通信電路沈偉慈第10章

10.1通信系統(tǒng)電路識圖與分析方法10.2無繩電話機(jī)電路分析第10章實(shí)用通信系統(tǒng)電路分析(1)熟悉或掌握各種基本功能電路的組成、工作原理、主要元器件參數(shù)范圍、性能指標(biāo)以及對前后級電路的要求等知識。(2)熟悉或掌握各種通信系統(tǒng)的組成方框圖和信號流程圖。(3)熟悉或掌握常用的幾種電路分析方法，例如直流或交流（低頻或高頻）等效電路分析法、電路的時(shí)域或頻域分析法、電路的線性（如拉氏變換法）或非線性（如折線法）分析法等等。10.1通信系統(tǒng)電路識圖與分析方法10.1.1集成電路芯片內(nèi)電路的識圖和分析模擬通信集成電路內(nèi)部的基本電路單元主要有以下三種：以差分電路為主的放大電路、雙差分模擬乘法電路和恒流恒壓電路。在前兩種電路中，常采用射隨器作阻抗變換或起隔離作用，采用共射—共基組態(tài)展寬頻帶和提高穩(wěn)定性。片內(nèi)的單級或多級放大電路可以在外接LC回路、RC元件或晶振等不同情況下，分別實(shí)現(xiàn)放大、振蕩、濾波、調(diào)頻、倍頻和斜率鑒頻等不同功能。片內(nèi)的模擬乘法電路可以在外接LC回路或RC元件時(shí)，分別實(shí)現(xiàn)調(diào)幅、同步檢波、相位鑒頻、混頻和鑒相等不同功能。恒流恒壓電路為放大電路和乘法電路提供恒定電流和偏壓，恒流源還常常作為有源負(fù)載，是不可缺少的輔助電路。鏡像恒流源或比例恒流源是一種常見的恒流電路，恒壓電路通常由恒流源和穩(wěn)壓二極管組成。了解了通信集成電路的以上特點(diǎn)之后，可以按照以下步驟和方法進(jìn)行識圖和分析。（1）瀏覽全圖，先找出其中含有的差分放大電路或乘法電路，分別確定它們的實(shí)際功能，同時(shí)找出為它們提供恒流或恒定偏壓的電路。由于差分電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)比較明顯，故這部分電路很容易發(fā)現(xiàn)。（2）根據(jù)該集成電路的功能和第（1）步的結(jié)果，將整個電路大致分成幾個部分（如有內(nèi)部功能框圖更好），然后從電路的輸入管腳開始，按照信號流程，一個部分一個部分地進(jìn)行分析，直至電路的最后輸出管腳。（3）在分析芯片內(nèi)部電路時(shí)，對于各種功能電路的基本組成和工作原理要能夠心中有數(shù)。要弄清楚芯片中每個功能電路的輸入端和輸出端，注意與其有關(guān)的外接元器件所起的作用。一般來說，芯片的輸入端、輸出端以及片內(nèi)各功能電路之間常有射隨器起阻抗變換或隔離作用。對于差分電路，要認(rèn)清是單端輸入還是雙端輸入，是單端輸出還是雙端輸出，輸出與輸入之間是否有反饋，輸出與輸入之間的相位關(guān)系如何，等等。差分電路常采用恒流源作為源負(fù)載。（4）分析芯片內(nèi)部電路時(shí)應(yīng)采取先主要后次要、先易后難的原則。對于疑難部分電路，可根據(jù)它與周圍已弄清楚部分電路的連接關(guān)系，采用相應(yīng)的電路分析方法進(jìn)行試探研究。10.1.2分立元器件電路的識圖和分析在目前的通信系統(tǒng)中，分立元器件電路仍然是不可能被完全替代的。根據(jù)分立元器件電路的性能特點(diǎn)，它通常處于系統(tǒng)中與天線相鄰的高頻端（利用其高頻性能好的優(yōu)點(diǎn)）和與揚(yáng)聲器、顯示器等相鄰的低頻端（利用其能提供大電流、高電壓的優(yōu)點(diǎn)），并且可作為集成電路芯片的必要外接，實(shí)現(xiàn)一些集成電路不能或不易完成的功能。分立元器件電路的識讀和分析應(yīng)以晶體管（或場效應(yīng)管）為核心。晶體管電路通?？捎米魈炀€之后的高頻小信號放大、高頻振蕩和混頻、低頻與高頻功放、有源濾波等等。晶體管電路常常是交流耦合，分析時(shí)要注意它的直流通路和交流通路，正確區(qū)分它的不同組態(tài)（共射、共基、共集或組合狀態(tài)），確定它的功能和作用。在分析時(shí)，還要注意晶體管電路是否有反饋支路，并判斷是負(fù)反饋還是正反饋，是否有AGC功能。

LC回路、RC網(wǎng)絡(luò)以及實(shí)現(xiàn)耦合、去耦、加重、旁路、移相、扼流、微分、積分等功能的電感電容是通信系統(tǒng)中大量存在的分立元件。分析時(shí)要注意和它們有關(guān)的時(shí)間常數(shù)、截止頻率、中心頻率、工作頻率時(shí)的容抗值或感抗值等等，從而明確它們在電路中所起的作用以及對不同頻率信號的影響。10.1.3整機(jī)電路的識圖和分析以上兩小節(jié)分別介紹了集成電路和分立元器件電路的識圖及分析方法。在實(shí)際通信系統(tǒng)中，既有集成電路，也有分立元器件電路，應(yīng)該按照怎樣的步驟進(jìn)行識圖和分析呢？首先需要弄清楚系統(tǒng)中每個集成電路芯片的功能和內(nèi)部框圖，按照10.1.1節(jié)的方法進(jìn)行識圖和分析。然后找出系統(tǒng)內(nèi)主要的分立晶體管（或場效應(yīng)管）電路的位置和結(jié)構(gòu)，并據(jù)此大致確定各自的功能，可以采用10.1.2節(jié)介紹的方法。在掌握了各集成電路和主要分立晶體管（或場效應(yīng)管）電路的位置、結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)上，畫出主要單元電路框圖，然后就可以進(jìn)行整機(jī)電路的分析了。從系統(tǒng)輸入端開始，按照信號流程，逐一進(jìn)行分析，將各單元電路框連接起來，同時(shí)根據(jù)信號走向，補(bǔ)充一些新的單元電路框，直至系統(tǒng)輸出端結(jié)束，最后給出一個完整的系統(tǒng)功能與信號流程圖。在整機(jī)識圖與分析時(shí)，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。（1）某些電路功能可能是由若干集成電路芯片內(nèi)部電路與外接分立元器件電路共同實(shí)現(xiàn)的，例如組成鎖相頻率合成器的鑒相器、有源環(huán)路濾波器和晶體振蕩器中的放大電路以及分頻計(jì)數(shù)器等可能由幾片集成電路組成，壓控振蕩器可能包括分立元器件，而RC濾波元件、陶瓷濾波器、晶體和其它一些耦合元件等肯定是分立的。在這種情況下，一定要注意相關(guān)電路和元器件之間的互聯(lián)關(guān)系。（2）在某些端口處可能出現(xiàn)信號分路或者合路的情況，分析時(shí)不要遺漏或出錯。例如進(jìn)行同步解調(diào)時(shí)，經(jīng)常需要先從接收信號中提取載波信號，故需要進(jìn)行分路；在壓控振蕩電路中，加在變?nèi)荻O管上的電壓不僅有直流偏壓，而且有交流控制信號，有時(shí)交流控制信號還不止一個，故存在合路情況。10.2無繩電話機(jī)電路分析10.2.1手機(jī)的基本組成

HW8889（3）P/TSd型無繩電話有10對信道，其中主機(jī)發(fā)射/手機(jī)接收頻率為45.250～45.475MHz，手機(jī)發(fā)射/主機(jī)接收頻率為48.250～48.475MHz。圖10.2.1是手機(jī)組成方框圖。圖10.2.1手機(jī)組成方框圖手機(jī)電路由微處理器MCU、發(fā)送電路、接收電路、頻率合成器、壓縮器和擴(kuò)張器（簡稱壓擴(kuò)器）、鍵盤和振鈴電路等部分組成。其中，發(fā)送電路由分立元器件組成，接收電路由集成電路MC3361A（MC3361A與MC3361B基本相同）和分立元器件組成，壓擴(kuò)器采用集成電路3N74N，鎖相頻率合成器采用集成電路SM5132NS。MCU控制收發(fā)電路，兼有撥號、振鈴信號檢測等多種控制功能。為了提高無繩電話的抗干擾能力，需要增大話音信號的信噪比，故對于話音中的弱信號必須設(shè)法增強(qiáng)。但是，話音中的信號太強(qiáng)時(shí)又容易產(chǎn)生失真，故對于強(qiáng)信號應(yīng)該設(shè)法減弱。因此，在發(fā)送端對話音信號中的低電平部分應(yīng)適當(dāng)提高，高電平部分應(yīng)適當(dāng)降低，即對整個振幅的動態(tài)范圍先進(jìn)行壓縮處理后再進(jìn)行調(diào)制。顯然，在接收端必須對解調(diào)后的話音信號進(jìn)行擴(kuò)張?zhí)幚恚覕U(kuò)張比應(yīng)與原壓縮比相對應(yīng)。通常將壓縮器和擴(kuò)張器做在一塊集成電路芯片上，稱為壓擴(kuò)器，例如3N74N。頻率合成器SM5132NS內(nèi)部包括10.24MHz晶體振蕩器（晶體需外接），兩個鑒相器（PD1和PD2）和三個分頻器，如圖10.2.2所示。其中一個前置固定分頻器的分頻比為2048，可將10.24MHz的晶振信號分頻后產(chǎn)生5kHz的基準(zhǔn)頻率信號，作為PD1和PD2的輸入?yún)⒖碱l率。另外兩個可變分頻器中，一個（FD2）存有產(chǎn)生10個信道手機(jī)和主機(jī)的發(fā)射載頻所需的分頻比，另一個（FD1）存有產(chǎn)生10個信道手機(jī)和主機(jī)接收時(shí)產(chǎn)生第一本振頻率所需的分頻比，共40個分頻比。選擇手機(jī)或主機(jī)的哪一組信道分頻比由MCU控制，從SM5132NS的⑤～⑧腳輸入控制數(shù)據(jù)。SM5132NS中的兩個鑒相器、兩個可變分頻器分別和外接的兩個低通濾波器、兩個VCO組成了兩個鎖相頻率合成器，分別提供發(fā)射載頻信號和接收第一本振頻率信號。圖10.2.2SM5132NS內(nèi)部主要框圖發(fā)射通道與接收通道共用一個天線。由于手機(jī)發(fā)射載頻與接收載頻相差3MHz（例如手機(jī)發(fā)射載頻用48.250MHz，則接收載頻為45.250MHz），故兩個通道各采用不同中心頻率的LC選頻網(wǎng)絡(luò)就能進(jìn)行區(qū)分。這就是雙工器的作用。10.2.2發(fā)送通道電路分析圖10.2.3是手機(jī)收發(fā)電路圖。發(fā)送通道電路在全圖的下半部分，主要由3N74N中的壓縮器、V517直接調(diào)頻電路和V516高頻功放電路三部分組成。V512C和V511C提供正電源電壓UCC。圖10.2.3手機(jī)收發(fā)電路圖送話器MIC輸出的話音信號經(jīng)C546耦合，進(jìn)入3N74N的⑨腳，壓縮后從14腳輸出。V517和L513，C535～C538以及變?nèi)荻O管V2組成電容三點(diǎn)式壓控振蕩器。其中V2的直流偏壓由MCU的DAO端輸出電平提供，另外兩個控制電壓分別來自于SM5132NS的11腳輸出和3N74N的14腳輸出。若不考慮3N74N輸出的話音信號，則壓控振蕩器和SM5132NS組成的鎖相頻率合成器產(chǎn)生穩(wěn)定的發(fā)射載頻信號。其中，壓控振蕩器輸出從V517的發(fā)射極經(jīng)C559耦合從⑨腳進(jìn)入SM5132NS內(nèi)的可變分頻器，然后作為鑒相器PD2的一個輸入與另一輸入（5kHz參考頻率信號）進(jìn)行比較，其相位誤差電壓從11腳輸出，經(jīng)R537C543低通濾波器后加到V2上。若進(jìn)一步考慮3N74N的輸出話音信號，則這一低頻交流控制信號將調(diào)節(jié)V2的電容值，從而使壓控振蕩器產(chǎn)生調(diào)頻信號。鎖相調(diào)頻電路輸出的調(diào)頻信號經(jīng)C534耦合到V516組成的丙類高頻功放電路，

L511和L512是其輸出匹配網(wǎng)絡(luò)。放大后的信號經(jīng)C531耦合，通過L501、L502和C501組成的具有低通性質(zhì)的T型網(wǎng)絡(luò)從天線輸出。顯然，此T型網(wǎng)絡(luò)的截止頻率較高，應(yīng)該讓50MHz以下的信號通過。10.2.3接收通道電路分析接收部分主要由V501第一混頻電路、V508第一本振電路、MC3361A中的第二混頻電路和相位鑒頻電路以及3N74N中的擴(kuò)張器幾部分組成。從天線輸入的射頻信號經(jīng)T型網(wǎng)絡(luò)，C502耦合后進(jìn)入第一混頻電路。通往發(fā)射和接收兩個通道的耦合電容C531、C502均為5pF，數(shù)值較小，對50MHz頻率產(chǎn)生的容抗為637Ω。采用小電容耦合，一則可以阻擋從天線進(jìn)來的低于手機(jī)工作頻率的噪聲，二則可以對發(fā)射、接收兩通道起相互隔離的作用。L503、L504、L505和C503組成輸入選頻網(wǎng)絡(luò)。第一本振信號由V508和L509、C509～C512以及變?nèi)荻O管V1組成的電容三點(diǎn)式壓控振蕩器產(chǎn)生，然后經(jīng)V507射隨，變壓器L508耦合到V501的發(fā)射極。此壓控振蕩器和SM5132NS內(nèi)的鑒相器PD1、晶體振蕩器與分頻器以及R509、C513組成的低通濾波器一起組成了鎖相頻率振蕩器，PD1的一個輸入是從V508發(fā)射極經(jīng)C508耦合從14腳進(jìn)入片內(nèi)的可變分頻器FD1，然后再給出的頻率信號，另一個輸入是由片內(nèi)固定分頻器提供的5KHz參考頻率信號，輸出相位誤差電壓從13腳取出，經(jīng)RC低通濾波器后調(diào)節(jié)V1的電容值。

V501產(chǎn)生的10.7MHz第一中頻信號經(jīng)陶瓷帶通濾波器CF1后從16腳進(jìn)入MC3361A內(nèi)的第二混頻電路，第二混頻電路的本振信號是從①腳輸入的，它來自于SM5132NSGFDA6腳輸出的10.24MHz信號。SM5132NS內(nèi)部放大器與①、16腳外接晶體和三個電容組成了晶體振蕩器。第二混頻電路輸出的455kHz第二中頻信號由③腳