GSM手机射频工作原理与电路分析

对接收为short
RX
TX
/4
对发射为open
为发射波长
2013-7-5 RF DBTEL 5
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)
PLL Block Diagram
返回
2013-7-5 RF DBTEL 13
基本构成电路分析
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）
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
2013-7-5
RF DBTEL
37
功率控制环路（APC）的应用
返回
2013-7-5 RF DBTEL 38
滤波网络（Filter）
通用滤波网络 电源滤波去耦网络
2013-7-5
RF DBTEL
39
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
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
2013-7-5
RF DBTEL
11
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
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。
2013-7-5 RF DBTEL 19
分频器（DIV）
锁相环通常用于N倍参考频率的发生器：
f
0
N fr
其中N为分频比，它由环路中分频器DIV提供
参见《分频器》
2013-7-5 RF DBTEL
R1 R3 R2
型衰减网络
R2
R1
R3
型衰减网络
2013-7-5 RF DBTEL 26
衰减网络的计算
已知网络参数求衰减系数A
1 A ( dB ) 10 lg 1 Z in 1 Z in 2 Z in 1 Z in 2 10 lg 1 1 Z out 1 Z out 2 Z out 1 Z out 2
lc03c
2013-7-5 RF DBTEL
lc66e
返回
7
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 U o1 1 j C
U o2
1 j C j L UI 1
1
L R s UI C C
1
UO1 Rdiff
C C
2013-7-5 Байду номын сангаасF DBTEL 31
功率控制环路构成
Po
功率耦合器
Coupling Power
PI
功率放大器
功率 控制 环路
耦合检波信号
Source from VCO
Pc
差值功率 控制信号
检 波 器
2013-7-5
功率 比较 控制器
比较信号
用于用户 设定功率值
RF DBTEL
返回
32
功率放大器（Power Amplifier）
2013-7-5 RF DBTEL
返回
34
功率检波器（Power Detector）
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。 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 低通 积分 电路 检波电压输出
Coupler 输出
功率耦合器（Power Coupler）
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。 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）]
详见LMC33Data Sheet
2013-7-5 RF DBTEL
返回
6
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 SAW Data Sheet
L
U I j L 1 j C j L
UI
L L C
Rs UO2
Rs：特性阻抗 Rdiff ：输入阻抗
8
L
2013-7-5
RF DBTEL
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： R s R diff L f：系统中心频率 2 f Rs：特性阻抗 1 Rdiff ：输入阻抗 C
2013-7-5
对Π型：
R2 R3 R0 R1 R 0
RF DBTEL
K 1 K 1
K 1 K 1
2K K
2
K
2
1
1
2K
28
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
2013-7-5
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
2013-7-5 RF DBTEL 24
2013-7-5
RF DBTEL
返回
25
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
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 入控制电压线性地变化
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
2013-7-5 RF DBTEL 12
返回
15
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。
2013-7-5
RF DBTEL
14
鉴相器（Phase Detector）
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：
θe(t) =θ1(t) -θv(t)
θ1(t) +
Vd(t)=Kdsinθe(t)
Kdsin()
θv(t) 鉴相器的数学模型
2013-7-5 RF DBTEL
2013-7-5 RF DBTEL 2
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
2013-7-5
RF DBTEL
3
天线匹配的举例
返回
2013-7-5 RF DBTEL 4
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）
The loop can track better a change in input frequency
2013-7-5 RF DBTEL
17
环路低通滤波器的应用举例
返回
2013-7-5 RF DBTEL 18
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： 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
RF DBTEL
29
衰减网络的应用
返回
2013-7-5 RF DBTEL 30
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& 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。
2013-7-5 RF DBTEL 16