手機原理part2

1、四中頻放大器接收機的中頻放大器主要是將混頻器輸出的信號進行大幅度提升,以滿足解調(diào)電路的需要。接收機的主要增益也來自中頻放大器，中頻放大器損壞常會造成手機接收差的故障。移動通信接收機均要使用中頻放大器。中頻放大器最主要的作用是：獲取高增益：與射頻放大部分相比,由于中頻頻率固定,并且頻率較低,可以很容易地得到較高的增益,因而可以為下一級提供足夠大的輸人。提高選擇性：接收機的鄰近頻率選擇性一般由中頻放大器的通頻帶寬度決定。對于中頻放大器,不僅需要得到高的增益、好的選擇性,還要有足夠?qū)挼耐l帶和良好的頻率響應、大的動態(tài)范圍等。而接收機的鄰近信道選擇性一般由中頻放大器的通頻帶寬度決定，由于中頻信號為單一

2、的固定頻率,其通頻帶可最大限度地做得很小,以提高相鄰信道選擇性。在實際工程上,一般采用多級放大器,并使每級實現(xiàn)某一技術(shù)要求，就電路形式而言,第一級中頻放大器多采用共發(fā)射極電路,最后一級中頻放大器多采用射極輸出電路。不論接收機采用一次或二次變頻技術(shù),中頻放大器總是位居下變頻（即混頻）之后。為避免鏡頻干擾,提高鏡頻選擇性,接收機通常采用降低第一本機振蕩頻率、提高第一中頻頻率和多次變頻的方法,使信號頻譜逐漸由射頻搬移到較低頻率上。分離元件的中頻放大器電路形式與低噪聲放大器的電路形式很相似,也是一個共發(fā)射極電路,只是它們工作的頻點不一樣。摩托羅拉手機中通常使用分離元件的中頻放大器,其他手機的中頻放大器

3、通常都是在一個集成電路中。圖1-26是cd928手機的中頻放大器。- 圖 1-26 cd 928中 頻 放 大 器 中頻放大器的電路形式與低噪聲放大器的電路形式差別不大,但它們工作的頻段不同。低噪聲放大器是一個寬帶放大器,而中頻放大器是一個窄帶放大器。中頻放大電路的信號通路和偏壓、電源的查找與低噪聲放大器的方法一樣,讀者可自行分析。在集成的中頻放大器中查找信號通道等相對困難些,它不是一個單一的電路,通常存在于一個復合電路中,盡管如此，它總是有規(guī)律可尋的。圖1-27（一）所示的是GD90的中頻電路，從手機的電路結(jié)構(gòu)知識可以知道：中頻放大器總是置于混頻后,所以只要掌握混頻電路,則較容易找到中頻放大

4、器。請仔細觀察圖1-27（一）和圖1-27（二）中的黑色方塊。 圖 1-27（一） 圖 1-27（二）圖1-27（一）所示的是GD90的中頻放大器查找示意圖。根據(jù)手機電路結(jié)構(gòu)可知,中頻放大器位于混頻器之后(輸出端后)；我們知道,混頻器的英文縮寫是MIX。那么,在圖1-27（一）中,可以看到集成電路的42、43腳有MIX OUT的字樣,MIX代表混頻器,OUT表示輸出,結(jié)合前面提到的知識,則中頻放大器可以從這個集成電路的42、43腳開始查找。跟著線路,可以發(fā)現(xiàn),集成電路29、30腳上有IF IN的字樣(IF代表中頻IN是輸人),所以29、30腳是中頻放大器的輸人端。注！圖1-27（一）和圖1-2

5、7（二）都是集成的中頻處理電路,要識別它們就需從手機的電路結(jié)構(gòu)以及手機電路中的英文縮寫去分析(請注意圖中所指的英文縮寫)。 諾基亞8810、232中頻放大器查找示意圖五解調(diào)電路接收機的解調(diào)電路是把包含在接收中頻信號中的語音信息或各種信令信息還原出來,得到中心頻率為67.707kHz的RXI/Q信號。在接收機電路中,解調(diào)電路輸出的RXI/Q信號是檢修接收機電路的一個關鍵信號。在移動通信中,常用的解調(diào)技術(shù)有鎖相解凋器、正交鑒頻解調(diào)器等。PLL（鎖相環(huán)）可以跟蹤輸人信號,它可以用作解調(diào)。圖1-28為一個鎖相解調(diào)器的方框圖。摩托羅拉87系列和928系列手機采用的就是鎖相解調(diào)器87的鎖相解調(diào)器中鑒頻器的

6、參考頻率由216Mz的振蕩器提供,而928的鎖相解調(diào)器的參考信號則來自430MHz的振蕩器。鑒相器通過對輸入的兩個信號的相位比較,輸出一跟蹤調(diào)制信號的低頻信號,通過低通濾波器濾去高頻噪聲,即得到解調(diào)輸出。 圖 1-28圖1-29為正交鑒頻器的原理框圖。在正交鑒頻器中,相移網(wǎng)絡將頻率的變化變換為相位的變化,乘法器將相位的變化變換為電壓的變化。將調(diào)頻信號與其移相信號相乘,通過低通濾波器將乘法器的輸出信號中的高頻成分濾出,就得到了解調(diào)信號。通常,在現(xiàn)代的通信設備的電路中,除正交線圈外,鑒頻器的其他電路均被集成在芯片內(nèi)。 圖 1-29需注意的是,這里所說的解調(diào),是指接收射頻電路中將包含信息的射頻或中頻

7、信號還原出67.707kHz的基帶信號的解調(diào)(針對GSM手機而言)。在邏輯音頻電路中還有一個解調(diào)GMSK的解調(diào),它是將67.707kHz的信號還原出數(shù)碼信號。 諾基亞8850解調(diào)查找示意圖 圖 1-30 不同手機解調(diào)查找示意圖摩托羅拉、諾基亞手機與三星等手機電路使用的都是鎖相解調(diào)。在三星SGH-600手機電路中,接收第二中頻是45 MHz,解調(diào)用的參考信號來自IFCO信號(540 MHz)的12分頻。接收機的解調(diào)電路輸出的是接收機基帶信號,該信號的中心頻率為67.707MHz.摩托羅拉、諾基亞、愛立信等手機的RXI/Q信號都有2條信號線；而GD90等則有4條RXI/Q信號線，所以RX I/Q的

8、輸出就成了解調(diào)電路的標志,參見圖1-30。 以上兩圖是用數(shù)字示波器測得的RXI/Q信號。六振蕩電路在電子設備中,振蕩器的用途極為廣泛。振蕩電路的種類很多,按其工作原理,可分為反饋型振蕩電路、負阻型振蕩電路、多諧振蕩電路(張弛振蕩)；按使用元件,又分為IC振蕩器、RC振蕩器、晶體振蕩器等。按需要,振蕩器可產(chǎn)生正弦波、脈沖波等。振蕩器以放大器為基礎,引入正反饋即可得到振蕩電路如圖1-31所示。產(chǎn)生振蕩的條件有兩個：正反饋和環(huán)路增益為1。 圖 1-311LC蕩器把只由L和C構(gòu)成的反饋電路稱為LC振蕩器。LC振蕩器有調(diào)諧型和三元件型。它們包括集電極調(diào)諧型振蕩器、基極調(diào)諧型振蕩器、發(fā)射極調(diào)諧型振蕩器；三

9、點式的有，電容三點式振蕩器和電感三點式振蕩器。2RC振蕩器把由R和C構(gòu)成的反饋電路稱為RC振蕩器,RC振蕩器有電橋式和移相式。移相式又分為HP型和LP。HP是High Pass的縮寫,即反饋電路由高通濾波器構(gòu)成。LP是Low Pass的縮寫即指反饋電路由低通濾波器構(gòu)成。圖1-32（a）為RC移相振蕩電路，通常用于頻率需求較低的情況下。無繩電話中的導頻的產(chǎn)生、呼叫信號的產(chǎn)生多采用這種電路?？烧{(diào)電阻R5用于調(diào)較振蕩頻率。圖1-32(b)為維恩電橋振蕩器。 （a） RC移相振蕩器 （b）維恩電橋振蕩電路 圖 1-323晶體振蕩器 在移動通信中，以動臺需要能夠根據(jù)實時分配到的話音信道改變自己的工作頻率

10、，這就要求必須有足夠精度、穩(wěn)定性好的頻率合成器。而且隨著通信技術(shù)的發(fā)展,對頻率的穩(wěn)定性和準確度的要求越來越高。在移動通信中,為了減少移動臺之間或與基站間的相互干擾,常常要求頻率穩(wěn)定度優(yōu)于10-5。而RC和LC都難達到這個精度。只有高精度、高穩(wěn)定性的振蕩才可以減小因頻率偏移而造成的鄰近信道干擾。石英晶片具有壓電效應,能做成諧振器,且晶片本身的固有機械振動頻率只與晶片的幾何尺寸有關,其振動頻率可以做得非常精確穩(wěn)定。利用石英晶體振蕩器可把振蕩頻率穩(wěn)定度提高幾個數(shù)量級。在石英晶片的兩面鍍銀,引出電極,然后封裝在由金屬或膠木、玻璃等材料制成的外殼里就得到晶體振蕩器。石英晶體可以用人工合成,也可將天然晶體

11、切割成晶片。晶體用于振蕩電路的形式較多。諾基亞2110的DSP(數(shù)字語音處理器)時鐘振蕩器為其中的一種,它構(gòu)成射極跟隨器,也被稱為薩巴羅夫電路。雖然晶體振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定,但由于某些客觀因素的影響,使頻率穩(wěn)定度變差。晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度主要受三種因素的影響：是負載效應。減小負載效應一般是加隔離器,如射極跟隨器等。2110的DSP時鐘振蕩器為射極輸出,其帶負載的能力就比較強,但為提高穩(wěn)定度,其后還加了一級射極輸出器,并采用變壓器耦合加以隔離。圖1-33就是一個射極輸出的晶體振蕩電路。 圖 1-33是推頻效應。所謂推頻效應,即由于供電系統(tǒng)條件發(fā)生改變,致使振蕩電壓源和電流發(fā)生改變、振蕩器件的工

12、作參數(shù)發(fā)生改變,最終使振蕩器出現(xiàn)頻率漂移。所以對其電壓源要求較高,在移動電話內(nèi)一般均使用專門的、比較精確的電源。如摩托羅拉168手機的VCO電源就通過了兩次穩(wěn)壓。在諾基亞232和摩托羅拉168手機的發(fā)射接收VCO電路中,為了使振蕩管具有較穩(wěn)定的偏置,除了采用高精度的穩(wěn)壓電源外,還采用了固定分壓偏置的共發(fā)射極電路。 圖 1-34是溫度效應。晶體振蕩器受溫度的影響比較大,一般采用溫度補償或?qū)⒄袷幤鞣湃牒銣丨h(huán)境中來解決，溫度補償法包括模擬溫度補償、數(shù)字溫度補償及模擬數(shù)字溫度補償法二大類。溫度補償電路有電容補償電路及熱敏網(wǎng)絡補償電路；電容補償方法簡單,但補償范圍較窄,一般在050之間,補償精度一般可達

13、到±5×106。而熱敏網(wǎng)絡補償電路則用得較多,其補償范圍寬,在-4070之間,補償精度可達到±0.2×106。其原理圖如圖1-34所示。利用熱敏網(wǎng)絡給變?nèi)荻O管提供一個隨晶體工作環(huán)境變化的反向偏壓,通過變?nèi)荻O管電容的變化來補償晶體振蕩器因溫度而導致的頻率漂移。在實際的移動電話電路中,目前多使用溫度補償壓控振蕩器組件(VCTXO)。如諾基亞232的14.85MHz振蕩器和摩托羅拉168的16.8MHz振蕩器,它們被封裝在一個金屬外殼里,與外界環(huán)境隔開。前者為接收發(fā)射VCO及PLL鎖相環(huán)電路提供基準頻率；后者既為射頻電路提供基準頻率,又為邏輯電路提供時鐘信

14、號。七鎖相頻率合成器1頻率合成在現(xiàn)代的移動通信中,常要求系統(tǒng)能夠提供足夠的信道,移動臺也需能根據(jù)系統(tǒng)的控制變換自己的工作頻率,這就需提供多個信道的頻率信號。然而使用多個振蕩器是不現(xiàn)實的，在工程中,通常使用頻率合成器來提供有足夠精度、穩(wěn)定性好的工作頻率。將一個或多個基準頻率信號變換為另一個或多個所需頻率信號的技術(shù)稱為頻率合成,或頻率綜合技術(shù)。移動電話通常使用的是帶鎖相環(huán)的頻率合成器。圖1-35為一個頻率合成器的方框圖。圖1-35頻率合成器的一般方框圖我們設參考振蕩信號為f1,VCO輸出信號為f2,分頻器輸出的信號為f2/N,這整個環(huán)路的控制目的就是要使f1=f2/N。在手機電路中,一個頻率合成系

15、統(tǒng)通常包含幾個頻率合成環(huán)路：接收VCO頻率合成環(huán)路、接收中頻VCO頻率合成環(huán)路、發(fā)射中頻VCO頻率合成環(huán)路等。不管是哪一個頻率合成環(huán)路,其電路結(jié)構(gòu)均如圖1-35所示。（1）參考振蕩參考振蕩在頻率合成乃至在整個手機電路中都是很重要的。在手機電路中,特別是GSM手機中,這個參考振蕩被稱為基準頻率時鐘電路,它不但給頻率合成環(huán)路提供參考信號,還給手機的邏輯電路提供信號，如該電路出現(xiàn)故障,手機將不能開機。手機電路中的參考振蕩都使用晶體振蕩電路。而且,大多數(shù)手機中使用的是一個基準頻率時鐘VCO組件。在GSM手機中,這個組件輸出頻率是13 MHz,有時它被稱為13MHz晶體。事實上它是一個VCO組件,13

16、MHz晶體及VCO電路中的晶體管及變?nèi)荻O管等器件被封裝在一個頻率罩內(nèi)(參見13MHz晶體振蕩器的識別)。13MHz振蕩電路受邏輯電路提供的AFC(自動頻率控制)信號控制。由于GSM手機采用時分多址(TDMA)技術(shù),以不同的時間段(Slot,時隙)來區(qū)分用戶,故手機與系統(tǒng)保持時間同步就顯得非常重要。若手機時鐘與系統(tǒng)時鐘不同步,則會導致手機不能與系統(tǒng)進行正常的通信。在GSM系統(tǒng)中,有一個公共的廣播控制信道(BCCH),它包含頻率校正信息與同步信息等。手機一開機,就會在邏輯電路的控制下掃描這個信道,從中獲取同步與頻率校正信息，如手機系統(tǒng)檢測到手機的時鐘與系統(tǒng)不同步,手機邏輯電路就會輸出AFC信號。AFC信號改變13MHz電路中VCO兩端的反偏壓,從而使該VCO電路的輸出頻率發(fā)生變化,進而保證手機與系統(tǒng)同步。 圖 1-36圖1-36是部分手機電路中的13MHz電路(基準頻率時鐘電路)。由手機基準頻率時鐘電路圖我們可以發(fā)現(xiàn),不管是哪個廠家的電路,在13MHz電路中，都可以看到AFC的字樣,所以“AFC”是我們尋找13MHz振蕩電路的一個關鍵。當然,不同手機的基準頻率時鐘電路也有一些不同的標識,如圖1-26所示。諾基亞8810圖中G801的3腳是控制端,1腳是輸出端,2腳是電源端。松下GD90圖中,U