手機(jī)原理part3

1、（2）鑒相器鑒相器簡(jiǎn)稱PD,是英文Phase Detector的縮寫。它是一個(gè)相位比較器,是一個(gè)相差電壓轉(zhuǎn)換裝置,可將VCO振蕩信號(hào)的相位變化變換為電壓的變化。鑒相器輸出的是脈動(dòng)直流信號(hào),這一脈動(dòng)直流信號(hào)經(jīng)LPF濾除高頻成分后去控制VCO電路。鑒相器是相位比較裝置,它對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)f1與VCO產(chǎn)生的信號(hào)f2進(jìn)行相位比較,輸出反映兩信號(hào)相位誤差的誤差電壓。鑒相器多種多樣,有模擬的,也有數(shù)字的。如雙D鑒相器、鑒頒鑒相器等。當(dāng)采用數(shù)字鑒相器時(shí),由于其輸出為雙端口輸出,故在與環(huán)路濾波器的連接上很成問(wèn)題。通常在兩者之間加入一個(gè)雙端輸人單端輸出,且能將鑒相器輸出的相位誤差信號(hào)正確地反映出來(lái)的電路,這一電路被稱

2、為電荷泵或泵電路。在摩托羅拉的GSM手機(jī)中,其發(fā)射頻率合成中基本上都使用了泵電路。在頻率合成器中,為了作精確的相位比較,鑒相器均在低頻下工作。在手機(jī)電路中,鑒相器通常與分頻器被集成在一個(gè)專用的芯片中(這個(gè)芯片通常被稱為PLLIC)或被集成在一個(gè)復(fù)合芯片內(nèi)(即該芯片包含多種功能電路)。 圖 1-37要查找鑒相器PD在什么地方,就需要先找出VCO電路和低通濾波器電路。參見(jiàn)變?nèi)荻O管部分內(nèi)容及“手機(jī)電路的識(shí)別”。在諾基亞8810圖中,N820的3腳是PD輸出端口。通過(guò)“10061 031 MHz”的標(biāo)識(shí)可斷定該信號(hào)是一個(gè)VCO信號(hào)；電阻R834、R820、R821及電容C821、C820等構(gòu)成一低通

3、濾波器；從SDATA等可以斷定它所接的是頻率合成電路中的程控分頻器。參照頻率合成的方框圖,就可找到PD的輸出端口(重要的是找出電阻電容構(gòu)成的低通濾波器與VCO電路)。在cd928圖中,U220的23腳是PD輸出端口。（3）低通濾波器低通濾波器簡(jiǎn)稱LPF,是英文Low Pass Filter的縮寫。低通濾波器又被稱為環(huán)路濾波器，它是一個(gè)RC電路,位于鑒相器與VCO電路之間。低通濾波器電路基本形式如圖所示。 圖747中,R834、R820R822及C820C822組成的電路是諾基亞8110手機(jī)的UHFVCO頻率合成環(huán)路中的低通濾波器(參見(jiàn)RC電路部分)。 圖 1-38鑒相器的輸出不僅有控制信號(hào),還

4、有一些高頻諧波成分,這些諧波將影響VCO電路的工作，低通濾波器就是要把這些高頻成分濾除。（4）壓控振蕩器壓控振蕩器簡(jiǎn)稱VCO,是英文Voltage Control Oscillator的縮寫。壓控振蕩器是一個(gè)電壓頻率轉(zhuǎn)換裝置,可將鑒相器PD輸出的相差電壓信號(hào)的變化轉(zhuǎn)化成頻率的變化。VCO電路為電壓控制電路。其電壓控制功能的完成是通過(guò)一個(gè)特殊的器件來(lái)完成的,這個(gè)器件就是變?nèi)荻O管。鑒相器輸出的相差電壓實(shí)際上是加在變?nèi)荻O管兩端的，當(dāng)鑒相器輸出發(fā)生變化時(shí),變?nèi)荻O管兩端的反偏發(fā)生變化,導(dǎo)致變?nèi)荻O管的結(jié)電容改變,VCO振蕩回路改變,VCO輸出頻率也隨之改變。在實(shí)際應(yīng)用中,變?nèi)荻O管為反向偏置使用,

5、其線性好,可控范圍大。在手機(jī)電路中,VCO多種多樣。有接收機(jī)VCO,有發(fā)射機(jī)VCO等。從電路形式上來(lái)說(shuō),VCO有分離元件電路與VCO組件(參見(jiàn)VCO組件的識(shí)別)。早期的手機(jī)電路中的UHFVCO(或RFVCO、RXVCO等)通常是使用VCO組件,IFVCO(或VHFVCO等)使用的是分離元件的CO電路；現(xiàn)在手機(jī)電路中的VCO基本土都使用了VCO組件。 圖 1-39圖1-39是摩托羅拉cd928的接收VCO電路(RXVCO)；圖1-40是諾基亞8110的接收VCO(UHFVCO)電路。在查找VCO電路時(shí),應(yīng)抓住VCO電路的一些特點(diǎn)(參見(jiàn)變?nèi)荻O管、三極管和“手機(jī)電路識(shí)別”)。圖1-39為摩托羅拉c

6、d928手機(jī)的接收VCO電路,其他摩托羅拉87、328的TXVCO與RXVCO基本與它相似；諾基亞6110的232MHz電路等都是這種基本電路形式。而三星SGH600、愛(ài)立信788、諾基亞8810等的接收VCO結(jié)構(gòu)均如圖1-40所示。隨著手機(jī)小型化的發(fā)展,越來(lái)越多的手機(jī)使用VCO組件。 圖 1-40VCO在頻率合成中相當(dāng)重要。為了減小負(fù)載效應(yīng)對(duì)VCO的影響,通常在VCO的輸出端加人緩沖放大器。壓控振蕩器在鎖相環(huán)中比較重要,是頻率合成及鎖相環(huán)路的核心電路。它應(yīng)滿足這樣的特性：輸出幅度穩(wěn)定性要好,在整個(gè)VCO工作頻帶內(nèi)均應(yīng)滿足此要求,否則會(huì)影響鑒相靈敏度；頻率覆蓋范圍要有余量；電壓頻率變換特性的線

7、性范圍要寬。（5）分頻器鑒相器是將VCO輸出信號(hào)與參考信號(hào)進(jìn)行比較。在頻率合成中,為了提高控制精度,鑒相器在低頻下工作。而VCO輸出頻率比較高,這就離不開(kāi)分頻技術(shù)。手機(jī)中的頻率合成環(huán)路多,不同的頻率合成環(huán)路使用的分頻器不同：接收機(jī)的第一本機(jī)振蕩(RXVCO、UHFVCO、RHVCO)信號(hào)是隨信道的變化而變化的,該頻率合成環(huán)路中的分頻器是一個(gè)程控分頻器,其分頻比受控于手機(jī)的邏輯電路；中頻VCO信號(hào)是固定的,中頻VCO頻率合成環(huán)路中的分頻器的分頻比也是固定的。程控分頻器受控于頻率合成數(shù)據(jù)信號(hào)(SYNDAT、SYNDATA或SDAT)。分頻器通常被集成在PLL電路或一個(gè)復(fù)合中頻模塊中。在電路圖中查找

8、分頻器可從兩個(gè)方面著手；一是從CO的輸出端去找；二是根據(jù)頻率合成控制信號(hào)去找(參見(jiàn)手機(jī)電路的識(shí)別)。注！綜述 頻率合成環(huán)路包含5個(gè)基本的功能電路：參考振蕩；鑒相器；低通濾波器；壓控振蕩器；分頻器。參考振蕩給頻率合成環(huán)路提供基準(zhǔn)信號(hào),使手機(jī)的工作頻率與系統(tǒng)保持一致鑒相器是一個(gè)相位電壓轉(zhuǎn)換裝置,它將信號(hào)相位的變化變?yōu)殡妷旱淖兓?。顯然,這是一個(gè)比較器。低通濾波器濾掉鑒相器輸出的高頻成分,以防止高頻諧波對(duì)VCO電路的影響。在鑒相器中,參考信號(hào)與VCO分頻后的信號(hào)進(jìn)行比較。 VCO是一個(gè)電壓一頻率轉(zhuǎn)換裝置,它將電壓的變化(鑒相器輸出電壓的變化)轉(zhuǎn)化為頻率的變化。VCO輸出的信號(hào)通常是一路到其他功能電路；

9、另一路回到分頻器作取樣信號(hào)。 分頻器包含程控分頻器和一般分頻器。程控分頻器的分頻比是可變的,手機(jī)電路中UHFVCO(RXVC0)頻率合成環(huán)路中的分頻器就是一個(gè)程控分頻器；一般分頻器的分頻比是固定的,手機(jī)電路中VHFVCO頻率合成中分頻器是固定的。分頻器將VCO信號(hào)進(jìn)行分頻,得到頻率比較低的信號(hào),以提供鑒相器的比較精度(提高頻率合成環(huán)路的控制精度)。當(dāng)VCO處于正常工作狀態(tài)時(shí),VCO輸出一個(gè)固定的頻率，若某種外界因素如電壓、溫度導(dǎo)致VCO頻率升高,則分頻輸出的信號(hào)f2/N比參考信號(hào)f1高,鑒相器檢測(cè)到這一變化后,其輸出電壓減小,使變?nèi)荻O管兩端的反偏壓減小。這使得變?nèi)荻O管的結(jié)電容增大,振蕩回路

10、改變,VCO輸出頻率降低。若外界因素導(dǎo)致VCO頻率下降,則整個(gè)控制環(huán)路執(zhí)行相反的過(guò)程。在頻率合成器中,基準(zhǔn)頻率f1是由晶體振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)分頻而得。另一方面,程控分頻器則將VCO產(chǎn)生的f分成f/N。這兩個(gè)信號(hào)被送到鑒相器(PD，Phase Detector),當(dāng)信號(hào)f/N與基準(zhǔn)信號(hào)的頻率、相位出現(xiàn)誤差時(shí),鑒頻器輸出對(duì)應(yīng)于相位差的信號(hào)差電壓。該信號(hào)經(jīng)低通濾波器濾除高次諧波成分,去控制VCO的振蕩頻率。當(dāng)f/N與基準(zhǔn)頻率的頻率相位相同時(shí),鑒相器的輸出為0,VCO以原來(lái)的頻率f=Nf繼續(xù)振蕩。只要電路工作正常,VCO的輸出頻率為Nf1,通常把這時(shí)的狀態(tài)稱為鎖定狀態(tài)。程控分頻器可以設(shè)定分頻比,因此如果

11、改變N,則PLL可以在跟蹤范圍內(nèi)改變VCO的輸出頻率。移動(dòng)電話的信道切換控制就是邏輯電路通過(guò)控制程控分頻器的分頻比來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)VCO信號(hào)工作在一個(gè)信道上并鎖定時(shí),f1=f/N,鑒相器PD輸出保持不變。若邏輯電路改變N,則f/N發(fā)生變化,鑒相器檢測(cè)到這種變化后,就會(huì)改變其輸出,直到使f/N= f1。以摩托羅拉cd928手機(jī)為例：當(dāng)接收機(jī)工作在GSM60信道時(shí)(使用摩托羅拉GSM手機(jī)測(cè)試指令設(shè)置。GSM60信道時(shí)手機(jī)接收頻率為947MHz),VCO電路中變?nèi)荻O管CR202負(fù)極電壓為2.23V,VCO輸出頻率為731.996 MHz。當(dāng)設(shè)置手機(jī)工作于GSM的001信道時(shí),邏輯電路控制程控分頻器的N

12、減小。這時(shí), f/N大于fl,PD檢測(cè)到這個(gè)變化后,要控制使f/N =fl,其輸出電壓減小。VCO電路中變?nèi)荻O管的反偏壓也隨之減小,變?nèi)荻O管的結(jié)電容增大,從而使VCO的輸出頻率下降。這時(shí)變?nèi)荻O管負(fù)極電壓為1,81V,VCO輸出頻率為720.166MHz；當(dāng)手機(jī)要工作在高于60信道的信道上工作時(shí),例如124信道,整個(gè)環(huán)路則發(fā)生相反的變化(N增大)。變?nèi)荻O管負(fù)極電壓為2.59V,VCO輸出頻率為744.765 MHz。在移動(dòng)電話的頻率合成器中,其控制信號(hào)SYNDAT(頻率合成器數(shù)據(jù)信號(hào))、SYNCLK(頻率合成器時(shí)鐘信號(hào))及SYN EN(頻率合成器允許/禁止)均來(lái)自于邏輯電路。2鎖相環(huán)PL

13、L鎖相環(huán)的種類很多,它包括3個(gè)最基本的部件：鑒相器PD、環(huán)路濾波器(Loop Filter)和壓控振蕩器VCO。如圖1-41所示。雖然鎖相環(huán)看起來(lái)與頻率合成器的框圖很相似,但它是不同的兩個(gè)概念,應(yīng)注意區(qū)分。鑒相器是相位比較裝置,它對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)fl與VCO產(chǎn)生的信號(hào)f2進(jìn)行相位比較,產(chǎn)生反映兩信號(hào)相位誤差的誤差電壓。鑒相器多種多樣,有模擬的,也有數(shù)字的。如雙D鑒相器、鑒頻鑒相器等。當(dāng)采用數(shù)字鑒相器時(shí),由于其輸出為雙端口輸出,故在與環(huán)路濾波器的連接上很成問(wèn)題。通常在兩者之間加入一個(gè)雙端輸人單端輸出,且能將鑒相器輸出的相位誤差信號(hào)正確地反映出來(lái)的電路,這個(gè)電路被稱為電荷泵或泵電路。在摩托羅拉的GSM手

14、機(jī)中,其發(fā)射頻率合成中基本上都使用了泵電路。 圖 1-41 第三節(jié) 發(fā)射機(jī)的電路結(jié)構(gòu)所謂通信(Communication),是指如通訊結(jié)構(gòu)示意圖所示那樣通過(guò)傳輸媒介將發(fā)送方的信息傳遞到接收方。但聲音信號(hào)不能直接作為電波在空中發(fā)射,為了把需要傳送的信號(hào)發(fā)送出去,就需使用某種方法將聲音信號(hào)搬移到頻率比聲音信號(hào)高、適合在空中發(fā)射的信號(hào)上去。如圖1-42所示,用信號(hào)去調(diào)制載波(Carrier),再通過(guò)射頻電路將信號(hào)發(fā)送出去。 圖 1-42每一部移動(dòng)電話都有一個(gè)發(fā)射機(jī),它包括VCO、發(fā)射驅(qū)動(dòng)(TX driver)、功放(PA)及電源調(diào)節(jié)器(PWR regulator)、功率控制(PA control)等

15、電路。一個(gè)完整的移動(dòng)電話發(fā)射機(jī)還包括發(fā)射音頻電路、數(shù)字語(yǔ)音處理電路等。GSM手機(jī)的發(fā)射電路大致有三種框架結(jié)構(gòu),常見(jiàn)的有兩種,如圖1-43所示. 圖 1-43一、帶發(fā)射變換模塊的發(fā)射機(jī)電路在發(fā)射機(jī)電路結(jié)構(gòu)圖一所示的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)中,其發(fā)射流程如下：送話器將話音信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬的話音電信號(hào),轉(zhuǎn)化后的信號(hào)經(jīng)PCM編碼模塊將其變?yōu)閿?shù)字語(yǔ)音信號(hào),然后在邏輯電路中進(jìn)行數(shù)字語(yǔ)音處理,如信道編碼、均衡、加密以及TXI/Q分離等,分離后的TXI/Q信號(hào)到發(fā)射機(jī)中頻電路完成I/Q調(diào)制,該信號(hào)再在發(fā)射變換模塊里與發(fā)射參考中頻(RXVCO與TXVCO的差頻)進(jìn)行比較,得到一個(gè)包含發(fā)送數(shù)據(jù)的脈動(dòng)直流信號(hào),該信號(hào)去控制VCO的

16、工作,得到最終發(fā)射信號(hào)經(jīng)功率放大器放大后,由天線發(fā)送出去。發(fā)射變換模塊輸出的信號(hào)是發(fā)射VCO電路的控制信號(hào),這個(gè)直流電壓信號(hào)控制VCO電路中的變?nèi)荻O管的反偏壓,使變?nèi)荻O管的結(jié)電容發(fā)生變化,從而控制發(fā)射VCO的輸出信號(hào)頻率。二、帶發(fā)射上變頻器的發(fā)射機(jī)電路 發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)圖二所示的發(fā)射機(jī)在TXI/Q調(diào)制之前是一樣的,其不同之處在于TXI/Q調(diào)制后的發(fā)射已調(diào)信號(hào)在一個(gè)發(fā)射混頻器中與RXVCO(或UHFVCO、RFVCO)混頻,得到最終發(fā)射信號(hào)。無(wú)線通信是借助于元線電波的輻射進(jìn)行通信的,而人們通常能聽(tīng)到的聲音頻率很低,需借助于高頻電波從某一處傳到另外的地方,這就需要振蕩電路來(lái)產(chǎn)生高頻信號(hào),圖1-43中

17、的VCO即起這樣的作用。在電子電路中,振蕩電路多種多樣。隨著通信技術(shù)的發(fā)展,對(duì)振蕩信號(hào)頻率的穩(wěn)定度和精確度的要求越來(lái)越高,目前移動(dòng)通信設(shè)備中常用的便是以晶體振蕩器為基準(zhǔn)頻率,采用CO電路的鎖相環(huán)頻率合成器,這在前面曾涉及,不再贅述。以諾基亞8810的發(fā)射機(jī)電路結(jié)構(gòu)來(lái)對(duì)帶發(fā)射上變頻器的發(fā)射機(jī)電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明.送話器轉(zhuǎn)換得到的模擬話音信號(hào)在邏輯音頻電路中經(jīng)PCM編碼、DSP三、直接變換的發(fā)射機(jī)電路早期的手機(jī)發(fā)射機(jī)電路結(jié)構(gòu)基本上都是上述兩種電路結(jié)構(gòu)形式。但隨著新型手機(jī)的面世,我們可以看到一種型號(hào)的發(fā)射機(jī)電路結(jié)構(gòu)直接變換的發(fā)射機(jī)。如諾基亞的8210手機(jī)這種接收機(jī)的電路結(jié)構(gòu)如圖1-44所示。 圖 1-4

18、4不管電路結(jié)構(gòu)怎樣變,都可以看到它們的一些相似之處，所以在手機(jī)接收機(jī)電路中,主要有以下幾個(gè)不同的功能電路組合而成： 話音拾取：為送話器電路,該電路將模擬的聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬的話音電信號(hào)，并通過(guò)一個(gè)話音頻帶形成電路,取30003400KHz的信號(hào)送到音頻處理模塊； PCM編碼：是GSM手機(jī)中發(fā)射機(jī)電路的第一級(jí)信號(hào)處理,它將模擬的話音電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字語(yǔ)音信號(hào),是一級(jí)A/D轉(zhuǎn)換電珞； GMSK調(diào)制：經(jīng)邏輯電路對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行一系列處理后。將數(shù)碼信號(hào)調(diào)制在67.707kHz的信號(hào)上； TXI/Q邏輯音頻電路輸出的發(fā)射基帶信號(hào),所有GSM手機(jī)的TXI/Q信號(hào)線都是4條,該信號(hào)發(fā)送到射頻電路中的I/Q調(diào)制器

19、去； TXI/Q調(diào)制：在該電路中,TXI/Q信號(hào)調(diào)制在一個(gè)發(fā)射中頻信號(hào)上,所有GSM手機(jī)發(fā)射機(jī)電路中從話音拾取到TXI/Q調(diào)制部分的電路結(jié)構(gòu)都基本相似； 發(fā)射交換：在這種發(fā)射機(jī)電路結(jié)構(gòu)中,TXVCO電路產(chǎn)生一個(gè)工作在相應(yīng)信道上的發(fā)射射頻信號(hào),該信號(hào)在一個(gè)混頻電路中與RXVCO信號(hào)混頻,得到發(fā)射參考中頻信號(hào)。發(fā)射參考中頻信號(hào)與I/Q調(diào)制后的發(fā)射已調(diào)中頻信號(hào)進(jìn)行鑒相,得到一個(gè)包含發(fā)送數(shù)據(jù)的脈沖直流信號(hào),該信號(hào)對(duì)TXVCO信號(hào)進(jìn)行調(diào)制,得到最終發(fā)射信號(hào)； 功率放大器：該電路將發(fā)射最終信號(hào)進(jìn)行功率放大,以使射頻信號(hào)有足夠的能量從天線輻射出去； 發(fā)射上變頻器：有發(fā)射上變頻器的發(fā)射機(jī)電路中就無(wú)發(fā)射交換電路

20、,反之亦然。在發(fā)射上變頻器中,TXI/Q調(diào)制器輸出的發(fā)射巳調(diào)中頻信號(hào)與RXVCO信號(hào)進(jìn)行混頻,得到最終發(fā)射信號(hào)。 第四節(jié) 發(fā)射機(jī)的功能電路一個(gè)頻率信號(hào)的某種特性參數(shù)隨另一個(gè)信號(hào)而變化的過(guò)程或處理方法稱為調(diào)制。按載波參數(shù)隨調(diào)制信號(hào)變化的不同,調(diào)制可分為兩大類：連續(xù)調(diào)制和脈沖調(diào)制。連續(xù)調(diào)制又分為三種：調(diào)幅(AM,Amplitude Modulation)、調(diào)頻(FM,Frequency Modulation)、調(diào)相(PM,Phase Modulation)。調(diào)頻電路種類很多,但可分為兩大類：(l)直接調(diào)頻：用調(diào)制信號(hào)直接控制載波的瞬時(shí)頻率。(2)間接調(diào)頻：先將調(diào)制信號(hào)積分,然后再對(duì)載波調(diào)相,以間接方法實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。在直接調(diào)頻電路中,常利用變?nèi)荻O管來(lái)實(shí)現(xiàn)直接調(diào)頻。這種電路簡(jiǎn)單,性能也較好,但其對(duì)中心頻率的穩(wěn)定度有一定的影響,而鎖相環(huán)技術(shù)的運(yùn)用與溫度補(bǔ)償壓控晶振的結(jié)合減小了這些影響。在相當(dāng)多的無(wú)繩電話電路中,由于沒(méi)有PLL電路,常采用晶體與變?nèi)萘藰O管相結(jié)合直接調(diào)頻。間接調(diào)頻不在主振級(jí)進(jìn)行調(diào)制,中心頻率可獲得較高的穩(wěn)定度,但不容易獲得較大的頻偏,電路也比較復(fù)雜。在蜂窩手機(jī)中,常采用鎖相調(diào)制器，手機(jī)中的發(fā)射VCO既起到了壓控振蕩的作用,又起到了調(diào)制器的作用。調(diào)相分為直接調(diào)相和間