手機(jī)射頻電路分析.ppt

2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,1,Typical Circuit of RF used in Handset,手機(jī)射頻部分典型電路分析,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,2,射頻電路概況,隨著電路集成技術(shù)日新月異的發(fā)展，射頻電路也趨向于集成化、模塊化，這對于小型化移動(dòng)終端的開發(fā)、應(yīng)用是特別有利的。 目前手機(jī)的射頻電路是以 RFIC 為中心結(jié)合外圍輔助、控制電路構(gòu)成的。 射頻電路中各典型功能模塊的分析是我們討論的主要內(nèi)容。,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,3,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,4,Outline,收發(fā)器（Transceiver） 鎖相環(huán)（PLL） 功率控制環(huán)路（APC） 收發(fā)雙工器（Diplexer） 衰減網(wǎng)絡(luò)（Attenuation） 匹配網(wǎng)絡(luò)（Matching） 濾波網(wǎng)絡(luò)（Filter） 平衡網(wǎng)絡(luò)（Balance） 其它,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,5,收發(fā)器（Transceiver）,收發(fā)器即調(diào)制解調(diào)器 調(diào)制：發(fā)射時(shí)基帶信號(hào)加載到射頻信號(hào) 解調(diào)：接收時(shí)射頻信號(hào)過濾出基帶信 Transceiver根據(jù)其工作頻率可分為：單頻、雙頻、三頻等 Transceiver根據(jù)其中頻特征可分為有中頻、零中頻、近零中頻等 以DB2009為例介紹Transceiver UAA3535的內(nèi)部結(jié)構(gòu),2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,6,Transceiver UAA3535（Philips）,UAA3535是近零中頻收發(fā)器，它最多可以作三頻收發(fā) 它內(nèi)部有： 三個(gè)PLL（包括一個(gè)內(nèi)置VCO）、正交混頻解調(diào)器、可控增益低噪放大器、混頻調(diào)制器等 它需外接： 13MHz參考基準(zhǔn)時(shí)鐘、RXVCO、TXVCO、基帶控制信號(hào)等 詳見UAA3535 Data Sheet 我們需要研究其內(nèi)部各重要節(jié)點(diǎn)的頻率、 帶寬，信號(hào)轉(zhuǎn)換的流程等細(xì)節(jié),2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,7,返回,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,8,鎖相環(huán)（PLL）,鎖相環(huán)四個(gè)基本構(gòu)成元素 鎖相環(huán)路的性能 基本構(gòu)成電路分析 鎖相環(huán)在手機(jī)中應(yīng)用舉例 詳見射頻鎖相環(huán),2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,9,鎖相環(huán)四個(gè)基本構(gòu)成元素,鑒相器（PD）鑒頻器（FD）鑒相鑒頻（PFD）： PD/FD/PFD是一個(gè)相位/頻率比較裝置，用來檢測輸入信 號(hào)與反饋信號(hào)之間的相位/頻率差 環(huán)路濾波器Loop Filter（LP）： LP一般為N階低通濾波器 電壓控制振蕩器（VCO）： VCO是一個(gè)電壓-頻率變換裝置 ，輸出振蕩頻率應(yīng)隨輸 入控制電壓線性地變化 參考信號(hào)源（Reference signal source）： 參考信號(hào)源提供與反饋信號(hào)鑒相鑒頻用的對比輸入信號(hào),2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,10,PLL Block Diagram,返回,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,11,鎖相環(huán)路的性能,鎖相環(huán)的基本性能包括捕獲過程與同步 （1）捕獲過程的性能指捕獲帶和捕獲時(shí)間。 捕獲帶指環(huán)路能通過捕獲過程而進(jìn)入同步狀態(tài)所允許的最大固有頻差 捕獲時(shí)間是環(huán)路由起始時(shí)刻到進(jìn)入同步狀態(tài)的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔 Frequency deviation capability the max. PLL capture range （2）環(huán)路鎖定之后穩(wěn)態(tài)頻差等于零，進(jìn)入同步狀態(tài)。穩(wěn)態(tài)相差通?？偸谴嬖诘?，它是一個(gè)固定值。,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,12,環(huán)路的跟蹤性能 輸入信號(hào)變化越快，跟蹤性能就越差。暫態(tài)相位誤差和穩(wěn)態(tài)相位誤差的大小，是衡量環(huán)路線性跟蹤性能好壞的重要標(biāo)志。 環(huán)路噪聲性能 噪聲包括輸入噪聲與諧波干擾和內(nèi)部噪聲與諧波干擾，壓控振蕩器內(nèi)部的噪聲是主要的噪聲源。 環(huán)路捕獲性能 捕獲帶越寬越好，捕獲時(shí)間越短越好，可提高環(huán)路的增益K或者增加濾波器的帶寬，但加大環(huán)路增益或?yàn)V波器帶寬往往是與提高環(huán)路的跟蹤性能和濾波性能的要求相矛盾。采用輔助捕獲的方法達(dá)到目的。包括輔助鑒頻和鑒頻鑒相，變帶寬和變增益等。,返回,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,13,基本構(gòu)成電路分析,鑒相器（Phase Detector） 電荷泵環(huán)路低通濾波器 （Charge PumpLoop Filter ） 壓控振蕩器（Voltage Controlled Oscillator） 分頻器（DIV）,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,14,鑒相器（Phase Detector）,在頻率合成器中所采用的鑒相器主要有正弦波相位檢波器與脈沖取樣保持相位比較器兩種。,返回,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,15,電荷泵環(huán)路低通濾波器 （ Charge PumpLoop Filter）,電荷泵的的作用主要是：給鎖相環(huán)路提供理想恒定的電流源，保持良好的線性關(guān)系，使得頻率范圍易于控制 環(huán)路低通濾波器（LPF） 由PFD的輸出信號(hào)需經(jīng)過低通濾波器再去控制VCO。一般采用電阻、電容構(gòu)成積分形式的低通濾波器，它可以為單階或多階濾波器。它的通頻帶由電阻、電容參數(shù)決定，它的截止速度取決于其階數(shù)。,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,16,環(huán)路低通濾波器（Low Pass Filter）,phase detector,Rz,Cz,Cp,VCO,R4,C4,To important the transient characteristics The loop can track better a change in input frequency,To further reduce the phase noise of the charge pump,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,17,環(huán)路低通濾波器的應(yīng)用舉例,返回,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,18,壓控振蕩器 （Voltage Controlled Oscillator）,壓控振蕩器一般是由變?nèi)荻O管為主構(gòu)成的諧振回路： 諧振回路的中心頻率由其回路的等效L、C特性決定： 變?nèi)荻O管的等效電容量由加在其兩端的電壓控制，這樣通過電壓的變化就能轉(zhuǎn)換成回路諧振頻率的變化，就構(gòu)成了壓控振蕩器VCO。,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,19,VCO的選擇要素,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 詳見TXVCO Data Sheet RXVCO Data Sheet,返回,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,20,分頻器（DIV）,鎖相環(huán)通常用于N倍參考頻率的發(fā)生器： 其中N為分頻比，它由環(huán)路中分頻器DIV提供 參見分頻器,返回,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,21,鎖相環(huán)在手機(jī)中應(yīng)用舉例,RX（接收）頻率合成器,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,22,TX-VCO鎖相環(huán)路,返回,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,23,功率控制環(huán)路（APC）,功率控制環(huán)路構(gòu)成： 功率放大器（Power Amplifier） 功率耦合器（Power Coupler） 功率檢波器（Power Detector） 功率比較、控制器（Power Comparator& Controller ） 這樣構(gòu)成的環(huán)路可以將功率較穩(wěn)定的控制在我們的設(shè)定值上，這個(gè)設(shè)定值可以隨時(shí)間根據(jù)需要不斷變化。,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,24,功率控制環(huán)路構(gòu)成,功率放大器,功率耦合器,檢 波 器,功率 比較 控制器,PI,Source from VCO,Coupling Power,Pc,Po,比較信號(hào) 用于用戶 設(shè)定功率值,耦合檢波信號(hào),差值功率 控制信號(hào),功率 控制 環(huán)路,返回,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,25,功率放大器（Power Amplifier）,目前手機(jī)用PA一般是厚膜模擬電路制成，它要求將 低功率射頻信號(hào)線性無失真的放大到一定功率值。 它的主要參數(shù)有： 工作頻率、帶寬 最大線性輸出功率（壓縮點(diǎn)） 線性放大對輸入功率要求 輸入、輸出需要的匹配阻抗 工作電源及電壓、電流的要求 控制信號(hào)的形式及要求 噪聲特性等等 詳見PA-BGY280 Data Sheet,返回,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,26,功率耦合器（Power Coupler）,為了達(dá)到功率控制，我們需要使用到的功率傳感器就是功率耦合器，一般為Directional Coupler。 它的主要參數(shù)有：詳見其LDC Data Sheet 耦合量（Coupling） 插入損耗（Insertion Loss） 隔離度（Isolation） 方向性（Directivity） 單位（dB） ,返回,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,27,Directional Coupler,Coupling,I/P PI,O/P Po,O/P PC,Insertion Loss,PC*:Coupling power when incident power in wrong direction,PI*:Incident Power in wrong direction,PI :Input power,PO:Output power,PC:Coupling power,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,28,dB & dBm & dBc,dB是一個(gè)相對值，它是針對一定參考而言的，它通常用于表示衰減或增益的量。 對電壓比： 對功率比： dBm是一個(gè)絕對功率值，它是一定功率與一毫瓦的相對值。 dBc是一個(gè)差值，它表 示兩個(gè)功率值的差。,P1,P2,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,29,dB& dBm & dBc 都是對數(shù)表示方式，對它們來講功率的乘除運(yùn)算變成了它們的加減運(yùn)算。 dB& dBm & dBc是可以直接相加減的。例如:,增益 Y dB,輸入X dBm,輸出Z dBm,則輸出Z(dBm)=X+Y,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,30,0dBm=1mW 10dBm=10mW 30dBm=1W,dB-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,返回,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,31,參數(shù)計(jì)算方法,Coupling= Insertion Loss= Isolation= Directivity=Coupling-Isolation0,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,32,計(jì)算舉例（全用對數(shù)計(jì)算）,PI :0dBm PC :20dBm PO : -1dBm PI* : 0dBm PC* : -40dBm,Coupling=-20dBm Insertion Loss= -1dBm Isolation= -40dBm Directivity= Coupling- Isolation =20dBm,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,33,功率檢波器（Power Detector）,功率檢波器對Coupler的耦合高頻信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)檢波進(jìn)而得到一個(gè)體現(xiàn)耦合信號(hào)幅值大小的檢波電壓。 我們采用二極管負(fù)包絡(luò)檢波電路，后級常為低通積分電路。例如：,Coupler 輸出,耦合電容Cc,檢波 二極管 D,檢波電壓輸出,低通 積分 電路,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,34,負(fù)包絡(luò)檢波的對二極管要求： 檢波二極管D以P極為輸入端 檢波二極管的極電容要求較小的肖特基二極管，若極電容過大，將會(huì)使負(fù)包絡(luò)過多的耦合流失到低，導(dǎo)致檢波效果變差,返回,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,35,功率比較、控制器 Power Comparator&Controller,功率比較、控制器的功能： 功率比較器將功率檢波信號(hào)與設(shè)定功率信號(hào)相比較得到一個(gè)功率控制信號(hào)給功率控制器，由功率控制器產(chǎn)生控制電壓給功率放大器（PA） 它的具體參數(shù)詳見PCF5078 Data Sheet,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,36,功率控制環(huán)路（APC）的應(yīng)用,返回,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,37,收發(fā)雙工器（Diplexer）,收發(fā)合用一路天線，因此使用天線收發(fā)雙工器（Antenna Switch）,對發(fā)射為open,TX,RX,為發(fā)射波長,對接收為short,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,38,收發(fā)雙工器的特性參數(shù)（TX/RX）,Frequency Range (MHz) Insertion Loss (dB) Attenuation(dB) V.S.W.R. Isolation (dB) Harmonics 2xfo, 3xfo (dBc) Power Capacity (dBm) 詳見LMC33-07A0524A Data Sheet,返回,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,39,衰減網(wǎng)絡(luò)（Attenuation）,為了達(dá)到系統(tǒng)中對輸入輸出功率要求高的部分的功率適配，我們通常在輸出端到輸入端之間加上功率衰減網(wǎng)絡(luò) 通常衰減網(wǎng)絡(luò)形式有：T型、 型 衰減網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算,型衰減網(wǎng)絡(luò),型衰減網(wǎng)絡(luò),R1,R2,R3,R1,R2,R3,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,40,衰減網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算,已知網(wǎng)絡(luò)參數(shù)求衰減系數(shù)A Zin1： 短路輸入電抗 Zin2： 開路輸入電抗 Zout1：短路輸出電抗 Zout2： 開路輸出電抗,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,41,已知衰減系數(shù)A求網(wǎng)絡(luò)參數(shù)（R0：特性阻抗） 由 求得K值： 則可得對T型： 對型：,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,42,衰減網(wǎng)絡(luò)的作用,衰減網(wǎng)絡(luò)主要是為了使輸出功率符合下級輸入功率的要求 利用衰減網(wǎng)絡(luò)可以提高系統(tǒng)的信噪比 利用50歐姆衰減網(wǎng)絡(luò)可以緩和前級與后級的阻抗變化,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,43,衰減網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用,返回,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,44,匹配網(wǎng)絡(luò)（Matching）,匹配的定義：后級輸入阻抗與前級輸出阻抗共扼 匹配網(wǎng)絡(luò)的類型： L型 T型 型 阻抗匹配（參見RF Circuit Fundamentals ） 天線的匹配（參見Transmission Line/Smith Chart）,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,45,天線匹配的舉例,返回,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,46,濾波網(wǎng)絡(luò)（Filter）,通用濾波網(wǎng)絡(luò) 電源濾波去耦網(wǎng)絡(luò) 聲表面濾波器（SAW）,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,47,通用濾波網(wǎng)絡(luò),濾波器是抑制除特定帶寬以外信號(hào)及噪聲的裝置。 按照不同標(biāo)準(zhǔn)它可分為： 低通、高通、帶通、帶阻濾波器； 一階、二階、高階濾波器； 無源濾波器、有源濾波器 以下我們以單階無源濾波器為例做一些簡介,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,48,3dB,3dB,R,R,L,L,C,C,U,U,f,f,fH,fL,單階無源低通（LP）,單階無源高通（HP）,高頻截止頻率fH 與L、C參數(shù)有關(guān),低頻截止頻率fL 與L、C參數(shù)有關(guān),2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,49,低通濾波器的3dB衰減點(diǎn)的頻率為高頻截止頻率fH，它截止的斜率與其階數(shù)相關(guān) 高通濾波器的3dB衰減點(diǎn)的頻率為低頻截止頻率fL ，它截止的斜率與其階數(shù)相關(guān) 如果將低通濾波器和高通濾波器串聯(lián)，而且 fH fL 就能構(gòu)成帶通濾波器，其通頻帶為fL fH。 如果將低通濾波器和高通濾波器并聯(lián)，而且 fH fL 就能構(gòu)成帶阻濾波器，其阻頻帶為fH fL。,濾波特性,返回,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,50,電源濾波去耦網(wǎng)絡(luò),對于射頻電路而言，電源穩(wěn)定由特別重要的意義，不僅它自身不穩(wěn)定會(huì)影響電路性能，而且各用電單元也會(huì)以電源為途徑互相傳遞干擾造成很大的不穩(wěn)定因數(shù)，去耦即去除電源與用電單元之間的交流耦合。 實(shí)際電路中電源去耦電路無論在電源輸出端還是在用電輸入端都需要，而且去耦電路離用電模塊越近達(dá)到的去耦效果越好。,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,51,電源濾波去耦網(wǎng)絡(luò)基本理論,我們一般希望電源供電除了開/關(guān)時(shí)間以外是直流穩(wěn)定的，不希望它的端電壓出現(xiàn)紋波、抖動(dòng)、跳變等不穩(wěn)定因數(shù)存在，電源去耦網(wǎng)絡(luò)正是為這些交流成分提供了短路到地的通路。 去耦電阻、去耦電容及去耦電感構(gòu)成的低通網(wǎng)絡(luò)為電源的交流成分提供一個(gè)到地的通路，它們的參數(shù)與電源提供的電流量、需要特別濾除的頻率成分等相關(guān)。,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,52,電源濾波去耦網(wǎng)絡(luò)基本構(gòu)成,電源去耦低通濾波網(wǎng)絡(luò) 如右圖： 去耦電阻或電感-R/L （Decoupling Resistor/Inductor） 去耦電容-C1、C2 （Decoupling Capacitor） 以上部分部不要求全部具備， 去耦電阻及去耦電感有時(shí)就可不用 去耦電阻R在電路中將緩和電源上升、下降沿的速度，從而抑制高頻噪聲的形成；,用 電 單 元,Power,Battery,Decoupling Resistor/Inductor,Decoupling Capacitor,R/L,C1,C2,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,53,去耦電感L在回路中必然阻礙高頻交流成分達(dá)到隔離效果； 有時(shí)，我們還使用扼流磁珠來獲得更強(qiáng)的隔離效果。 去耦電容由C1、C2并聯(lián)分別承擔(dān)低頻、高頻交流成分濾波的任務(wù)。 電解電容C1一般容量較大在低頻時(shí)能提供好的通路，而在高頻時(shí)由于其寄生電感的存在阻抗將變大無法提供濾波通路； 陶瓷電容C2由于其容量一般較小，所以在低頻時(shí)阻抗較大無法提供濾波通路，而在高頻時(shí)阻抗變小則會(huì)有很好的濾波特性； 這樣可以看出C1、C2的濾波特性是互補(bǔ)的，需要同時(shí)利用才能得到較寬頻的有效濾波范圍。 當(dāng)然，如果需要更寬的濾波頻段還可用更多不同 類型的電容并聯(lián)得到。 詳見高速電路板設(shè)計(jì)技術(shù),2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,54,電源濾波去耦網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,55,電源去耦電路參數(shù)的選擇,C1的選擇： 假設(shè)電源提供電流為I， 則 K取10是經(jīng)驗(yàn)比例 一般應(yīng)用時(shí)取電容標(biāo)稱值在計(jì)算值附近就可以了 C2的選擇： C2位高頻陶瓷電容，一般在0.1uF以下取值,tr,U,Burst,返回,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,56,聲表面濾波器（SAW）,在手機(jī)中，接受信號(hào)從天線開關(guān)到接收處理電路之間采用聲表面濾波器（SAW） 聲表面濾波器（SAW）可以提供較寬的通頻帶、較低的損耗，此外有的SAW器件還集成有將非平衡信號(hào)轉(zhuǎn)換為平衡信號(hào)的功能。 SAW的濾波特性詳見 SAW Data Sheet lc03c lc66e,返回,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,57,平衡網(wǎng)絡(luò)（Balance）,Balance電路構(gòu)成： UI 分別經(jīng)過低通、高通得到反相的UO1 、UO2,L,C,C,L,UI,UO1,UO2,Rdiff,Rs,Rs,Rs：特性阻抗,Rdiff ：輸入阻抗,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,58,由計(jì)算可知UO1 、UO2始終有180度相差（Differential）適合在Balance系統(tǒng)上傳輸。 L、C的取值要求： f：系統(tǒng)中心頻率 Rs：特性阻抗 Rdiff ：輸入阻抗 該電路可能集成于SAW中,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,59,差模、共模在Balance系統(tǒng)上的傳輸,差模（Differential Mode） A B B的傳輸量為A的一半 共模（Common Mode）,I/P,O/P,I/P,O/P,I/P,O/P,C,返回,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,60,其它,穩(wěn)壓管、限幅管、靜電放電器的比較 上拉、下拉電阻 數(shù)字控制信號(hào)的高頻抑制措施 隔直（Block）電容,2019/7/19, 電子發(fā)燒友 http:/bbs.elecfans.co