手机射频器件介绍
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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 25 2011-9-6 RF DBTEL
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
2011-9-6 RF DBTEL 9
PLL Block Diagram
返回
2011-9-6 RF DBTEL 10
锁相环路的性能
锁相环的基本性能包括捕获过程与同步 （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
RF DBTEL 30
返 回
2011-9-6
参数计算方法
PC Coupling= 10 lg <0 PI PO <0 Insertion Loss= 10 lg PI
PC * <0 Isolation= 10 lg PI *
Directivity=Coupling-Isolation>0
2011-9-6 RF DBTEL 31
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。
2011-9-6 RF DBTEL 18
VCO的选择要素
High spectral purity Linear voltage-frequency transfer characteristic Good frequency stability to temperature Frequency deviation capability >>the max. PLL capture range Time response Low power consumption and Output level Output harmonic level and tuning sensitivity Phase noise 详见TXVCO Data Sheet RXVCO Data Sheet
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。
dBc是一个差值，它表 示两个功率值的差。
1mW
P1
P1 (dBc) = 10 lg P2 P2
2011-9-6
RF DBTEL
28
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:
输入X 输入 dBm 增益 Y dB 输出Z 输出 dBm
2011-9-6
RF DBTEL
32
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
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：详见其LDC Data Sheet LDC 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>
2011-9-6 RF DBTEL
返回
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》
2011-9-6 RF DBTEL
返回
20
锁相环在手机中应用举例
RX（接收）频率合成器
2011-9-6
RF DBTEL
21
返回
2011-9-6 RF DBTEL 12
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）
2011-9-6
RF DBTEL
2011-9-6 RF DBTE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。 V 对功率比：10 lg P 对电压比： 20 lg Po Vo dBm dBm是一个绝对功率值，它是一定功率与一毫瓦 的相对值。 P
(dBm) = 10 lg
2011-9-6 RF DBTEL 15
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
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。
2011-9-6
RF DBTEL
11
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。
2011-9-6 RF DBTEL 5
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
2011-9-6
RF DBTEL
2
2011-9-6
RF DBTEL
3
Outline
收发器（Transceiver） 锁相环（PLL） 功率控制环路（APC） 收发双工器（Diplexer） Diplexer 衰减网络（Attenuation） 匹配网络（Matching） 滤波网络（Filter） 平衡网络（Balance） 其它
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
2011-9-6 RF DBTEL 6
2011-9-6
RF DBTEL
返回
7
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》 》
2011-9-6 RF DBTEL 8
计算举例（全用对数计算）
PI :0dBm Coupling=-20dBm PC :20dBm Insertion Loss= -1dBm PO : -1dBm Isolation= -40dBm PI* : 0dBm Directivity= Coupling- Isolation PC* : -40dBm =20dBm
则输出Z(dBm)=X+Y 则输出
2011-9-6
RF DBTEL
29
0dBm=1mW 10dBm=10mW 30dBm=1W
dB------功率比 功率比
12dB---16 9dB---8 6dB---4 3dB---2 0dB---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
TX-VCO锁相环路
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2011-9-6 RF DBTEL 22
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。
2011-9-6 RF DBTEL
16
环路低通滤波器的应用举例
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2011-9-6 RF DBTEL 17
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
LC
13
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。 位检波器与脉冲取样保持相位比较器两种。
2011-9-6
RF DBTEL
返回
14
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。
Typical Circuit of RF used in Handset
手机射频部分典型电路分析
2011-9-6
RF DBTEL
1
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。
2011-9-6 RF DBTEL
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26
Directional Coupler
Insertion Loss
I/P PI
O/P Po
Coupli ng
PI :Input power PO:Output power PC:Coupling power
O/P PC
PI*:Incident Power in wrong direction PC*:Coupling power when incident power in wrong direction
2011-9-6 RF DBTEL 4
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
2011-9-6 RF DBTEL 23
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
2011-9-6
功率 比较 控制器
比较信号
用于用户 设定功率值
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RF DBTEL 24
功率放大器（Power Amplifier）
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
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锁相环路的性能
锁相环的基本性能包括捕获过程与同步 （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
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2011-9-6
参数计算方法
PC Coupling= 10 lg <0 PI PO <0 Insertion Loss= 10 lg PI
PC * <0 Isolation= 10 lg PI *
Directivity=Coupling-Isolation>0
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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。
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VCO的选择要素
High spectral purity Linear voltage-frequency transfer characteristic Good frequency stability to temperature Frequency deviation capability >>the max. PLL capture range Time response Low power consumption and Output level Output harmonic level and tuning sensitivity Phase noise 详见TXVCO Data Sheet RXVCO Data Sheet
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。
dBc是一个差值，它表 示两个功率值的差。
1mW
P1
P1 (dBc) = 10 lg P2 P2
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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:
输入X 输入 dBm 增益 Y dB 输出Z 输出 dBm
2011-9-6
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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
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：详见其LDC Data Sheet LDC 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>
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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》
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锁相环在手机中应用举例
RX（接收）频率合成器
2011-9-6
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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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RF DBTEL
2011-9-6 RF DBTE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。 V 对功率比：10 lg P 对电压比： 20 lg Po Vo dBm dBm是一个绝对功率值，它是一定功率与一毫瓦 的相对值。 P
(dBm) = 10 lg
2011-9-6 RF DBTEL 15
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
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。
2011-9-6
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11
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。
2011-9-6 RF DBTEL 5
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
2011-9-6
RF DBTEL
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RF DBTEL
3
Outline
收发器（Transceiver） 锁相环（PLL） 功率控制环路（APC） 收发双工器（Diplexer） Diplexer 衰减网络（Attenuation） 匹配网络（Matching） 滤波网络（Filter） 平衡网络（Balance） 其它
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
2011-9-6 RF DBTEL 6
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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》 》
2011-9-6 RF DBTEL 8
计算举例（全用对数计算）
PI :0dBm Coupling=-20dBm PC :20dBm Insertion Loss= -1dBm PO : -1dBm Isolation= -40dBm PI* : 0dBm Directivity= Coupling- Isolation PC* : -40dBm =20dBm
则输出Z(dBm)=X+Y 则输出
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0dBm=1mW 10dBm=10mW 30dBm=1W
dB------功率比 功率比
12dB---16 9dB---8 6dB---4 3dB---2 0dB---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
TX-VCO锁相环路
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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。
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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
LC
13
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。 位检波器与脉冲取样保持相位比较器两种。
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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。
Typical Circuit of RF used in Handset
手机射频部分典型电路分析
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1
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。
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Directional Coupler
Insertion Loss
I/P PI
O/P Po
Coupli ng
PI :Input power PO:Output power PC:Coupling power
O/P PC
PI*:Incident Power in wrong direction PC*:Coupling power when incident power in wrong direction
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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
以DB2009为例介绍Transceiver UAA3535的内部结构
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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）