中国移动市场十二月份月度报告二

手机RF专题讲座射频部分是通信设备的重要组成部分，是进行双向沟通的桥梁。了解该部分的组成和工作原理对我们开展工作有很重要的意义。为此，DIAGL9的同事针对该部分编写了这个专题培训资料，它包括了：接收机原理、接收机基本电路、手机的RF基本电路、手机的相关技术、手机的诊断和维修编写这个资料的目的是为了扩展大家的思维，起到抛砖引玉的作用。由于时间仓促，有些资料难以找到，加上我们的知识水平有限，因此其中可能有所缺漏，欢迎大家批评指正。前言目录

RF应用回顾第一章：RF基本电路介绍

第二章：GSM手机的电路结构

第三章：NOKIA手机RF电路分析

第四章：手机的相关技术

第五章：手机的故障诊断RF应用回顾电报电话概述RF的应用：移动通信系统电视机无绳电话收音机卫星雷达侦察器通信的发展史烽火信使第二代移动通信第三代移动通信第一代移动通信TheDevelopmentofMobileInformationVersatilityofContentandUserBenefitsTimeTextSMSText&GraphicsPictureMessagingDigitalimageinputMultimediaMessagingServiceNewcontenttypesMobileMultimedia

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RF基本电路介绍

一般使用的调幅接收机的接收方式大多使用能稳定得到高增益、频率选择性好的超外差方式。下图是表示超外差方式的调幅收音机的构成方框图：超外差调幅接收机高频放大器混频器中频放大器检波器低频放大器本机振荡器调幅接收机的构成方框图变频器高频放大部分由输入电路、高频放大器、混频器成。以下是高频放大部分的作用和必要条件。1）提高接收机的信噪比在调幅接收机中，若对高频放大器和变频器的噪声指数进行比较时，后者大。为此，通过使用第一级噪声指数小、增益高的高频放大器，可以改善接收机的总噪声指数。2）频率选择性好随着调谐电路级数的增多，邻近频率或乱真电波的接收可以受到控制，设置输入电路、高频放大器使频率选择性好。3）使本机振荡频率成分不从天线发射通过在天线和变频器之间设置高阻抗的高频放大器，可以防止从天线发射本机振荡频率成分。高频放大部分的作用：变频器由由混频器器和本机机振荡器器构成。。其作用用如下：：1）变频频的原理理基本原理理是外差差检波，，它是将将频率Fc的载波和和频率FL的本机振振荡器的的输出加加到非线线性的有有源电路路上，从从其输出出成分中中取出FL—Fc的拍频，，利用它它作为中中频的方方法2)变频频器的分分类a)自激式变变频器b)它激方式式变频器器。3)本机机振荡器器的性能能本机振荡荡器要求求频率稳稳定性好好，高次次谐波成成分的含含有率少少。其理理由是，，当频率率不稳定定时，不不能接收收，含有有很多高高次谐波波时，产产生假信信号响应应发生笛笛声等。。本机振振荡器除除自激式式外，还还有晶体体控制振振荡器或或频率合合成器方方式的振振荡器。。变频器的的作用:1)得到到高增益益与高频放放大部分分比较，，由于频频率固定定，并且且频率低低，可以以得到高高增益，，因此可可以为用用检波器器进行线线性检波波提供充充分大的的输入，，从而使使检波器器的灵敏敏度提高高，并且且可以减减少检波波输出的的失真。。2)提高高选择性性和保真真度接收机的的邻近频频率选择择性一般般由中频频放大器器的通频频带宽度度决定。。通频带带由于接接收对称称的电波波类型而而不同，，因此只只要为选选择接收收的信号号设定必必需的最最小限度度的带宽宽即可。。中频放大大部分的的作用1)检波波部分工工作的必必要条件件：检波输出出没有失失真灵敏度高高电路结构构简单工作稳定定2)低频频放大器器的作用用因为从检检波器所所得到的的低频输输出很微微小，即即使直接接加到扬扬声器上上，扬声声器械也也不动作作。低频频放大器器用于放放大电压压和功率率，获得得足够大大的输出出使扬声声器动作作的电路路。检波部分分、低频频放大部部分的作作用对于调频频收音机机，在高高频端对对由天线线接收6~108MHZ的电波进进行调谐谐、放大大，变换换为中频频（10.7MHZ）。然后经中中频放大大后进行行调频检检波得到到低信号号。最后后对低频频信号放放大使扬扬声器发发出声音音。对于于收音机机，调频频检波器器（FMDET）的输出是是音频信信号，所所以不称称为低频频放大器器（LFAMP），大多称为为音频放放大器（（AudioFrequencyAMPlifier,AFAMP）。其方框图图如下：：高频频放大器混频器中频频放大器调频频检波器音频频放大器本机机振荡器调频接收收机的方框图变频器超外差调频接收收机调频立体体声接收收机的组组成：调频立体体声接收收机的方方框图如如下图所所示。在在调频检检波器以以前与调调频单声声道接收收机的组组成相同同。调频立体体声接收收机高频频放大器混频器中频频放大器调频频检波器立体声解调器本机机振荡器音频频放大器音频频放大器调频立体体声接收收机的方方框图接收立体体声广播播时，调调频检波波器输出出得到立立体声复复合信号号（主信信道信号号+副信道信信号+导频信号号）。立立体声解解调器（（MPX）由这三类类信号对对L.R信号进行行解调。。接收单声声道广播播时，检检出不包包含导频频信号的的信号，，并使立立体声解解调器停停止工作作，左.右扬声声器都都为单单声道道输出出。高质量量的调调频解解调器器在电电路组组成上上下功功夫，，使得得发送送方的的音质质几乎乎可以以不被被恶化化地接接收。。并且且为了了适应应将来来的调调频广广播的的多局局化，，要制制造排排除干干扰能能力强强的接接收机机。返回目录

GSM手机机的电电路结结构GSM手机的的电路路结构构手机的的电路路结构构可分分为三三部分分，即即射频频处理理，逻逻辑/音频频以及及输入入输出出接口口.射频部部分一一般指指手机机电路路的模模拟射射频，，中频频处理理部分分，包包括天天线系系统，，发射射通路路，接接收通通路，模拟调调制，，解调调以及及进行行信道道调谐谐用的的频率率合成成器等等。射射频部部分包包含发发送部部分，，接收收部分分与频频率合合成器器。一、发发送部部分发送部部分包包括带带通滤滤波器器，GMSK调制器器，射射频功功率放放大器器，天天线开开关等等。具体的的调制制方式式大致致分为为两种种：1）调调制制音频频信号号先调调制到到某一一中频频，再再经过过一次次上变变频，，变换换到GSM射频信道上。。2）调调制音音频信号号直接上上变频到到GSM射频信道道上。二、接收收部分包括天线线开关，，射频滤滤波，射射频放大大，混频频，中频频滤波和和中频放放大等，其其接收的的频率对对应900MHzGSM规定频点点，经过过下边频频道中频频，中频多为为100MHz附近的某某个固定定值。之之所以采采用中频频为射频频信号处处理的过渡环环节，是是为了得得到更好好的灵敏敏度和稳稳定性。。解调大大都在中中频处理集成电电路内完完成，解解调后得得到频率率为67.71KHz的同相正正交信号号，然后后进入逻辑辑/音频频处理部部分进行行后级的的处理。。三、逻辑辑音频部部分逻辑/音音频部分分可分为为两个子子部分：：音频信信号处理理和系统统逻辑控控制。音频信号号处理子子部分对对数字信信号进行行一系列列处理：：发送通通道的脉脉码调制制，话音编码码，信道道编码，，交织，，加密，，TDMA帧形成，，接收通通道的自自适应信信道均衡，，信道分分离，解解密，信信道解码码和语音音解码，，音频放放大等。。基基带信号处理理控制对对整个手手机的工工作进行行控制和和管理，，包括开开机操作作，定时时控制，数数字系统统控制射射频部分分控制以以及外部部接口，，键盘，，显示器器控制等等。中央处理理器：：相当当于单片片机的处处理核心心，作用用是射频频部分控控制，键盘控制制，其他他集成电电路的控控制及相相互之间间的数据据传送。。RAM：：随机存储储器，作作用是存存储手机机工作时时的数据据。ROM：：（1）EPROM存放手机机主程序序和监控控程序（2）EEPROM存放功率率控制表表，数模模转换表表，自动频率率控制表表，自动动增益控控制表等等。（3）短短消息业业务存存放码表表，显示示控制程程序。接口：（（1））总线接接口负负责同外外部设备备的通信信，包括括A/D，，D/A。（2）射频接口口负责责将模拟拟信号（（I/Q））转换成数数字信号号和将数字字信号转转换成模模拟信号号（I/Q）。。I/O设备：键盘盘输入、功功能翻盖开开关输入、、话筒输入入、液晶显显示屏输出出、听筒筒输输出出、、振振铃铃输输出出手手机机状状态态指指示示灯灯输输出出这这些些都都是是人人与与手手机机之间间的的I/O.射频频部部分分的的接接收收通通路路（（RX）和发送通路（（TX）使手机与基站间的的I/O。其他的集成电电路都是为这这五大类服务务。有电源源、同步时钟钟等。逻辑音频部分分包括输入输出接口口部分由模拟拟接口、数字字接口、人机机接口三部分分话音模拟接口口：包括A/D、D/A变换等。数字接口：主主要是数字终终端适配器。。人机接口：包包括显示器、、键盘、振铃铃器、听筒、、话筒。手机原理方框框图如下页，，概括了GSM手机全部的工工作原理。输入输出接口口部分接收解调均衡信道分离解密信道编码话音译码发信VCO时钟基准CPU控制器SIM卡接口调制TDMA帧形成显示屏加密键盘码速适配器信道编码话音编码D/A合路器频率合成器A/D存储器数字接口听筒话筒射频部分逻辑/音频部分手机的结构框框图返回目录

双频手机射频频电路技术参参数一、GSM900／DCSl800双频手机的特特点双频手机与现现阶段普及型型的单频手机机相比，有下下面的特点：：根据基站的的控制信令，，双频手机即即可以工作在在900MHz频段网络，也也可以工作在在1800MHz频段网格，当当一个网络繁繁忙或信号质质量差时，双双频手机可自自动切换到另另一个频段的的网络上工作作，而且这种种切换基本上上不影响话音音质量。另外外，从近来国国际上手机的的发展趋势和和FTA(fulltypeapproval)认证的情况来来看，双频手手机在将来会会是主流产品品。双频手机机在两个不同同的工作频段段上，其基带带部分信源编编码、信道编编码的算法和和处理、信令令处理的方法法和帧格式、、调制解调方方式、信道间间隔等均相同同，与单频手手机在电路结结构上的差别别在于射频前前端和相对应应的控制软件件。二、GSM900／1800双频手机RF部分的主要技技术指标和设设计要求四类机，阶段段2增强型(classIVphaseⅡⅡphase)E―GSM900MHz部分的主要RF指标如下：工作方式：TDMA―TDD工作频率：上上行行Tx(反向向)880MHz-915MHz，，下行Rx(正正向)925MHz―960MHz双工频率间隔隔：45MHz，载波间隔：200kHz每载波时隙数数：8(当前前全速率)／／16(今后后半速率)每帧长度：4．．615ms，每时隙长：577μs传输速率：270．833kbps(即在每时隙上上传156.25bits)调制方式：采采用用I／Q正交GMSK调制静态参考灵敏敏度：优优于-102dB/RBER(ResiodualBER)＜2％动态范围：-47dBm―110dBm频率误差：<1×10-7，相位误差差的均方根值值<5°，相相差峰值：<20°射频输出功率率：5级(33dBm)--19级(5dBm)，级差：Δ＝2dB,共有15个个功率等级。。DCS1800二类手机机(classⅡ)部部分的主要RF指标：工作频率：上上行Tx：1710MHz--l785MHz，下行Rx：1805MHz―1880MHz，，收发频率间隔隔：95MHz静态接收参考考灵敏度：-100dBm/RBER＜2％％发射单元频率率误差：Fe<1×10-7，相位误差均方方根值＜5°°，峰值＜200射频输出功率率：3级(24dBm)--15级(0dBm)，共有13级功功率；步进Δ＝2dB其余设计要求求与GSM900相同。三、双频手手机RF部分基本工作作原理3.1RF部分基本组成成框图3.2GSM900下行链路接收收机单元由蜂窝小区基基站发出的已已调载波通过过Um无线接口，传传到手机天线线端。在接收收时隙接收到到的信号先通通过收发隔离离器，再经过过GSM900MHz的LNA(低噪声放大器器)，将微伏伏量级的弱信信号放大。放放大后的信号号经过GSM900的第一RF混频器后，将将得到的第一一中频信号进进行窄带(200kHz)滤波，以滤滤除带外噪噪声，保证证接收机选选择性指标标。然后信信号经过具具有AGC功能的第一一中频放大大器放大，，再经过第第二混频器器和第二中中频滤波器器。在这之之后，输出出的信号由由具有AGC功能的第二中中频放大器进进行放大。放放大后的信号号进入I／Q正交解调器解解调，正交解解调后的模拟拟I、Q信号平衡输出出到后面的基基带、音频部部分等待作进进一步的信道道译码和倍源源译码处理。。DCS1800MHz频段接收单元元的信号处理理过程与GSM900相同，只是工工作频段不同同而已。接收收机中AGC的作用是：当当天线端的RF信号电平在大大范围内变化化时，保证I／Q输出信号的电电平基本不变变；在监听时时隙探测相邻邻小区基站的的下行广播信信号强度，配配合完成越区区切换功能。3.3上行行链路发射单单元由基带部分传传输过来的I、Q正交模拟基带带信号，在发发射时隙期间间双端平衡输输入到中频I／Q正交调制器，，调制后的中中频信号经a过发射中频声声表面(SAW)窄带滤波器(200kHz)，滤波后的信号号经过上变频频后，再经过过35MHz带宽的900MHz发射滤波器，，滤波器输出出的信号先通通过功率激励励级放大以达达到末级RF功放(PA)所需的激励电电平。最后再再经过功率放放大器PA和收发隔离器器，通过天线线把已调载波波发射出去。。PA部分APC控制电路的作作用是：保证证RF功率电平等级级满足5dBm-33dBm的变化要求，，以避免在多多用户组网时时发生“远近近”干扰。DCS1800MHz频段发射单元元的信号处理理过程与GSM900相同，只是工工作频段不同同而已。3.4频率率合成器单元元该单元与FM电台中采用的的频合器相类类似，主要差差别在于增加加了AFC电路。四、接收单元元电路设计在满足技术要要求的前提下下，可以有几几种不同的接接收机RF解决方案：⑴3次次变频方案：：采用此法频频率合成器实实现复杂，中中频频点多，，容易产生组组合干干扰，一般不不采用。⑵2次次变频方案：：为简化电路路，第2中频频频点选取手手机的基准时时钟频率13MHz或其2分频6.5MHz。这种方案在早早期的接收机机中广泛采用用。例：摩托托罗拉GC87、、诺基亚亚8110、爱爱立信信GH／／G5388、、摩托罗罗拉8200。。该方方案复复杂程程度适适中，，而且且还可可获得得高的的选择择性，，中频频放大大器的的增益益分配配比较较容易易实现现，不不易产产生自自激。。⑶一一次变变频方方案：：随着着IC器件和和SAW滤波器器指标标的提提高，，这种种方案案在目目前的的手机机电路路中广广泛采采用。。它可可以简简化电电路，，从而而降低低制造造成本本，而而选择择性指指标仍仍可满满足技技术要要求。。目前前许多多双频频手机机采用用了这这种方方案⑷零零中中频频直直接接解解调调的的方方案案：：因因为为目目前前AD变换器器和DSP的技术术水平平还不不能满满足实实时处处理数数百MHz高频信信号的的要求求，而而且噪噪声、、选择择性和和功耗耗指标标也难难以保保证，，所以以，在在目前前采用用这种种方案案是不不现实实的。。4.1计计算理理论灵灵敏度度和估估算实实用灵灵敏度度根据噪噪声功功率的的计算算公式式：PN＝＝K••T••B(w)上式中：K为波尔兹曼曼常数，其其值为：1．38××10-23；T为工作温度度(°K)，一般取常温温3000°K(27℃)；B为带宽(Hz)，对于GSM体制，取200kHz。结果为：噪噪声功率：：10lgPN／／1mW＝＝10lgPN十30＝一一121dBm上述计算结结果为在理理想情况下下的噪声功功率，在实实际应用中中，还要考考虑前端失失配的影响响(约1dB)，收发隔离器器的影响(约2dB)，接收机NF(约2dB)，基带部分的的解调门限限(约9dB/RBER＜2％＝。基于于上上述述考考虑虑，，我我们们可可以以估估算算出出实实用用灵灵敏敏度度约约为为：：实用用灵灵敏敏度度＝＝-121十十1十十2十十2十十9＝＝-107dBm对于DCSl800频段，它的实实用灵敏度约约为：DCSl800频段的实用灵灵敏度＝-121十2十十2十3十9＝一105dBm4.2下行链路接收收机增益分配配计算ETSGSMll．10技术规范中要要求手机的参参考灵敏度为为-102dBm/RBER＜2％％(GSM900)和-100dBm／RBER＜＜2％％(DCSl800)。。从生产产的角角度考考虑手手机的的设计计者应应将该该项指指标略略为提提高，，可分分别选选为-106dBm和-104dBm，将模拟拟I／Q路单端端输出出的交交流电电平值值设计计为500mVpp(177mV有效值值)，，这样样，整整个GSM接收通通道的的电压压增益益为：：GPtotal＝＝20lg{177／2241g-1(-106/20)}＝201g(177／0．00112)＝＝104dB各单元元增益益分配配的结结果如如下(已包包含SAW滤波器器)：：前端端LNA放大器器为16dB，，第一混混频器器为8dB，，IF放大器器和解解调器器为80dB(AGC控制范范围约约70dB)。对于DCSl800频段，，由于于工作作频率率的上上升，，RF前端的的噪声声系数数和增增益指指标会会变得得差一一些，，这时时接收收机各各单元元的增增益分分配如如下：：LNA的增益益为14dB，，第一混混频器器为8dB，，IF放大器器和解解调器器增益益为80dB，，整个DCS1800接收通道道的增益益为102dB。4.3LNA(低噪声放放大器)技术要要求(1)NF：1．．5dB一2．5dB(2)GP：15dB--20dB，LNA一般由一一级放大大器来完完成，其其增益不不能能太高高，否则则，整机机抗阻塞塞和互调调指标难难以达到到。(3)功功耗：4mA―8mA(FET管)，1―2mA(双极型管管)。(4)具有键控控式AGC控制功能能(通过过偏置控控制来实实现)。。LNA的NF、CP和输入、、输出阻阻抗匹配配对于收收机整机机指标将将产生决决定性的的影响。。4.4第1混频频器技术术要求(1)要要采用RF平衡输入入，IF平衡输出的的有源混频频器，以提提供足够的的增益，降降低串话的的干扰。。(2)噪声系数：：6dB--8dB，GP：8dB(3)本振振电平：-5dBm―0dBm，，过高的本振振电乎会产产生手机功功耗加大，，EMC性能变差的的问题。4.5第第1中频频频点和IFSAW滤波器选择择时应考虑虑的因素(1)高阶阶组合干扰扰频率点数数越少越好好，有利于于抑制镜像像干扰频率率(选高本本振、高中中频)；(2)同时时兼顾GSM900和DCSl800频段的要求求；(3)IF频率点选得得过低时，，易产生本本振干扰有有用信号；；IF频率点选得得过高时，，中放增益益难以保证证，易自激激、不稳定定；(4)IFSAW滤波器的技技术指标，，一般IF频点在200MHz―400MHz之间选取；；(5)IFSAW滤波器插损损小于8dB、带宽200kHz4.6中频放大器器设计技术术要求(1)功率率增益：约约70dB；(2)AGC可控范围：：约70dB、步进间隔2dB，AGC的控制范围围和控制斜斜率会影响响手机的越越区切换；；(3)双端端输入阻抗抗能与IFSAW滤波器的输输出阻抗相相匹配。4.7I/Q正交解调器器设计要求求(1)平衡衡输入、输输出；(2)输输出直流流偏置电电平：1V，交流电平平：1Vpp；；(3)I/Q路输出幅幅度乎衡衡：土1．5dB，I／Q路输出相相位平衡衡：小于于4。(4)具有差分分直流偏偏置校正正功能。。五发射射单元方方案设计计发射单元元可以采采用几种种不同的的电路方方案：(1)采采用双中中频：该该方案的的优点是是选择性性指标容容易保证证，带外外抑制指指标比较较高，频频差Fe和相差Pe指标比较较好，缺缺点是PLL要复杂一一些，易易产生互互调干扰扰。(2)采用单中中频：这这种方案案的优点点是PLL电路简单单，不易易产生互互调干扰扰，Fe和Pe指标比较较好，缺缺点是选选择性指指标比采采用双中中频的方方案要差差一些。。(3)采采用直接接调制到到RF的方案(即无中中频)：：该方案案的优点点是电路路简单，，缺点是是选择性性指标比比较差，，Fe和Pe指标难以以保证。。(4)末末级Tx―VCO采用上变变频：其其优点是是电路相相对简单单，缺点点是Fe和Pe指标稍差差。(5)末末级Tx―VCO采用PLL――VC0：其优点是是Fe和Pe指标容易易保证，，缺点是是电路要要相对复复杂一些些。(6)采采用开环环控制的的PA：此方案的的优点是是可以省省去定向向耦合器器、功率率检测和和比较电电路，外外围电路路相对简简单一些些。该方方法的缺缺点是要要在PA的供电回回路中采采用一个个大电流流(1dmax＞6A)的MOS开关管(其作用用是相当当于一个个有源降降压电阻阻)，而而该管在在使用中中的故障障率比较较高，从从而造成成手机无无法开机机的故障障。(7)采用闭环环控制的的PA：优点是PA直接和电电池连接接，而不不用MOS管，故稳稳定性、、可靠性性比较高高，缺点点是需要要用定向向福合器器、功率率检测和和比较电电路，电电路要复复杂一点点。采用发射射单中频频，末级级TX―VC0采用PLL――VC0，PA闭环控制制的方案案较为理理想。5.1中中频频正交I／Q调制器技技术要求求(1)中中频频点点选择200MHz――400MHz之间；(2)I/Q输入直流流偏置电电平：1V―1．．5V，，I／Q输入交流流电平：：1Vpp(平衡输入入)；(3)调调制后，，I、Q路的幅度度平衡度度小于土土0．3dB，相位平衡衡度小于于4。；；(4)IF输出电平平：0dBm――5dBm。5.2RF变频器和和PA设计技术术要求(1)供电电电压：DC：3．1V--4．．5V(标称工作电压压：DC3．6V)；(2)RF变频器本振电电平：―3dBm--十3dBm；(3)PA效效率：PAE(poweraddedefficiency)：45％――50％，APC控制方方式：闭环检检测控制；(4)调制频谱、开开关频谱、功功率等级指标标均应满足ETSGSMll．10技术规范中的的要求；(5)PA输出I／Q幅度平衡度：：土0．．5dB，相位误差均方方根值：＜5，峰值＜20；(6)PA最大射频输出出功率：考虑虑到后面的定定向耦合器和和收发隔离器器的影响，对对于GSM900四类机应能达达到35dBm，对于DCSl800二类机应能达达到26dBm。六、频率率合成器设计计基于前面的考考虑，收发信信机均采用一一次变频技术术获得较高的的性能价格比比。在采用这这种方法的条条件下，又有有下面的几种种方案可供选选择：GSM900和DCSl800两频段的收发发信机采用不不同的中频频频点：缺点是是PLL电路复杂，两两频段的中放放部分不能共共用，一般不不宜采用。在同一频段内内(同在GSM900或DCSl800)接收中频和发发射中频采用用不同的频点点：采用此法法PIL电路和控制相相对复杂一些些。GSM900和DCSl800两频段的收发发信机共用中中频部分：采采用此法可使使电路简化，，降低成本，，提高可靠性性。在不同的频段段内，收发中中频频点均相相同：采用此此法的理论依依据是GSM900／DCSl800均采用TDMA体制。采用该该法可使整个个PLL电路和控制最最为简单、实实用。6.1IF和RF频率合成器鉴鉴相频率的选选择因为IF是一个固定的的频点，故IF鉴相频率可取取得比较高，，可在几百kHz到几MHz之间选择，以以提高IF频率合成器的的频谱质量。。RF频率合成器的的鉴相频率应应不大于信道道载波间隔，，对于GSM而言，鉴相频频率可取200kHz(ΔCH)或100kMz(0．．5ΔCH)，一般取200kMz。6.2锁定时间根据GSM通信体制的要要求，锁定时时间需同时满满足下列两个个条件：(1)按帧(时隙不不变)进行跳跳频，跳频速速率：217跳/秒，根根据GSMTDMA的帧结构，要要求Tlock＜＜T帧―T时隙＝7时隙隙长＝7×0．577=4ms。(2)GSM技术规范中要要求，具有相相同帧号的上上行帧和下行行帧之间，在在时间上相差差3个时隙(上行帧滞后后)，同时要要求手机能在在这三个时隙隙的时间内，，进行信道的的切换和调谐谐，故锁定时时间应满足：：Tlock＜＜3时隙＝3×0．577＝＝1．73ms综合起来，RF频率合成器的的锁定时间应应小于：1．．73ms七、GSM900／DCSl800双频手机RF部分解决方案案的方框图下面为关于图图2的几点说说明：1、接收机采采用一次变频频方案，LNA的AGC控制采用键控控控制方式，，即通过控制制LNA的偏置电流来来实现。GSM900和DCS1800这两个频段的的接收部分仅仅是RF调谐谐器器不不同同，，中中频频以以后后的的部部分分相相同同。。2、、发发射射单单元元采采用用一一次次变变频频方方案案，，GSM900和DCSl800两频频段段在在IF之前前的的部部分分是是相相同同的的。。采采用用了了PLL控制制发发射射VC0的方方案案，，该该方方案案比比上上变变频频的的方方案案能能获获得得更更好好的的频频率率误误差差，，特特别别是是相相位位误误差差指指标标。。3、、为简简化化电电路路，，可可使使发发射射中中频频等等于于接接收收中中频频，，其其值值根根据据具具体体情情况况可可在在200MHz――400MHz之间间选选取取。。4、、为为使使双双频频段段调调谐谐器器的的VC0易于于实实现现GSM900的第第一一本本振振采采用用高高本本振振，，而而在在DCS1800频段段则则采采用用低低本本振振。。第第一一本本振振的的工工作作频频率率可可用用下下式式来来计计算算：：E――GSM900接收收状状态态：：925十十FIF--960十FIFMHzE-GSM900发射状态：880十FIF―915十FIFMHzDCSl800接收状态：1805-FIF―1880-FIFMHzDCS1800发射状态：1710-FIF--1785―FIFMHz上式中FIF代表中频频率率。5、为保证证手机的EMC性能和降低功功耗，LNA、接收中频放大大和解调、调调制器、PA、PLL、TX―VC0这些单元的供供电宜采用单单独的电源供供电。返回目录

NOKIA手手机RF电路路分析无线收发信机机在基带部分分有一多功能能电源管理集集成电路，它它包括的功能能中还有7只只2.8V调节器。所有有调节器可以以用2.8V逻辑电平直接接分别控制或或通过控制寄寄存器来控制制。在GSM中，使用了直直接控制以获获得快速切换换，因为各调调节器能够启启动RF的各项功能。。使用了CCONTIC的VREF和COBBAIC的VREFRX作为HAGARRF-IC的参考电压，，VREF（1.5V）用作偏移参考考，VREFRX（1.2V）用作RXADC的参考。NOKIA手机的RF电路RF功能描述此构造中包括括----RF-IC、、双带PA模块、VCO模块和二个接接收带的分散散的LNA级调节器频率合成器VCO压控振荡器的的频率由PLL（锁相电路）锁锁定到稳定的的频率源上，，频率源为VCTCXO模块（电压控控制的温度补补偿晶体振荡荡器）。VCTCXO以26MHz运行。温度的的影响由AFC（自动频率控制制）电压来控控制。VCTCXO被锁定到基站站的频率。AFC是由COBBA中的11比特的DAC产生。PLL位于HAGARRF-IC中，并且由COBBA-IC（基带）经串行行总线控制。。与外部环路滤滤波器相关的的有64/65（P/P+1））预定标器、N-和A-分频器、参照照分频器、相相位检测器和和充电泵。由由VCO模块（控制电电压的振荡器器）产生的SHF本振信号被送送至预定标器器。预定标器器为一种双模模分频器。预预定标器的输输出送到N-和A-分频器，并产产生相位检测测器的输入信信号。相位检检测器将这一一信号与参考考信号（400KHz）进行比较，此此参考信号是是由参考分频频器从VCTCXO的输出分频而而得的。相们们检测器的输输出被连接到到充电泵，此此泵根据测得得频率与参考考频率比较的的相位差，来来使环路滤波波器中的集成成电容充电或或放电。环路滤波器滤滤掉脉冲，并并产生到VCO去的DC控制电压。环环路滤波器确确定PLL（调整时间）的的逐级反应，，并确定对环环路稳定性的的影响，这就就是为什么集集成电容器有有一只相位补补偿用的电阻阻器。其它的的滤波器元件件是用于边带带抑制的。对对分频器是经经串行总线来来控制的。SDATA用于传输数据据、SCLK为总线的串行行时钟，SENA1则为一使能信信号，它将新新数据存进分分频器。锁相环&压控控振荡器电路路LO（本振）信号由由SHFVCO模块产生，与与实际的RF信道相比较，，DCS1800频段时，VCO输出为实际信信道频率的二二倍频，在EGSM频段时，VCO的输出为实际际信道频率的的四倍频。LO信号在HAGAR中进行二分频频或四分频模模式。接收器接收器为一种种直接转换、、双带线性接接收器。从天天线接收到的的信号经RX/TX开关送至第一一只SAW滤波器和LNA（低噪声放大器器），对EGSM900和DCS1800分开处理。LNA的增益选择控控制来自HAGARIC。当天线（或RF连接器）处的的RF电平为大约-45dBm时，增益级被被激活。LNA之后，放大了了的信号（带带低噪音电平平）被送到带带通滤波器（（第二只RX/SAW滤波器）。RX带通滤波器确确定对接收带带外信号的抑抑制是否良好好，并防止杂杂波干扰。带通滤波器之之后，信号被被送至“平衡衡---非平衡”转换换器，它将单单端信号变为为平衡信号。。平衡好的信信号被送到HAGAR的RF输入。本振信信号由外部VCO产生。VCO信号被二分频频（DCS1800）或四分频（EGSM900）。PLL和分频器在HAGAR-IC中。从混合器输出出到ADC输入，RX信号被分成I-和Q-信号。在LO分频器中产生生精确的相位位。在混合器器后，DTOS放大器将差分分信号变成单单端信号。DTOS有二个增益益级，第一一级有恒定定的12分贝增益和和85KHz的截止频率率。第二级级的增益由由控制信号号g10来控制。如如果g10为高（1），增益为为6dB；如果g10为低（0），此级的的增益为-4dB。HAGAR中的有源信信道滤波器器为信道提提供了选择择性（典型型的是+/-100KHz时-3dB）。集成的基带带滤波器是是一种有源源-RC-滤波器，它它带有二只只在芯片之之外的电容容器。在直直接转换型型接收器的的信道选择择滤波器中中，需要大大的RC-时间常数。。这由芯片片外的大型型电容器产产生。基带带滤波器由由二级组成成，DTOS和BIQUAD。DTOS是一种差分分的单端转转换器，此此转换器有有8dB或18dB的增益。BIQUAD则是一改进进的Sallen-KeyBiquad。集成的电阻阻器和电容容器是可微微调的，这这些由一数数字式控制制字符经Hagar串行接口控控制。补偿偿集成电阻阻器和电容容器的变化化及芯片外外电容器误误差的正确确控制字符符，在进行行RX滤波器校准准期间可以以看到。接收器过程程的下一步步是AGC放大器，它它也集成在在HAGAR中。AGC具有来自COBBAIC经串行模式式总线的数数字式增益益控制。AGC这一级为接接收器提供供增益控制制范围（40dB，10dB的步进值））,也提供必要要的DC补偿。在DTOS级中它备有有-10dBAGC步进值。单端的滤过过波的I/Q信号然后被被送到COBBA-IC中的ADC。ADC的输入电平平最大为1.4Vpp。发送器发送器的环环节包括最最终频率IQ-调制器、双双带功率放放大器和一一功率控制制环路。I-和Q-信号也是在在基带的COBBA-ASIC中产生的。。在后滤波波之后（RC网络）它们们进入HAGAR中的IQ调制器，由由VCO产生调制器器的LO信号，并根根据系统的的模式，EGSM/DCS1800，除以2或4。在调制制器之后后，TX信号被放放大并缓缓存。对对EGSM和DCS1800有分开的的输出。。HAGARTX的输出电电平最小小为5dB。接下来，，TX信号由不不连续的的平衡-非平衡变变换器转转换成单单端信号号。TX信号被放放大并缓缓存到分分开的缓缓存器中中。缓存存器之后后，EGSM和DCS1800信号在一一双工器器内组合合。在EGSM分枝枝，，在在平平衡衡-非平平衡衡变变换换器器之之后后有有一一SAM滤波波器器，，将将不不要要的的信信号号及及来来自自HAGARIC的宽宽带带噪噪音音衰衰减减掉掉。。最后后的的放放大大是是通通过过双双带带功功率率放放大大器器来来实实现现的的，，它它有有一一50欧姆姆的的输输入入和和二二个个人人成成分分0欧姆姆的的输输出出口口，，也也还还有有一一增增益益控控制制，，它它用用HAGAR中的的一一功功率率控控制制回回路路控控制制。。PA能够够在在在在EGSM带内内产产生生2W（（3dBm输入入电电平平））、、在在DCS1800带内内产产生生1W以上上（（6dBm输入入电电平平））进进入入50欧欧姆姆的的输输出出。。增益益控控制制范范围围在在35dB以上上，，以以便便获获得得要要求求的的功功率率及及跃跃升升和和下下跌跌的的功功率率。。由非非线线性性PA产生生的的谐谐波波由由RX/TX切换换模模块块中中的的双双工工器器将将它它滤滤波波滤滤掉掉。。TX信号最最终经经过DCT-3RF连接器器到内内部天天线。。功率控控制线线路包包括不不连续续的功功率探探测器器（EGSM和DCS1800共用））和HAGAR中的差差错放放大器器。在在PA输出与与RX/TX切换模模块之之间有有一定定向耦耦合器器。这这是一一双带带型耦耦合器器，并并用于于二个个系统统的输输入和和输出出。方方向耦耦合器器以一一定的的比率率从前前行的的功率率中取取样，，此信信号在在一肖肖特基基二极极管内内整流流并在在滤波波器后后产生生一直直流信信号。。此探测测到的的电压压与TXC电压在在HAGAR中的差差错放放大器器内进进行比比较。。TXC电压是是由COBBA中的DA变换器器并生生的。。TXC为一种种升余余弦形形式（（——函函数）），当当脉冲冲功率率变化化时，，它减减少了了切换换瞬变变过程程。由由于探探测器器的动动态范范围不不足以以在整整个范范围上上控制制功率率（实实际上上的RF输出电电压）），所所以有有一个个TXP的控制信信号，它它在输入入信号在在检测电电平以下下时工作作。这使使得突发发脉冲变变成可行行并设置置到随TXP上升，直直到输出出电平足足够为止止，并促促使反馈馈回路工工作。经经回路经经PA中的控制制引脚来来控制输输出，使使之达到到要求的的输出电电平并且且突发脉脉冲已获获得TXC斜坡波形形。由于于反馈回回路可能能会不稳稳定，所所以由一一支配极极进行补补偿，此此极降低低高频的的增益以以获得足足够高的的相位余余量。HAGAR中的功率率控制回回路有二二个输出出，每个个频带一一个。AGC策略AGC放大器用用于将接接收器的的输出电电平保持持在一特特定的范范围内。。在收到到突发脉脉冲之前前AGC必须被设设置，要要进行这这一预先先监控，，通常是是给一估估计的信信号电平平。在LNA中有50dB的精确增增益控制制（10dB的步进值值）和一一较大的的步进值值（大约约30dB）。RSSI必须在-48……-100dBm范围精确确测量。。电平高高于-48dBm时，由MS报告给基基站的RX电平总是是63。生产校准准是以二二种RF电平来进进行的，，LNA的增益步步进值不不进行校校准。AFC功能AFC用于将无无线收发发信机的的频率锁锁定到基基站的频频率。AFC电压在COBBA中用11比特DA变换器产产生。在在AFC控制线中中有一RC滤波器，，用于减减少来自自变换器器的噪音音干扰。。RC网络的调调整时间间的要求求来自信信令，看看PSW（纯正弦波波）时隙隙发生的的频率程程度。它它们在在10帧后重复复，意味味着每46毫秒有一一PSW。AFC连续跟踪踪基站频频率，因因为VCTCXO输出中的的变化不不会如此此快地发发生（温温度）。。因此收收发信机机有一稳稳定频率率。调定时间间的要求求也来自自“开始始”允许许的时间间。当无无线收发发信机在在休眠模模式和““醒”过过来到了了接收模模式时，，仅有5毫秒用于于AFC电压调定定。当第第一个脉脉冲进入入系统时时，时钟钟必须被被调定到到+/-0.1ppm的频率精精确度。。VCTCXO模块也需需要5毫秒来调调定进入入最终频频率。振振幅在1-2毫秒内上上升到满满幅，但但频率调调整时间间较长，，因此这这一振荡荡器必须须足够早早地上电电。DC-补偿在DCN1和DCN2运行期间间进行DC补偿（经经串行总总线）。。DCN1是通过将将AGC级的外部部大电容容充电到到使dc偏移到0的某一电电压。DCN2则将信号号偏差到到衡定值值（VREFRX1.2V）。RFCONTROL≈VCXOPPLF/2fff/2SHFVCOF/2fff/2ff/2AFCRFCNOKIAMPRFPrincipleAntSwitchRXPCNTXRXGSMTX返回目录手机的相相关技术术GSM手机接收收设计的的关键技技术

GSM的接收机包括天线、LNA、下变频、解调、解码和D/A等。由于现代通讯机的集成度较高，一般从下变频开始都主要由IC厂家完成。并且，对于GSM接收机而言，设计难点主要在LNA的设计和VCO环路的设计。因此，本文仅仅介绍在GSM手机的设计过程中，LNA和VCO的考虑。

LNA(低噪声放大器)的设计是以整机在尽可能大的信号范围和尽可能复杂的信号环境中都能够良好的接收基站下行的信号为原则的。LNA设计的好坏反映在指标上就是在变化的环境下的灵敏度、线性度和动态范围。由于现在的GSM手机LNA一般都集成在下变换器内，所以一般情况下，如果选定了下变换器就选定了LNA。则LNA的设计就变成了LNA输入电路的设计。手机灵敏度一般用相对于BER（误码率）的信号电平来表示。由于中频和基带对整机灵敏度的影响是相对固定的，所以这个电平值和灵敏度是一一对应的。而且，由于GSM手机传送的是数字化信号，所以BER更能反映整机的接收性能。影响灵敏度的主要因素有二：1）从天线到LNA输入电路的信号衰减；2）从天线到LNA输入电路的引入噪声。如果中频和基带是理想的变换器，则前端信号的衰减不会影响灵敏度。但是任何一个实际的系统都是非理想的，所以前端信号过大的衰减都会降低灵敏度。降低前端对信号的衰减需要做电平匹配。而减小前端的引入噪声需要做噪声匹配。在绝大多数情况下，电平匹配点和噪声匹配点不是同一个点。它们有各自独立的响应函数，所以要在这两项指标之间寻求到一个平衡点。具体插入损耗多大，引入噪声优化到什么程度才可以接受，决定于系统设计。像所有的接收机一样，线性度非常的重要。如果接收机的线性度太差，就会产生很多的交调频率分量。如果这些交调分量的一项或多项落在接收的通带内，则这些信号很有可能将接收机推离正常工作状态而使得整机接收能力下降或无法工作。线性度可用谐波抑制比和交调抑制比来表示。各种器件和不同的器件组合方式对谐波抑制比和交调抑制比的响应是不一样的。同一器件或同一组合在不同的频率范围其谐波抑制比和交调抑制比也是不一样的。一般来说，有源器件的线性度最差，高Q值的器件线性度较差。所以，在实际设计时，都需要建立对应的电路模型来优化，使整个系统的谐波抑制比和交调抑制比限制在一定的范围内。如果信号的强度超出了接收机的动态范围，接收机会被强信号阻塞,使整机的性能下降或无法工作。GSM标准要求信号的范围是从-102dB到-48dB。在实际情况下，动态范围有可能更大。虽然LNA器件本身有一定的自适应能力，但是，这样大的动态范围如果仅仅依靠LNA电路的自适应来调节，则会大大提高接收机的成本。在实践中，都是采用软硬件结合的方式。即在LAN的输入后加入可编程的衰减器。当输入信号过强，则自动打开衰减器。除了在标准条件下的灵敏度、线性和动态范围的仿真外，由于GSM手机的工作环境条件变化比较大，还需要做不同条件下，器件或模块的灵敏度、线性和动态范围的灵敏度分析。使得整个系统在各种不同的条件下都能良好的工作。在做这些分析时关键是建立合适的仿真模型。对相关理论有良好的理解并具有相关的经验是建立合理的模型的基础。

在实际的物理电路分析时，建议先逐级分析。再将各个部分级连做系统优化。即先对各个部分做特性分析，在此基础上，再将各个部分级连起来做总的特性分析。这样可以避免过多的变量。可以有效的降低难度和节约时间.如果总的特性不能符合要求，则需要重复前面的过程，直到符合要求为止。噪声、电平匹配、线性度及对应的灵敏度分析方法类似。唯一不同的是在做不同特性分析时，需定义不同的因变量和自变量。除了电路传导特性的分析以外，辐射分析和热分析也必不可少。在PCB板上完成了设计之后，最好再做一次在线仿真，以确保设计质量。从原理上说，VCO(压控振荡器）的设计非常简单，VCO的基本功能是产生一个载波。只要振荡器有足够的可调带宽来覆盖所有的频率范围就足够了。要做到一个能“跑”的VCO环路是非常容易的。但在实际应用上，往往对VCO的特性有很多具体的要求。这些要求往往会要求将调谐范围限制在更小的范围内。为了能确保VCO能工作，往往要求VCO的频率覆盖范围更大一些，但是这样做会增大压变电容至槽路的耦合，过大的容性耦合会严重的降低槽路的品质因数。所带来的结果是更大的相位噪声；对调谐端噪声的更高的灵敏度；压变电容两端过大的电压范围；降低了启动灵敏度；长的响应时间等，给环路滤波器的设计带来困难。所以很宽的调节范围在实际设计中是不可取的。要做到一个各项技术指标都符合要求的VCO环路并不容易。

GSM手机的调制方式是最小频移键控(GMSK)。我们知道，最小频移键控能最大限度的利用频率资源，当然，随之而来的问题是，这种信号对相位干扰非常敏感。所以，在GSM手机的VCO的设计中，VCO的相位噪声特性是设计的关键。较大的相位噪声的直接后果就是BER的的恶化。由于相位噪声和邻信道干扰信号混频也能产生中频信号，如图4。而且在实际使用中，邻信道干扰可能比载波信号高出70dB以上,假设现在接收机的灵敏度是-102dBm,邻信道干扰的电平为-30dB,则如果载波信号的强度大于90dB的话，必须保障手机能正常工作。要做到这一点，小的VCO环路相位噪声是关键。在VCO的设计中，有两个方面的噪声源必须考虑：1）固有相位噪声：虽不可消除，但可减小。因为VCO的锁定就建立在有相位差异的基础上；它是一种动态的或者说是平均的锁定。一般情况下，振荡器对控制电压越灵敏，固有相位越小。但是，如果对控制电压太灵敏则会导致控制环路振荡。所以在实际设计中，往往要在二者之间求得一个平衡。固有噪声的另一个来源是，参考时钟。因为参考时钟也有相位噪声，这种噪声必然会反映到VCO环路中。2）散射噪声，这是载流子在导体中或半导体中做布朗运动产生的。散射噪声与电流有着密切的关系。散射噪声会引入频率调制的边带噪声。散射噪声也会随着调节范围的增加而增加。热噪声的增加有可能超过振荡器的固有相位噪声。所以在实际设计中要严格控制环路电流，以达到控制散射噪声的目的。由于GSM手机的接入模式是TDMA方式，这样VCO的工作在时间上是不连续的。实际上接收机只有1/8的时间处于接收状态。这种工作方式对VCO的启动和停止的要求很高。而且，在启动和停止的时间沿上，电路的工作状态要在很短的时间内发生剧烈的变化。因此VCO的仿真难度较大，设计的成败更多的依赖于设计师的经验。故在VCO的设计中，要仔细地考虑环路中每个器件的影响：由于分布而产生的分布电容和电感对振荡频率的影响在设计时必须加以考虑。分布元件常常造成设计频率难以预计的偏移，以至于产生较大的频率误差。所以，在设计时VCO的仿真精度相对于其他部分的电路应高一些。一个较好的方法是尽量使用在线仿真。设计到什么程度才算是性能良好呢？一个性能良好的VCO应具备以下特性：正确的起振特性、足够的频率范围、无需微调、严格控制的电流消耗,以及不受温度和电源电压波动的影响等。在GSM手机的设计中，最后两项指标的要求相对于一般的收发信机的要求要高一些。其原因是，GSM手机的发射功率较大，机内温度变化较大；GSM手机是以TDMA方式工作的，电源的波动很大。技巧:在设计时可以用PCB线条来微调VCO的外接电感,往往可以得到很好的效果.和LNA的设计一样，在完成了VCO的仿真计算之后，最好是能做在线仿真。以确保设计质量。图5是一个实用的VCO环路的电路图，在这个图中，所有器件的参数都是经过了仿真、灵敏度分析和实测确认这样过程得到的。手机接收的设计内容当然不止在本文中提到的这些。在一个完整的项目设计中，设计师所要面对的问题远比这里介绍的更多,更繁杂。但是只要按照本文提到的设计思想和原则来设计，就能得到较好的接收指标。本文所介绍的设计方法和设计实例都在我们的设计和生产实践中得到了广泛的应用。相关产品的性能也得到了相关测试机构和用户的好评。GSM手机发射射设计的的关键技技术

GSM的发射机包括天线、功率检测、功放、低通、预放、带通、上变频和数据滤波等。实际上很多发射机采用二次变频，其原理和一次变频一样，但性能更好一些，这里只介绍一次变频。由于发射机的功率较大，其集成度不如接收机高，所以每部分都需仔细考虑。功率检测器是用来将发射机输出的信号耦合一部分并转换成电平。将此电平信号送到功放的输出功率控制模块作为输出功率控制的参考。功率检测器的特性没有统一的标准，但是为了降低软件的计算难度和提高控制精度，功率检测器的功率电平响应特性最好是线性或能用简单函数表示的函数。原因是在做整机功率矫正时并不是逐个信道进行的，而是只做一些特定信道的矫正，其余信道的矫正参数是根据功率检测器的响应函数推算出来的，如果功率检测器的曲线很复杂，就会导致很多频道的输出功率不准确。功率检测器有现成的器件可以采用。但是一般情况下，为了降低成本都采用微带耦合线来做。微带耦合线的线性度虽然不是很好，但它的可预测性是可以接受的，而且成本较低，板级处理比较灵活，因而得到了广泛的应用。功率检测器的设计一定要先软件完成。一旦对应部分的软件设计完成，这部分电路将不能再改动，这一点在实践中要特别注意。

功率放大器是GSM手机的最终功率输出器件。由于便携机本身的特点，GSM手机的功率放大器不要求很高的线性，但是要求高效率。功率放大器的设计要求主要表现在三个方面：1）效率的要求；2）时间上的干扰要求；3）频率上的干扰要求。虽然在标准中没有对效率提出很高的要求，但是由于效率直接和电池的使用时间联系在一起，在其他条件容许的情况下，一般都尽量的提高效率以延长使用时间。在TDMA(时分多址)通信系统中，如GSM900、DCS1800和PCS1900中，为了有效地利用频率资源，都是在时间上把一个载频划分成不同的几个时间段，每个时间段分配给一个手机。在GSM系统中，是将每一个200KHz的载频划分为8个时间段(时隙）。为了不干扰其他时隙上的用户，要确保每个发射机只在自己的时隙上发射，所以要求每个发射机只在自己的时隙到来时开启，自己的时隙结束时关闭。但是，在发射机开启和关闭时，会在短时间内产生广谱干扰。关闭或开启的时间越短，这个干扰的频谱越宽。宽频干扰能对其他信道上的手机产生干扰。为了减