GSM手机射频原理与电路分析

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环路低通滤波器的应用举例
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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： 谐振回路的中心频率由其回路的等效L、 C特性决定：
ω0 =1
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已知衰减系数A求网络参数（R0：特性阻抗）
由 求得K值：
1 20 lg = A(dB) K
则可得对T型： K −1 R1 = R 2 = R 0 K +1 2K R3 = R0 2 K −1
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Vin K= Vout
对Π型：
K +1 R 2 = R3 = R0 K −1 K 2 −1 R1 = R 0 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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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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环路低通滤波器（Low Pass Filter）
phase detector
VCO Rz Cz To further reduce the phase noise of the charge pump Cp R4 C4
To important the transient characteristics The loop can track better a change in input frequency
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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
R1 R3 R2
Τ型衰减网络
详见LMC33Data Sheet
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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
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Transceiver UAA3535的内部结构
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Transceiver UAA3535（Philips）
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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C 耦合电容 c 低通 积分 电路 检波电压输出
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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
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功率 比较 控制器
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 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 返回 33 2011-2-16 RF DBTEL
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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
Rs：特性阻抗 Rdiff ：输入阻抗
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UO1 Rdiff
UI ⋅ jωL ωL Uo 2 = = UI ⋅ 1 1 + jωL ωL − jωC ωC
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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： Rs ⋅ Rdiff L= f f：系统中心频率 2πf Rs：特性阻抗 1 Rdiff ：输入阻抗 C=
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
PLL Block Diagram
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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）
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
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lc03c
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lc66e
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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
1 1 UI jω C Uo1 = = UI ⋅ ωC 1 1 + jω L − ωL jω C ωC
L R s UI C C L Rs UO2
对接收为short 对接收为
RX TX
λ/4
对发射为open 对发射为
λ 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)
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
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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
Coupler 输出
检波 二极管 D
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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，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
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功率比较、控制器
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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& 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。
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
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