手机发射电路的功率控制

1、手机发射电路的功率控制摘要：功率放大器是一种应用非常广泛的电路，手机的功率放大器用于放大已 经调制好的发射信号并获得满足要求的输出功率，手机功放最突出的特点是带有自 动功率控制电路。GSM手机和CDMA手机的自动功率控制电路各有特点，但原理 基本相同，如果功率控制电路出现问题，可能导致手机无发射、发射功率低、发射 关机等故障。关键词：手机功率放大器功率控制功率放大器是一种应用非常广泛的电路，在家用电器如电视、音响之中都广泛 地应用，手机的功率放大器用于放大已经调制好的发射信号并获得满足要求的输出 功率。手机是一种移动通信设备，手机在移动通信过程中离基站的距离也是时近时远， 手机离基站比较远时，

2、需要手机有足够的功率，以使手机传出的信息能传输到基站 当手机离基站比较近时，若手机的功率过大，可能会带来各种干扰，导致手机不能 正常工作。此外，电磁波的传播不仅受通信距离的影响，电磁波在不同的环境中受 到地形、地物的影响很大；多径传播造成的衰落、建筑物阻挡造成的阴影效应和运 动造成的多卜勒频移，也可导致接收信号极不稳定，接收场强的瞬间变化往往可达 十倍以上，故手机电路中的功率放大器具有它自己的特点，即功率放大器的放大倍 数应能随不同的情况而变化，使到达基站的信号大小基本稳定，故手机功放最突出 的特点是带有自动功率控制电路。射频功率放大器总是工作在大信号状态下，调制后的射频信号经功率放大后即 可

3、以进行传输。在手机中，常采用场效应管和砷化稼场效应管作为功率放大管。它 们的导热率比错高许多。而且越来越多的手机使用功率放大器组件。一个完整的功 率放大电路通常包括驱动放大、功率放大、功率检测及控制、电源电路等。功率控制不仅是维护系统高效率正常工作的需要，随着CDMA技术的应用，功 率控制尤其必要，由于CDMA系统的容量是软容量，它的容量是由信噪比决定的， 主要受限于系统内移动台的相互干扰，如果每个移动台的信号到达基站时都达到所 需的最小信噪比，系统容量就会达到最大值。CDMA功率控制分为前向通道功率控 制和反向通道的功率控制。前向通道功率控制是基站根据移动台提供的测量结果， 调整对每一个移动

4、台的发射功率（对路径衰落小的移动台分配较小的前向链路功率， 而对远离基站和误码率高的移动台分配较大的前向链路功率），而反向通道功率控制 又分为仅由移动台参与的开环功率控制和移动台、基站同时参与的闭环功率控制， 反向开环功率控制是移动台通过测量接收功率来估计发射功率，并迅速调节移动台 发射功率；反向闭环功率控制是基站对移动台的开环功率估计迅速作出纠正，以使 移动台保持最理想的发射功率，使系统处于最佳状态，手机发射电路功率控制属于 反向功率控制的范畴。不同类型的发射机中的功率控制电路是有区别的，但它们的控制原理都基本相 似。图1所示是一种基本的发射功率控制原理方框图。控制参考电平图一该控制环路工作

5、原理如下所述：功率放大器放大的发射信号送到天线转化为高频的 电磁波发送出去。在功放的输出端，通过一个取样电路取一部分发射信号，经高频 整流得到一个反映发射功率大小的直流电平。这个电平在比较电路中与来自逻辑电 路的功率控制参考电平进行比较，输出一个控制信号去控制功放电路的偏压或电源。 从而改变功率放大器的放大倍数。虽然原理大同小异，但是GSM手机和CDMA手 机的功率控制的电路是有所不同的。GSM 是 Global System for Mobile Communications 的缩写，意为全球移动通 信系统，是世界上主要的蜂窝系统之一。目前，中国移动、中国联通各拥有一个GSM 网，GSM手机

6、用户总数在1. 4亿以上，为世界最大的移动通信网络。CDMA即 codedivision multiple access的缩写，译为“码分多址分组数据传输技术”，被称为第5代移动通信技术。目前采用这一技术的市场主要在美国、日本、韩国等，全球 用户达9500万。我们再来比较一下GSM和CDMA手机发射功率的初始值的取定及功率控制 机制。手机与系统的通信可分为两个阶段，一是接入阶段，二是话务通信阶段。对 于GSM系统，手机在随机接入阶段没有进入专用模式以前，是没有功率控制的，为 保证接入成功，手机以系统能允许的最大功率发射（通常是手机的最大发射功率）。 在分配专用信道后，手机会根据基站的指令调整手

7、机的发射功率，调整的步长通常 为2dB。调整的频率为60ms 一次。对于CDMA系统，在随机接入状态下，手机会根据接收到的基站信号电平估计 一个较小的值作为手机的初始发射功率，发送第一个Access Probe，如果在规定的时 间内还没有得到基站的应答信息，手机会再加大发射功率。这个过程重复下去，直 到收到基站的应答或者到达设定的最多尝试次数为止。在通话状态下，每1.25ms基 站会向手机发送一个功率控制命令信息，命令手机增大或减少发射功率，步长为1dB。由上面的比较可以看出，GSM手机在接入过程中并没有功率控制以最大的功率 发射，在通话过程中多采用闭环功率控制；对于CDMA系统，采用开环和闭

8、环功率控制结 合的方案，开始是开环功率控制，和基站取得联系之后是闭环功率控制。下面以具体的电路来介 绍手机发射电路的功率控制。首先以摩托罗拉L2000为例，它是GSM手机，它的功率控制电路如图二所示：图二功率控制电路主要由U390构成，主要对发射功率进行检测。U390的12脚是 射频功率检测输入脚，7脚是功率控制输出脚，U390的8、11、12脚根据送来的发 射启闭信号和功率检测级别信号自动调整U390的7脚EXC的控制功率电平的大小， 此控制信号传送到功率放大器（图3）的U300的10脚。功率放大电路主要由U300 等元件组成，其主要作用是将前置放大器送来的信号进行放大，信号由U300的7

9、脚输入，经过两级放大后由14脚输出，它的放大倍数由从10脚输入的控制信号控 制，使放大器在不同的情况下，放大倍数有所不同，以达到功率控制的目的。V.RINGC300 .LlOOpF 工R301Q300 2SC4617R304 7.5k ,1%18k,l% n R309 U330R3004.7U300LMV7H_L C305T lOnFOUT V+V- SHUT +IN TNjc304R310 2k,1% HZZIPA_ONV_RFTXR311 10k,1% R3126.8k, 1%图4再来看看CDMA手机的功率控制电路以图4所示为A399手机的功率控制电路 为例，从图4所示的电路中可以看出：C

10、DMA蜂窝基站根据所接收的CDMA手机 的信号质量与强度，给出CDMA手机的控制指令。手机的逻辑电路将控制指令转换 成模拟的电压信号，得到功率控制TX-AGC-ADJ信号。当发射机启动时，功放启动控制信号PA-ON被送到U300的5脚。V-RFTX电 源经电阻R304、R307、R309、R312分压，给U300 一个初始电压，使U300开始工 作，给功率放大器提供一个基本的控制信号。当逻辑电路输出TX-AGC-ADJ信号时， Q300开始工作，通过控制Q300的集电极、发射极的导通程度来改变U300的3脚 的电压，从而使U300的1脚输出电压发生变化，完成功率控制。总之两种手机的 功率控制方

11、法都是利用功率控制电路产生一个控制电压，调整功放的放大倍数。在一张电路图上如何找到功率控制电路？ 一般来说，只要找到功率放大器，查 找功率控制电路就比较容易了。通常可以从功率放大器的输入或偏压控制端去查找 功率控制电路；也可以利用它的电路特点查找，在功率放大器的输出端，发射射频 信号通常会分为两路，一路到天线电路，另一路经一个取样电路到功率控制电路。 这个取样电路可能是功率分配器，也可能是微带线耦合器。功率放大器（含有控制电路）在手机发射电路中占有很重要的地位，它的功率 控制部分如果出现问题，可能导致手机无发射、发射功率低、发射关机等故障。由于手机元件的安装形式全部采用了表面贴装技术，手机线路

12、板采用高密度合 成板，正反两面都有元件，元器件全部贴装在线路板两面，线路板通过焊锡与元件 产生拉力而固定，且贴装元件集成芯片管脚众多，非常密集，焊锡又非常少，这样 如果不小心摔碰或手机受潮都易使元件造成虚焊或元件与线路板接触不良造成手机 各种各样的故障。MOTOROLA L2000的U390以及外围元件（图2所示）损坏、虚 焊会引起不入网，发射功率低等。这些部位可以用示波器检验，如果怀疑功率控制 电路故障，可以检查基准功率电压是否正常、功率控制电路对功率放大器的控制电 压是否正常，基准功率电压不正常可能和软件有关。对于发射高频或中频信号的测 量只能用频谱分析仪检验。检测发射故障部位还可以用发射感应灯靠近怀疑的电路 确认。以检修图4所示的三星手机A399的功率控制电路为例，检修过程如下：启动发射功能，用示波器检查U300的PA-ON信号。若不正常，检查 U10 （U100是一个复合电路，它包含了 PCM编码、声码器、分间插入、 编码、信道化等所有从发送音频放大到I/Q调制之间的发射逻辑音频电 路）各脚位信号波形是否正常。用示波器检查TX-AGC-ADJ信号，若不正常，检查U100电路。若两个控制信号都正常，再用示波器检查Q300、U300电路元件的波形