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1、手机原理手机RF原理及设计(手机设计流程) 1.接收部分 天线开关为FET器件（双工器）是一个双刀掷模拟开关，其中一个刀进行收发信号切换，另一个刀接测试口，其工作状态受开关管T3，T4组成的控制电路控制，控制指令为RXE和TXE。当控制信号RXEN为高电平时，天线开关处于接收状态，接收信号通过天线开关进入陶瓷带通滤波器BPF3，BPF2进行高频滤波，然后再经过耦合电容C103，C19，C109送到PMB6253内进行低噪声放大，放大后的信号送入混频器，高频放大器经过滤波后，与来自主压振荡器的接收本振信号RXVCO一起送入混频器完成两信号的混频，混频后产生中频信号经耦合电容C14，C87通过BP
2、F1将其中的杂波滤除，再送到隔离放大器放大。 中频信号在收发IC内完成接收信号正交解调处理，完成解调处理后产生模拟接收基带信号，RXI/RXQ接收I/Q基带信号分别从IC的8、9脚输出。 在收发IC、U1内部，接收部分包括中频、中频放大、混频、PLL。13MHZ主时钟、主压器振荡器、接收中频和发射中频等。 手机高频原理方向图 2.发射部分 经CPU送出的TX1、TXQ分别送入收发IC U1以产生TXIF发射中频，发射中频输入信号TXIFIN与TXVCO在U1内进行混频，鉴相，再产生振荡频率，预放大后从U1，28脚输出，经耦合电容C33到功放CX77301 4脚，X3为TXVCO，功率控制IC4
3、输出误差电压以改变功放的放大量，达到改变发射信号的功率等级。 当控制信号TXEX为高电平时，天线开关于发射状态。新手机开发现介绍GSMDCSl800双频段手机RF部分的基本工作原理和各单元的设计方案、技术指标和参数计算。对几种不同的双频手机RF方案，在经过分析和比较之后，提出一种性能价格比较高的技术方案。 GSM手机属高科技通信产品，其销售对象是千家万户，因此对手机的性能价格比要求特别高，手机的利润只能体现在大批量的生产和销售中。针对这种情况，在满足欧洲电信标准ETS GSMll10技术规范的前提条件下，RF部分的设计者必须在先行方案设计中就充分注意到性能价格比，这将对手机在未来的市场上能否有
4、竞争力产生十分重要的影响。 GSM手机的性价比是由各个组成单元的性价比来决定的，所以，对RF部分各个单元电路进行认真、细致的分析和比较，这对于提高整机的性价比是十分重要的。 1.GSM900DCSl800双频手机的特点 双频手机有以下特点：根据基站的控制信令，双频手机即可以工作在900MHz频段网络，也可以工作在1800MHz频段网络，当一个网络繁忙或信号质量差时，双频手机可自动切换到另一个频段的网络上工作，而且这种切换基本上不影响话音质量。另外，从近来国际上手机的发展趋势和FTA(full type approval)认证的情况来看，双频手机以经是主流产品。双频手机在两个不同的工作频段上，其
5、基带部分信源编码、信道编码的算法和处理、信令处理的方法和帧格式、调制解调方式、信道间隔等均相同。 2. GSM9001800双频手机RF部分的主要技术指标和设计要求 GSM900MHz部分的主要RF指标如下： 工作方式： TDMATDD 工作频率：上行Tx(反向)880MHz-915MHz， 下行Rx(正向)925MHz960MHz 双工频率间隔：45MHz，载波间隔：200kHz 每载波时隙数： 8(当前全速率)16(今后半速率) 每帧长度： 4615ms，每时隙长：577s 传输速率： 270833kbps(即在每时隙上传15625bits) 调制方式： 采用IQ正交GMSK调制 静态参考
6、灵敏度： 优于-102dB/RBER(Resiodual BER)2 动态范围： -47dBm110dBm 频率误差：110-7，相位误差的均方根值5%，相位误差峰值：20 射频输出功率：5级(33dBm)-19级(5dBm)，级差：2dB，共有15个功率等级。 DCS1800部分的主要RF指标： 工作频率：上行Tx：1710MHz-l785MHz， 下行Rx：1805MHz1880MHz， 收发频率间隔： 95MHz 静态接收参考灵敏度： -100dBm/RBER2 发射单元频率误差： Fe110-7，相位误差均方根值5，峰值200 射频输出功率：3级(24dBm)-15级(0dBm)，共有
7、13级功率；步进2dB 3.双频手机RF部分基本工作原理 31 RF部分基本组成框图 32 GSM900下行链路接收机单元 由蜂窝小区基站发出的已调载波通过Um无线接口，传到手机天线端。在接收时隙接收到的信号先通过收发隔离器，再经过GSM900MHz的LNA(低噪声放大器)，将微伏量级的弱信号放大。放大后的信号经过GSM900的第一RF混频器后，将得到的第一中频信号进行窄带(200kHz)滤波，以滤除带外噪声，保证接收机选择性指标。然后信号经过具有AGC功能的第一中频放大器放大，再经过第二混频器和第二中频滤波器。在这之后，输出的信号由具有AGC功能的第二中频放大器进行放大。放大后的信号进入IQ
8、正交解调器解调，正交解调后的模拟I、Q信号平衡输出到后面的基带、音频部分等待作进一步的信道译码和倍源译码处理。 DCS1800MHz频段接收单元的信号处理过程与GSM900相同，只是工作频段不同而已。接收机中AGC的作用是：当天线端的RF信号电平在大范围内变化时，保证IQ输出信号的电平基本不变；在监听时隙探测相邻小区基站的下行广播信号强度，配合完成越区切换功能。33 上行链路发射单元 由基带部分传输过来的I、Q正交模拟基带信号，在发射时隙期间双端平衡输入到中频IQ正交调制器，调制后的中频信号经过发射中频声表面(SAW)窄带滤波器(200kHz)，滤波后的信号经过上变频后，再经过35MHz带宽的
9、900MHz发射滤波器，滤波器输出的信号先通过功率激励级放大以达到末级RF功放(PA)所需的激励电平。最后再经过功率放大器PA和收发隔离器，通过天线把已调载波发射出去。 PA部分APC控制电路的作用是：保证RF功率电平等级满足5dBm-33dBm的变化要求，以避免在多用户组网时发生“远近”干扰。 DCS1800MHz频段发射单元的信号处理过程与GSM900相同，只是工作频段不同而已。 34频率合成器单元 该单元与FM电台中采用的频合器相类似，主要差别在于增加了AFC电路。 4接收单元电路设计 在满足技术要求的前提下，可以有几种不同的接收机RF解决方案： (1)3次变频方案：采用此法频率合成器实
10、现复杂，中频频点多，容易产生组合干扰，一般不采用。 (2)2次变频方案：为简化电路，第2中频频点选取手机的基准时钟频率13MHz或其2分频 65MHz。这种方案在早期的接收机中广泛采用。例：摩托罗拉GC87、诺基亚8110、爱立信GHG5388、摩托罗拉8200。该方案复杂程度适中，而且还可获得高的选择性，中频放大器的增益分配比较容易实现，不易产生自激。 (3)一次变频方案：随着IC器件和SAW滤波器指标的提高，这种方案在目前的手机电路中广泛采用。它可以简化电路，从而降低制造成本，而选择性指标仍可满足技术要求。目前许多双频手机采用了这种方案。 (4)零中频直接解调的方案：因为以前AD变换器和D
11、SP的技术水平不能满足实时处理数百MHz高频信号的要求，而且噪声、选择性和功耗指标也难以保证，所以，采用这种方案到现在才刚刚开始。41计算理论灵敏度和估算实用灵敏度 根据噪声功率的计算公式：PNKTB (w) 上式中：K为波尔兹曼常数，其值为：13810-23；T为工作温度(K)，一般取常温3000K (27)；B为带宽(Hz)，对于GSM体制，取200kHz。 计算结果为：噪声功率：10lgPN1mW10lgPN十30一121dBm 上述计算结果为在理想情况下的噪声功率，在实际应用中，还要考虑前端失配的影响(约1dB)，收发隔离器的影响(约2dB)，接收机NF(约2dB)，基带部分的解调门限
12、（约9dB/RBER2。基于上述考虑，我们可以估算出实用灵敏度约为：实用灵敏度-121十1十2十2 十9-107dBm 对于DCSl800频段，它的实用灵敏度约为：DCSl800频段的实用灵敏度-121十2十2十3十9一105dBm 42 下行链路接收机增益分配计算 ETS GSMll10技术规范中要求手机的参考灵敏度为-102dBm/RBER2 (GSM900)和-100dBmRBER2(DCSl800)。从生产的角度考虑手机的设计者应将该项指标略为提高，可分别选为-106dBm和-104dBm。将模拟IQ路单端输出的直流电平值设计为500mVpp(177mV有效值)，这样，整个GSM接收通
13、道的电压增益为： GP total20lg1772241g-1(-106/20)201g(177000112)104dB 各单元增益分配的结果如下(已包含SAW滤波器)：前端LNA放大器为16dB，第一混频器为8dB，IF放大器和解调器为80dB(AGC控制范围约70dB)。 对于DCSl800频段，由于工作频率的上升，RF前端的噪声系数和增益指标会变得差一些，这时接收机各单元的增益分配如下：LNA的增益为14dB，第一混频器为8dB，IF放大器和解调器增益为80dB，整个DCS1800接收通道的增益为102dB。43 LNA(低噪声放大器)技术要求 (1)NF：15dB一25dB (2)GP
14、：15dB20dB，LNA一般由一级放大器来完成，其增益不能太高，否则，整机抗阻塞和互调指标难以达到。 (3)功耗：4mA8mA(FET管)，12mA(双极型管)。 (4)具有键控式AGC控制功能(通过偏置控制来实现)。 LNA的NF、CP和输入、输出阻抗匹配对于收机整机指标将产生决定性的影响。 44 第1混频器技术要求 (1)要采用RF平衡输入，IF平衡输出的有源混频器，以提供足够的增益，降低串话的干扰 (2)噪声系数：6dB-8dB，GP：8dB10dB (3)本振电平：-5dBm0dBm，过高的本振电平会产生手机功耗加大，EMC性能变差的问题45 第1中频频点和IF SAW滤波器选择时应考虑的因素 (1)高阶组合干扰频率点数越少越好，有利于抑制镜像干扰频率(选高本振、高中频)；(2)同时兼顾GSM900和DCSl800频段的要求； (3)IF频率点选得过低时，易产生本振干扰有用信号；IF频率点选得过高时，中放增益难以保证，易自激、不稳定； (4)IF SAW滤波器的技术指标，一般IF频点在200MHz400MHz之间选取； (5)IF SAW滤波器插损小于8dB、带
