在当今数字化时代,智能手机已经成为人们生活中不可或缺的一部分。它不仅是我们沟通交流的工具,更是集娱乐、办公、学习等多种功能于一体的智能设备。而在智能手机的众多组成部分中,射频电路起着至关重要的作用,它就像是手机的 “神经系统”,负责着无线信号的接收和发射,直接影响着手机的通信质量和性能。为了让大家能更好地了解智能手机的工作原理,尤其是对于那些对手机技术感兴趣的爱好者和专业人士来说,深入学习射频电路的知识就显得尤为重要。接下来,我们将详细分析智能手机射频电路中的射频接收电路、射频发射电路以及频率合成器电路,这对于我们理解 2G、3G、4G、5G 手机的射频电路有着重要的指导意义。
先来看手机的射频接收电路,它的主要任务是对接收的射频信号进行一系列处理,最终还原出我们能够听到的声音信号。当手机的天线接收到无线信号后,这些信号首先会经过天线匹配电路和接收滤波电路进行滤波,去除其中的干扰信号,然后再通过低噪声放大器(LNA)进行放大。放大后的信号会再次经过接收滤波,之后被送到混频器(MIX)中,在这里与来自本机振荡电路的压控振荡信号进行混频,从而得到接收中频信号。接收中频信号经过中频放大后,会在解调器中进行正交解调,进而得到接收基带(RX I/Q)信号。而接收基带信号在基带电路中还需要经过 GMSK 解调、去交织、解密、信道解码等一系列处理,最后再进行 PCM 解码,这样就能够还原为模拟语音信号,推动听筒,我们就能听到对方讲话的声音了。
手机的接收机有三种基本框架结构,分别是超外差式接收机、零中频接收机和低中频接收机。超外差式接收机将接收到的射频信号转换成固定的中频,其主要增益来自稳定的中频放大器,解决了高频选频放大器难以实现统一调谐和高增益稳定放大的问题。超外差式接收机又分为超外差一次混频接收机和超外差二次混频接收机,二次混频接收机相比一次混频接收机多了一个混频器及一个 VCO(在一些电路中被叫作 IFVCO 或 VHFVCO),并且若 RX I/Q 解调是锁相解调,解调用的参考信号通常来自基准频率信号。零中频接收机是集成度最高的一种接收机,由于其体积小、成本低,在目前的智能手机中应用非常广泛。它没有中频电路,直接解调出 I/Q 信号,只有收发共用的调制解调载波信号振荡器(SHF VCO),其振荡频率在收发时是不同的。低中频接收机又被称为近零中频接收机,它具有零中频接收机类似的优点,同时还避免了零中频接收机因直流偏移导致的低频噪声问题,其电路结构有点类似超外差一次混频接收机。
再说说手机的射频发射电路,它的主要功能是对发射的射频信号进行调制、发射变换、功率放大,并通过天线发射出去。当我们对着麦克风讲话时,麦克风会将声音转化为模拟电信号,这个信号经过 PCM 编码后会转化为数字信号,接着在逻辑音频电路中进行数字语音处理,包括话音编码、信道编码、交织、加密、突发脉冲形成以及 TX I/Q 分离等步骤。分离后的四路 TX I/Q 信号会被送到发射中频电路完成 I/Q 调制,该信号会与频率合成器的接收本振 RX VCO 和发射本振 TX VCO 的差频进行比较(也就是混频后经过鉴相),得到一个包含发射数据的脉动直流信号,这个信号会去控制发射本振的输出频率,最终经过功率放大后的信号从天线发射出去。
手机射频发射电路同样有三种基本框架结构,分别是带有发射变换电路的射频发射电路、带发射上变频电路的射频发射电路以及直接调制射频发射电路。
智能手机的射频电路是一个复杂而又精密的系统,射频接收电路和射频发射电路各自承担着重要的任务,并且有着不同的结构和工作原理。通过对它们的详细分析,我们能够更深入地理解智能手机是如何实现无线通信的。无论是对于手机技术的爱好者,还是从事相关行业的专业人士,掌握这些知识都有助于我们更好地使用、维护和开发智能手机。相信随着技术的不断发展,智能手机的射频电路也会不断完善和创新,为我们带来更加优质的通信体验。