射频工程师带你一文了解射频芯片(上)

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射频:一般是信息发送和接收的部分;

基带:一般是信息处理的部分;

电源管理:一般是节电的部分,由于手机是能源有限的设备,所以电源管理十分重要;

外设:一般包括LCD,键盘,机壳等;

软件:一般包括系统、驱动、中间件、应用。

在手机终端中,最重要的核心就是射频芯片和基带芯片。射频芯片负责射频收发、频率合成、功率放大;基带芯片负责信号处理和协议处理。那么射频芯片和基带芯片是什么关系?

射频芯片和基带芯片的关系

射频(Radio Frenquency)和基带(Base Band)皆来自英文直译。其中射频最早的应用就是Radio——无线广播(FM/AM),迄今为止这仍是射频技术乃至无线电领域最经典的应用。

基带则是band中心点在0Hz的信号,所以基带就是最基础的信号。有人也把基带叫做“未调制信号”,曾经这个概念是对的,例如AM为调制信号(无需调制,接收后即可通过发声元器件读取内容)。

但对于现代通信领域而言,基带信号通常都是指经过数字调制的,频谱中心点在0Hz的信号。而且没有明确的概念表明基带必须是模拟或者数字的,这完全看具体的实现机制。

言归正传,基带芯片可以认为是包括调制解调器,但不止于调制解调器,还包括信道编解码、信源编解码,以及一些信令处理。而射频芯片,则可看做是最简单的基带调制信号的上变频和下变频。

所谓调制,就是把需要传输的信号,通过一定的规则调制到载波上面让后通过无线收发器(RF Transceiver)发送出去的工程,解调就是相反的过程。

工作原理与电路分析

射频简称RF射频就是射频电流,是一种高频交流变化电磁波,为是Radio Frequency的缩写,表示可以辐射到空间的电磁频率,频率范围在300KHz~300GHz之间。每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流,大于10000次的称为高频电流,而射频就是这样一种高频电流。高频(大于10K);射频(300K-300G)是高频的较高频段;微波频段(300M-300G)又是射频的较高频段。射频技术在无线通信领域中被广泛使用,有线电视系统就是采用射频传输方式。

射频芯片指的就是将无线电信号通信转换成一定的无线电信号波形, 并通过天线谐振发送出去的一个电子元器件,它包括功率放大器、低噪声放大器和天线开关。射频芯片架构包括接收通道和发射通道两大部分。

 

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射频电路方框图

接收电路的结构和工作原理

接收时,天线把基站发送来电磁波转为微弱交流电流信号经滤波,高频放大后,送入中频内进行解调,得到接收基带信息(RXI-P、RXI-N、RXQ-P、RXQ-N);送到逻辑音频电路进一步处理。

该电路掌握重点:1、接收电路结构;2、各元件的功能与作用;3、接收信号流程。

1.电路结构

接收电路由天线、天线开关、滤波器、高放管(低噪声放大器)、中频集成块(接收解调器)等电路组成。早期手机有一级、二级混频电路,其目的把接收频率降低后再解调(如下图)。

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接收电路方框图


2.各元件的功能与作用

1)、手机天线:

结构:(如下图)

由手机天线分外置和内置天线两种;由天线座、螺线管、塑料封套组成。

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作用:a)、接收时把基站发送来电磁波转为微弱交流电流信号。b)、发射时把功放放大后的交流电流转化为电磁波信号。

2)、天线开关:

结构:(如下图)

手机天线开关(合路器、双工滤波器)由四个电子开关构成。

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作用:a)、完成接收和发射切换; b)、完成900M/1800M信号接收切换。

逻辑电路根据手机工作状态分别送出控制信号(GSM-RX-EN;DCS- RX-EN;GSM-TX-EN;DCS- TX-EN),令各自通路导通,使接收和发射信号各走其道,互不干扰。

由于手机工作时接收和发射不能同时在一个时隙工作(即接收时不发射,发射时不接收)。因此后期新型手机把接收通路的两开关去掉,只留两个发射转换开关;接收切换任务交由高放管完成。

3)、滤波器:

结构:手机中有高频滤波器、中频滤波器。

作用:滤除其他无用信号,得到纯正接收信号。后期新型手机都为零中频手机;因此,手机中再没有中频滤波器。

4)、高放管(高频放大管、低噪声放大器):

结构:手机中高放管有两个:900M高放管、1800M高放管。都是三极管共发射极放大电路;后期新型手机把高放管集成在中频内部。

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高频放大管供电图


作用:a)、对天线感应到微弱电流进行放大,满足后级电路对信号幅度的需求。b)、完成900M/1800M接收信号切换。

原理:a)、供电:900M/1800M两个高放管的基极偏压共用一路,由中频同时路提供;而两管的集电极的偏压由中频CPU根据手机的接收状态命令中频分两路送出;其目的完成900M/1800M接收信号切换。

原理:b)、经过滤波器滤除其他杂波得到纯正935M-960M的接收信号由电容器耦合后送入相应的高放管放大后经电容器耦合送入中频进行后一级处理。

5)、中频(射频接囗、射频信号处理器):

结构:由接收解调器、发射调制器、发射鉴相器等电路组成;新型手机还把高放管、频率合成、26M振荡及分频电路也集成在内部(如下图)。

 

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作用:

a)、内部高放管把天线感应到微弱电流进行放大;

b)、接收时把935M-960M(GSM)的接收载频信号(带对方信息)与本振信号(不带信息)进行解调,得到67.707KHZ的接收基带信息;

c)、发射时把逻辑电路处理过的发射信息与本振信号调制成发射中频;

d)、结合13M/26M晶体产生13M时钟(参考时钟电路);

e)、根据CPU送来参考信号,产生符合手机工作信道的本振信号。

3.接收信号流程

手机接收时,天线把基站发送来电磁波转为微弱交流电流信号,经过天线开关接收通路,送高频滤波器滤除其它无用杂波,得到纯正935M-960M(GSM)的接收信号,由电容器耦合送入中频内部相应的高放管放大后,送入解调器与本振信号(不带信息)进行解调,得到67.707KHZ的接收基带信息(RXI-P、RXI-N、RXQ-P、RXQ-N);送到逻辑音频电路进一步处理。
 

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