GSM手机射频工作原 理与电路分析*1RF DBTELDate2RF DBTELOutlinew匹配网络（Matching） w收发双工器（Diplexer） w声表面波滤波器(SAW) w平衡网络（Balance） w锁相环（PLL） w收发器（Transceiver） w衰减网络（Attenuation） w功率控制环路（APC） w滤波网络（Filter） w其它Date3RF DBTEL匹配网络（Matching）w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：L型 T型 型Date4RF DBTEL天线匹配的举例返回Date5RF DBTEL收发双工器（Diplexer）w收发合用一路天线，因此使用天线收发双工 器（Antenna Switch）对发射为openTXRX为发射波长对接收为shortDate6RF DBTEL收发双工器的特性参数（TX/RX ） wFrequency Range (MHz) wInsertion Loss (dB) wAttenuation(dB) wV.S.W.R. wIsolation (dB) wHarmonics 2xfo, 3xfo (dBc) wPower Capacity (dBm)详见LMC33Data Sheet返回Date7RF DBTEL声表面滤波器（SAW）w 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） w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。 wSAW的滤波特性详见 SAW Data Sheet lc03c lc66e返回Date8RF DBTEL平衡网络（Balance）wBalance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Date9RF DBTELw由计算可知UO1 、UO2始终有180度相差（Differential ）适合在Balance系统上传输。 wL、C的取值要求：f：系统中心频率 Rs：特性阻抗 Rdiff ：输入阻抗w该电路可能集成于SAW中Date10RF DBTEL差模、共模在Balance系统上的传输w差模（Differential Mode）A B B的传输量为A的一半 w共模（Common Mode）I/PO/PI/PO/PI/P O/PC返回Date11RF DBTEL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。 w锁相环四个基本构成元素 w基本构成电路分析 w锁相环在手机中应用举例Date12RF DBTEL锁相环四个基本构成元素 w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 w 环路滤波器Loop Filter（LP）：LP一般为N阶低通滤波器 w 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 w 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Date13RF DBTELPLL Block Diagram返回Date14RF DBTEL基本构成电路分析w鉴相器（Phase Detector） w电荷泵环路低通滤波器 （Charge PumpLoop Filter ） w压控振荡器（Voltage Controlled Oscillator） w分频器（DIV）Date15RF DBTEL鉴相器（Phase Detector） w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。 w鉴相器的数学模型：返回Kdsin() +1(t)v(t)e(t) =1(t) -v(t) Vd(t)=Kdsine(t)鉴相器的数学模型Date16RF DBTEL电荷泵环路低通滤波器 （ Charge PumpLoop Filter ）w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 w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。Date17RF DBTEL环路低通滤波器（Low Pass Filter ）phase detectorRzCzCpVCOR4C4To important the transient characteristics The loop can track better a change in input frequencyTo further reduce the phase noise of the charge pumpDate18RF DBTEL环路低通滤波器的应用举例返回Date19RF DBTEL压控振荡器 （Voltage Controlled Oscillator ） w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。Date20RF DBTEL分频器（DIV）w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Date21RF DBTEL锁相环在手机中应用举例wRX（接收）频率合成器 Date22RF DBTELwTX-VCO锁相环路 Date23RF DBTEL收发器（Transceiver）w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 wTransceiver根据其工作频率可分为：单 频、双频、三频等 wTransceiver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Transceiver UAA3535的内部结构Date24RF DBTELTransceiver UAA3535（Philips ）wUAA3535是近零中频收发器，它最多可以作 三频收发 w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 w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Date25RF DBTEL返回 Date26RF DBTEL衰减网络（Attenuation）w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 w通常衰减网络形式有 ：T型、 型 w衰减网络的计算型衰减网络型衰减网络R1R2R3R1 R2R3Date27RF DBTEL衰减网络的计算w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Date28RF DBTELw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： 对型： Date29RF DBTEL衰减网络的作用w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w利用衰减网络可以提高系统的信噪比w利用50欧姆衰减网络可以缓和前级与后 级的阻抗变化Date30RF DBTEL衰减网络的应用返回Date31RF DBTEL功率控制环路（APC）功率控制环路构成： w 功率放大器（Power Amplifier） w 功率耦合器（Power Coupler） w 功率检波器（Power Detector） w 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。Date32RF DBTEL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PISource from VCO Coupling PowerPcPo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 Date33RF DBTEL功率放大器（Power Amplifier ）目前手机用PA一般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： w工作频率、带宽 w最大线性输出功率（压缩点） w线性放大对输入功率要求 w输入、输出需要的匹配阻抗 w工作电源及电压、电流的要求 w控制信号的形式及要求 w噪声特性等等 详见PA-BGY280 Data Sheet返回Date34RF DBTEL功率耦合器（Power Coupler）w 为了达到功率控制，我们需要使用 到的功率传感器就是功率耦合器，一 般为Directional Coupler。 w它的主要参数有：详见LDC Data Sheet耦合量（Coupling）插入损耗（Insertion Loss）隔离度（Isolation）方向性（Directivity）单位（dB） 返回Date35RF DBTEL功率检波器（Power Detector ）w功率检波器对Coupler的耦合高频信号进行包 络检波进而得到一个体现耦合信号幅值大小 的检波电压。 w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Cc检波 二极管 D检波电压输出低通 积分 电路Date36RF DBTEL负包络检波的对二极管要求： w 检波二极管D以P极为输入端 w 检波二极管的极电容要求较小的肖特基 二极管，若极电容过大，将会使负包络 过多的耦合流失到低，导致检波效果变 差返回Date37RF DBTEL功率比较、控制器Power Comparator&Controllerw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）它的具体参数详见PCF5078 Data SheetDate38RF DBTEL功率控制环路（APC）的应用返回Date39RF DBTEL滤波网络（Filter）w通用滤波网络 w电源滤波去耦网络Date40RF DBTEL通用滤波网络w滤波器是抑制除特定带宽以外信号及噪声 的装置。 w按照不同标准它可分为：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、有源滤波器以下我们以单阶无源滤波器为例做一些简 介Date41RF DBTEL3dB3dBRRLLCCUUfffHfL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Date42RF DBTELw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 w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 w如果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 。 w如果将低通滤波器和