手机射频电路的结构及工作原理的详细分析

目前，手机的射频电路由以射频集成电路为中心和的辅助控制电路组成. 该文档详细介绍了射频电路中典型功能模块的工作原理和电路特性. 对设计师来说非常实用.

RF的简称RF是射频电流，是高频交流电磁波的缩写. 交流电每秒钟变化小于1000次的频率称为低频电流，而高频电流大于1000倍，而射频就是这样的高频电流. 有线电视系统使用RF传输.

在电子理论中，电流流过导体，并且在导体周围形成磁场. 交流电流过导体，在导体周围形成交流电磁场.

当电磁波的频率低于100khz时，电磁波将被表面吸收而无法形成有效的传输. 长距离传输能力，我们称具有长距离传输能力的高频电磁波为射频，英文缩写: RF

I. 射频电路的组成和特点:

普通手机的射频电路由三个电路组成: 接收路径，发送路径和本地振荡器电路. 它主要负责解调接收到的信号；传输信息的调制. 早期的移动电话在超外差频率转换之后对接收到的基带信息进行解调（移动电话具有一次和二次混频以及一个和两个本地振荡器电路）；较新的手机直接解调了接收到的基带信息（零中频）. 一些手机还在中频中集成了频率组合和接收压控振荡器（RX-VCO）.

1. 接收电路的结构和工作原理:

接收时手机天线工作原理，天线将基站发送的电磁波转换为弱交流电流信号，对其进行滤波，然后在高频下对其进行放大，然后将其发送至中频进行解调，以获得接收到的基带信息（RXI- P，RXI-N，RXQ-P，RXQ-N）；发送到逻辑音频电路进行进一步处理.

1. 该电路具有以下要点:

（1），接收电路的结构.

（2）. 每个组件的功能和功能.

（3）接收信号流.

电路分析:

（1）电路结构.

接收电路包括天线，天线开关，滤波器，高放大器管（低噪声放大器），中频集成模块（接收解调器）和其他电路. 早期的手机具有第一级和第二级混频电路，其目的是在降低接收频率后对其进行解调（请参见下图）.

（2）. 每个组件的功能和功能.

1）手机天线:

结构: （如下所示）

手机天线分为外置天线和内置天线；它由天线底座，螺线管和塑料盖组成.

角色:

a）. 接收时，将基站发送的电磁波转换成微弱的交流电流信号.

b）. 传输时，将放大的交流电流转换为电磁波信号.

2），天线开关:

结构: （如下所示）

手机天线开关（组合器，双工滤波器）由四个电子开关组成.

功能: 有两个主要功能:

a），完成收发切换；

b）. 完成900M / 1800M信号接收切换.

逻辑电路根据手机的工作状态发送控制信号（GSM-RX-EN; DCS-RX-EN; GSM-TX-EN; DCS-TX-EN），以便各个通道开启以接收和发送信号. 每个人都有自己的方式而不会互相干扰.

因为手机的接收和发送不能同时在一个时隙中工作（即，接收时不发送，发送时不接收）. 因此，新型手机在后期删除了接收通道的两个开关，只剩下两个发射转换开关. 接收切换任务已移交给高级管.

3），过滤器:

结构: 手机中有高频滤波器和中频滤波器.

角色:

其主要功能是过滤掉其他不需要的信号并获得纯接收信号. 后来的新电话是零中频电话. 因此，电话中没有IF滤波器.

4），高级电子管（高频放大器管，低噪声放大器）:

结构: 移动电话有两个中高级管: 900M高级管和1800M高级管. 它们都是三极管共发射极放大器电路；后来的新手机在中频处集成了高功率电子管.

角色:

a）. 放大天线感应的弱电流，以满足后续电路的信号幅度要求.

b）. 完成900M / 1800M接收信号切换.

原理:

a）. 电源: 900M / 1800M的两个高功率管共享相同的基本偏置，并由中频同时提供；中频CPU根据手机的接收状态，命令两管的集电极偏置. 其目的是完成900M / 1800M接收信号的切换.

b）. 原理: 通过过滤器滤除其他杂波，获得纯935M-960M接收信号. 信号通过电容器耦合，然后发送到相应的高放大倍率管进行放大. 然后将电容器耦合到中频进行后处理.

5），中频（RF接口，RF信号处理器）:

结构:

由接收解调器，发射调制器，发射相位检测器等电路组成；这款新手机还集成了高功率放大器电子管，频率合成，26M振荡和分频电路（见下图）.

角色:

a）. 内部的高放大器管通过感应微弱的电流来放大天线.

b）. 在接收期间，对935M-960M（GSM）接收到的载波频率信号（带有对方信息）和本地振荡器信号（不带有信息）进行解调，以获得67.707KHZ的接收到的基带信息.

c）. 发送时，由逻辑电路处理的发送信息和本机振荡器信号被调制为发送中频（后述）.

d）组合13M / 26M晶体以生成13M时钟（参考时钟电路）.

e）. 根据CPU发送的参考信号，生成与移动电话的工作通道匹配的本地振荡器信号（稍后描述）.

（2）接收信号流. （请参阅零中频手机）

当手机接收到信号时，天线会将基站发送的电磁波转换为弱的交流电流信号. 在通过天线开关接收到路径之后，它会发送一个高频滤波器，以滤除其他不需要的杂波，以获得纯935M-960M（GSM）接收信号. 电容器耦合到IF内相应的高频放大器进行放大，然后发送到解调器和本地振荡器信号（无信息）进行解调，以获得接收基带信息（RXI-P，RXI-N，RXQ） 67.707KHZ -P，RXQ-N）；发送到逻辑音频电路进行进一步处理.

2. 发射电路的结构和工作原理:

在发送时，将由逻辑电路处理的发送基带信息调制的发送中频通过TX-VCO调制为890M-915M（GSM）频率信号. 经功率放大器放大后，天线变成电磁波辐射.

该电路的要点:

（1）电路结构.

（2）. 每个组件的功能和功能.

（3）传输信号的过程.

电路分析:

（1）电路结构.

发射电路由中频内部的发射调制器和发射鉴相器组成；发射压控振荡器（TX-VCO），功率放大器（功率放大器），功率控制器（功率控制），发射变压器和其他电路. （如下图所示）

（2）. 每个组件的功能和功能.

1），发送调制器:

结构:

发射调制器位于IF内部，相当于宽带网络中的MOD.

角色:

在发送时，由逻辑电路处理的发送基带信息（TXI-P； TXI-N； TXQ-P； TXQ-N）和本地振荡器信号被调制为发送中频.

2），TX-VCO:

结构:

发射压控振荡器是电容器三点振荡电路，其输出频率由电压控制；它在生产过程中被集成到一个小电路板上，并通向五个引脚: 电源引脚，接地引脚，输出引脚，控制引脚，900M / 1800M频带切换引脚. 当有合适的工作电压时，它会振荡产生相应的频率信号.

功能: 将由IF内部调制器调制的IF信号转换为基站可以接收的890M-915M（GSM）频率信号.

原理: 众所周知，基站只能接收890M-915M（GSM）频率信号，而由IF调制器调制的IF信号（例如，三星发送IF信号135M）不能被基站接收. 因此，TX-VCO发送的中频信号的频率变为890M-915M（GSM）.

在发送时，电源发送3VTX电压以使TX-VCO工作，并以两种方式生成890M-915M（GSM）的频率信号:

a）. 采样被送回内部中频，与本地振荡器信号混合，产生等于传输中频的传输频率鉴别信号，发送至鉴相器并与传输中频进行比较；如果TX-VCO振荡超出频率，则根据移动电话的工作通道，鉴相器将产生1-4V的过渡电压（带有AC传输信息的DC电压）来控制变容二极管中的电容. TX-VCO达到调整频率精度的目的.

b）. 放大后，输入功率放大器通过天线转换为电磁波辐射.

从上面可以看出: 从TX-VCO产生的频率到采样并发送回内部IF，会产生电压来控制TX-VCO的工作；它只是形成一个闭环并控制频率相位，因此该电路也称为发射锁相环电路.

3），功率放大器（功率放大器）:

结构: 目前手机的功率放大器是双频功率放大器（集成了900M功率放大器和1800M功率放大器），分为乙烯基功率放大器和铁壳功率放大器两种；不同型号的功率放大器不能互换.

功能: 放大TX-VCO振荡的频率信号以获得足够的功率电流，该电流被天线转换为电磁波辐射.

值得注意的是: 放大器放大了发射频率信号的幅度，却无法放大其频率.

功率放大器的工作条件:

a）. 工作电压（VCC）: 手机放大器的电源直接由电池（3.6V）提供.

b）. 接地端子（GND）: 使电流通过.

c），双频功率交换信号（BANDSEL）: 控制功率放大器工作在900M或1800M.

d）. 功率控制信号（PAC）: 控制功率放大器的放大率（工作电流）.

e），输入信号（IN）；输出信号（OUT）.

4），发送变压器:

结构: 具有相同线径和匝数的两个线圈彼此靠近，并根据互感原理形成.

作用: 将放大器的功率传输电流采样到功率控制中.

原理: 在传输时通过传输变压器传输功率放大器的功率电流时，在其次级感应出一个与该功率电流相同大小的电流，并在进行检测（高频整流）之后将其放大. 发送到电源控制.

5），功率电平信号:

所谓的功率电平是指工程师在对手机进行编程时将接收到的信号分为八个电平. 每个接收电平对应一个发射功率电平（请参见下表）. 当手机正在工作时，CPU根据接收到的信号的强度来判断手机. 与基站之间的距离，发送适当的传输电平信号以确定功率放大器的放大倍数（即，当接收较强时，传输较弱）.

带有功率等级表:

6），电源控制器（电源控制）:

结构: 这是一个运算比较放大器.

功能: 将传输的电流采样信号与功率电平信号进行比较，以获得合适的电压信号来控制功率放大器的放大.

原理: 当功率电流在传输过程中流经发射变压器时，二次感应电流经检测（高频整流）后送至功率控制；同时，在编程过程中还将预设的功率电平信号发送到功率控制. 内部比较这两个信号后，会产生一个电压信号来控制功率放大器的放大，从而使功率放大器的工作电流适中，从而节省了功率并延长了功率放大器的使用寿命（高功率控制）电压会导致大功率放大器的功率.

（3）传输信号的过程.

在发送时，由逻辑电路（TXI-P; TXI-N; TXQ-P; TXQ-N）处理的发送基带信息被发送到内部IF内部发送调制器，并用本地振荡器信号进行调制以发送中频. 如果IF信号基站无法接收，则可以使用TX-VCO将IF信号的频率增加到890M-915M（GSM）. TX-VCO工作后，890M-915M（GSM）的频率信号分为两个路径:

a）. 将一个样本发送回内部IF，与本地振荡器信号混合，以生成等于传输中频的传输频率鉴别信号，然后发送至鉴相器以与传输中频进行比较. 不符合手机的工作通道，鉴相器将产生1-4V的过渡电压，以控制TX-VCO中变容二极管的电容，达到调频的目的.

b）. 双向输入放大器在放大后被天线转换成电磁波辐射. 为了控制功率放大器的放大，当功率电流在发射时流经发射变压器时，二次感应电流经检测后送至功率控制（高频整流）；同时，在编程时也会发送预设的功率电平信号. 功率控制: 内部比较两个信号后，产生电压信号控制功率放大器的放大，使功率放大器的工作电流适中，可节省功率并延长功率放大器的使用寿命.

3. 本地振荡器电路的结构和工作原理: （本地振荡器电路，锁相环电路，频率合成电路）

该电路生成四段本地振荡器频率信号，而没有任何信息（GSM-RX； GSM-TX； DCS-RX； DCS-TX）；等等. 它们被发送到中频，接收信号在接收过程中被解调. 传输传输基带信息以进行调制和相位检测.

该电路的要点:

（1）电路结构.

（2）. 每个组件的功能和功能.

（3）本地振荡器电路的工作原理.

电路分析:

（1）电路结构. 手机的本地振荡器电路有四种电路结构:

a）. 按频率合成块，接收压控振荡器（RX-VCO），13M参考时钟手机天线工作原理，预设频率参考数据（SYN-DAT; SYN-CLK; SYN-RST; SIN-EN），组成（早期手机的多种用途;如下所示.

b）. 将频率合成集成块集成到IF中，并与外部RX-VCO（机，诺基亚机；；（如下所示）组合）

c）. 将频率合成集成块和接收压控振荡器（RX-VCO）集成为一个，称为本地振荡器集成块或本地振荡器IC（机，Samsung机；；请参见下图）.

d）. 将频率合成集成块和接收压控振荡器（RX-VCO）集成到中频中（新型机器，杂牌机器是的；如下所示）.

值得注意的是: 无论采用哪种结构方式，只有产生的频率是不同的. 它的工作原理，产生的频率信号的方向和功能都相同.

（2）. 每个组件的功能和功能.

a），接收压控振荡器（RX-VCO）:

结构和工作原理与TX-VCO相同；与TX-VCO不同: TX-VCO产生两个频段，仅参与传输; RX-VCO产生四个频段，分别参与接收和参与发射；两个VCO不能互换.

b），频率合成歧管:

是比较运算放大器；它将RX-VCO产生的频率采样信号与预设频率参考数据进行比较，并使用13M参考时钟作为参考来产生1-4V过渡电压（纯直流电压）以控制RX-VCO振荡以确保本地振荡器频率目的.

c），预设频率参考数据:

也就是说，在设计手机时，工程师会根据手机在不同通道（GSM手机为124）上工作时所需的本地振荡器频率标准预先进行设置，并将其列出到数据表中；并以字体存储它. 也就是说，CPU发送的频率同步时钟（SYN-CLK），频率合成数据（SYN-DAT），频率合成复位（SYN-RST）和频率同步开始（SIN-EN）.

（3）本地振荡器电路的工作原理.

正常打开手机电源后，电源会发出组合电源以使本地振荡器电路正常工作. 这时，RX-VCO通过两种方式振荡本机振荡器频率信号:

1）. 将本地振荡器频率采样到频率合成歧管中，并将其与内部的预设频率参考数据进行比较；并使用13M参考时钟作为参考，以产生1-4V的过渡电压来控制RX. VCO内部的变容二极管的电容会调节输出频率，以使RX-VCO振荡至本地振荡器频率（通常称为进行微调）.

2），将本地振荡器频率发送到IF，然后在分频后分为三个通道:

a）. 接收时，将本机振荡器频率发送到接收解调器，以解调接收到的信号（即本机振荡器频率和接收频率大小相等，并且反相的信号被移动和消除；其余的则发送）它们. 信息）.

b）. 发送时，将本机振荡器频率发送到发送调制器，逻辑电路发送的发送基带信息（TXI-P； TXI-N； TXQ-P； TXQ-N）用于调制发送中频（即，传输的信息被叠加在本地振荡器频率上.

C）. 在传输过程中，TX-VCO生成频率样本，并将其发送回中频，将其与本地振荡器频率混合，并生成等于所传输中频的传输频率鉴别信号.

900M / 1800M本机振荡器的频率转换由CPU发送的双频功率转换信号（BANDSEL）控制（通常称为粗调）.

从上面可以看出: 由RX-VCO产生频率到内部频率合成集成块，然后产生电压以控制RX-VCO的操作；只是形成一个闭环并控制频率相位，所以该电路也称为锁相环电路. 从频率合并电路的工作原理来看，在手机发出信号之前，必须将本地振荡器频率和接收频率同步（相同的工作信道）. CPU如何确定手机的工作通道？事实证明，打开手机后，CPU发出了900M / 1800M两个系统的所有工作通道所需的SYN-DAT，SYN-CLK，SYN-RST和SIN-EN，导致RX- VCO生成所有本地振荡器频率，然后将其发送到IF. 与接收频率对接，直到逻辑电路接收到基带信息. 并锁定在此频道上，因此手机网络搜索是一个漫长的过程.

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