一部可支援打電話、發簡訊、網路服務、APP應用的手機,通常包含五個部分:射頻、基帶、電源管理、外設、軟體。
射頻
:一般是資訊傳送和接收的部分。
基帶
:一般是資訊處理的部分。
電源管理
:一般是節電的部分,由於手機是能源有限的裝置,所以電源管理十分重要。
外設
:一般包括LCD,鍵盤,機殼等。
軟體
:一般包括系統、驅動、中介軟體、應用。
在手機終端中,最重要的核心就是射頻晶片和基帶晶片。射頻晶片負責射頻收發、頻率合成、功率放大;基帶晶片負責訊號處理和協議處理。那麼射頻晶片和基帶晶片是什麼關係?
射頻晶片和基帶晶片的關係
射頻(Radio Frenquency)和基帶(Base Band)皆來自英文直譯。其中射頻最早的應用就是Radio——無線廣播(FM/AM),迄今為止這仍是射頻技術乃至無線電領域最經典的應用。
基帶則是band中心點在0Hz的訊號,所以基帶就是最基礎的訊號。有人也把基帶叫做“未調製訊號”,曾經這個概念是對的,例如AM為調製訊號(無需調製,接收後即可透過發聲元器件讀取內容)。
但對於現代通訊領域而言,基帶訊號通常都是指經過數字調製的,頻譜中心點在0Hz的訊號。而且沒有明確的概念表明基帶必須是模擬或者數字的,這完全看具體的實現機制。
言歸正傳,基帶晶片可以認為是包括調變解調器,但不止於調變解調器,還包括通道編解碼、信源編解碼,以及一些信令處理。而射頻晶片,則可看做是最簡單的基帶調製訊號的上變頻和下變頻。
所謂調製,就是把需要傳輸的訊號,透過一定的規則調製到載波上面,然後透過無線收發器(RF Transceiver)傳送出去的工程,解調就是相反的過程。
工作原理與電路分析
射頻簡稱RF射頻就是射頻電流,是一種高頻交流變化電磁波,為是Radio Frequency的縮寫,表示可以輻射到空間的電磁頻率,頻率範圍在300KHz~300GHz之間。每秒變化小於1000次的交流電稱為低頻電流,大於10000次的稱為高頻電流,而射頻就是這樣一種高頻電流。高頻(大於10K);射頻(300K-300G)是高頻的較高頻段;微波頻段(300M-300G)又是射頻的較高頻段。射頻技術在無線通訊領域中被廣泛使用,有線電視系統就是採用射頻傳輸方式。
射頻晶片指的就是將無線電訊號通訊轉換成一定的無線電訊號波形, 並透過天線諧振傳送出去的一個電子元器件,它包括功率放大器、低噪聲放大器和天線開關。射頻晶片架構包括接收通道和發射通道兩大部分。
接收電路的結構和工作原理
接收時,天線把基站傳送來電磁波轉為微弱交流電流訊號經濾波,高頻放大後,送入中頻內進行解調,得到接收基帶資訊(RXI-P、RXI-N、RXQ-P、RXQ-N);送到邏輯音訊電路進一步處理。
1、電路結構
接收電路由天線、天線開關、濾波器、高放管(低噪聲放大器)、中頻整合塊(接收解調器)等電路組成。早期手機有一級、二級混頻電路,其目的把接收頻率降低後再解調(如下圖)。
2、各元器件的功能與作用
(1)手機天線
由手機天線分外接和內建天線兩種;由天線座、螺線管、塑膠封套組成。
作用:接收時把基站傳送來電磁波轉為微弱交流電流訊號;發射時把功放放大後的交流電流轉化為電磁波訊號。
(2)天線開關
手機天線開關(合路器、雙工濾波器)由四個電子開關構成。
作用:完成接收和發射切換;完成900M/1800M訊號接收切換。
邏輯電路根據手機工作狀態分別送出控制訊號(GSM-RX-EN;DCS- RX-EN;GSM-TX-EN;DCS- TX-EN),令各自通路導通,使接收和發射訊號各走其道,互不干擾。
由於手機工作時接收和發射不能同時在一個時隙工作(即接收時不發射,發射時不接收)。因此後期新型手機把接收通路的兩開關去掉,只留兩個發射轉換開關;接收切換任務交由高放管完成。
(3)濾波器
手機中有高頻濾波器、中頻濾波器。
作用:濾除其他無用訊號,得到純正接收訊號。後期新型手機都為零中頻手機;因此,手機中再沒有中頻濾波器。
(4)高放管(高頻放大管、低噪聲放大器)
手機中高放管有兩個:900M高放管、1800M高放管。都是三極體共發射極放大電路;後期新型手機把高放管整合在中頻內部。
作用:對天線感應到微弱電流進行放大,滿足後級電路對訊號幅度的需求;完成900M/1800M接收訊號切換。
原理:
供電。900M/1800M兩個高放管的基極偏壓共用一路,由中頻同時路提供;而兩管的集電極的偏壓由中頻CPU根據手機的接收狀態命令中頻分兩路送出;其目的完成900M/1800M接收訊號切換。
經過濾波器濾除其他雜波得到純正935M-960M的接收訊號由電容器耦合後送入相應的高放管放大後經電容器耦合送入中頻進行後一級處理。
(5)中頻(射頻接囗、射頻訊號處理器)
由接收解調器、發射調製器、發射鑑相器等電路組成;新型手機還把高放管、頻率合成、26M振盪及分頻電路也整合在內部(如下圖)。
作用:
內部高放管把天線感應到微弱電流進行放大。
接收時把935M-960M(GSM)的接收載頻訊號(帶對方資訊)與本振訊號(不帶資訊)進行解調,得到67。707KHZ的接收基帶資訊。
發射時把邏輯電路處理過的發射資訊與本振訊號調製成發射中頻。
結合13M/26M晶體產生13M時鐘(參考時鐘電路)。
根據CPU送來參考訊號,產生符合手機工作通道的本振訊號。
3、接收訊號流程
手機接收時,天線把基站傳送來電磁波轉為微弱交流電流訊號,經過天線開關接收通路,送高頻濾波器濾除其它無用雜波,得到純正935M-960M(GSM)的接收訊號,由電容器耦合送入中頻內部相應的高放管放大後,送入解調器與本振訊號(不帶資訊)進行解調,得到67。707KHZ的接收基帶資訊(RXI-P、RXI-N、RXQ-P、RXQ-N);送到邏輯音訊電路進一步處理。
發射電路的結構和工作原理
發射時,把邏輯電路處理過的基帶資訊調製成的發射中頻,用TX-VCO把發射中頻訊號頻率上變為890M-915M(GSM)的頻率訊號。經功放放大後由天線轉為電磁波輻射出去。
1、電路結構
發射電路由中頻內部的發射調製器、發射鑑相器;發射壓控振盪器(TX-VCO)、功率放大器(功放)、功率控制器(功控)、發射互感器等電路組成。(如下圖)
2、各元器件的功能與作用
(1)發射調製器
發射調製器在中頻內部,相當於寬頻網路中的MOD。
作用:發射時把邏輯電路處理過的基站基帶資訊(TXI-P;TXI-N;TXQ-P;TXQ-N)與本振訊號調製成發射中頻。
(2)發射壓控振盪器(TX-VCO)
發射壓控振盪器是由電壓控制輸出頻率的電容三點式振盪電路;在生產製造時整合為一小電路板上,引出五個腳:供電腳、接地腳、輸出腳、控制腳、900M/1800M頻段切換腳。當有合適工作電壓後便振盪產生相應頻率訊號。
作用
:把中頻內調製器調製成的發射中頻訊號轉為基站能接收的890M-915M(GSM)的頻率訊號。
原理
:眾所周知,基站只能接收890M-915M(GSM)的頻率訊號,而中頻調製器調製的中頻訊號(如三星發射中頻訊號135M)基站不能接收的,因此,要用TX-VCO把發射中頻訊號頻率上變為890M-915M(GSM)的頻率訊號。
當發射時,電源部分送出3VTX電壓使TX-VCO工作,產生890M-915M(GSM)的頻率訊號分兩路走:
取樣送回中頻內部,與本振訊號混頻產生一個與發射頻相等的發射鑑頻訊號,送入鑑相器中與發射中頻進行較;若TX-VCO振盪出頻率不符合手機的工作通道,則鑑相器會產生1-4V跳變電壓(帶有交流發射資訊的直流電壓)去控制TX-VCO內部變容二極體的電容量,達到調整頻率準確性目的。
送入功放經放大後由天線轉為電磁波輻射出去。
從上看出:由TX-VCO產生頻率到取樣送回中頻內部,再產生電壓去控制TX-VCO工作;剛好形成一個閉合環路,且是控制頻率相位的,因此該電路也稱發射鎖相環電路。
(3)功率放大器(功放)
目前手機的功放為雙頻功放(900M功放和1800M功放整合一體),分黑膠功放和鐵殼功放兩種;不同型號功放不能互換。
作用:把TX-VCO振盪出頻率訊號放大,獲得足夠功率電流,經天線轉化為電磁波輻射出去。
值得注意:功放放大的是發射頻率訊號的幅值,不能放大它的頻率。
功率放大器的工作條件:
工作電壓(VCC):手機功放供電由電池直接提供(3。6V)。
接地端(GND):使電流形成迴路。
雙頻功換訊號(BANDSEL):控制功放工作於900M或工作於1800M。
功率控制訊號(PAC):控制功放的放大量(工作電流)。
輸入訊號(IN);輸出訊號(OUT)。
(4)發射互感器
兩個線徑和匝數相等的線圈相互靠近,利用互感原理組成。
作用:把功放發射功率電流取樣送入功控。
原理:當發射時功放發射功率電流經過發射互感器時,在其次級感生與功率電流同樣大小的電流,經檢波(高頻整流)後並送入功控。
(5)功率等級訊號
所謂功率等級就是工程師們在手機程式設計時把接收訊號分為八個等級,每個接收等級對應一級發射功率(如下表),手機在工作時,CPU根據接的訊號強度來判斷手機與發射距離遠近,送出適當的發射等級訊號,從而來決定功放的放大量(即接收強時,發射就弱)。
附功率等級表:
(6)功率控制器(功控)
為一個運算比較放大器。
作用:把發射功率電流取樣訊號和功率等級訊號進行比較,得到一個合適電壓訊號去控制功放的放大量。
原理:當發射時功率電流經過發射互感器時,在其次級感生的電流,經檢波(高頻整流)後並送入功控;同時程式設計時預設功率等級訊號也送入功控;兩個訊號在內部比較後產生一個電壓訊號去控制功放的放大量,使功放工作電流適中,既省電又能長功放使用壽命(功控電壓高,功放功率就大)。
3、發射訊號流程
當發射時,邏輯電路處理過的發射基帶資訊(TXI-P;TXI-N;TXQ-P;TXQ-N),送入中頻內部的發射調製器,與本振訊號調製成發射中頻。而中頻訊號發射不能接收的,要用TX-VCO把發射中頻訊號頻率上升為890M-915M(GSM)的頻率訊號發射才能接收。當TX-VCO工作後,產生890M-915M(GSM)的頻率訊號分兩路走:
一路取樣送回中頻內部,與本振訊號混頻產生一個與發射中頻相等的發射鑑頻訊號,送入鑑相器中與發射中頻進行較;若TX-VCO振盪出頻率不符合手機的工作通道,則鑑相器會產生一個1-4V跳變電壓去控制TX-VCO內部變容二極體的電容量,達到調整頻率目的。
二路送入功放經放大後由天線轉化為電磁波輻射出去。為了控制功放放大量,當發射時功率電流經過發射互感器時,在其次級感生的電流,經檢波(高頻整流)後並送入功控;同時程式設計時預設功率等級訊號也送入功控;兩個訊號在內部比較後產生一個電壓訊號去控制功放的放大量,使功放工作電流適中,既省電又能長功放使用壽命。
(以上內容整理自網路,如有侵權請聯絡刪除!)