手机射频部分典型电路详述

TypicalCircuitofRF

usedinHandset手机射频部分典型电路分析2023/5/101RFDBTEL

射频电路概况

随着电路集成技术日新月异的发展，射频电路也趋向于集成化、模块化，这对于小型化移动终端的开发、应用是特别有利的。目前手机的射频电路是以RFIC

为中心结合外围辅助、控制电路构成的。射频电路中各典型功能模块的分析是我们讨论的主要内容。2023/5/102RFDBTEL2023/5/103RFDBTELOutline收发器（Transceiver）锁相环（PLL）功率控制环路（APC）收发双工器（Diplexer）衰减网络（Attenuation）匹配网络（Matching）滤波网络（Filter）平衡网络（Balance）其它2023/5/104RFDBTEL收发器（Transceiver）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Transceiver根据其工作频率可分为：单频、双频、三频等Transceiver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TransceiverUAA3535的内部结构2023/5/105RFDBTELTransceiverUAA3535（Philips）UAA3535是近零中频收发器，它最多可以作三频收发它内部有：三个PLL（包括一个内置VCO）、正交混频解调器、可控增益低噪放大器、混频调制器等它需外接：13MHz参考基准时钟、RXVCO、TXVCO、基带控制信号等详见UAA3535DataSheet

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2023/5/106RFDBTEL返回2023/5/107RFDBTEL锁相环（PLL）锁相环四个基本构成元素锁相环路的性能基本构成电路分析锁相环在手机中应用举例

详见《射频锁相环》

2023/5/108RFDBTEL锁相环四个基本构成元素鉴相器（PD）鉴频器（FD）鉴相鉴频（PFD）：

PD/FD/PFD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/频率差环路滤波器LoopFilter（LP）：

LP一般为N阶低通滤波器电压控制振荡器（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参考信号源（Referencesignalsource）：

参考信号源提供与反馈信号鉴相鉴频用的对比输入信号2023/5/109RFDBTELPLLBlockDiagram返回2023/5/1010RFDBTEL锁相环路的性能锁相环的基本性能包括捕获过程与同步

（1）捕获过程的性能指捕获带和捕获时间。捕获带指环路能通过捕获过程而进入同步状态所允许的最大固有频差捕获时间是环路由起始时刻到进入同步状态的时刻之间的时间间隔

Frequencydeviationcapability>>

themax.PLLcapturerange

（2）环路锁定之后稳态频差等于零，进入同步状态。稳态相差通常总是存在的，它是一个固定值。2023/5/1011RFDBTEL环路的跟踪性能

输入信号变化越快，跟踪性能就越差。暂态相位误差和稳态相位误差的大小，是衡量环路线性跟踪性能好坏的重要标志。环路噪声性能

噪声包括输入噪声与谐波干扰和内部噪声与谐波干扰，压控振荡器内部的噪声是主要的噪声源。环路捕获性能

捕获带越宽越好，捕获时间越短越好，可提高环路的增益K或者增加滤波器的带宽，但加大环路增益或滤波器带宽往往是与提高环路的跟踪性能和滤波性能的要求相矛盾。采用辅助捕获的方法达到目的。包括辅助鉴频和鉴频鉴相，变带宽和变增益等。返回2023/5/1012RFDBTEL基本构成电路分析鉴相器（PhaseDetector）电荷泵——环路低通滤波器（ChargePump——LoopFilter）压控振荡器（VoltageControlledOscillator）分频器（DIV）2023/5/1013RFDBTEL鉴相器（PhaseDetector）在频率合成器中所采用的鉴相器主要有正弦波相位检波器与脉冲取样保持相位比较器两种。返回2023/5/1014RFDBTEL电荷泵——环路低通滤波器

（

ChargePump——LoopFilter）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

环路低通滤波器（LPF）

由PFD的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。2023/5/1015RFDBTEL环路低通滤波器（LowPassFilter）phasedetectorRzCzCpVCOR4C4ToimportantthetransientcharacteristicsTheloopcantrackbetterachangeininputfrequencyTofurtherreducethephasenoiseofthechargepump2023/5/1016RFDBTEL环路低通滤波器的应用举例返回2023/5/1017RFDBTEL压控振荡器

（VoltageControlledOscillator）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。2023/5/1018RFDBTELVCO的选择要素HighspectralpurityLinearvoltage-frequencytransfercharacteristic

GoodfrequencystabilitytotemperatureFrequencydeviationcapability>>themax.PLLcapturerangeTimeresponseLowpowerconsumptionandOutputlevel

Outputharmoniclevel

and

tuningsensitivityPhasenoise详见TXVCODataSheet

RXVCODataSheet

返回2023/5/1019RFDBTEL分频器（DIV）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2023/5/1020RFDBTEL锁相环在掏手机中应骂用举例RX（接收）频搅率合成器202据3/4辨/2821RF国DB礼TELTX-V盆CO锁相环差路返回2023雀/4/2恐822RF荣DBTE掉L功率控制布环路（APC）功率控搜制环路构成：功率放大蒸器（Powe庆rAm诞plif钩ier）功率耦合蓝器（Powe隐rCou垂ple懒r）功率检愉波器（Powe橡rDet肤ect障or）功率比较犹、控制器（Pow裁erCom锄par跪ato镇r&Con荣tro缩慧lle蒙r）这样构成神的环路可后以将功率骆较稳定的装控制在我瓦们的设定泛值上，这纪个设定值决可以随时叮间根据需炒要不断变头化。2023腿/4/2俩823RF轿DBTE去L功率控狡制环路懒构成功率放寻大器功率耦合恨器检波器功率比较控制器PISour艇cefro注mVCOCou准pli棒ngPow冰erPcPo比较信种号用于用户设定功数率值耦合检波当信号差值功勒率控制信号功率控制环路返回2023稍/4/2汇824RF稻DB晴TEL功率放归大器（Powe趴rAmpl蛇ifie猛r）目前手机周用PA一般是厚絮膜模拟电充路制成，戴它要求将低功率贯射频信子号线性播无失真掌的放大犁到一定腿功率值压。它的主要饮参数有：工作频架率、带友宽最大线性盘输出功率位（压缩点）线性放辩大对输田入功率喷要求输入、伸输出需污要的匹零配阻抗工作电傍源及电赶压、电美流的要头求控制信歌号的形纽奉式及要刊求噪声特惜性等等详见PA-斥BGY太280扬Da蚂ta灰She劲et返回2023冤/4/2桌825RF今DBTE误L功率耦谱合器（Pow笋erCou茫ple初r）为了达促到功率凳控制，奖我们需盒要使用察到的功麦率传感猾器就是软功率耦谨合器，禁一般为Dir比ect青ion已al诉Cou她ple肢r。它的主要冰参数有：详见其LDC掉Data毕She往et耦合量伪（Coup夹ling螺）插入损耗针（Ins共ert宇ion块Lo害ss）隔离度（Isol镜atio帐n）方向性涂（Dire辆ctiv佩ity）[单位（dB）]<参数计甘算方法>返回2023青/4/2酷826RF洗DBTE麻LDire飞ctio速nal娘Coup效lerCou吴pli句ngI/PPIO/PPoO/PPCInse腔rtio刻nLo叉ssPC*:Cou绞plin住gpo曾wer饶when然inc抓iden虽tpo蹦wer雄inw乒rong缴dir暴ecti性onPI*:In佣cid溪ent循Po纵wer橡in岗wr泰ong渐di撤rec秤tio坦nPI:Inp荒utp动owerPO:Ou巷tpu堂tp愿owe歉rPC:Cou碑plin萍gpo伞wer202症3/4舱/2827RF朝DB桑TELdB&达dBm毯&d裙BcdB是一个相矿对值，它乐是针对一株定参考而清言的，它惭通常用于无表示衰减纸或增益的寸量。对电压麦比：出对款功率比样：dBm是一个太绝对功储率值，绸它是一谎定功率炉与一毫瓦的相对慰值。dBc是一个差束值，它表示两个功债率值的差疼。P1P22023嫩/4/2计828RF术DBTE臭LdB&瞧dB森m&凉dB吨c都是对数雁表示方式皆，对它们明来讲功率霞的乘除运武算变成了借它们的加葛减运算。dB&丢dBm速&dB磁c是可以墨直接相当加减的细。例如摧:增益Yd假B输入XdB约m输出ZdBm则输出Z(dBm辣)=X+Y202野3/4栽/2829RF戒DBTE楼L0dBm=毒1mW10dB谅m=10型mW30dB摄m=1WdB-妄---核--功率比12dB外---1江69dB-淡--86dB-栋--43dB茎---译20dB-遭--1-3dB--箱-1/2慈=0.5-6dB--缠-1/4取=0.2泛5-9dB--钥-1/8扩=0.1躬25-12dB--只-1/1境6=0.筋0625-15dB-蜻--1精/32乖=0.稀031意25-18dB--毫-1/6死4=0.舰0156破25返回2023挨/4/2匠830RF耀DB企TEL参数计响算方法Coup糊ling仿=Ins败ert催ion典Lo晒ss=Iso品lat检ion顾=Dir废ect画ivi玩ty=耽Cou絮pli纷ng-特Iso劫lat碍ion屠>0202反3/4伐/2831RF者DB安TEL计算举流例（全派用对数魔计算）PI:0dB风mPC:20绝dBmPO:-1d湿BmPI*:0dBmPC*:-40d涌BmCoup库ling搬=-20残dBmInse械rtio村nLo屯ss=感-1dB断mIso雪lat韵ion盗=-暑40d汇BmDir选ect型ivi厨ty=傅Co巷upl倾ing系-I禁sol绵ati岛on=20询dBm202创3/4畅/2832RF足DBTE丙L功率检波艺器（Powe抓rDete掘ctor况）功率检依波器对Coup紧ler的耦合固高频信尺号进行吴包络检暮波进而僚得到一修个体现反耦合信但号幅值琴大小的参检波电电压。我们采蛋用二极作管负包阵络检波率电路，理后级常洲为低通裙积分电钩路。例责如：Coup红ler输出耦合电容Cc检波二极管D检波电压蛇输出低通积分电路202段3/4抖/2833RF义DBTE茄L负包络检灭波的对二脸极管要求：检波二店极管D以P极为输孝入端检波二极悦管的极电令容要求较滔小的肖特蝇基二极管笑，若极电无容过大，丘将会使负危包络过多侮的耦合流粘失到低，轻导致检波涉效果变差返回2023即/4/2棍834RF稻DB硬TEL功率比较呜、控制器Powe凡rComp判arat放or&C掀ontr海olle武r功率比较市、控制器创的功能：功率比较驱器将功率荣检波信号随与设定功离率信号相镜比较得到母一个功率京控制信号熟给功率控乏制器，由挺功率控制全器产生控监制电压给遥功率放大巷器（PA）它的具榆体参数抄详见PCF5体078锋Data缝She折et2023境/4/2揭835RF阀DBTE半L功率控制低环路（APC撤）的应用返回202只3/4捕/2836RF难DB弯TEL收发双封工器（Dip律lex饥er）收发合用尊一路天线窃，因此使帐用天线收融发双工器浮（Ante舅nna值Swit羞ch）对发射为ope缸nTXRX为发射究波长对接收为sho漠rt2023否/4/2粗837RF高DBTE卵L收发双毫工器的辟特性参栏数（TX/R东X）Fre孕que帅ncy键Ra签nge漠(M网Hz)Ins松ert乘ion习Lo宽ss城(dB件)Atte始nuat较ion(以dB)V.S.佳W.R.Isol涉atio静n(d罪B)Har心mon们ics淹2x零fo,越3x次fo笨(dB赚c)Pow映er抱Cap创aci较ty犬(dB盾m)详见LMC建33-泰07A丙052镰4A孙Dat提aS念hee嚼t返回2023律/4/2贼838RF猎DBTE同L衰减网络萌（Atte固nuat亩ion）为了达仍到系统圆中对输鲁入输出医功率要木求高的罚部分的大功率适佩配，我帐们通常压在输出精端到输陷入端之竟间加上矛功率衰侮减网络通常衰月减网络泡形式有垂：T型、Π型衰减网络惩的计算型衰减网阶络型衰减网随络R1R2R3R1R2R3202做3/4液/2839RF农DB糊TEL衰减网珍络的计倚算已知网辞络参数毙求衰减诵系数AZin1轻：短路输入刘电抗Zin2调：开路输入踢电抗Zout启1：短路输耗出电抗Zout渔2：开路输惕出电抗202侧3/4筝/2840RF割DBTE滑L已知衰随减系数A求网络参盖数（R0：特性阻逼抗）由膛求得K值：则可得居对T型：犯对Π型：2023匠/4/2栋841RF冰DB膜TEL衰减网何络的作主用衰减网络锐主要是为文了使输出画功率符合摘下级输入情功率的要齐求利用衰筒减网络移可以提鞋高系统换的信噪盼比利用50拘欧姆衰减汪网络可以础缓和前级卖与后级的辫阻抗变化2023狱/4/2利842RF揉DB求TEL衰减网络臣的应用返回202散3/4抖/2843RF间DBTE固L匹配网驾络（Mat申chi洲ng）匹配的定筐义：后级输入此阻抗与前元级输出阻辣抗共扼匹配网络柄的类型：L型T型Π型阻抗匹配宏（参见RFC虹ircu贼itF攀unda戏ment勾als）天线的翁匹配（参见Tran现smis凶sion送Lin益e/Sm舟ith皆Char半t）2023鼠/4/2颈844RF毯DBTE迎L天线匹配纲的举例返回2023喂/4/2评845RF依DB批TEL滤波网摇络（Filt箭er）通用滤口波网络电源滤火波去耦速网络声表面穿滤波器舱（SAW谊）202杰3/4娇/2846RF任DBTE著L通用滤波侨网络滤波器惑是抑制偷除特定潜带宽以龙外信号敞及噪声哑的装置尝。按照不同蹈标准它可润分为：低通、高通、带通、档带阻滤桌波器；一阶、绢二阶、振高阶滤风波器；无源滤谜波器、暑有源滤买波器以下我僚们以单迎阶无源麻滤波器俩为例做挪一些简笔介202胆3/4悼/2847RF捡DB顿TEL3dB3dBRRLLCCUUfffHfL单阶无鞠源低通昂（LP）单阶无源愚高通（HP）高频截墙止频率fH与L、C参数有忍关低频截辞止频率fL与L、C参数有关2023才/4/2哗848RF牺DB劫TEL低通滤波灿器的3dB衰减点资的频率闻为高频戏截止频册率fH，它截止的愉斜率与其五阶数相关高通滤波哪器的3dB衰减点卡的频率父为低频恶截止频论率fL，它截止的阻斜率与其要阶数相关如果将低慎通滤波器仅和高通滤赤波器串联，而且fH>fL就能构吓成带通滤波器变，其通频带为fL~继fH。如果将低膊通滤波器奔和高通滤训波器并联，而且fH<fL就能构渐成带阻滤波器，笔其阻频带为fH~fL。滤波特纲性返回2023挨/4/2劲849RF盈DB沟TEL电源滤波当去耦网络对于射频慌电路而言宁，电源稳知定由特别果重要的意端义，不仅叮它自身不杀稳定会影核响电路性楚能，而且代各用电单绸元也会以电源伍为途径扔互相传欲递干扰造成很闪大的不顺稳定因误数，去宰耦即去饺除电源成与用电欺单元之肌间的交逢流耦合籍。实际电路叹中电源去歌耦电路无压论在电源堪输出端还啦是在用电侧输入端都氏需要，而杰且去耦电遍路离用电揭模块越近第达到的去隔耦效果越蔬好。202祝3/4左/2850RF获DBTE铲L电源滤钩波去耦扑网络基王本理论我们一般大希望电源赢供电除了寺开/关时面间以外是舟直流稳定耀的，不希缩慧望它的端阿电压出现椒纹波、抖与动、跳变机等不稳定艺因数存在展，电源去屠耦网络正化是为这些巴交流成分熄提供了短博路到地的学通路。去耦电阻呜、去耦电冒容及去耦非电感构成群的低通网义络为电源异的交流成叫分提供一暖个到地的笑通路，它菊们的参数工与电源提误供的电流予量、需要袄特别滤除绞的频率成第分等相关忘。202幅3/4漠/2851RF奥DB哑TEL电源滤波毒去耦网络蕉基本构成电源去住耦低通殃滤波网伶络如右图秒：去耦电阻好或电感---R舍/L（Dec倡oup籍lin锤gResi丢stor虑/Ind旗ucto锻r）去耦电容堂---C1、C借2（Deco预upli决ngC访apac拐itor震）以上部分疾部不要求把全部具备样，去耦电阻靠及去耦电尸感有时就缘瑞可不用去耦电阻R在电路中塞将缓和电诱源上升、均下降沿的必速度，从瓶而抑制高飘频噪声的垂形成；用电单元Powe昨rBatt钻eryDeco约upli哨ngResi触stor玻/Ind制ucto春rDeco创upli授ngCapa良cito誓rR/LC1C2202象3/4留/2852RF窃DB图TEL去耦电感L在回路膛中必然宿阻碍高城频交流采成分达羽到隔离酱效果；有时，我逃们还使用察扼流磁珠奖来获得更妥强的隔离泽效果。去耦电书容由C1、C辆2并联分别造承担低频董、高频交

电解电容C1一般容量较大在低频时能提供好的通路，而在高频时由于其寄生电感的存在阻抗将变大无法提供滤波通路；

陶瓷电容C2由于其容量一般较小，所以在低频时阻抗较大无法提供滤波通路，而在高频时阻抗变小则会有很好的滤波特性；这样可以看出C1、C2的滤波特性是互补的，需要同时利用才能得到较宽频的有效滤波范围。当然，如果需要更宽的滤波频段还可用更多不同类型的电容并联得到。

详见《高速电路板设计技术》202暴3/4永/2853RF男DBTE遇L电源滤波岂去耦网络择的应用202铅3/4饿/2854RF研DBTE萝L电源去咸耦电路竖参数的悬选择C1的选择：假设电谈源提供丢电流为I，则K取10是峰经验比例一般应用蜘时取电容默标称值在花计算值附讨近就可以蜻了C2的选择：C2位高频陶头瓷电容，宪一般在0差.1uF以下取胸值trUBurs殖t返回202柄3/4选/2855RF师DBTE拜L声表面盘滤波器渡（SAW渴）在手机中杂，接受信慨号从天线痰开关到接难收处理电销路之间采撒用声表面液滤波器（SAW落）声表面喝滤波器圆（SAW签）可以提盘供较宽搬的通频麻带、较听低的损金耗，此块外有的SAW器件还农集成有种将非平亲衡信号腊转换为佳平衡信仪号的功项能。SAW的滤波钓特性详待见SAW峡Da河ta晃She顽etlc0劫3clc6悦6e返回2023猪/4/2肥856RF臭DB旦TEL平衡网阶络（Bala撞nce）Bal嗽anc圆e电路构档成：UI分别经窗过低通固、高通长得到反尘相的UO1叮、UO2LCCLUIUO1UO2Rdif貌fRsRsRs：特性阻丸抗Rdif陵f：输入阻路抗2023亦/4/2腿857RF哈DBTE番L由计算吓可知UO1越、UO2始终有膀180杠度相差（Dif葡fere碍ntia嘱l）适合在Bala厕nce系统上传妇输。L、C的取值要夺求：f：系统中演心频率Rs：特性阻股抗Rdiff：输入阻海抗该电路偏可能集匪成于SAW中202兽3/4怠/2858RF遣DBTE飘L差模、共束模在Bala创nce系统上的能传输差模（Dif柏fer掘ent蹈ial腿Mo笨de）A触BB的传输疯量为A的一半共模（Comm泛onM零ode）I/PO/PI/PO/PI/PO/PC返回2023损/4/2命859RF箩DBTE段L其它稳压管、衣限幅管、屑静电放电蹄器的比较上拉、下膝拉电阻数字控记制信号让的高频级抑制措愧施隔直（Bloc萝k）电容2023蕉/4/2遇860RF霸DBTE凳L稳压管、梯限幅管、品静电放电隔器的比较稳压蜡管稳压管将熟输出电压蔽稳定在其标名称值上肚，常用膀于低压直挂流稳压镜电源电搂路限幅瓶管限幅管负将输出泥电压限膛定在一定的标范围内，行超出要求范围抚的部分由含它消耗到地，姿保证了后芝级电路、器件编的安全工耗作静电放铅电器静电放摇电（ESD:干Elec俩tricSta皮tic造Di砖sch烛arg绪e）是专门用于高慢压电弧放顷电的它用于那羞些容易被碰静电接触的区符域，它有蔽效抗静电电压姐取决于它政的空隙宽度dUUU=UC-UO<U<涛+UOd返回202昏3/4蜘/2861RF射DB退TEL上拉、下海拉电阻上、下拉朗电阻是为顾了防止扰何动引入输缝入端，保壶持开关状少态的稳定监性而设置植的：上拉电阻RH（Pu较ll疗Hig线h）下拉电顿阻RL（Pu损ll呆Low泽）常开常闭I/PI/PI/PI/PO/PO/PO/PO/PRHRHRLRLVCCVCCVCCVCC返回2023踏/4/2盐862RF荐DB