手机射频原理
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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 2012-8-1 RF 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。 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
2012-8-1
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
2012-8-1 RF DBTEL 16
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
检波 二极管 D
RF DBTEL
2012-8-1
35
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
2012-8-1 RF DBTEL 36
功率比较、控制器
Power Comparator&Controller
详见LMC33Data Sheet
2012-8-1 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
2012-8-1
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
2012-8-1 RF DBTEL
lc03c
2012-8-1 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
Uo2
1 j C j L
UI
1 UI
L R s UI C C
1
UO1 Rdiff
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。
2012-8-1 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》
2012-8-1 RF DBTEL
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
2012-8-1 RF DBTEL 27
已知衰减系数A求网络参数（R0：特性阻抗）
由
20 lg 1 K A ( dB )
求得K值：
K V in V out
则可得对T型：
R1 R 2 R 0 R3 R0
2 f R s R diff
该电路可能集成于SAW中
2012-8-1
RF DBTEL
9
差模、共模在Balance系统上的传输
差模（Differential Mode） A
I/P O/P I/P C
B
O/P
B的传输量为A的一半 共模（Common Mode）
I/P O/P
返回
2012-8-1 RF DBTEL 10
对接收为short
RX
TX
/4
对发射为open
2012-8-1 RF DBTEL
为发射波长
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)
R1 R3 R2
型衰减网络
R2
R1
R3
型衰减网络
2012-8-1 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
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
2012-8-1 RF DBTEL 12
以DB2009为例介绍Transceiver UAA3535的内部结构
2012-8-1 RF DBTEL 23
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
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）]
RF DBTEL
29
衰减网络的应用
返回
2012-8-1 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。
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
2012-8-1 RF DBTEL 24
2012-8-1
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
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。
滤波网络（Filter）
通用滤波网络 电源滤波去耦网络
2012-8-1
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
返回
20
锁相环在手机中应用举例
RX（接收）频率合成器
2012-8-1
RF DBTEL
21
TX-VCO锁相环路
2012-8-1
RF DBTEL
22
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
2012-8-1 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
2012-8-1
RF DBTEL
3
天线匹配的举例
返回
2012-8-1 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）
2012-8-1 RF 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 Βιβλιοθήκη Baidu 器
2012-8-1
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）
C
1
C
L
U I j L 1 j C j L
L L C
Rs UO2
Rs：特性阻抗 Rdiff ：输入阻抗
8
L
2012-8-1
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
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
2012-8-1
RF DBTEL
37
功率控制环路（APC）的应用
返回
2012-8-1 RF DBTEL 38
The loop can track better a change in input frequency
2012-8-1 RF DBTEL
17
环路低通滤波器的应用举例
返回
2012-8-1 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
PLL Block Diagram
返回
2012-8-1 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）
2012-8-1 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
2012-8-1
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
2012-8-1
GSM手机射频工作原 理与电路分析
2012-8-1
RF DBTEL
1
Outline
匹配网络（Matching） 收发双工器（Diplexer） 声表面波滤波器(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
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
2012-8-1
RF DBTEL
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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
2012-8-1 RF DBTEL 16
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
检波 二极管 D
RF DBTEL
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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
返回
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功率比较、控制器
Power Comparator&Controller
详见LMC33Data Sheet
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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
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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
2012-8-1 RF DBTEL
lc03c
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lc66e
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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
Uo2
1 j C j L
UI
1 UI
L R s UI C C
1
UO1 Rdiff
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。
2012-8-1 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》
2012-8-1 RF DBTEL
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
2012-8-1 RF DBTEL 27
已知衰减系数A求网络参数（R0：特性阻抗）
由
20 lg 1 K A ( dB )
求得K值：
K V in V out
则可得对T型：
R1 R 2 R 0 R3 R0
2 f R s R diff
该电路可能集成于SAW中
2012-8-1
RF DBTEL
9
差模、共模在Balance系统上的传输
差模（Differential Mode） A
I/P O/P I/P C
B
O/P
B的传输量为A的一半 共模（Common Mode）
I/P O/P
返回
2012-8-1 RF DBTEL 10
对接收为short
RX
TX
/4
对发射为open
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为发射波长
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)
R1 R3 R2
型衰减网络
R2
R1
R3
型衰减网络
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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
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
2012-8-1 RF DBTEL 12
以DB2009为例介绍Transceiver UAA3535的内部结构
2012-8-1 RF DBTEL 23
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
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）]
RF DBTEL
29
衰减网络的应用
返回
2012-8-1 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。
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
2012-8-1 RF DBTEL 24
2012-8-1
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
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。
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
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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
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
2012-8-1 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
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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）
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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 Βιβλιοθήκη Baidu 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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返回
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功率放大器（Power Amplifier）
C
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C
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U I j L 1 j C j L
L L C
Rs UO2
Rs：特性阻抗 Rdiff ：输入阻抗
8
L
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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： 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
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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功率控制环路（APC）的应用
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The loop can track better a change in input frequency
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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： 0 1 LC
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）
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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Cc 低通 积分 电路 检波电压输出
Coupler 输出
2012-8-1
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
2012-8-1
GSM手机射频工作原 理与电路分析
2012-8-1
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1
Outline
匹配网络（Matching） 收发双工器（Diplexer） 声表面波滤波器(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