射频电路工作原理

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电荷泵——环路低通滤波器 〔 Charge Pump——Loop
Filter〕
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。
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VCO
To further reduce the phase noise of the charge pump
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环路低通滤波器的应用举例
2021/8/26
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压控振荡器
〔Voltage Controlled Oscillator〕
压控振荡器一般是由变容二极管为主构成 的谐振回路：
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
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功率控制环路〔APC〕的应用
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滤波网络〔Filter〕
通用滤波网络 电源滤波去耦网络
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通用滤波网络
滤波器是抑制除特定带宽以外信号及噪声 的装置。 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
详见LMC33Data Sheet 返回
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声外表滤波器〔SAW〕
在手机中，承受信号从天线开关到接收处 理电路之间采用声外表滤波器〔SAW〕
声外表滤波器〔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 SAW Data Sheet
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衰减系数A求网络参数〔R0：特性阻抗〕
由
20lg1 A(dB) K
求得K值：
K V in V out
那么可得对T型：
R1 R2 R0 K 1 K 1
2K R3 R0 K 2 1
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对Π型：
R2 R3 R0 K 1 K 1
K 2 1 R1 R0
比较信号 用于用户 设定功率值
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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：
工作频率、带宽
最大线性输出功率〔压缩点〕
线性放大对输入功率要求
输入、输出需要的匹配阻抗
2K
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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
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衰减网络的应用
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功率控制环路〔APC〕
功率控制环路构成： 功率放大器〔Power Amplifier〕 功率耦合器〔Power Coupler〕 功率检波器〔Power Detector〕 功率比较、控制器〔Power Comparator&
谐振回路的中心频率由其回路的等效L、 C特性决定：
0 1 LC
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。
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分频器〔DIV〕
锁相环通常用于N倍参考频率的发生器：
f0Nfr
其中N为分频比，它由环路中分频器DIV提供
TX
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对接收为short
RX
/4
对发射为open
为发射波长
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收发双工器的特性参数〔TX/RX〕
Frequency Range (MHz) Insertion Loss (dB) Attenuation(dB) V.S.W.R. Isolation (dB) Harmonics 2xfo, 3xfo (dBc) Power Capacity (dBm)
GSM手机射频工作原 理与电路分析
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Outline
匹配网络〔Matching〕 收发双工器〔Diplexer〕 声外表波滤波器(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
该电路可能集成于SAW中
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差模、共模在Balance系统上的传输
差模〔Differential Mode〕
A
B
I/P
I/P
O/P
O/P
C
B的传输量为A的一半 共模〔Common Mode〕
I/P
O/P
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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。 锁相环四个根本构成元素 根本构成电路分析 锁相环在手机中应用举例
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鉴相器〔Phase Detector〕
鉴相器的主要作用:检测输入信号与反响信号之 间的相位差。
鉴相器的数学模型：
θ1(t) +
θe(t) =θ1(t) -θv(t)
Kdsin()
Vd(t)=Kdsinθe(t)
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θv(t)
鉴相器的数学模型
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耦合量〔Coupling〕
插入损耗〔Insertion Loss〕
Байду номын сангаас
隔离度〔Isolation〕
方向性〔Directivity〕
[单位〔dB〕]
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功率检波器〔Power Detector〕
功率检波器对Coupler的耦合高频信号进展包络 检波进而得到一个表达耦合信号幅值大小的检 波电压。
工作电源及电压、电流的要求
控制信号的形式及要求
噪声特性等等
详见PA-BGY280 Data Sheet
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功率耦合器〔Power Coupler〕
为了到达功率控制，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。
它的主要参数有：详见LDC Data Sheet
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功率比较、控制器
Power Comparator&Controller
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 Sheet
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DB2021为例介绍Transceiver
2021/8U/2A6 A3535的内部构RF造DBTEL
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Transceiver UAA3535〔Philips〕
UAA3535是近零中频收发器，它最多可以作三 频收发
入控制电压线性地变化
参考信号源〔Reference signal source〕：
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PLL Block Diagram
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根本构成电路分析
鉴相器〔Phase Detector〕 电荷泵——环路低通滤波器 〔Charge Pump——Loop Filter 〕 压控振荡器〔Voltage Controlled Oscillator〕 分频器〔DIV〕
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RF DBT参EL 见?分频器?
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锁相环在手机中应用举例
RX〔接收〕频率合成器
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TX-VCO锁相环路
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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
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单阶无源低通〔LP〕
R
L
C
单阶无源高通〔HP〕
R
C
L
U
U
3dB
3dB
fH
f
fL
f
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
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滤波特性
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 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 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。 如果将低通滤波器和高通滤波器并联，而且 fH < fL 就能构成带阻滤波器，其阻频带为fH ~ fL。
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锁相环四个根本构成元素
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
号与反响信号之间的相位/频率差
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〔VCO〕：
VCO是一个电压--频率变换装置 ，输出振荡 频率应随输
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衰减网络〔Attenuation〕
为了到达系统中对输 入输出功率要求高的 局部的功率适配，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
R1
R2
R3
型衰减网络
R1
R2
R3
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型衰减网络
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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
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天线匹配的举例
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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 〔Antenna Switch〕
lc03c lc66返e 回
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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 、UO2
UI 1
1
Uo1
1
jC UI jL
C 1 L
UI
jC
C
Uo2 jU 1C IjjLLUILL1C
L Rs UO1
C
Rdiff
C
Rs UO2
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：
耦合电容Cc
Coupler 输出
检波 二极管
D
低通 积分 电路
检波电压输出
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负包络检波的对二极管要求：
检波二极管D以P极为输入端 检波二极管的极电容要求较小的肖特基二
极管，假设极电容过大，将会使负包络过 多的耦合流失到低，导致检波效果变差
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环路低通滤波器〔Low Pass Filter〕
phase detector
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Rz
Cp
R4 C4
Cz
To important the transient characteristics
The loop can track better a change in input frequency
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衰减网络的计算
网络参数求衰减系数A
1 Zin1
1 Zou1t
A(dB)10lg Zin2 10lg Zou2t
1 Zin1
1 Zou1t
Zin2
Zou2t
Zin1： 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 2021/8/26
Controller 〕 这样构成的环路可以将功率较稳定的 2021/8控/26 制在我们的设RF D定BTEL值上，这个设定值31
功率控制环路构成
Po
PI
Source
功率耦合器
功率放大器
from
VCO
Coupling Power
Pc
功率
差值功率
控制
控制信号
检
环路
功率
波
比较
器 耦合检波信号 控制器
L
Rs：特性阻抗
Rdiff ：输入阻抗
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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
L R s R diff 2 f
C
1
2 f R s R diff