手机射频电路分析

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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。
Directivity=Coupling-Isolation>0
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计算举例（全用对数计算）
PI :0dBm PC :20dBm PO : -1dBm PI* : 0dBm PC* : -40dBm
Coupling=-20dBm Insertion Loss= -1dBm
Isolation= -40dBm Directivity= Coupling- Isolation
-9dB---1/8=0.125
-12dB---1/16=0.0625 -15dB---1/32=0.03125
返
-18dB---1/64=0.015625 回
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参数计算方法
Coupling= 10 lg PC 0 PI
Insertion Loss= 10lg PO 0 PI
Isolation= 10lg PC * 0 PI *
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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
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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
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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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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鉴相器（Phase Detector）
=20dBm
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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
Coupler 输出
检波 二极管
D
低通 积分 电路
Typical Circuit of RF used in Handset
手机射频部分典型电路分析
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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。
增益 Y dB
输出Z dBm
则输出Z(dBm)=X+Y
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0dBm=1mW 10dBm=10mW 30dBm=1W
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dB------功率比
12dB---16
9dB---8
6dB---4
3dB---2
0dB---1
-3dB---1/2=0.5
-6dB---1/4=0.25
PC*:Coupling power when incident power in wrong direction
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dB & dBm & dBc
dB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： 20lg V 对功率比：10lg P
Vo
Po
dBm是一个绝对功率值，它是一定功率与一毫瓦
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
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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
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功率耦合器（Power Coupler）
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
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功率控制环路构成
Po
PI
Source
功率耦合器
功率放大器
from
VCO
Coupling Power
Pc
功率
差值功率
控制
控制信号
检
环路
功率
波
比较
器 耦合检波信号 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
的相对值。
(dBm) 10lg
P
dBc是一个差值，它表 1mW
示两个功率值的差。
P1
(dBc) 10lg P1
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 dBm
检波电压输出
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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
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）
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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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
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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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
Rz
Cp
R4 C4
Cz
To important the transient characteristics
The loop can track better a change in input frequency
VCO
To further reduce the phase noise of the charge pump
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。
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环路的跟踪性能
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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
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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wenku.baidu.com 频、零中频、近零中频等
以DB2009为例介绍Transceiver UAA3535的内部结构
详见TXVCO Data Sheet RXVCO Data Sheet
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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
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参见《分频器》 返回
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锁相环在手机中应用举例
RX（接收）频率合成器
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 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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Directional Coupler
Insertion Loss
I/P PI
O/P Po
Couplin g
PI :Input power
O/P PC
PO:Output power
PC:Coupling power
PI*:Incident Power in wrong direction
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
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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》
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锁相环四个基本构成元素
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。
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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）
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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PLL Block Diagram
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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
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。