1、GSM手機電路原理知識培訓第1頁，共113頁。前言 本培訓主要幫助產線技術員、維修工和工程師們對手機的基本電路進行了解，主要用MTK平臺的手機電路進行講解，教材由從網上收集的手機電路原理資料進行整理，結合個人實踐理解和經驗總結進行編寫，編寫這個資料的目的是為了擴展 大家的思維，起到拋磚引玉的作用。由于時間倉促，有些資料難以找到，加上我的知識水平有限，因此其中可能有所缺漏，如有錯誤和不足之處歡迎指正。第2頁，共113頁。大綱 手機的電路構成 基帶部分 射頻處理部分 手機的故障診斷第3頁，共113頁。手機的電路構成第4頁，共113頁。GSM 手機的電路結構 手機的電路結構可分為三部分，即射頻處理部

2、分，邏輯/音頻部分以及輸入輸出接口部分. 1. 射頻部分一般指手機電路的模擬射頻，中頻處理部分，包括天線系統，發射通路，接收通路，模擬調制，解調以及進行信道調諧用的頻率合成器等。射頻部分包含發送部分、接收部分與頻率合成器。 2.邏輯/音頻部分可分為兩個子部分：音頻信號處理和系統邏輯控制。音頻信號處理子部分對數字信號進行一系列處理：發送通道的脈碼調制，話音編碼，信道編碼，交織，加密，TDMA幀形成，接收通道的自適應信道均衡，信道分離，解密，信道解碼和語音解碼，音頻放大等。 基帶信號處理控制對整個手機的工作進行控制和管理，包括開機操作，定時控制，數字系統控制射頻部分控制以及外部接口，鍵盤，顯示器控

3、制等。 3.輸入輸出接口部分由模擬接口、數字接口、人機接口三部分 話音模擬接口：包括A/D、D/A變換等。 數字接口：主要是數字終端適配器。 人機接口：包括顯示器、鍵盤、振鈴器、聽筒、話筒。第5頁，共113頁。 接收解調均衡信道分離解密信道編碼話音譯碼發信VCO時鐘基準CPU控制器SIM卡接口調制TDMA幀形成顯示屏加密鍵盤碼速適配器信道編碼話音編碼D/A合路器頻率合成器A/D存儲器數字接口聽筒話筒射頻部分邏輯/音頻部分手機的結構框圖第6頁，共113頁。MKT平臺功能模塊架構圖123487659121110外部存儲器照相模塊顯示模塊按鍵多媒體卡麥克風揚聲器受話器SIM卡子屏LCDUSB接口UA

4、RT接口射頻模塊第7頁，共113頁。基帶部分第8頁，共113頁。基帶完成的功能 基帶部分可分為五個子塊：CPU處理器、信道編碼器、數字信號處理器、調制解調器和接口模塊。CPU處理器對整個移動臺進行控制和管理，包括定時控制、數字系統控制、射頻控制、省電控制和人機接口控制等。若采用跳頻，還應包括對跳頻的控制。同時，CPU處理器完成GSM終端所有的軟件功能，即GSM通信協議的layer 1(物理層)、layer 2(數據鏈路層)、layer 3(網絡層)、MMI(人機接口)和應用層軟件。信道編碼器主要完成業務信息和控制信息的信道編碼、加密等，其中信道編碼包括卷積 編碼、FIRE碼、奇偶校驗碼、交織、

5、突發脈沖格式化。 數字信號處理器主要完成采用Viterbi算法的信道均衡和基于規則脈沖激勵長期預測技術(RPELPC)的語音編碼解碼。 調制解調器主要完成GSM系統所要求的高斯最小移頻鍵控(GMSK)調制解調方式。接口部分包括模擬接口、數字接口以及人機接口三個子塊。第9頁，共113頁。中央處理器 ： 相當于單片機的處理核心，作用是射頻部分控制， 鍵盤控制，其他集成電路的控制及相互之間的數據傳送。 RAM ： 隨機存儲器，作用是存儲手機工作時的數據。 ROM ：（1）EPROM 存放手機主程序和監控程序 （2）EEPROM 存放功率控制表，數模轉換表， 自動頻率控制表，自動增益控制表等。 （3）

6、短消息業務 存放碼表，顯示控制程序。 接口：（1）總線接口 負責同外部設備的通信，包括A/D，D/A。 （2）射頻接口 負責將模擬信號（I/Q）轉換成數字信號 和將數字信號轉換成模擬信號（I/Q）。 I/O設備： 鍵盤輸入、功能翻蓋開關輸入、話筒輸入、液晶顯示屏輸出、 聽筒輸出、振鈴輸出手機狀態指示燈輸出這些都是人與手機 之間的I/O.射頻部分的 接收通路（RX）和發送通路（TX）使 手機與基站間聯系的I/O。 其他的集成電路都是為這五大類服務。有電源、同步時鐘等。 邏輯音頻部分包括邏輯音頻部分第10頁，共113頁。一、FLASH電路第11頁，共113頁。一、FLASH電路FLASH信號作用描

7、述數據總線：ED0ED15，共16根數據線，用于傳輸數據。地址總線：EA00EA23，共24根地址線，用于存儲單元尋址。控制總線：/ERD：寫控制信號；/EWR：讀控制信號；/WATCHODG：復位信號，用于FLASH的軟件復位；/CE_F1、/CE_F2：FLASH存儲區域選擇信號；/ECS1_PSRAM：PSRAM片選信號；/ELB、/EUB：PSRAM存取區域選擇信號；電源供電信號：VMEM。第12頁，共113頁。存儲器簡單介紹EEPROM，FLASH等均是非易失性器件，非易失性存儲器最大的特色是在當電源關閉后，原先儲存在內的資料，仍能夠持續被保存，且可以被重復抹除修改（一）、電可擦可寫

8、可編程存儲器（EEPROM electrically erasable programmable）EEPROM是一塊存儲器，俗稱“碼片”，二進制代碼的形式存儲著手機的資料，它存儲的是： 1)、手機的機身碼； 2)、檢測程序，如：電池電壓檢測等； 3)、各種表格，如：自動頻率控制表（AFC）、自動功率控制表（APC），數模轉換表（DAC）、自動增益控制表（AGC）等； 4)、手機的隨機資料，可隨時存取和更改，如電話號碼菜單設定等。第13頁，共113頁。存儲器簡單介紹字庫在手機的作用很大，地位非常重要，具體作用如下：1 儲存主機主程序2 儲存字庫信息3 儲存網絡信息4 儲存錄音5 存儲加密信息6

9、存儲序列號（IMEI碼）7 儲存操作系統字庫的工作流程比較復雜：當手機開機時，CPU便傳出一個復位信號REST經字庫，使系統復位。再待CPU把字庫的讀寫端 ，片選端選端后，CPU就可以從字庫內取出指令，在CPU里運算，譯碼，輸出各部分協調的工作命令，從而完成各自功能。第14頁，共113頁。二、照相電路第15頁，共113頁。二、照相電路照相功能的圖像數據處理是由獨立的攝像處理IC來完成，在CPU的控制下，完成圖像預覽、拍照存儲、及圖像處理等功能。主要信號作用描述：1、CPU圖像處理IC之間信號：NLD0NLD7:數據信號；LRDB:數據讀控制信號；LRWB:數據寫控制信號；LPA0:地址選擇信號

10、；CAMERA_MCLK:時鐘信號；GPIO20_CAMERA_CS2:圖像處理IC片選信號；GPIO2_CAMERA_READY:圖像存儲控制信號；GPIO3_CAMERA_RST:復位信號；第16頁，共113頁。二、照相電路2、圖像處理IC與攝像頭之間的信號：SEN_D0SEN_D7：數據信號；SEN_SDA：數據與地址選擇信號；SEN_CLK:時鐘信號；SEN_CSB:片選信號；SEN_SCL:I2C總線中時鐘信號；SEN_SDA:I2C總線中數據信號；SEN_VSYNC:垂直方向同步信號；SEN_HSYNC:水平方向同步信號；SEN_PXCLK:采樣時鐘信號；GPIO3_CAMERA_

11、RST:復位信號；第17頁，共113頁。二、照相電路攝像頭供電電路1、攝像頭的供電由U2（穩壓器）提供，包括數字電源（DVDD1.8V）和模擬電源AVCC（2.5V）；為避免數字信號與模擬信號之間的干擾，中間加磁珠L4；2、U2的供電電源為VBAT，控制信號為：GPIO4_CAMERA_PWR_EN；第18頁，共113頁。三、主屏LCD顯示電路CPU第19頁，共113頁。三、主屏LCD顯示電路主屏LCD顯示電路接口一般都是采用并聯方式。各信號描述如下：NLD0NLD7:數據信號；LRDB:數據讀控制信號，電路中已通過上拉電阻置為高電平；LRWB：數據寫控制信號；LPA0:數據線作用選擇信號，即

12、選擇NLD0NLD7線路上傳輸的是顯示數據還是控制數據。LPCE0B_MAIN_LCM：主屏LCD片選控制信號；LRSTB:復位信號；VDD:供電電源；第20頁，共113頁。四、SIM卡電路CPUSIM卡供電電源MT6305MT6305完成電平的轉換作用第21頁，共113頁。四、SIM卡電路SIM卡信號描述：SIM與MT6305之間的信號：SIO:數據信號；SRST:SIM卡復位信號；SCLK:SIM卡時鐘信號；VSIM:SIM卡供電電源；CPU與MT6305之間的信號：SIMDATA:數據信號；SIMRST:復位信號；SIMCLK:時鐘信號；SIMVCC:SIM卡供電使能信號；SIMSEL:

13、SIM卡供電電壓選擇信號； 開機過程中VSIM供電通過SIM卡I/O口由CPU檢測SIM卡，如沒有檢測到卡，軟件很快將VSIM關閉 。也就是說，在不插卡的狀態下，僅能在開機的瞬間可測試到供電電壓；而在插卡開機的狀態下，此供電電壓將一直存在。第22頁，共113頁。五、USB接口電路USB中斷檢測信號312R606、R607:分壓電阻 CPUIO800第23頁，共113頁。五、USB接口電路主要信號作用描述：D-、D+：USB數據信號；USB_PWR:USB外部供電電源，電壓為5.1V左右；VUSB：提供CPU內部USB驅動電路供電電源，電壓為3.3V左右；ENIT3_USB:USB檢測信號；US

14、B電路工作原理：1、手機通過USB線與電腦連接，充電信號觸發手機進入充電開機方式；2、外部電源供電（USB_PWR）加至手機，EINT3_USB信號電壓將由低電平跳變到高電平，觸發產生中斷信號；3、CPU執行USB中斷程序，將輸出USB電源供電驅動信號：GPIO2_USB_EN，開啟電壓轉換器U402工作，輸出USB供電電源VUSB（3.3V左右）；4、CPU與主機通過USB 接口進行數據傳輸。第24頁，共113頁。六、UART接口電路開機信號軟件下載、板測、IMEI寫入共用信號線第25頁，共113頁。七、多媒體卡接口電路多媒體卡主要是用來擴充存儲數據容量，接口電路較為簡單，包括電源信號、時鐘

15、信號及數據信號。維修時主要檢查引腳的焊接是否存在焊接不良以及接觸腳是否存在下陷；測量時可用萬用表測量正向阻抗，判斷線路是否存在斷線，排除了以上問題后再采取更換CPU 的措施。第26頁，共113頁。八、按鍵電路主按鍵：“0-9“、”*“、”#“拍照鍵音量調節鍵應注意ESD保護器件易被擊穿導致對地短路，造成按鍵無效第27頁，共113頁。八、按鍵電路手機鍵盤電路一般采用行列式鍵盤，按鍵銅箔的外圈一般為行，里圈一般為列。在鍵盤接口電路中，行鍵被作為掃描輸出端，列線作為輸入端。在待機狀態下，行鍵置為低電平，列鍵置為高電平，當按鍵按下時，行鍵將有低電平變為高電平，并觸發產生按鍵中斷信號，轉而執行按鍵檢測程

16、序，判斷是哪一個按鍵被按下。第28頁，共113頁。CPU九、麥克風電路為MIC提供正偏置電壓：2.2V濾波器為MIC提供負偏置電壓：0.3VCPU第29頁，共113頁。十、主板鈴聲、受話電路1、U201供電為VBAT，啟動使能信號為GPO1_OP_ON；2、R213、R215為輸入電阻與反饋電阻，用來設定放大器的增益（即放大倍數），為R215/R213=1；信號流向第30頁，共113頁。十、主板鈴聲、受話電路鈴聲信號與話音信號匯接到一起鈴聲信號話音信號主板連接器LCD板上的鈴聲、受話電路第31頁，共113頁。十一、耳機電路1、偏置電壓：MICBIASP（2.2V）；2、耳機檢測信號：EINT0

17、_HEADSET：當耳機插入后，由于XMP3_R端接揚聲器，EINI0_HEADSET信號被下拉到地，觸發中斷給CPU，將顯示”插入耳機“；3、耳機掛斷信號檢測：ADC5_HF_MIC：此信號是用來檢測耳機的掛機鍵是否按下，當耳機掛機鍵按下時，XMICP信號將被短接到地，ADC5_HF_MIC也將下拉到地。4、FL201、C204、C212等組成濾波電路；5、MP3_OUTL、MP3_OUTR為立體聲耳機輸出；第32頁，共113頁。十二、充電電路1 CHRINMT63052 GATEDRV4 ISENSECPUEINT2_CHARGEGPIO31_CHR_CTL軟件中作為溫度檢測電池電壓檢測及

18、充電電流檢測充電輸入信號PMOS驅動信號第33頁，共113頁。十二、充電電路1、ADC2_TBAT:電池溫度檢測信號該信號連接電池端為一ID電阻，并非溫敏電阻，因此顯示測量值不是實際的電池溫度，僅是軟件方面的檢測判斷。2、ADC0_I-、ADC1_I+：ADC0_I-:電池電壓檢測信號；ADC1_I+:與ADC0I-共同作為充電電流的檢測；3、充電的基本原理：手機處于開機狀態時：1）、當充電器插入充電I/O 口后，VCHG信號送到電源管理IC MT6305，該信號觸發產生充電中斷信號CHRDET；2）、CPU接受中斷請求，轉而執行充電程序，顯示充電圖標，輸出充電控制信號CHRCNTL給MT63

19、05；3）、MT6305輸出控制信號GATEDRY，開啟U405，使其對電池進行充電；4）、CPU通過ADC0_I-、ADC1_I+檢測充電電流ISENSE和及電池電壓，來對充電的狀態進行控制。第34頁，共113頁。十三、按鍵燈、馬達驅動電路1、按鍵燈驅動電路與馬達驅動電路都是有VBAT供電，驅動信號LED、VIB由U400（MT6305）輸出，低電平時將驅動相應電路工作，這兩個信號的輸出受CPU的控制，即：GPIO23_KP_BL_PWM、GPIO5_VIB_EN，這兩個信號為高電平時將驅動U400的LED、VIB信號為高電平；2、R404等為限流作用，D3為起反向保護作用；第35頁，共11

20、3頁。十四、主屏背光驅動電路1、主屏背光驅動電路的供電為VBAT，背光驅動使能信號為PWM1_MAIN_SUB_LCM_BL，內部下拉到低，因此待機時為低電平。2、PWM1_MAIN_SUB_LCM_BL的波形如右圖，通過調節波形的占空比來調節主屏的亮度；3、L1為升壓電感，D1為續流二極管，R10為反饋電阻，通過檢測FB端的電壓來調節輸出電壓；OV端為電壓輸出端，最高輸出電壓為30V左右。第36頁，共113頁。射頻處理部分第37頁，共113頁。射頻部分包含發送部分，接收部分與頻率合成器。一、 發送部分 發送部分包括帶通濾波器，GMSK調制器，射頻功率放大器，天線開關等。 具體的調制方式大致分

21、為兩種： 1） 調制音頻信號先調制到某一中頻，再經過一次上變頻，變換到GSM射頻信道上。 2） 調制音頻信號直接上變頻到GSM射頻信道上。二、接收部分 包括天線開關，射頻濾波，射頻放大，混頻，中頻濾波和中頻放 大等，其接收的頻率對應900MHz GSM規定頻點，經過下邊頻道中頻， 中頻多為100MHz附近的某個固定值。之所以采用中頻為射頻信號處理 的過渡環節，是為了得到更好的靈敏度和穩定性。解調大都在中頻處 理集成電路內完成，解調后得到頻率為67.71KHz的同相正交信號，然后 進入邏輯/音頻處理部分進行后級的處理。三、頻率合成器 頻率合成器主要由PLL（鎖相環電路）構成，包括鑒相器、環路低通

22、濾波 器、VCO（壓控振蕩器）、分頻器等，通過頻率合成器可以將基準頻率信號 變換為另一個或多個所需頻率信號，為手機提供有足夠精度、穩定性好的工作 頻率 。射頻部分第38頁，共113頁。信號發射流程 話音采集放大ADC濾波語音編碼交織加密信道均衡GMSK調制（進入射頻部分）IQ調制（IQ調制器）濾波鑒相鑒頻（鑒相鑒頻器）濾波TX_VCO混頻（混頻器Mixer）功率放大（PA）雙工器天線匹配電路天線發射。第39頁，共113頁。信號接收流程 天線接收天線匹配電路雙工器濾波（聲表面濾波器SAWfilter）放大（低噪聲放大器LNA）RX_VCO混頻（混頻器Mixer）放大（可編程增益放大器PGA）濾波

23、IQ解調（IQ調制器）（進入基帶部分）GMSK解調信道均衡解密去交織語音解碼濾波DAC放大話音輸出。第40頁，共113頁。一、 發送部分 GSM的發射機包括天線、天線開關、功率檢測、功率控制、功率放大器、低通、預放、帶通濾波器、上變頻和發射混頻器等。實際上很多發射機采用二次變頻，其原理和一次變頻一樣，但性能更好一些；由音頻電路傳送過來的模擬同相正交基帶TX I/Q信號在發射時隙期間雙端送到中頻TX I/Q正交調解器，經調制所得TX I/Q已調波送到發射聲表面波（SAM）中頻濾波器，經過窄帶濾波器濾波，再送到上變頻電路，轉換為射頻發射已調波，在微處理器控制下決定是進入900MHZ射頻發射電路還是

24、進入1800MHZ射頻電路若進入900MHZ射頻發射電路時，利用上變頻電路可將中頻已調波轉換為900MHZ射頻已調波，再經過35MHZ帶寬的900MHZ發射濾波器，經濾波后先送到功率放大功率電路進行放大，再送到高頻功放進行功率放大，最后射頻信號經過收發隔離器和天線把射頻已調波發射出去在發射電路上設置了APC控制器電路，他確保高頻功率電平等級滿足5-33dB的變化要求。第41頁，共113頁。鑒相器（PD）鑒相器（PD）：是英文Phase Detector 的縮寫。它是一個相位比較器，是一個相差電壓轉換裝置，可將VCO 振蕩信號的相位變化變換為電壓的變化。鑒相器輸出的是脈動直流信號，這一脈動直流信

25、號經LPF 濾除高頻成分后去控制VCO 電路。在鑒相器中，參考信號與VCO 分頻后的信號進行比較。顯然，這是一個比較器。第42頁，共113頁。低通濾波器（LPF）低通濾波器（LPF）：是英文Low Pass Filter 的縮寫。低通濾波器又被稱為環路濾波器，它是一個RC 電路，位于鑒相器與VCO 電路之間。因鑒相器的輸出不僅有控制信號，還有一些高頻諧波成分，這些諧波將影響VCO 電路的工作，低通濾波器就是要把這些高頻成分濾除。第43頁，共113頁。壓控振蕩器簡稱（VCO）：是英文Voltage Control Oscillator 的縮寫。壓控振蕩器是一個電壓頻率轉換裝置，可將鑒相器PD 輸

26、出的相差電壓信號的變化轉化成頻率的變化。壓控振蕩器一般是由變容二極管為主構成的諧振回路： 諧振回路的中心頻率由其回路的等效L、C特性決定： 變容二極管的等效電容量由加在其兩端的電壓控制，這樣通過電壓的變化就能轉換成回路諧振頻率的變化，就構成了壓控振蕩器VCO。壓控振蕩器簡稱（VCO）第44頁，共113頁。VCO的設計 GSM手機的調制方式是最小頻移鍵控(GMSK)。我們知道，最小頻移鍵控能最大限度的利用頻率資源，當然，隨之而來的問題是，這種信號對相位干擾非常敏感。所以，在GSM手機的VCO的設計中，VCO的相位噪聲特性是設計的關鍵。較大的相位噪聲的直接后果就是BER的的惡化。 一個性能良好的V

27、CO應具備以下特性：正確的起振特性、足夠的頻率范圍、無需微調、嚴格控制的電流消耗,以及不受溫度和電源電壓波動的影響等。第45頁，共113頁。VCO的相位噪聲特性在VCO的設計中，有兩個方面的噪聲源必須考慮： 1）固有相位噪聲：雖不可消除，但可減小。因為VCO的鎖定就建立在有相位差異的基礎上；它是一種動態的或者說是平均的鎖定。一般情況下，振蕩器對控制電壓越靈敏，固有相位越小。但是，如果對控制電壓太靈敏則會導致控制環路振蕩。所以在實際設計中，往往要在二者之間求得一個平衡。固有噪聲的另一個來源是，參考時鐘。因為參考時鐘也有相位噪聲，這種噪聲必然會反映到VCO環路中。 2）散射噪聲，這是載流子在導體中

28、或半導體中做布朗運動產生的。散射噪聲與電流有著密切的關系。散射噪聲會引入頻率調制的邊帶噪聲。散射噪聲也會隨著調節范圍的增加而增加。熱噪聲的增加有可能超過振蕩器的固有相位噪聲。所以在實際設計中要嚴格控制環路電流，以達到控制散射噪聲的目的。第46頁，共113頁。功率檢測器 功率檢測器是用來將發射機輸出的信號耦合一部分并轉換成電平。將此電平信號送到功放的輸出功率控制模塊作為輸出功率控制的參考。功率檢測器的特性沒有統一的標準，但是為了降低軟件的計算難度和提高控制精度，功率檢測器的功率電平響應特性最好是線性或能用簡單函數表示的函數。原因是在做整機功率矯正時并不是逐個信道進行的，而是只做一些特定信道的矯正

29、，其余信道的矯正參數是根據功率檢測器的響應函數推算出來的，如果功率檢測器的曲線很復雜，就會導致很多頻道的輸出功率不準確。功率檢測器有現成的器件可以采用。但是一般情況下，為了降低成本都采用微帶耦合線來做。微帶耦合線的線性度雖然不是很好，但它的可預測性是可以接受的，而且成本較低，板級處理比較靈活，因而得到了廣泛的應用。第47頁，共113頁。功率控制環路設計 GSM系統為時分多址(TDMA)系統，不同的用戶在時間軸上被分隔開，每個用戶在特定的一個時間間隔(時隙)內接收或發送信息。TDMA系統的該特性極大地提高了頻譜利用率，同時也對移動臺射頻前端的設計提出了極大的挑戰。GSM系統要求移動臺的發射機以突

30、發方式工作，即只在規定的時隙內開機發送信息，而在其它時隙則處于關閉狀態。這種開關工作狀態會使發射頻譜內含有大量的雜散分量，嚴重影響其他用戶。為保證系統容量和互操作性，必須對移動臺發射機的指標提出要求，GSM系統規范對手機發射功率的精度、平坦度、發射頻譜純度以及帶外雜散信號進行了嚴格的規定，對手機射頻功率放大器功率控制環路的設計提出了很高的要求。 第48頁，共113頁。反饋控制環路 實現功率控制的方法較多，比較常用的為輸出功率檢測反饋控制法，該方法直接檢測射頻輸出功率，通過反饋環路實現閉環功率控制。另外一種方法為電流檢測反饋控制法，它檢測末級功放管的電流，再通過反饋環路實現對輸出功率的控制。 在

31、整個環路的設計中，耦合器的選擇及積分器時間常數的確定比較關鍵，前者選擇不當會使耦合信號的幅度超出檢波器工作的動態范圍，而后者決定了環路是否能在規定的時間內完成開機鎖定。 電流檢測反饋控制法的好處是可以節省元器件(耦合器，檢波器及相關外圍器件)，并簡化系統設計。但由于該方法不是直接檢測輸出功率，射頻功放的電流與輸出功率的關系比較復雜，與很多時變因素有關，因此控制精度不及功率檢測法高。 目前，采用耦合器-檢波器的功率檢測法，是最常用也是性能最好、適用范圍最廣的一種功率控制方法。為了保證回路的性能，必須仔細考慮檢波器的動態范圍和熱穩定性、耦合器的選擇、積分器時間常數的選擇，以及加入“粗調”電壓等。

32、第49頁，共113頁。功率控制環路（APC）功率控制環路構成： 功率放大器（Power Amplifier） 功率耦合器（Power Coupler） 功率檢波器（Power Detector） 功率比較、控制器（Power Comparator& Controller ） 這樣構成的環路可以將功率較穩定的控制在我們的設定值上，這個設定值可以隨時間根據需要不斷變化。第50頁，共113頁。功率控制環路構成功率放大器功率耦合器檢波器功率比較控制器PISourcefromVCOCouplingPowerPcPo比較信號用于用戶設定功率值耦合檢波信號差值功率控制信號功率控制環路第51頁，共113頁。功

33、率放大器 功率放大器是GSM手機的最終功率輸出器件。由于便攜機本身的特點，GSM手機的功率放大器不要求很高的線性，但是要求高效率。功率放大器的設計要求主要表現在三個方面：1）效率的要求；2）時間上的干擾要求；3）頻率上的干擾要求。雖然在標準中沒有對效率提出很高的要求，但是由于效率直接和電池的使用時間聯系在一起，在其他條件容許的情況下，一般都盡量的提高效率以延長使用時間。 在TDMA(時分多址)通信系統中，如GSM900、DCS1800和PCS1900中，為了有效地利用頻率資源，都是在時間上把一個載頻劃分成不同的幾個時間段，每個時間段分配給一個手機。在GSM系統中，是將每一個200KHz的載頻劃

34、分為8個時間段(時隙）。為了不干擾其他時隙上的用戶，要確保每個發射機只在自己的時隙上發射，所以要求每個發射機只在自己的時隙到來時開啟，自己的時隙結束時關閉。第52頁，共113頁。功率放大器（Power Amplifier）目前手機用PA一般是厚膜模擬電路制成，它要求將低功率射頻信號線性無失真的放大到一定功率值。它的主要參數有：工作頻率、帶寬最大線性輸出功率（壓縮點）線性放大對輸入功率要求輸入、輸出需要的匹配阻抗工作電源及電壓、電流的要求控制信號的形式及要求噪聲特性等等 功率放大器第53頁，共113頁。 dB & dBm & dBcdB是一個相對值，它是針對一定參考而言的，它通常用于表示衰減或增

35、益的量。 對電壓比： 對功率比：dBm是一個絕對功率值，它是一定功率與一毫瓦的相對值。dBc是一個差值，它表 示兩個功率值的差。 P1P2第54頁，共113頁。 dB & dBm & dBcdB是一個考征功率絕對值的值，計算公式為：10lgP（功率值/1mw）。例1如果發射功率P為1mw，折算為dBm后為0dBm 例2 對于2W的功率，按dBm 單位進行折算后的值應為： 10lg（2W/1mw）=10lg（2000）=10lg2+10lg1000=33dBmdB是一個表征相對值的值，當考慮甲的功率相比于乙功率大或小多少個dB時，按下面計算公式：10lg（甲功率/乙功率） 例3甲功率比乙功率大一

36、倍，那么10lg（甲功率/乙功率）=10lg2=3dB。也就是說，甲的功率比乙的功率大3dB。 例4 通常我們使用GSM900射頻線損耗約為0.5dB。 例5 如果甲的功率為33dBm，乙的功率為27dBm，則可以說甲比乙大6 dB。dBc是一個表示功率相對值的單位，與dB的計算方法完全一樣。一般來說，dBc 是相對于載波（Carrier）功率而言，在許多情況下，用來度量與載波功率的相對值，如用來度量干擾（同頻干擾、互調干擾、交調干擾、帶外干擾等）以及耦合、雜散等的相對量值。 在采用dBc 的地方，原則上也可以使用dB替代。第55頁，共113頁。功放匹配 PA工作在大信號狀態，因此端口一定要匹

37、配，如果端口失配，不僅造成電路性能下降，同時會產生大量的熱能。器件溫度升高常常使器件的性能進一步下降，形成一個惡性循環。故而在功放電路設計中必須保證整個放大器的輸入輸出端得到良好的匹配，同時保證放大器工作在絕對穩定狀態，以防止外部因素的變化而導致功放自激或特性嚴重惡化。射頻電路的匹配同時存在于源端和負載端，所以源端和負載端都要求絕對穩定。當然最簡單的絕對穩定的手段是在響應的匹配網絡加入電阻。但是實踐中并不推薦這樣做。因為阻性器件要消耗功率，而且產生大量熱能。所以在實踐中推薦使用LC器件來進行調節穩定。第56頁，共113頁。PVT模板 由于在發射機開啟和關閉時，會在短時間內產生廣譜干擾。關閉或開

38、啟的時間越短，這個干擾的頻譜越寬。寬頻干擾能對其他信道上的手機產生干擾。為了減小這種干擾，要求發射機的開啟和關閉時間盡量長。但是，每個發射機都有自己的時隙，不可能無限延長開啟和關閉時間。這樣就必須在時間和頻率之間求得一個平衡。為此目的，在GSM標準中，規定了發射機的時隙模板。 實際上，發射模板是可以用軟件來調節的，可以比較方便的調整時域和頻域之間的平衡。并不是發射機的輸出軌跡滿足了模板就可以了，還需要驗證開關頻譜是否在要求范圍之內。常有的情況是：模板符合要求，但開關頻譜并不符合要求。但是POWER RAMP（功率軌跡）是可以用軟件調整的，如果電路設計合理，一般情況下，都可以使兩者符合要求。在實

39、際生產中為了提高效率，只測量常溫下的POWER RAMP和開關頻譜，但是GSM標準要求在高低溫(50-10）都符合要求，這就需要在設計時做好靈敏度設計，使得在常溫下的測試指標限定在一定的范圍之內，就可以保證POWER RAMP在高低溫時都符合要求。第57頁，共113頁。功率耦合器（Power Coupler） 為了達到功率控制，我們需要使用到的功率傳感器就是功率耦合器，一般為Directional Coupler。它的主要參數有： 耦合量（Coupling） 插入損耗（Insertion Loss） 隔離度（Isolation） 方向性（Directivity） 單位（dB） 功率耦合器第58

40、頁，共113頁。功率檢波器（Power Detector）功率檢波器對Coupler的耦合高頻信號進行包絡檢波進而得到一個體現耦合信號幅值大小的檢波電壓。我們采用二極管負包絡檢波電路，后級常為低通積分電路。例如：Coupler 輸出耦合電容Cc檢波二極管D檢波電壓輸出低通積分電路功率檢波器第59頁，共113頁。負包絡檢波的對二極管要求： 檢波二極管D以P極為輸入端 檢波二極管的極電容要求較小的肖特基二極管，若極電容過大，將會使負包絡過多的耦合流失到低，導致檢波效果變差第60頁，共113頁。 功率比較、控制器 Power Comparator&Controller功率比較、控制器的功能： 功率比

41、較器將功率檢波信號與設定功率信號相比較得到一個功率控制信號給功率控制器，由功率控制器產生控制電壓給功率放大器（PA） 該控制環路工作原理如下所述： 功率放大器放大的發射信號被送到天線轉化為高頻的電磁波并發送出去。在功放的輸出端,通過一個取樣電路(一般為微帶線耦合器),取一部分發射信號經高頻整流,得到一個反映發射功率大小的直流電平。這個電平在比較電路中與來自邏輯電路的功率控制參考電平進行比較,輸出一個控制信號去控制功放電路的偏壓或電源,從而達到控制功率的目的。 第61頁，共113頁。二、接收機 GSM的接收機包括天線、LNA、下變頻、解調、解碼和D/A 等。由于現代通訊機的集成度較高，一般從下變

42、頻開始都主要由IC廠家完成。由于現在的GSM手機LNA一般都集成在下變換器內，所以一般情況下，如果選定了下變換器就選定了LNA。則LNA的設計就變成了LNA輸入電路的設計。影響靈敏度的主要因素有二：1）從天線到LNA輸入電路的信號衰減；2）從天線到LNA輸入電路的引入噪聲。如果中頻和基帶是理想的變換器，則前端信號的衰減不會影響靈敏度。但是任何一個實際的系統都是非理想的，所以前端信號過大的衰減都會降低靈敏度。降低前端對信號的衰減需要做電平匹配。而減小前端的引入噪聲需要做噪聲匹配。在絕大多數情況下，電平匹配點和噪聲匹配點不是同一個點。它們有各自獨立的響應函數，所以要在這兩項指標之間尋求到一個平衡點

43、。具體插入損耗多大，引入噪聲優化到什么程度才可以接受，決定于系統設計。第62頁，共113頁。接收靈敏度 接收靈敏度是指在確保誤比特率（BER）不超過某一特定值的情況下，在用戶終端天線端口測得的最小接收功率。 提高接收機靈敏度可以從兩個方面著手，一是降低系統噪聲系數，另一個是使噪聲門限盡可能的小。 為了獲得較高的接收機靈敏度一方面可以從降低低噪放的噪聲系數上考慮，另一方面提高本地振蕩器頻率精度對改善系統的靈敏度也是很重要的。第63頁，共113頁。接收電路主要元器件介紹1、天線、匹配網絡、射頻連接器：天線：作用是將高頻電磁波轉化為高頻信號電流。天線匹配網絡：主要是完成主板與天線之間的功率匹配，以使

44、天線的效率盡可能高。射頻連接器：又叫同軸連接器或射頻開關，作用主要是為手機的測試提供端口。其內部是簧片的接觸結構，相當于一個機械開關，通常狀態下開關處于閉合狀態，當射頻線探頭插入射頻連接器時，簧片一端將與主板的天線 通路斷開，而與射頻線探頭接觸，此時手機與測試儀器之間就通過射頻連接器與射頻線進行信號的傳輸。第64頁，共113頁。衰減網絡（Attenuation）為了達到系統中對輸入輸出功率要求高的部分的功率適配，我們通常在輸出端到輸入端之間加上功率衰減網絡通常衰減網絡形式有：T型、 型衰減網絡的作用衰減網絡主要是為了使輸出功率符合下級輸入功率的要求利用衰減網絡可以提高系統的信噪比利用50歐姆衰

45、減網絡可以緩和前級與后級的阻抗變化 第65頁，共113頁。匹配網絡（Matching）匹配的定義：后級輸入阻抗與前級輸出阻抗共扼匹配網絡的類型： L型 T型 型阻抗匹配的作用:1.在傳輸中獲得最大的功率或效率;2.保證系統具有正確傳輸特性;3.提高信噪比(降低噪聲系數);4.減少由于反射引起的信號失真;5.確保電路穩定;6.為各模塊之間提供方便、可靠的連接。第66頁，共113頁。天線開關 天線開關：作用將接收射頻信號和發射射頻信號分離，以防止強的發射信號對接收機造成影響。 由于GSM手機使用TDMA的技術，接收機與發射機間歇工作，天線開關在邏輯電路的控制下，在適當的時隙內接向接收機或發射機通道

46、。第67頁，共113頁。通用濾波網絡濾波器是抑制除特定帶寬以外信號及噪聲的裝置。主要有兩點作用：.篩選有用信號，抑制干擾，即信號分離作用。.實現阻抗匹配，以獲得較大的傳輸功率，即阻抗變換作用。按照不同標準它可分為： 低通、高通、帶通、帶阻濾波器； 一階、二階、高階濾波器； 無源濾波器、有源濾波器 以下我們以單階無源濾波器為例做一些簡介第68頁，共113頁。3dB3dBRRLLCCUUfffHfL單階無源低通（LP） 單階無源高通（HP）高頻截止頻率fH與L、C參數有關低頻截止頻率fL與L、C參數有關單階無源濾波器第69頁，共113頁。濾波特性低通濾波器的3dB衰減點的頻率為高頻截止頻率fH，它

47、截止的斜率與其階數相關高通濾波器的3dB衰減點的頻率為低頻截止頻率fL ，它截止的斜率與其階數相關如果將低通濾波器和高通濾波器串聯，而且 fH fL 就能構成帶通濾波器，其通頻帶為 fL fH。如果將低通濾波器和高通濾波器并聯，而且 fH fL 就能構成帶阻濾波器，其阻頻帶為 fH fL。第70頁，共113頁。電源濾波去耦網絡對于射頻電路而言，電源穩定有特別重要的意義，不僅它自身不穩定會影響電路性能，而且各用電單元也會以電源為途徑互相傳遞干擾造成很大的不穩定因數，去耦即去除電源與用電單元之間的交流耦合。實際電路中電源去耦電路無論在電源輸出端還是在用電輸入端都需要，而且去耦電路離用電模塊越近達到

48、的去耦效果越好。我們一般希望電源供電除了開/關時間以外是直流穩定的，不希望它的端電壓出現紋波、抖動、跳變等不穩定因數存在，電源去耦網絡正是為這些交流成分提供了短路到地的通路。去耦電阻、去耦電容及去耦電感構成的低通網絡為電源的交流成分提供一個到地的通路，它們的參數與電源提供的電流量、需要特別濾除的頻率成分等相關。第71頁，共113頁。電源濾波去耦網絡基本構成電源去耦低通濾波網絡如右圖： 圖上元件不要求全部具備，去耦電阻 及去耦電感有時就可不用。去耦電阻R在電路中將緩和電源上升、下 降沿的速度，從而抑制高頻噪聲的形成；去耦電感L在回路中必然阻礙高頻交流成分 達到隔離效果；有時，我們還使用扼流磁珠

49、來獲得更強的隔離效果。 去耦電容由C1、C2并聯分別承擔低頻、高頻 交流成分濾波的任務。電解電容C1一般容量 較大在低頻時能提供好的通路，而在高頻時由于其寄生電感的存在阻抗將變大無法提供濾波通路； 陶瓷電容C2由于其容量一般較小，所以在低頻時阻抗較大無法提供濾波通路，而在高頻時阻抗變小則會有很好的濾波特性； 這樣可以看出C1、C2的濾波特性是互補的，需要同時利用才能得到較寬頻的有效濾波范圍。當然，如果需要更寬的濾波頻段還可用更多不同類型的電容并聯得到。第72頁，共113頁。聲表面濾波器（SAW） 在手機中，接受信號從天線開關到接收處理電路之間采用聲表面濾波器（SAW）聲表面濾波器（SAW）可以

50、提供較寬的通頻帶、較低的損耗，此外有的SAW器件還集成有將非平衡信號轉換為平衡信號的功能。聲表面濾波器是一個帶通濾波器，只允許接收頻段的射頻信號進入接收機電路，其它頻段的信號將會得到抑制。 第73頁，共113頁。低噪聲放大器(LNA)低噪聲放大器(LNA): 作用是將天線接收到的微弱的射頻信號進行放大，以滿足混頻器對輸入信號幅度的需要，提高接收機的信噪比。低噪聲放大器通常又稱前置射頻放大器，是移動通信接收機最常用的一種小信號放大器，由于此類放大器常用低噪聲器件來實現，故又稱為低噪聲放大器。如果低噪聲放大器損壞，通常會造成手機接收信號差的故障；維修時如果手機在信號強度-60dBm以上RX電平合格

51、，而在-60dBm以下卻不合格的情況下，則先查LNA電路。第74頁，共113頁。混頻器(MIX)混頻器(MIX):是一個頻譜搬移電路，它將包含接收信息的射頻信號轉化為一個固定頻率的包含接收信息的中頻信號。它是接收機的核心電路。混頻電路又叫混頻器（MIX）是利用半導體器件的非線性特性，將兩個或多個信號混合，取其差頻或和頻，得到所需要的頻率信號。在手機電路中，混頻器有兩個輸入信號(一個為輸入信號，另一個為本機振蕩)，一個輸出信號（其輸出被稱為中頻IF）。當混頻器的輸出為射頻信號頻率與本振信號之和，且比信號頻率高時，所用的混頻器被稱為上邊帶上變頻；當混頻器的輸出信號為信號頻率與本振信號之差，且比信號

52、頻率高時，所用的變頻器被稱為下邊帶上變頻。在接收機電路中的混頻器是下變頻器，即混頻器輸出的信號頻率比輸入信號頻率低；在發射機電路中的混頻器通常用于發射上變頻，它將發射中頻信號與UHFVCO(或RXVCO)信號進行混頻，得到最終發射信號。第75頁，共113頁。中頻放大器 接收機的中頻放大器主要是將混頻器輸出的信號進行大幅度提升,以滿足解調電路的需要。接收機的主要增益也來自中頻放大器，中頻放大器損壞常會造成手機接收差的故障。 中頻放大器最主要的作用是： 獲取高增益：與射頻放大部分相比,由于中頻頻率固定,并且頻率較低,可以很容易地得到較高的增益,因而可以為下一級提供足夠大的輸人。 提高選擇性：接收機

53、的鄰近頻率選擇性一般由中頻放大器的通頻帶寬度決定。 對于中頻放大器,不僅需要得到高的增益、好的選擇性,還要有足夠寬的通頻帶和良好的頻率響應、大的動態范圍等。 中頻放大器的電路形式與低噪聲放大器的電路形式差別不大，但它們工作的頻段不同，低噪聲放大器是一個寬帶放大器，而中頻放大器是一個窄帶放大器。第76頁，共113頁。射頻校準原理和設置RXLEV校準 接收機RXLEV校準主要是校準Transceiver內部中頻放大器PGA的增益設置，以抵消接收機前端無源器件（包括天線開關和Saw filter）的路徑損耗，讓手機向基站匯報的接收電平為手機天線端實際接收到的RXLEV，MTK平臺對接收電平RXLEV

54、的校準叫做 RX PATH LOSS校準。校準時對整個頻段分成若干頻率區間段進行，如下：GSM900 Sub band, RX lossMax ARFCN=15,30,45,60,75,90,105,124,975,1000,1023,-1RX loss=1.500,1.375,1.625,1.875,1.875,1.875,2.000,2.000,2.250,1.625,1.500,0.0000DCS1800 Sub band, RX lossMax ARFCN=550,590,620,650,680,710,740,770,810,850,885,-1RX loss=0.750,0.750

55、,0.625,0.500,0.500,0.625,0.875,1.000,1.375,1.875,1.625,0.0000指定每個校準頻率區間的最高信道號每各頻率區間對應的 RX loss第77頁，共113頁。三、頻率合成器（Frequency Synthesizer） 將一個或多個基準頻率信號變換為另一個或多個所需頻率信號的技術稱為頻率合成，或頻率綜合技術。移動電話通常使用的是帶鎖相環（PLL）的頻率合成器，原理框圖見下：第78頁，共113頁。頻率合成器頻率合成器的基本功能是產生精度非常高的頻率。在手機電路中,一個頻率合成系統通常包含幾個頻率合成環路：接收VCO頻率合成環路、接收中頻VCO頻

56、率合成環路、發射中頻VCO頻率合成環路等。 頻率合成環路包含5個基本的功能電路：參考振蕩；鑒相器；低通濾波器；壓控振蕩器；分頻器。 在移動電話的頻率合成器中,其三個控制信號SYNDAT(頻率合成器數據信號)、SYNCLK(頻率合成器時鐘信號)及SYN EN(頻率合成器允許/禁止)均來自于邏輯電路。第79頁，共113頁。參考振蕩器參考振蕩器：在頻率合成乃至在整個手機電路中都是很重要的。在手機電路中，特別是GSM 手機中，這個參考振蕩器被稱為基準頻率時鐘電路，它不但給頻率合成環路提供參考信號，還給手機的邏輯電路提供信號，如該電路出現故障，手機將不能開機。手機電路中的參考振蕩都使用晶體振蕩電路，而且

57、，大多數手機中使用的是一個基準頻率時鐘VCO 組件。第80頁，共113頁。基準頻率時鐘電路 在GSM手機中,這個組件輸出頻率是13 MHz/26MHz,有時它被稱為13MHz/26MHz晶體。事實上它是一個VCO組件, 13MHz/26MHz晶體及VCO電路中的晶體管及變容二極管等器件被封裝在一個頻率罩內。13MHz/26MHz振蕩電路受邏輯電路提供的AFC(自動頻率控制)信號控制。由于GSM手機采用時分多址(TDMA)技術,以不同的時間段(Slot,時隙)來區分用戶,故手機與系統保持時間同步就顯得非常重要。若手機時鐘與系統時鐘不同步,則會導致手機不能與系統進行正常的通信。在GSM系統中,有一

58、個公共的廣播控制信道(BCCH),它包含頻率校正信息與同步信息等。手機一開機,就會在邏輯電路的控制下掃描這個信道,從中獲取同步與頻率校正信息，如手機系統檢測到手機的時鐘與系統不同步,手機邏輯電路就會輸出AFC信號。AFC信號改變13MHz/26MHz電路中變容二極管兩端的反偏壓,使變容二極管的結電容變化，從而使該VCO電路的輸出頻率發生變化,進而保證手機與系統同步。 第81頁，共113頁。鎖相環（PLL）鎖相環是一個相位負反饋控制系統 鎖相環應用于濾波、頻率綜合、調制解調、信號與檢測等多個方面。鎖相環的特性 :1.調制跟蹤特性 2.載波跟蹤特性 3.低門限特性鎖相環四個基本構成元素基本構成電路

59、分析鎖相環在手機中應用舉例 第82頁，共113頁。鎖相環四個基本構成元素鑒相器（PD）鑒頻器（FD）鑒相鑒頻（PFD）： PD/FD/PFD是一個相位/頻率比較裝置，用來檢測輸入信 號與反饋信號之間的相位/頻率差 環路濾波器Loop Filter（LP）： LP一般為N階低通濾波器 電壓控制振蕩器（VCO）： VCO是一個電壓-頻率變換裝置 ，輸出振蕩頻率應隨輸 入控制電壓線性地變化 參考信號源（Reference signal source）： 參考信號源提供與反饋信號鑒相鑒頻用的對比輸入信號第83頁，共113頁。基本構成電路分析鑒相器（Phase Detector） 鑒相器的主要作用:檢測

60、輸入信號與反饋信號之間的相位差。電荷泵環路低通濾波器 電荷泵的的作用主要是：給鎖相環路提供理想恒定的電流源，保持良好的線性關系，使得頻率范圍易于控制 ；環路低通濾波器（LPF）由PFD的輸出信號需經過低通濾波器再去控制VCO。一般采用電阻、電容構成積分形式的低通濾波器，它可以為單階或多階濾波器。它的通頻帶由電阻、電容參數決定，它的截止速度取決于其階數。壓控振蕩器（Voltage Controlled Oscillator） 壓控振蕩器一般是由變容二極管為主構成的諧振回路： 諧振回路的中心頻率由其回路的等效L、C特性決定： 變容二極管的等效電容量由加在其兩端的電壓控制，這樣通過電壓的變化就能轉換