手机射频电路分析

Typical Circuit of RF used in Handset 手机射频部分典型电路分析射频电路概况随着电路集成技术日新月异的发展，射频电路也趋向于集成化、模块化，这对于小型化移动终端的开发、应用是特别有利的。

目前手机的射频电路是以RFIC为中心结合外围辅助、控制电路构成的。

射频电路中各典型功能模块的分析是我们讨论的主要内容。

Outline收发器（Transceiver）锁相环（PLL）功率控制环路（APC）收发双工器（Diplexer）衰减网络（Attenuation）匹配网络（Matching）滤波网络（Filter）平衡网络（Balance）其它收发器（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Transceiver UAA3535（Philips）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返回锁相环（PLL）锁相环四个基本构成元素锁相环路的性能基本构成电路分析锁相环在手机中应用举例详见《射频锁相环》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PLL Block Diagram返回锁相环路的性能锁相环的锁相环的基本性能包括基本性能包括基本性能包括捕获过程与同步捕获过程与同步 （1）捕获过程的性能指捕获带和捕获时间。

捕获带指环路能通过捕获过程而进入同步状态所允许的最大固有频差捕获时间是环路由起始时刻到进入同步状态的时刻之间的时间间隔Frequency deviation capability >> the max. PLL capture range （2）环路锁定之后稳态频差等于零，进入同步状态。

稳态相差通常总是存在的，它是一个固定值。

环路的跟踪性能输入信号变化越快，跟踪性能就越差。

暂态相位误差和稳态相位误差的大小，是衡量环路线性跟踪性能好坏的重要标志。

环路噪声性能噪声包括输入噪声与谐波干扰和内部噪声与谐波干扰，压控振荡器内部的噪声是主要的噪声源。

环路捕获性能捕获带越宽越好，捕获时间越短越好，可提高环路的增益K或者增加滤波器的带宽，但加大环路增益或滤波器带宽往往是与提高环路的跟踪性能和滤波性能的要求相矛盾。

采用辅助捕获的方法达到目的。

包括辅助鉴频和鉴频鉴相，变带宽和变增益等。

返回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）鉴相器（Phase Detector）在频率合成器中所采用的鉴相器主要有正弦波相位检波器与脉冲取样保持相位比较器两种。

返回电荷泵——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。

环路低通滤波器（Low Pass Filter）phasedetectorRzCz CpVCOR4C4To important the transient characteristics The loop can track better a change in input frequency To further reduce the phase noise of the charge pump环路低通滤波器的应用举例返回压控振荡器（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：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 。

LC 10=ωVCO的选择要素High spectral purityLinear voltage-frequency transfer characteristicGood frequency stability to temperatureFrequency deviation capability >>the max. PLL capture rangeTime responseLow power consumption and Output levelOutput harmonic level and t uning sensitivityPhase noise详见TXVCO Data SheetR XVCO Data Sheet返回2012-2-220分频器（DIV ）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》rf N f ×=0返回锁相环在手机中应用举例RX（接收）频率合成器TX-VCO锁相环路返回功率控制环路（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。

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P ISource from VCOCoupling PowerP cP o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DirectionalCoupler。

它的主要参数有：详见其LDC Data Sheet耦合量（Coupling）插入损耗（Insertion Loss）隔离度（Isolation）方向性（Directivity）[单位（dB）] <参数计算方法>返回Directional CouplerCoupl ingI/P P IO/P P oO/P P CInsertion LossP C *:Coupling power when incident power in wrong directionP I *:Incident Power in wrong directionP I :Input power P O :Output power P C :Coupling powerdB & dBm & dBcdB 是一个相对值，它是针对一定参考而言的，它通常用于表示衰减或增益的量。

对电压比： 对功率比：dBm 是一个绝对功率值，它是一定功率与一毫瓦的相对值。

dBc 是一个差值，它表示两个功率值的差。

oV V lg20o P P lg 10mWPdBm 1lg10)(=P 1P 221lg 10)(P P dBc =dB& dBm & dBc 都是对数表示方式，对它们来讲功率的乘除运算变成了它们的加减运算。

dB& dBm & dBc是可以直接相加减的。

例如:增益Y dB输入X dBm输出Z dBm则输出Z(dBm)=X+Y2012-2-2300dBm=1mW 10dBm=10mW 30dBm=1WdB------功率比12dB---169dB---86dB---43dB---20dB---1-3dB---1/2=0.5 -6dB---1/4=0.25 -9dB---1/8=0.125 -12dB---1/16=0.0625 -15dB---1/32=0.03125 -18dB---1/64=0.015625返回参数计算方法Coupling=Insertion Loss=Isolation=Directivity=Coupling-Isolation>0lg 10<ICP P 0lg 10<IOP P 0**lg 10<I C P P计算举例（全用对数计算）P I :0dBmP C :20dBm P O :-1dBm P I* :0dBmP C* :-40dBmCoupling=-20dBmInsertion Loss= -1dBmIsolation= -40dBm Directivity= Coupling- Isolation=20dBm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：Coupler 输出耦合电容C c检波二极管D检波电压输出低通积分电路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，导致检波效果变差返回功率比较、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功率控制环路（APC）的应用返回收发双工器（Diplexer ）收发合用一路天线，因此使用天线收发双工器（Antenna Switch ）4/λ对发射为openTXRX为发射波长λ对接收为short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)详见LMC33-07A0524A Data Sheet返回衰减网络（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 型衰减网络的计算型衰减网络型衰减网络ΠΤR 1R 2R 3R 1R 2R 32012-2-240衰减网络的计算已知网络参数求衰减系数AZ in1： 短路输入电抗 Z in2： 开路输入电抗 Z out1：短路输出电抗 Z out2： 开路输出电抗2121212111lg1011lg 10)(out out out out in in in in Z Z Z Z Z Z Z Z dB A −+=−+=已知衰减系数A 求网络参数（R 0：特性阻抗） 由 求得K 值：则可得对T 型： 对Π型：)(1lg 20dB A K =out in V V K =1211203021−=+−==K K R R K K R R R KK R R K K R R R 2111201032−=−+==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衰减网络的应用返回匹配网络（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型阻抗匹配（参见RF Circuit Fundamentals）天线的匹配（参见Transmission Line/Smith Chart）天线匹配的举例返回滤波网络（Filter）通用滤波网络电源滤波去耦网络声表面滤波器（SAW）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。