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1、 GSM手机射频工作原 理与电路分析*1RF DBTELDate2RF DBTELOutlinew匹配网络（Matching） w收发双工器（Diplexer） w声表面波滤波器(SAW) w平衡网络（Balance） w锁相环（PLL） w收发器（Transceiver） w衰减网络（Attenuation） w功率控制环路（APC） w滤波网络（Filter） w其它Date3RF DBTEL匹配网络（Matching）w匹配的定义：后级输入阻抗与前级输出阻抗共 扼 w匹配网络的类型：L型 T型 型Date4RF DBTEL天线匹配的举例返回Date5RF DBTEL收发双工器（Diple
2、xer）w收发合用一路天线，因此使用天线收发双工 器（Antenna Switch）对发射为openTXRX为发射波长对接收为shortDate6RF DBTEL收发双工器的特性参数（TX/RX ） wFrequency Range (MHz) wInsertion Loss (dB) wAttenuation(dB) wV.S.W.R. wIsolation (dB) wHarmonics 2xfo, 3xfo (dBc) wPower Capacity (dBm)详见LMC33Data Sheet返回Date7RF DBTEL声表面滤波器（SAW）w 在手机中，接受信号从天线开关到接收 处
3、理电路之间采用声表面滤波器（SAW） w声表面滤波器（SAW）可以提供较宽的通 频带、较低的损耗，此外有的SAW器件还 集成有将非平衡信号转换为平衡信号的功 能。 wSAW的滤波特性详见 SAW Data Sheet lc03c lc66e返回Date8RF DBTEL平衡网络（Balance）wBalance电路构成：UI 分别经过低通、高通得到反相的UO1 、UO2LCCLUIUO1UO2RdiffRsRsRs：特性阻抗Rdiff ：输入阻抗Date9RF DBTELw由计算可知UO1 、UO2始终有180度相差（Differential ）适合在Balance系统上传输。 wL、C的取值
4、要求：f：系统中心频率 Rs：特性阻抗 Rdiff ：输入阻抗w该电路可能集成于SAW中Date10RF DBTEL差模、共模在Balance系统上的传输w差模（Differential Mode）A B B的传输量为A的一半 w共模（Common Mode）I/PO/PI/PO/PI/P O/PC返回Date11RF DBTEL锁相环（PLL）锁相环应用于滤波、频率综合、调 制解调、信号与检测等多个方面。 w锁相环四个基本构成元素 w基本构成电路分析 w锁相环在手机中应用举例Date12RF DBTEL锁相环四个基本构成元素 w鉴相器（PD）鉴频器（FD）鉴相鉴频（PFD） ：PD/FD/P
5、FD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 w 环路滤波器Loop Filter（LP）：LP一般为N阶低通滤波器 w 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 w 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Date13RF DBTELPLL Block Diagram返回Date14RF DBTEL基本构成电路分析w鉴相器（Phase Detector） w电荷泵环路低通滤波器 （Charge PumpLoop Filter ）
6、w压控振荡器（Voltage Controlled Oscillator） w分频器（DIV）Date15RF DBTEL鉴相器（Phase Detector） w鉴相器的主要作用:检测输入信号与反馈信号之 间的相位差。 w鉴相器的数学模型：返回Kdsin() +1(t)v(t)e(t) =1(t) -v(t) Vd(t)=Kdsine(t)鉴相器的数学模型Date16RF DBTEL电荷泵环路低通滤波器 （ Charge PumpLoop Filter ）w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 w环路低通滤波器（LPF）由PFD的
7、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。Date17RF DBTEL环路低通滤波器（Low Pass Filter ）phase detectorRzCzCpVCOR4C4To important the transient characteristics The loop can track better a change in input frequencyTo further reduce the phase noise of the charge pu
8、mpDate18RF DBTEL环路低通滤波器的应用举例返回Date19RF DBTEL压控振荡器 （Voltage Controlled Oscillator ） w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：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。Date20RF DBTEL分频器（DIV）w锁相环通常用于N倍参考频率的发生器：其中N为分频比，它由环路中分频器DIV提供参见分频器 返回Date21RF DBTEL锁相环在手机中应用举例wRX（接收）频
9、率合成器 Date22RF DBTELwTX-VCO锁相环路 Date23RF DBTEL收发器（Transceiver）w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 wTransceiver根据其工作频率可分为：单 频、双频、三频等 wTransceiver根据其中频特征可分为有中 频、零中频、近零中频等 以DB2009为例介绍Transceiver UAA3535的内部结构Date24RF DBTELTransceiver UAA3535（Philips ）wUAA3535是近零中频收发器，它最多可以作 三频收发 w它内部有：三个PLL（包括一个内
10、置VCO）、正交混频解调器 、可控增益低噪放大器、混频调制器等 w它需外接： 13MHz参考基准时钟、RXVCO、TXVCO、基带控 制信号等 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Date25RF DBTEL返回 Date26RF DBTEL衰减网络（Attenuation）w为了达到系统中对输 入输出功率要求高的 部分的功率适配，我 们通常在输出端到输 入端之间加上功率衰 减网络 w通常衰减网络形式有 ：T型、 型 w衰减网络的计算型衰减网络型衰减网络R1R2R3R1 R2R3Date27RF DBTEL衰减网络的计算w已
11、知网络参数求衰减系数AZin1： 短路输入电抗 Zin2： 开路输入电抗Zout1：短路输出电抗 Zout2： 开路输出电 抗Date28RF DBTELw已知衰减系数A求网络参数（R0：特性阻抗 ）由 求得K值：则可得对T型： 对型： Date29RF DBTEL衰减网络的作用w衰减网络主要是为了使输出功率符合下 级输入功率的要求w利用衰减网络可以提高系统的信噪比w利用50欧姆衰减网络可以缓和前级与后 级的阻抗变化Date30RF DBTEL衰减网络的应用返回Date31RF DBTEL功率控制环路（APC）功率控制环路构成： w 功率放大器（Power Amplifier） w 功率耦合器
12、（Power Coupler） w 功率检波器（Power Detector） w 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。Date32RF DBTEL功率控制环路构成功率放大器功率耦合器检 波 器功率 比较 控制器PISource from VCO Coupling PowerPcPo比较信号 用于用户 设定功率值耦合检波信号差值功率 控制信号功率 控制 环路返回 Date33RF DBTEL功率放大器（Power Amplifier ）目前手机用PA一般是厚
13、膜模拟电路制成，它要求 将 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： w工作频率、带宽 w最大线性输出功率（压缩点） w线性放大对输入功率要求 w输入、输出需要的匹配阻抗 w工作电源及电压、电流的要求 w控制信号的形式及要求 w噪声特性等等 详见PA-BGY280 Data Sheet返回Date34RF DBTEL功率耦合器（Power Coupler）w 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。 w它的主要参数有：详见LDC Data Sheet耦合量（Coupling）插入损耗（Insertio
14、n Loss）隔离度（Isolation）方向性（Directivity）单位（dB） 返回Date35RF DBTEL功率检波器（Power Detector ）w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。 w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：Coupler 输出耦合电容Cc检波 二极管 D检波电压输出低通 积分 电路Date36RF DBTEL负包络检波的对二极管要求： w 检波二极管D以P极为输入端 w 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
15、果变 差返回Date37RF DBTEL功率比较、控制器Power Comparator&Controllerw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）它的具体参数详见PCF5078 Data SheetDate38RF DBTEL功率控制环路（APC）的应用返回Date39RF DBTEL滤波网络（Filter）w通用滤波网络 w电源滤波去耦网络Date40RF DBTEL通用滤波网络w滤波器是抑制除特定带宽以外信号及噪声 的装置。 w按照不同标准它可分为：低通、高通、带通、带阻滤波器；一阶、二阶、高阶滤波器；无源滤波器、有源滤波器以下我们以单阶无源滤波器为例做一些简 介Date41RF DBTEL3dB3dBRRLLCCUUfffHfL单阶无源低通（LP） 单阶无源高通（HP）高频截止频率fH 与L、C参数有关低频截止频率fL 与L、C参数有关Date42RF DBTELw低通滤波器的3dB衰减点的频率为高频截止频 率fH，它截止的斜率与其阶数相关 w高通滤波器的3dB衰减点的频率为低频截止频 率fL ，它截止的斜率与其阶数相关 w如果将低通滤波器和高通滤波器串联，而且 fH fL 就能构成带通滤波器，其通频带为fL fH 。 w如果将低通滤波器和
