RF典型电路分析讲义
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R1 R3 R2
型衰减网络
R2
R1
R3
型衰减网络
2018/8/16 26
衰减网络的计算
已知网络参数求衰减系数A
Zin1 Zout1 1 1 Z in 2 Z out 2 A(dB) 10 lg 10 lg Zin1 Zout 1 1 1 Zin2 Zout 2
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
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
2018/8/16
29
衰减网络的应用
返回
2018/8/16 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。
RX
TX
/4
对发射为open
为发射波长
2018/8/16 5
ห้องสมุดไป่ตู้
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)
2018/8/16 40
单阶无源低通（LP）
R L C U
单阶无源高通（HP） C R
L U
3dB
fH
f
3dB
fL
f
高频截止频率fH 与L、C参数有关
2018/8/16
低频截止频率fL 与L、C参数有关
41
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。
GSM手机射频工作原 理与电路分析
2018/8/16
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
返回
2018/8/16 42
电源滤波去耦网络
对于射频电路而言，电源稳定由特别重要 的意义，不仅它自身不稳定会影响电路性 能，而且各用电单元也会以电源为途径互 相传递干扰造成很大的不稳定因数，去耦 即去除电源与用电单元之间的交流耦合。 实际电路中电源去耦电路无论在电源输出 端还是在用电输入端都需要，而且去耦电 路离用电模块越近达到的去耦效果越好。
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。
2018/8/16 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》
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
2018/8/16
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。
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 返回 33 2018/8/16
2018/8/16
返回
20
锁相环在手机中应用举例
RX（接收）频率合成器
2018/8/16
21
TX-VCO锁相环路
2018/8/16
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
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
2018/8/16 12
PLL Block Diagram
返回
2018/8/16 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）
2018/8/16
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
2018/8/16 24
2018/8/16
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
2018/8/16
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
2018/8/16 36
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）
2018/8/16 27
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
2018/8/16
Vin K Vout
对Π型：
K 1 R 2 R3 R0 K 1 K 2 1 R1 R 0 2K
2018/8/16 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
2018/8/16
功率 比较 控制器
比较信号
用于用户 设定功率值
返回
32
功率放大器（Power Amplifier）
2018/8/16
Rs UO2
Rs：特性阻抗 Rdiff ：输入阻抗
8
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：系统中心频率 2f Rs：特性阻抗 1 Rdiff ：输入阻抗 C
返回
2018/8/16 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
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： 耦合量（Coupling） 插入损耗（Insertion Loss） 隔离度（Isolation） 方向性（Directivity） [单位（dB）]
2018/8/16 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
2018/8/16
3
天线匹配的举例
返回
2018/8/16 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）
对接收为short
2018/8/16
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
检波 二极管 D
The loop can track better a change in input frequency
2018/8/16
17
环路低通滤波器的应用举例
返回
2018/8/16 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：
以DB2009为例介绍Transceiver UAA3535的内部结构
2018/8/16 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
2018/8/16 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
2018/8/16
37
功率控制环路（APC）的应用
返回
2018/8/16 38
滤波网络（Filter）
通用滤波网络 电源滤波去耦网络
2018/8/16
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
2018/8/16
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
返回
2018/8/16 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
1 1 UI j C Uo1 UI C 1 1 j L L j C C
L R s UI C C L UO1 Rdiff
UI jL L Uo 2 UI 1 1 j L L j C C
2f Rs Rdiff
该电路可能集成于SAW中
2018/8/16
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
2018/8/16 10
锁相环（PLL）
型衰减网络
R2
R1
R3
型衰减网络
2018/8/16 26
衰减网络的计算
已知网络参数求衰减系数A
Zin1 Zout1 1 1 Z in 2 Z out 2 A(dB) 10 lg 10 lg Zin1 Zout 1 1 1 Zin2 Zout 2
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
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
2018/8/16
29
衰减网络的应用
返回
2018/8/16 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。
RX
TX
/4
对发射为open
为发射波长
2018/8/16 5
ห้องสมุดไป่ตู้
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)
2018/8/16 40
单阶无源低通（LP）
R L C U
单阶无源高通（HP） C R
L U
3dB
fH
f
3dB
fL
f
高频截止频率fH 与L、C参数有关
2018/8/16
低频截止频率fL 与L、C参数有关
41
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。
GSM手机射频工作原 理与电路分析
2018/8/16
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
返回
2018/8/16 42
电源滤波去耦网络
对于射频电路而言，电源稳定由特别重要 的意义，不仅它自身不稳定会影响电路性 能，而且各用电单元也会以电源为途径互 相传递干扰造成很大的不稳定因数，去耦 即去除电源与用电单元之间的交流耦合。 实际电路中电源去耦电路无论在电源输出 端还是在用电输入端都需要，而且去耦电 路离用电模块越近达到的去耦效果越好。
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。
2018/8/16 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》
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
2018/8/16
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。
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 返回 33 2018/8/16
2018/8/16
返回
20
锁相环在手机中应用举例
RX（接收）频率合成器
2018/8/16
21
TX-VCO锁相环路
2018/8/16
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
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
2018/8/16 12
PLL Block Diagram
返回
2018/8/16 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）
2018/8/16
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
2018/8/16 24
2018/8/16
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
2018/8/16
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
2018/8/16 36
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）
2018/8/16 27
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
2018/8/16
Vin K Vout
对Π型：
K 1 R 2 R3 R0 K 1 K 2 1 R1 R 0 2K
2018/8/16 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
2018/8/16
功率 比较 控制器
比较信号
用于用户 设定功率值
返回
32
功率放大器（Power Amplifier）
2018/8/16
Rs UO2
Rs：特性阻抗 Rdiff ：输入阻抗
8
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：系统中心频率 2f Rs：特性阻抗 1 Rdiff ：输入阻抗 C
返回
2018/8/16 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
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： 耦合量（Coupling） 插入损耗（Insertion Loss） 隔离度（Isolation） 方向性（Directivity） [单位（dB）]
2018/8/16 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
2018/8/16
3
天线匹配的举例
返回
2018/8/16 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）
对接收为short
2018/8/16
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
检波 二极管 D
The loop can track better a change in input frequency
2018/8/16
17
环路低通滤波器的应用举例
返回
2018/8/16 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：
以DB2009为例介绍Transceiver UAA3535的内部结构
2018/8/16 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
2018/8/16 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
2018/8/16
37
功率控制环路（APC）的应用
返回
2018/8/16 38
滤波网络（Filter）
通用滤波网络 电源滤波去耦网络
2018/8/16
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
2018/8/16
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
返回
2018/8/16 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
1 1 UI j C Uo1 UI C 1 1 j L L j C C
L R s UI C C L UO1 Rdiff
UI jL L Uo 2 UI 1 1 j L L j C C
2f Rs Rdiff
该电路可能集成于SAW中
2018/8/16
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
2018/8/16 10
锁相环（PLL）