)信號,并將其送到音頻處理電路或者邏輯電路,以完成相應(yīng)的各種功能。 對超外差二次變頻接收機(jī)可以這樣描述：天線感應(yīng)到的無線蜂窩信號經(jīng)天線電路和射頻濾波電路進(jìn)入接收機(jī)電路，接收到的信號首先由低噪聲放大器進(jìn)行放大；放大后的信號再經(jīng)射頻濾波后,被送到混頻電路；在混頻電路中,射頻信號與接收VCO信號進(jìn)行混頗,得到接收第一中頻信號；接收第一中頻信號被送到接收第二混頻電路,與接收第二本機(jī)振蕩信號混頻,得到接收第二中頻(接收第二中頻來自VHF VCO電路)；接收第二中頻信號經(jīng)中頻放大后,在中頻處理模塊內(nèi)進(jìn)行RxI/Q解調(diào),（解調(diào)所用的參考信號來

10、自接收中頻VCO，該信號首先在中頻處理電路中被二分頻,然后與接收中頻信號進(jìn)行混頻，得到67.707MHz的RXI/Q信號；RXI/Q信號在邏輯音頻電路中經(jīng)GMSK解調(diào)、去分間插入、解密、信道解碼、PCM解碼等處理,還原出模擬的話音信號,推動受話器發(fā)出聲音。 三、直接變換的接收機(jī) 早期的手機(jī)接收機(jī)電路結(jié)構(gòu)基本上都分別屬于上述兩種電路結(jié)構(gòu)形式,但隨著新型手機(jī)的面世,出現(xiàn)了一種新的信號接收機(jī)電路結(jié)構(gòu)——直接變換的線形接收機(jī)(Direct Conversion Linear Receiver),如諾基亞的8210手機(jī)。這種接收機(jī)的電路結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。 圖 1-4直 接

11、變 換 的 接 收 機(jī) 方 框 圖 從一次變頻接收機(jī)和二次變頻接收機(jī)的方框圖可以看，RXI/Q信號都是從解調(diào)電路輸出的,但在直接變換線形接收機(jī)中,混頻器輸出的就是RXI/Q信號了。 不管電路結(jié)構(gòu)怎樣變,都可以看到它們的一些相似之處：信號是從天線到底噪聲放大器,再到頻率變換單元,最后到語音處理電路。 所以在手機(jī)接收機(jī)電路中,主要有以下幾個不同的功能電路，組合而成。 接收天線(ANT)：作用是將高頻電磁波轉(zhuǎn)化為高頻信號電流。 雙工濾波器：作用是將接收射頻信號與發(fā)射射頻信號分離,以防止強(qiáng)的發(fā)射信號對接收機(jī)造成影響。雙工濾波器包含一個接收濾波器和一個發(fā)射濾波器,它們都是帶通射頻濾波器。 天

12、線開關(guān)：作用同雙工濾波器，由于GSM手機(jī)使用了TDMA技術(shù),接收機(jī)與發(fā)射機(jī)間歇工作,天線開關(guān)在邏輯電路的控制下,在適當(dāng)?shù)臅r隙內(nèi)接向接收機(jī)或發(fā)射機(jī)通道。 射頻濾波器：是一個帶通濾波器,只允許接收頻段的射頻信號進(jìn)入接收機(jī)電路。 低噪聲放大器(LNA): 作用是將天線接收到的微弱的射頻信號進(jìn)行放大,以滿足混頻器對輸入信號幅度的需要,提高接收機(jī)的信噪比。 混頻器(MIx):是一個頻譜搬移電路,它將包含接收信息的射頻信號轉(zhuǎn)化為一個固定頻率的包含接收信息的中頻信號。它是接收機(jī)的核心電路。 中頻濾波器:中頻濾波器在電路中只允許中頻信號通過,它在接收機(jī)中的作用比較重要。中頻濾波器防止鄰近信道的干擾,提

13、高鄰近信道的選擇性。 中頻放大器:中頻放大器主要是提高接收機(jī)的增益，接收機(jī)的整個增益主要來自中頻放大。 射頻VCO:在不同的手機(jī)電路中的英文縮寫不同,常見的有RXVCO(諾基亞、愛立信及其他部分手機(jī)常見)、PFVCO(三星手機(jī)常見)、UHFVCO(諾基亞手機(jī)常見)、MAINVCO(摩托羅拉手機(jī)常見)等。它給接收機(jī)提供第一本機(jī)振蕩信號；給發(fā)射上變頻器提供本機(jī)振蕩信號,得到最終發(fā)射信號；給發(fā)射交換模塊提供信號,經(jīng)處理得到發(fā)射參考中頻信號。 中頻VCO:通常被稱為IFVCO或VHFVCO,若接收有第二混頻器的話,給接收機(jī)的第二混頻器提供本機(jī)振蕩信。在一些手機(jī)電路中,給RXI/Q解調(diào)電路提供參考

14、振蕩信號。 語音處理部分:語音處理部分包含幾個方面,首先RXI/Q信號在邏輯電路中進(jìn)行GSMK解調(diào),然后進(jìn)行解密、去分間插入等處理,然后將這個信號進(jìn)行PCM解碼,還原出模擬的話音信號(參見接收音頻)。 第二節(jié) 接收機(jī)的功能電路 一、天線及天線電路 話機(jī)本身的天線一般為螺旋鞭狀天線或短鞭狀天線。移動臺的天線具有足夠?qū)挼墓ぷ黝l帶,它工作于全部的收發(fā)信道，基本上所有的蜂窩話機(jī)都可使用內(nèi)接和外接天線。 天線分為發(fā)射天線與接收天線，將高頻電流轉(zhuǎn)化為高頻電磁波傳送出去的導(dǎo)體被稱為發(fā)射天線；將高頻電磁波轉(zhuǎn)化為高頻信號電流的導(dǎo)體被稱為接收天線。 在一些蜂窩電話機(jī)中,天線進(jìn)來

15、常采用雙工濾波器(選頻電路)，天線和雙工器都是無源器件。雙工器包括發(fā)射濾波器和接收濾波器,它們都是帶通濾波器，雙工器有3個端口——公共端天線接口、發(fā)射輸出端及接收輸入端。天線及雙工濾波器與接收機(jī)發(fā)射機(jī)的連接如圖1-15所示。 發(fā)射信號總是比接收信號強(qiáng),而強(qiáng)信號對弱信號有抑制作用,會使接收電路被強(qiáng)信號阻塞,使接收的弱信號被淹沒,引起接收靈敏度下降。所以接收濾波器就是阻止發(fā)射信號串人接收電路,并拒收天線接收到的接收頻段以外的信號；而發(fā)射濾波器則拒絕，接收頻率段的噪聲功率及發(fā)射調(diào)和信號等。當(dāng)然,也有一些話機(jī)使用接收與發(fā)射分離的濾波器。

16、 圖1-15 圖1-16所示的是一個帶開關(guān)電路的雙工濾波器。圖中VC1與VC2是控制端；GSM-TX、GSM-RX分別代表GSM的接收、發(fā)射端口；DCS-TX、DCS-RX分別代表1800MHz收發(fā)信機(jī)的接收、發(fā)射端口。 圖 1-16 從上面的內(nèi)容可以看到,在手機(jī)電路中尋找天線電路,比較重要的就是天線的圖形符號Y和天線的表示字母“ANT”。 在天線電路中,除了雙工濾波器,還有天線開關(guān)電路，模擬手機(jī)中的天線開關(guān)電路用于內(nèi)接天線與外接天線的轉(zhuǎn)換。由于數(shù)字手機(jī)采用了TDMA技術(shù),它以不同的時段來區(qū)分用戶,

17、且GSM手機(jī)的接收機(jī)與發(fā)射機(jī)是間隙工作的,所以在數(shù)字手機(jī)中,天線開關(guān)通常用于接收射頻信號與發(fā)射射頻信號通道的轉(zhuǎn)換。在一些雙頻手機(jī)中,天線開關(guān)還用于GSM信號和DCS信號的切換。8210手機(jī)的雙工濾波器中就包含了開關(guān)電路,VC1和VC2為控制信號。 —些手機(jī)的天線電路只采用天線開關(guān),濾波器被分別放在接收射頻電路和發(fā)射射頻電路當(dāng)中,如GD90的天線開關(guān)和cd928的天線開關(guān)電路如圖1-18所示。 在圖1-17,9腳接天線,5、7腳輸出射頻信號到接收機(jī)電路,1、11腳的信號來自發(fā)射機(jī)功率放大器。 用示波器在天線開關(guān)的控制端可檢測到控制信號的脈沖波形?？刂铺炀€開關(guān)的信號來自邏輯電路,同時這些信號

18、也控制發(fā)射機(jī)、接收機(jī)電路。 圖 1-17 GD90 的 天 線 開 關(guān) 電 路 二、低噪聲放大器 低噪聲放大器（LNA）被用來將天線收到的微弱的無線蜂窩信號，放大到混頻器所需要的幅度。如果低噪聲放大器損壞,通常會造成手機(jī)接收信號差的故障。 低噪聲放大器通常又稱為前置射頻放大器，前置射頻放大器是移動通信接收機(jī)最常用的一種小信號放大器，由于此類放大器常用低噪聲器件來實現(xiàn)，故又稱為低噪聲放大器。 在第一級高頻放大電路設(shè)置低噪聲放大器可以改善接收機(jī)的總噪聲系數(shù),同時高頻放大器可防止RXVCO信號從天線路徑輻射出去。圖1-18所示

19、的是一般LNA的兩種形式(參見三極管部分)。 圖 1-18 雙工濾波器的輸出信號被送人低噪聲放大器放大。Q1、Q2與周邊元件構(gòu)成一低噪聲放大器,這是一個帶負(fù)反饋的共發(fā)射極電路,又是一個寬帶放大器,它用以對微弱的射頻信號進(jìn)行放大并彌補(bǔ)射頻濾波器帶來的插入損耗。在圖1-18中,Q1的發(fā)射極旁路電容C3對該放大器的增益影響很大,它可減小R4對信號的負(fù)反饋影響。該電路中,Q1的直流工作點主要由R1和R2決定,屬固定分壓偏置。在圖1-18中,Q2的直流工作點由R6、R5決定,為集電極反饋偏置,同時R5也是負(fù)反饋元件,C5和R7的作用與

20、圖中的C3、R4一樣。實際上,Q1、Q2電路是一個寬帶高頻小信號放大器。 對這一位置的高頻放大器中的三極管,要求其截止頻率高,放大倍數(shù)大,噪聲系數(shù)小。第一級信號很小,工作點通常設(shè)得比較低,同時加人電流負(fù)反饋,則可以減小噪聲。 前面我們講到的是一些分離元件的低噪聲放大電路。在實際工作中,還常會遇到低噪聲放大電路被集成在一塊芯片中的情況。 諾基亞6110、6150手機(jī)的低噪聲放大器就是被集成起來的，它們一個是單頻手機(jī),一個是雙頻手機(jī),但我們也能很容易找到低噪聲放大器的輸人端：一是從天線電路去找,看信號通過交流通道到集成電路的什么端口；另一個較為快速的方法,就是查看集成電路各引腳的標(biāo)號(英文縮

21、寫),如圖1-19所示。 圖 1-19手 機(jī) 的 射 頻 處 理 模 塊 圖1-19是6110手機(jī)的射頻處理模塊,N500的25腳上標(biāo)有“LNA IN”的字。.LNA就是低噪聲放大器(I,ow Noise Amplifier)的英文縮寫,IN表示輸入。所以我們斷定N500的25腳線路就是LNA的輸人，同時,也可找到LNA的控制信號端一下26腳，26腳上標(biāo)有“LNA AGC”,LAN表示低噪聲放大器,AGC表示自動增益控制(Auto Gain control)。 在進(jìn)行低噪聲放大電路的查找分析時,應(yīng)注意一個信號——啟動控制信號(

22、RX-ON或RX-EN)。RX-EN是接收機(jī)啟動控制信號,TX-EN是發(fā)射機(jī)啟動控制信號。從前面的系統(tǒng)知識我們知道,數(shù)字手機(jī)由于采用了TDMA技術(shù),故接收機(jī)和發(fā)射機(jī)不同時工作，RX-EN和TX-EN信號是符合TDMA規(guī)則的脈沖控制信號,當(dāng)RX-EN為高電平時,TX-EN為低電平,接收機(jī)工作；當(dāng)RX-EN為低電平時,TX-EN為高電平,發(fā)射機(jī)工作。 這一信號通常供給低噪聲放大器的輸入端,以作為低噪聲放大器的偏壓,如cd928中的Q410的基極偏壓,實際上就是來自RX-EN。由于手機(jī)集成度越來越高,故在看電路尋找RX-EN時也會有一定的難度。愛立信788手機(jī)的RX-ON信號就是送到射頻處理模塊U

23、100的11腳。在諾基亞手機(jī)電路中,通?？床坏絉X-ON或RX-EN,它是以另外一種標(biāo)識出現(xiàn)——RXPWR。在低噪聲放大器的輸入端,通常用示波器可測到上述的控制信號,其波形如圖1-20所示。 在觀察接收啟動控制信號時,會發(fā)現(xiàn)其波形在待機(jī)狀態(tài)下有一定的規(guī)律：當(dāng)該信號穩(wěn)定時,手機(jī)的工作電流通常在80rnA左右；當(dāng)該信號閃爍時,手機(jī)的工作電流通常在20~50mA之間變化；當(dāng)無該信號時,手機(jī)工作電流通常在8~12mA之間。 圖 1-20 有關(guān)資料： 放大器中的噪聲是由放大器中的元器件(包括管子、電阻等)，內(nèi)部載流子的不規(guī)

24、則運(yùn)動引起的。它主要是電路中電阻的熱噪聲和三極管(或場效應(yīng)管)內(nèi)部噪聲,這些噪聲實際上是雜亂的無規(guī)則的變化電壓或電流,故稱為起伏噪聲，起伏噪聲的頻率成分非常豐富,它的能量連續(xù)分布在很寬的頻率范圍內(nèi)。而放大器內(nèi)部噪聲主要有熱噪聲、散彈噪聲、分配噪聲和閃爍噪聲等。 三、混頻電路 混頻電路又叫混頻器（MIX）是利用半導(dǎo)體器件的非線性特性,將兩個或多個信號混合,取其差頻或和頻,得到所需要的頻率信號。在手機(jī)電路中,混頻器有兩個輸入信號(一個為輸入信號,另一個為本機(jī)振蕩),一個輸出信號（其輸出被稱為中頻IF）。在接收機(jī)電路中的混頻器是下變頻器,即混頻器輸出的信號頻率比輸入信號頻率低；在發(fā)射機(jī)電路中的混

25、頻器通常用于發(fā)射上變頻,它將發(fā)射中頻信號與UHFVCO(或RXVCO)信號進(jìn)行混頻,得到最終發(fā)射信號?；祛l器是超外差接收機(jī)的核心電路,如接收機(jī)的混頻器出現(xiàn)故障,則無接收中頻輸出,造成手機(jī)無接收信號、不能上網(wǎng)等故障。 變頻器的原理方框圖如圖1-21所示。 圖 1-21 當(dāng)變頻器的輸出為信號頻率與本振信號之和,且比信號頻率高時,所用的變頻器被稱為上邊帶上變頻。如摩托羅拉8200系列的發(fā)射變頻器,其發(fā)射中頻為88MHz,以60信道為例,本機(jī)振蕩信號為814MHz。變頻后得到902MHz的最終發(fā)射信號。 當(dāng)變頻器的輸出信號為信號頻

26、率與本振信號之差,且比信號頻率高時,所用的變頻器被稱為下邊帶上變頻。如諾基亞8110的發(fā)射變頻器,其發(fā)射中頻信號為116 MHz,其本機(jī)振蕩信號為1 018MHz(60信道為例)，變頻后得到902MHz的最終發(fā)射信號。 混頻器包括晶體管混頻器、場效應(yīng)管混頻器、肖特基勢壘二極管混頻器以及集成混頻器等。 1．晶體管混頻器 晶體管混頻器有多種電路形式。其中雙極型晶體管混頻器可在共發(fā)射極電路基礎(chǔ)上構(gòu)成，信號和本振信號由基極輸入,或信號由基極輸人、本振信號由發(fā)射極輸人。兩信號由基極輸人的電路輸入阻抗高,對本振而言,負(fù)載輕。摩托羅拉雙頻手機(jī)cd928系列的接收混頻器便為這種混頻器。如圖1-22所示：

27、 圖 1-22 2．二極管混頻器 二極管混頻器盡管存在損耗,但其噪聲及雜波輸出比晶體管混頻器要少.諾基亞的GSM手機(jī)多采用這種混頻器。如8110的第一接收、發(fā)射混頻器，該混頻器的輸人輸出信號路徑如圖1-23所示(參見8110射頻電路)。 圖 1-23 3．集成混頻器 在早期的手機(jī)中,有的混頻器單獨使用一個集成組件,如今手機(jī)中的混頻器多被集成在一個復(fù)合的射頻處理或中頻處理模塊中。集成混頻器如諾基亞233的接收第一混頻器為集成雙平衡混頻器,它由阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、

28、濾波器及混頻管等組成,為雙端平衡輸人輸出。 圖1-24 在1-24中,低噪聲放大器輸出的射頻信號,經(jīng)一個平衡—不平衡轉(zhuǎn)換,得到兩個信號從N8的7、8腳輸人；本機(jī)振蕩信號則從N8的4、5腳輸人；混頻后得到的中頻信號從N8的1、2腳輸出。 圖 1-25 如今,越來越多的手機(jī)電路中的混頻單元被集成在上復(fù)合電路中,如諾基亞6110和三星SGH-500的接收混頻器,如圖1-25所示。 要尋找混頻電路就需掌握手機(jī)框架結(jié)構(gòu), 在手機(jī)接收機(jī)電路中,如看到射頻信號與VCO信號輸人到同一個

29、電路,則這個電路應(yīng)是混頻電路(這就要求能辨別RXVCO電路)。同時掌握MIX等英文縮寫(如圖1-25所示),以便于識別電路。參見諾基亞6110、三星SGH-500、諾基亞6150射頻電路。 四．中頻放大器 接收機(jī)的中頻放大器主要是將混頻器輸出的信號進(jìn)行大幅度提升,以滿足解調(diào)電路的需要。接收機(jī)的主要增益也來自中頻放大器，中頻放大器損壞常會造成手機(jī)接收差的故障。 移動通信接收機(jī)均要使用中頻放大器。中頻放大器最主要的作用是： 獲取高增益：與射頻放大部分相比,由于中頻頻率固定,并且頻率較低,可以很容易地得到較高的增益,因而可以為下一級提供足夠大的輸人。 提高選擇性：接收機(jī)的鄰近頻率選擇性一般

30、由中頻放大器的通頻帶寬度決定。 對于中頻放大器,不僅需要得到高的增益、好的選擇性,還要有足夠?qū)挼耐l帶和良好的頻率響應(yīng)、大的動態(tài)范圍等。而接收機(jī)的鄰近信道選擇性一般由中頻放大器的通頻帶寬度決定，由于中頻信號為單一的固定頻率,其通頻帶可最大限度地做得很小,以提高相鄰信道選擇性。在實際工程上,一般采用多級放大器,并使每級實現(xiàn)某一技術(shù)要求，就電路形式而言,第一級中頻放大器多采用共發(fā)射極電路,最后一級中頻放大器多采用射極輸出電路。不論接收機(jī)采用一次或二次變頻技術(shù),中頻放大器總是位居下變頻（即混頻）之后。 為避免鏡頻干擾,提高鏡頻選擇性,接收機(jī)通常采用降低第一本機(jī)振蕩頻率、提高第一中頻頻率和多次變頻

31、的方法,使信號頻譜逐漸由射頻搬移到較低頻率上。 分離元件的中頻放大器電路形式與低噪聲放大器的電路形式很相似,也是一個共發(fā)射極電路,只是它們工作的頻點不一樣。 摩托羅拉手機(jī)中通常使用分離元件的中頻放大器,其他手機(jī)的中頻放大器通常都是在一個集成電路中。圖1-26是cd928手機(jī)的中頻放大器。 - 圖 1-26 cd 928中 頻 放 大 器 中頻放大器的電路形式與低噪聲放大器的電路形式差別不大,但它們工作的頻段不同。低噪聲放大器是一個寬帶放大器,而中頻放大器是一個窄帶放大器。中頻放大電路的信號通路和偏壓、電源的查找與低噪聲放大

32、器的方法一樣,讀者可自行分析。 在集成的中頻放大器中查找信號通道等相對困難些,它不是一個單一的電路,通常存在于一個復(fù)合電路中,盡管如此，它總是有規(guī)律可尋的。圖1-27（一）所示的是GD90的中頻電路，從手機(jī)的電路結(jié)構(gòu)知識可以知道：中頻放大器總是置于混頻后,所以只要掌握混頻電路,則較容易找到中頻放大器。請仔細(xì)觀察圖1-27（一）和圖1-27（二）中的黑色方塊。 圖 1-27（一） 圖 1-27（二） 圖1-27（一）所示的是GD90的中頻放大

33、器查找示意圖。根據(jù)手機(jī)電路結(jié)構(gòu)可知,中頻放大器位于混頻器之后(輸出端后)；我們知道,混頻器的英文縮寫是MIX。那么,在圖1-27（一）中,可以看到集成電路的42、43腳有MIX OUT的字樣,MIX代表混頻器,OUT表示輸出,結(jié)合前面提到的知識,則中頻放大器可以從這個集成電路的42、43腳開始查找。跟著線路,可以發(fā)現(xiàn),集成電路29、30腳上有IF IN的字樣(IF代表中頻IN是輸人),所以29、30腳是中頻放大器的輸人端。 注！圖1-27（一）和圖1-27（二）都是集成的中頻處理電路,要識別它們就需從手機(jī)的電路結(jié)構(gòu)以及手機(jī)電路中的英文縮寫去分析(請注意圖中所指的英文縮寫)。

34、 諾基亞8810、232中頻放大器查找示意圖 五．解調(diào)電路 接收機(jī)的解調(diào)電路是把包含在接收中頻信號中的語音信息或各種信令信息還原出來,得到中心頻率為67.707kHz的RXI/Q信號。在接收機(jī)電路中,解調(diào)電路輸出的RXI/Q信號是檢修接收機(jī)電路的一個關(guān)鍵信號。 在移動通信中,常用的解調(diào)技術(shù)有鎖相解凋器、正交鑒頻解調(diào)器等。 PLL（鎖相環(huán)）可以跟蹤輸人信號,它可以用作解調(diào)。圖1-28為一個鎖相解調(diào)器的方框圖。摩托羅拉87系列和928系列手機(jī)采用的就是鎖相解調(diào)器87的鎖相解調(diào)器中鑒頻器的參考頻率由216Mz的振蕩器提供,而928的鎖相解調(diào)器的參考信號則

35、來自430MHz的振蕩器。鑒相器通過對輸入的兩個信號的相位比較,輸出一跟蹤調(diào)制信號的低頻信號,通過低通濾波器濾去高頻噪聲,即得到解調(diào)輸出。 圖 1-28 圖1-29為正交鑒頻器的原理框圖。在正交鑒頻器中,相移網(wǎng)絡(luò)將頻率的變化變換為相位的變化,乘法器將相位的變化變換為電壓的變化。將調(diào)頻信號與其移相信號相乘,通過低通濾波器將乘法器的輸出信號中的高頻成分濾出,就得到了解調(diào)信號。通常,在現(xiàn)代的通信設(shè)備的電路中,除正交線圈外,鑒頻器的其他電路均被集成在芯片內(nèi)。 圖

36、1-29 需注意的是,這里所說的解調(diào),是指接收射頻電路中將包含信息的射頻或中頻信號還原出67.707kHz的基帶信號的解調(diào)(針對GSM手機(jī)而言)。在邏輯音頻電路中還有一個解調(diào)——GMSK的解調(diào),它是將67.707kHz的信號還原出數(shù)碼信號。 諾基亞8850解調(diào)查找示意圖 圖 1-30 不同手機(jī)解調(diào)查找示意圖 摩托羅拉、諾基亞手機(jī)與三星等手機(jī)電路使用的都是鎖相解調(diào)。在三星SGH-600手機(jī)電路中,接收第二中頻是45 MHz,解調(diào)用的參考信號來自IFⅤCO信號(540 MHz)的12分頻。 接收機(jī)的解調(diào)電路

37、輸出的是接收機(jī)基帶信號,該信號的中心頻率為67.707MHz.摩托羅拉、諾基亞、愛立信等手機(jī)的RXI/Q信號都有2條信號線；而GD90等則有4條RXI/Q信號線，所以RX I/Q的輸出就成了解調(diào)電路的標(biāo)志,參見圖1-30。 以上兩圖是用數(shù)字示波器測得的RXI/Q信號。 六．振蕩電路 在電子設(shè)備中,振蕩器的用途極為廣泛。振蕩電路的種類很多,按其工作原理,可分為反饋型振蕩電路、負(fù)阻型振蕩電路、多諧振蕩電路(張弛振蕩)；按使用元件,又分為IC振蕩器、RC振蕩器、晶體振蕩器等。 按需要,振蕩器可產(chǎn)生正弦波、脈沖波等。振蕩器以放大器為基礎(chǔ),引入正反饋即可得到振蕩電路如圖1-31所示。產(chǎn)生

38、振蕩的條件有兩個：正反饋和環(huán)路增益為1。 圖 1-31 1．LC蕩器 把只由L和C構(gòu)成的反饋電路稱為LC振蕩器。LC振蕩器有調(diào)諧型和三元件型。它們包括集電極調(diào)諧型振蕩器、基極調(diào)諧型振蕩器、發(fā)射極調(diào)諧型振蕩器；三點式的有，電容三點式振蕩器和電感三點式振蕩器。 2．RC振蕩器 把由R和C構(gòu)成的反饋電路稱為RC振蕩器,RC振蕩器有電橋式和移相式。移相式又分為HP型和LP。HP是High Pass的縮寫,即反饋電路由高通濾波器構(gòu)成。LP是Low Pass的縮寫即指反饋電路由低通濾波器構(gòu)成。 圖1-32（a）為RC移相振蕩電路，通常

39、用于頻率需求較低的情況下。無繩電話中的導(dǎo)頻的產(chǎn)生、呼叫信號的產(chǎn)生多采用這種電路?？烧{(diào)電阻R5用于調(diào)較振蕩頻率。圖1-32(b)為維恩電橋振蕩器。 （a） RC移相振蕩器 （b）維恩電橋振蕩電路 圖 1-32 3．晶體振蕩器 在移動通信中，以動臺需要能夠根據(jù)實時分配到的話音信道改變自己的工作頻率，這就要求必須有足夠精度、穩(wěn)定性好的頻率合成器。而且隨著通信技術(shù)的發(fā)展,對頻率的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度的要求越來越高。在移動通信中,為了減少移動臺之間或與基

40、站間的相互干擾,常常要求頻率穩(wěn)定度優(yōu)于10-5。而RC和LC都難達(dá)到這個精度。 只有高精度、高穩(wěn)定性的振蕩才可以減小因頻率偏移而造成的鄰近信道干擾。 石英晶片具有壓電效應(yīng),能做成諧振器,且晶片本身的固有機(jī)械振動頻率只與晶片的幾何尺寸有關(guān),其振動頻率可以做得非常精確穩(wěn)定。利用石英晶體振蕩器可把振蕩頻率穩(wěn)定度提高幾個數(shù)量級。 在石英晶片的兩面鍍銀,引出電極,然后封裝在由金屬或膠木、玻璃等材料制成的外殼里就得到晶體振蕩器。石英晶體可以用人工合成,也可將天然晶體切割成晶片。 晶體用于振蕩電路的形式較多。諾基亞2110的DSP(數(shù)字語音處理器)時鐘振蕩器為其中的一種,它構(gòu)成射極跟隨器,也被稱為薩

41、巴羅夫電路。 雖然晶體振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定,但由于某些客觀因素的影響,使頻率穩(wěn)定度變差。晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度主要受三種因素的影響： ①是負(fù)載效應(yīng)。減小負(fù)載效應(yīng)一般是加隔離器,如射極跟隨器等。2110的DSP時鐘振蕩器為射極輸出,其帶負(fù)載的能力就比較強(qiáng),但為提高穩(wěn)定度,其后還加了一級射極輸出器,并采用變壓器耦合加以隔離。圖1-33就是一個射極輸出的晶體振蕩電路。 圖 1-33 ⑵是推頻效應(yīng)。所謂推頻效應(yīng),即由于供電系統(tǒng)條件發(fā)生改變,致使振蕩電壓源和電流發(fā)生改變、振蕩器件的工作參數(shù)發(fā)生改變,最終使振蕩器出現(xiàn)頻率漂移。所以對其電壓源要求較高,在移動電話內(nèi)一

42、般均使用專門的、比較精確的電源。如摩托羅拉168手機(jī)的VCO電源就通過了兩次穩(wěn)壓。在諾基亞232和摩托羅拉168手機(jī)的發(fā)射接收VCO電路中,為了使振蕩管具有較穩(wěn)定的偏置,除了采用高精度的穩(wěn)壓電源外,還采用了固定分壓偏置的共發(fā)射極電路。 圖 1-34 ③是溫度效應(yīng)。晶體振蕩器受溫度的影響比較大,一般采用溫度補(bǔ)償或?qū)⒄袷幤鞣湃牒銣丨h(huán)境中來解決，溫度補(bǔ)償法包括模擬溫度補(bǔ)償、數(shù)字溫度補(bǔ)償及模擬—數(shù)字溫度補(bǔ)償法二大類。溫度補(bǔ)償電路有電容補(bǔ)償電路及熱敏網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償電路；電容補(bǔ)償方法簡單,但補(bǔ)償范圍較窄,一般在0～50℃之間,補(bǔ)償精

43、度一般可達(dá)到5106。而熱敏網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償電路則用得較多,其補(bǔ)償范圍寬,在-40～70℃之間,補(bǔ)償精度可達(dá)到0.2106。其原理圖如圖1-34所示。利用熱敏網(wǎng)絡(luò)給變?nèi)荻O管提供一個隨晶體工作環(huán)境變化的反向偏壓,通過變?nèi)荻O管電容的變化來補(bǔ)償晶體振蕩器因溫度而導(dǎo)致的頻率漂移。 在實際的移動電話電路中,目前多使用溫度補(bǔ)償壓控振蕩器組件(VCTXO)。如諾基亞232的14.85MHz振蕩器和摩托羅拉168的16.8MHz振蕩器,它們被封裝在一個金屬外殼里,與外界環(huán)境隔開。前者為接收發(fā)射VCO及PLL鎖相環(huán)電路提供基準(zhǔn)頻率；后者既為射頻電路提供基準(zhǔn)頻率,又為邏輯電路提供時鐘信號。 七．鎖相頻率合成器

44、1．頻率合成 在現(xiàn)代的移動通信中,常要求系統(tǒng)能夠提供足夠的信道,移動臺也需能根據(jù)系統(tǒng)的控制變換自己的工作頻率,這就需提供多個信道的頻率信號。然而使用多個振蕩器是不現(xiàn)實的，在工程中,通常使用頻率合成器來提供有足夠精度、穩(wěn)定性好的工作頻率。 將一個或多個基準(zhǔn)頻率信號變換為另一個或多個所需頻率信號的技術(shù)稱為頻率合成,或頻率綜合技術(shù)。移動電話通常使用的是帶鎖相環(huán)的頻率合成器。圖1-35為一個頻率合成器的方框圖。 圖1-35頻率合成器的一般方框圖 我們設(shè)參考振蕩信號為f1,VCO輸出信號為f2,分頻器輸出的信號為f2/N,這整個環(huán)路的控制目的就是要使f1=f2/N。 在手機(jī)電路中,一個頻率

45、合成系統(tǒng)通常包含幾個頻率合成環(huán)路：接收VCO頻率合成環(huán)路、接收中頻VCO頻率合成環(huán)路、發(fā)射中頻VCO頻率合成環(huán)路等。不管是哪一個頻率合成環(huán)路,其電路結(jié)構(gòu)均如圖1-35所示。 （1）．參考振蕩 參考振蕩在頻率合成乃至在整個手機(jī)電路中都是很重要的。在手機(jī)電路中,特別是GSM手機(jī)中,這個參考振蕩被稱為基準(zhǔn)頻率時鐘電路,它不但給頻率合成環(huán)路提供參考信號,還給手機(jī)的邏輯電路提供信號，如該電路出現(xiàn)故障,手機(jī)將不能開機(jī)。 手機(jī)電路中的參考振蕩都使用晶體振蕩電路。而且,大多數(shù)手機(jī)中使用的是一個基準(zhǔn)頻率時鐘VCO組件。在GSM手機(jī)中,這個組件輸出頻率是13 MHz,有時它被稱為13MHz晶體。事實上它是一

46、個VCO組件,13 MHz晶體及VCO電路中的晶體管及變?nèi)荻O管等器件被封裝在一個頻率罩內(nèi)(參見13MHz晶體振蕩器的識別)。 13MHz振蕩電路受邏輯電路提供的AFC(自動頻率控制)信號控制。由于GSM手機(jī)采用時分多址(TDMA)技術(shù),以不同的時間段(Slot,時隙)來區(qū)分用戶,故手機(jī)與系統(tǒng)保持時間同步就顯得非常重要。若手機(jī)時鐘與系統(tǒng)時鐘不同步,則會導(dǎo)致手機(jī)不能與系統(tǒng)進(jìn)行正常的通信。 在GSM系統(tǒng)中,有一個公共的廣播控制信道(BCCH),它包含頻率校正信息與同步信息等。手機(jī)一開機(jī),就會在邏輯電路的控制下掃描這個信道,從中獲取同步與頻率校正信息，如手機(jī)系統(tǒng)檢測到手機(jī)的時鐘與系統(tǒng)不同步,手機(jī)

47、邏輯電路就會輸出AFC信號。AFC信號改變13MHz電路中VCO兩端的反偏壓,從而使該VCO電路的輸出頻率發(fā)生變化,進(jìn)而保證手機(jī)與系統(tǒng)同步。 圖 1-36 圖1-36是部分手機(jī)電路中的13MHz電路(基準(zhǔn)頻率時鐘電路)。 由手機(jī)基準(zhǔn)頻率時鐘電路圖我們可以發(fā)現(xiàn),不管是哪個廠家的電路,在13MHz電路中，都可以看到AFC的字樣,所以“AFC”是我們尋找13MHz振蕩電路的一個關(guān)鍵。 當(dāng)然,不同手機(jī)的基準(zhǔn)頻率時鐘電路也有一些不同的標(biāo)識,如圖1-26所示。 諾基亞8810圖中G801的3腳是控制端,1腳

48、是輸出端,2腳是電源端。 松下GD90圖中,U350是一個VCO組件。其4腳是電源端,3腳是輸出端,2腳是接地端,1腳是控制端,Q350電路是一個VCO的緩沖放大器。 諾基亞6150的圖中,G650是一個VCO組件。其1腳是輸出端,2腳是電源端,3腳是接地端,4腳是控制端,V600是ⅤCO的緩沖放大器。 上圖中除cd928中的基準(zhǔn)頻率時鐘電路使用的是一個單一的晶體與集成電路內(nèi)的電路構(gòu)成振蕩電路外,其他幾幅圖中的基準(zhǔn)頻率振蕩電路均使用的基準(zhǔn)頻率時鐘振蕩組件。這些VCO組件都有4個端口：電源端；接地端；輸出端與控制端(參見VCO的識別部分).。讀圖時應(yīng)注意圖中所指示的一些電路標(biāo)識。 （2）

49、鑒相器 鑒相器簡稱PD,是英文Phase Detector的縮寫。它是一個相位比較器,是一個相差—電壓轉(zhuǎn)換裝置,可將VCO振蕩信號的相位變化變換為電壓的變化。鑒相器輸出的是脈動直流信號,這一脈動直流信號經(jīng)LPF濾除高頻成分后去控制VCO電路。 鑒相器是相位比較裝置,它對基準(zhǔn)信號f1與VCO產(chǎn)生的信號f2進(jìn)行相位比較,輸出反映兩信號相位誤差的誤差電壓。鑒相器多種多樣,有模擬的,也有數(shù)字的。如雙D鑒相器、鑒頒鑒相器等。 當(dāng)采用數(shù)字鑒相器時,由于其輸出為雙端口輸出,故在與環(huán)路濾波器的連接上很成問題。通常在兩者之間加入一個雙端輸人單端輸出,且能將鑒相器輸出的相位誤差信號正確地反映出來的電路,這一

50、電路被稱為電荷泵或泵電路。在摩托羅拉的GSM手機(jī)中,其發(fā)射頻率合成中基本上都使用了泵電路。 在頻率合成器中,為了作精確的相位比較,鑒相器均在低頻下工作。 在手機(jī)電路中,鑒相器通常與分頻器被集成在一個專用的芯片中(這個芯片通常被稱為PLLIC)或被集成在一個復(fù)合芯片內(nèi)(即該芯片包含多種功能電路)。 圖 1-37 要查找鑒相器PD在什么地方,就需要先找出VCO電路和低通濾波器電路。參見變?nèi)荻O管部分內(nèi)容及“手機(jī)電路的識別”。 在諾基亞8810圖中,N820的3腳是PD輸出端口。通過“1006～1 031 MHz”的標(biāo)識

51、可斷定該信號是一個VCO信號；電阻R834、R820、R821及電容C821、C820等構(gòu)成一低通濾波器；從SDATA等可以斷定它所接的是頻率合成電路中的程控分頻器。參照頻率合成的方框圖,就可找到PD的輸出端口(重要的是找出電阻電容構(gòu)成的低通濾波器與VCO電路)。 在cd928圖中,U220的23腳是PD輸出端口。 （3）．低通濾波器 低通濾波器簡稱LPF,是英文Low Pass Filter的縮寫。低通濾波器又被稱為環(huán)路濾波器，它是一個RC電路,位于鑒相器與VCO電路之間。低通濾波器電路基本形式如圖所示。 圖747中,R834、R820～R822

52、及C820～C822組成的電路是諾基亞8110手機(jī)的UHFVCO頻率合成環(huán)路中的低通濾波器(參見RC電路部分)。 圖 1-38 鑒相器的輸出不僅有控制信號,還有一些高頻諧波成分,這些諧波將影響VCO電路的工作，低通濾波器就是要把這些高頻成分濾除。 （4）．壓控振蕩器 壓控振蕩器簡稱VCO,是英文Voltage Control Oscillator的縮寫。壓控振蕩器是一個電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置,可將鑒相器PD輸出的相差電壓信號的變化轉(zhuǎn)化成頻率的變化。 VCO電路為電壓控制電路。其電壓控制功能的完成是通過一個特殊的器件來完成的,

53、這個器件就是變?nèi)荻O管。 鑒相器輸出的相差電壓實際上是加在變?nèi)荻O管兩端的，當(dāng)鑒相器輸出發(fā)生變化時,變?nèi)荻O管兩端的反偏發(fā)生變化,導(dǎo)致變?nèi)荻O管的結(jié)電容改變,VCO振蕩回路改變,VCO輸出頻率也隨之改變。在實際應(yīng)用中,變?nèi)荻O管為反向偏置使用,其線性好,可控范圍大。 在手機(jī)電路中,VCO多種多樣。有接收機(jī)VCO,有發(fā)射機(jī)VCO等。從電路形式上來說,VCO有分離元件電路與VCO組件(參見VCO組件的識別)。 早期的手機(jī)電路中的UHFVCO(或RFVCO、RXVCO等)通常是使用VCO組件,IFVCO(或VHFVCO等)使用的是分離元件的ⅤCO電路；現(xiàn)在手機(jī)電路中的VCO基本土都使用了VCO

54、組件。 圖 1-39 圖1-39是摩托羅拉cd928的接收VCO電路(RXVCO)；圖1-40是諾基亞8110的接收VCO(UHFVCO)電路。在查找VCO電路時,應(yīng)抓住VCO電路的一些特點(參見變?nèi)荻O管、三極管和“手機(jī)電路識別”)。 圖1-39為摩托羅拉cd928手機(jī)的接收VCO電路,其他摩托羅拉87、328的TXVCO與RXVCO基本與它相似；諾基亞6110的232MHz電路等都是這種基本電路形式。而三星SGH600、愛立信788、諾基亞8810等的接收VCO結(jié)構(gòu)均如圖1-40所示。隨著手機(jī)小型化的發(fā)展,越來越多的手機(jī)使用VCO組件。

55、 圖 1-40 VCO在頻率合成中相當(dāng)重要。為了減小負(fù)載效應(yīng)對VCO的影響,通常在VCO的輸出端加人緩沖放大器。 壓控振蕩器在鎖相環(huán)中比較重要,是頻率合成及鎖相環(huán)路的核心電路。它應(yīng)滿足這樣的特性：輸出幅度穩(wěn)定性要好,在整個VCO工作頻帶內(nèi)均應(yīng)滿足此要求,否則會影響鑒相靈敏度；頻率覆蓋范圍要有余量；電壓—頻率變換特性的線性范圍要寬。 （5）．分頻器 鑒相器是將VCO輸出信號與參考信號進(jìn)行比較。在頻率合成中,為了提高控制精度,鑒相器在低頻下工作。而VCO輸出頻率比較高,這就離不開分頻技術(shù)。 手機(jī)中的頻率合成環(huán)路多,

56、不同的頻率合成環(huán)路使用的分頻器不同：接收機(jī)的第一本機(jī)振蕩(RXVCO、UHFVCO、RHVCO)信號是隨信道的變化而變化的,該頻率合成環(huán)路中的分頻器是一個程控分頻器,其分頻比受控于手機(jī)的邏輯電路；中頻VCO信號是固定的,中頻VCO頻率合成環(huán)路中的分頻器的分頻比也是固定的。 程控分頻器受控于頻率合成數(shù)據(jù)信號(SYNDAT、SYNDATA或SDAT)。 分頻器通常被集成在PLL電路或一個復(fù)合中頻模塊中。在電路圖中查找分頻器可從兩個方面著手；一是從ⅤCO的輸出端去找；二是根據(jù)頻率合成控制信號去找(參見手機(jī)電路的識別)。 注！綜述 頻率合成環(huán)路包含5個基本的功能電路：參考振蕩；

57、鑒相器；低通濾波器；壓控振蕩器；分頻器。 參考振蕩給頻率合成環(huán)路提供基準(zhǔn)信號,使手機(jī)的工作頻率與系統(tǒng)保持一致鑒相器是一個相位—電壓轉(zhuǎn)換裝置,它將信號相位的變化變?yōu)殡妷旱淖兓?。顯然,這是一個比較器。 低通濾波器濾掉鑒相器輸出的高頻成分,以防止高頻諧波對VCO電路的影響。在鑒相器中,參考信號與VCO分頻后的信號進(jìn)行比較。 VCO是一個電壓一頻率轉(zhuǎn)換裝置,它將電壓的變化(鑒相器輸出電壓的變化)轉(zhuǎn)化為頻率的變化。VCO輸出的信號通常是一路到其他功能電路；另一路回到分頻器作取樣信號。 分頻器包含程控分頻器和一般分頻器。程控分頻器的分頻比是可變的,手機(jī)電路中UHFV

58、CO(RXVC0)頻率合成環(huán)路中的分頻器就是一個程控分頻器；一般分頻器的分頻比是固定的,手機(jī)電路中VHFVCO頻率合成中分頻器是固定的。分頻器將VCO信號進(jìn)行分頻,得到頻率比較低的信號,以提供鑒相器的比較精度(提高頻率合成環(huán)路的控制精度)。 當(dāng)VCO處于正常工作狀態(tài)時,VCO輸出一個固定的頻率，若某種外界因素如電壓、溫度導(dǎo)致VCO頻率升高,則分頻輸出的信號f2/N比參考信號f1高,鑒相器檢測到這一變化后,其輸出電壓減小,使變?nèi)荻O管兩端的反偏壓減小。這使得變?nèi)荻O管的結(jié)電容增大,振蕩回路改變,VCO輸出頻率降低。若外界因素導(dǎo)致VCO頻率下降,則整個控制環(huán)路執(zhí)行相反的過程。 在頻率合成器中,

59、基準(zhǔn)頻率f1是由晶體振蕩器產(chǎn)生的信號分頻而得。另一方面,程控分頻器則將VCO產(chǎn)生的f分成f/N。這兩個信號被送到鑒相器(PD，Phase Detector),當(dāng)信號f/N與基準(zhǔn)信號的頻率、相位出現(xiàn)誤差時,鑒頻器輸出對應(yīng)于相位差的信號差電壓。該信號經(jīng)低通濾波器濾除高次諧波成分,去控制VCO的振蕩頻率。當(dāng)f/N與基準(zhǔn)頻率的頻率相位相同時,鑒相器的輸出為0,VCO以原來的頻率f=Nf繼續(xù)振蕩。只要電路工作正常,VCO的輸出頻率為Nf1,通常把這時的狀態(tài)稱為鎖定狀態(tài)。 程控分頻器可以設(shè)定分頻比,因此如果改變N,則PLL可以在跟蹤范圍內(nèi)改變VCO的輸出頻率。移動電話的信道切換控制就是邏輯電路通過控制程

60、控分頻器的分頻比來實現(xiàn)的。 當(dāng)VCO信號工作在一個信道上并鎖定時,f1=f/N,鑒相器PD輸出保持不變。若邏輯電路改變N,則f/N發(fā)生變化,鑒相器檢測到這種變化后,就會改變其輸出,直到使f/N= f1。 以摩托羅拉cd928手機(jī)為例： 當(dāng)接收機(jī)工作在GSM60信道時(使用摩托羅拉GSM手機(jī)測試指令設(shè)置。GSM60信道時手機(jī)接收頻率為947MHz),VCO電路中變?nèi)荻O管CR202負(fù)極電壓為2.23V,VCO輸出頻率為731.996 MHz。 當(dāng)設(shè)置手機(jī)工作于GSM的001信道時,邏輯電路控制程控分頻器的N減小。這時, f/N大于fl,PD檢測到這個變化后,要控制使f/N =fl,其輸出

61、電壓減小。VCO電路中變?nèi)荻O管的反偏壓也隨之減小,變?nèi)荻O管的結(jié)電容增大,從而使VCO的輸出頻率下降。這時變?nèi)荻O管負(fù)極電壓為1,81V,VCO輸出頻率為720.166MHz；當(dāng)手機(jī)要工作在高于60信道的信道上工作時,例如124信道,整個環(huán)路則發(fā)生相反的變化(N增大)。變?nèi)荻O管負(fù)極電壓為2.59V,VCO輸出頻率為744.765 MHz。 在移動電話的頻率合成器中,其控制信號SYNDAT(頻率合成器數(shù)據(jù)信號)、SYNCLK(頻率合成器時鐘信號)及SYN EN(頻率合成器允許/禁止)均來自于邏輯電路。 2．鎖相環(huán)PLL 鎖相環(huán)的種類很多,它包括3個最基本的部件：鑒相器PD、環(huán)路濾波器(

62、Loop Filter)和壓控振蕩器VCO。如圖1-41所示。雖然鎖相環(huán)看起來與頻率合成器的框圖很相似,但它是不同的兩個概念,應(yīng)注意區(qū)分。 鑒相器是相位比較裝置,它對基準(zhǔn)信號fl與VCO產(chǎn)生的信號f2進(jìn)行相位比較,產(chǎn)生反映兩信號相位誤差的誤差電壓。鑒相器多種多樣,有模擬的,也有數(shù)字的。如雙D鑒相器、鑒頻鑒相器等。 當(dāng)采用數(shù)字鑒相器時,由于其輸出為雙端口輸出,故在與環(huán)路濾波器的連接上很成問題。通常在兩者之間加入一個雙端輸人單端輸出,且能將鑒相器輸出的相位誤差信號正確地反映出來的電路,這個電路被稱為電荷泵或泵電路。在摩托羅拉的GSM手機(jī)中,其發(fā)射頻率合成中基本上都使用了泵電路。

63、 圖 1-41 第三節(jié) 發(fā)射機(jī)的電路結(jié)構(gòu) 所謂通信(Communication),是指如通訊結(jié)構(gòu)示意圖所示那樣通過傳輸媒介將發(fā)送方的信息傳遞到接收方。 但聲音信號不能直接作為電波在空中發(fā)射,為了把需要傳送的信號發(fā)送出去,就需使用某種方法將聲音信號搬移到頻率比聲音信號高、適合在空中發(fā)射的信號上去。如圖1-42所示,用信號去調(diào)制載波(Carrier),再通過射頻電路將信號發(fā)送出去。 圖 1-42 每一部移動電話都有一個發(fā)射機(jī),它包

64、括VCO、發(fā)射驅(qū)動(TX driver)、功放(PA)及電源調(diào)節(jié)器(PWR regulator)、功率控制(PA control)等電路。一個完整的移動電話發(fā)射機(jī)還包括發(fā)射音頻電路、數(shù)字語音處理電路等。 GSM手機(jī)的發(fā)射電路大致有三種框架結(jié)構(gòu),常見的有兩種,如圖1-43所示. 圖 1-43 一、帶發(fā)射變換模塊的發(fā)射機(jī)電路 在發(fā)射機(jī)電路結(jié)構(gòu)圖一所示的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)中,其發(fā)射流程如下： 送話器將話音信號轉(zhuǎn)化為模擬的話音電信號,轉(zhuǎn)化后的信號經(jīng)PCM編碼模塊將其變?yōu)閿?shù)字語音信號,然后在邏輯電路中進(jìn)行數(shù)字語音處理,如信道編碼、均衡、加密以及TXI/Q

65、分離等,分離后的TXI/Q信號到發(fā)射機(jī)中頻電路完成I/Q調(diào)制,該信號再在發(fā)射變換模塊里與發(fā)射參考中頻(RXVCO與TXVCO的差頻)進(jìn)行比較,得到一個包含發(fā)送數(shù)據(jù)的脈動直流信號,該信號去控制VCO的工作,得到最終發(fā)射信號經(jīng)功率放大器放大后,由天線發(fā)送出去。 發(fā)射變換模塊輸出的信號是發(fā)射VCO電路的控制信號,這個直流電壓信號控制VCO電路中的變?nèi)荻O管的反偏壓,使變?nèi)荻O管的結(jié)電容發(fā)生變化,從而控制發(fā)射VCO的輸出信號頻率。 二、帶發(fā)射上變頻器的發(fā)射機(jī)電路 發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)圖二所示的發(fā)射機(jī)在TXI/Q調(diào)制之前是一樣的,其不同之處在于TXI/Q調(diào)制后的發(fā)射已調(diào)信號在一個發(fā)射混頻器中與RX

66、VCO(或UHFVCO、RFVCO)混頻,得到最終發(fā)射信號。 無線通信是借助于元線電波的輻射進(jìn)行通信的,而人們通常能聽到的聲音頻率很低,需借助于高頻電波從某一處傳到另外的地方,這就需要振蕩電路來產(chǎn)生高頻信號,圖1-43中的VCO即起這樣的作用。 在電子電路中,振蕩電路多種多樣。隨著通信技術(shù)的發(fā)展,對振蕩信號頻率的穩(wěn)定度和精確度的要求越來越高,目前移動通信設(shè)備中常用的便是以晶體振蕩器為基準(zhǔn)頻率,采用ⅤCO電路的鎖相環(huán)頻率合成器,這在前面曾涉及,不再贅述。 以諾基亞8810的發(fā)射機(jī)電路結(jié)構(gòu)來對帶發(fā)射上變頻器的發(fā)射機(jī)電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明. 送話器轉(zhuǎn)換得到的模擬話音信號在邏輯音頻電路中經(jīng)PCM編碼、DSP 三、直接變換的發(fā)射機(jī)電路 早期的手機(jī)發(fā)射機(jī)電路結(jié)構(gòu)基本上都是上述兩種電路結(jié)構(gòu)形式。但隨著新型手機(jī)的面世,我們可以看到一種型號的發(fā)射機(jī)電路結(jié)構(gòu)——直接變換的發(fā)射機(jī)。如諾基亞的8210手機(jī)這種接收機(jī)的電路結(jié)構(gòu)如圖1-44所示。 圖 1-44 不管電路結(jié)構(gòu)怎樣變,都可以看到它們的一些相似之處，所以在手機(jī)接收機(jī)電路中