基带,功放,天线开关,滤波器,功放等射频电路原理手机维修教程

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手机射频电路是手机之中的重中之重,没有射频电路手机就不能称为手机,手机无服务,无信号,信号差,无sim卡都是比较常见的故障,了解射频电路将有助于每个手机维修师傅解决故障。本篇手机维修教程射频电路原理组成将带大家大致了解下射频电路。

 手机射频电路的组成

常见手机射频电路由接收、发射、本振电路三大电路模块组成。负责信号的接收和发射以及信号的调制解调。早期手机通过超外差变频(详情可百度,手机有一级、二级混频和一本、二本振电路)后解调出接收基带信息。新型手机则直接解调出接收基带信息(零中频)。更有些手机则把频合、接收压控振荡器(RX—VCO)也都集成在中频内部。  下图为射频电路组成原理框图,现在所说的看不懂不要紧,框图中各个部分内容在文章后面会一一讲解。

手机维修教程之射频电路原理框图

 (射频电路)

在这里小编针对不了解频率和调制解调具体含义手机维修师傅做一个直观的类比:

频率:就是一秒钟信号振动的次数,调制:就是对信号附加上一个固定频率的信号,解调:就是对一个已经附加过信息的信号进行解析。这里打个比方,就比如我们两个人在一起拍手,假如一个人一秒钟拍手拍了5次,那么我们就说拍手频率是5HZ(赫兹),假如这个人一秒钟拍了1024次那么就是1KHZ,上图中900M就对应的是900*1024*1024次。1M=1024K=1024*1024;我们继续回过来看,假如这两个人拍手有个约定就是拍5次就表示让另一个人打开一起搞机网。当第一个人拍了5次手,那么当第二个人听到拍了5次手后,第二个人就知道第一个人在下打开网站的命令。我们就说这个过程为解调,把一个频率解调出有用的信息。当我们约定拍4次手表示关闭一起搞机网,那么这个约定拍四次手就称为调制。把一个信号调制成一个有固定协议的信息。

一、信号接收电路的结构和工作原理:

在接收信号时,手机天线把基站发送来电磁波先转为微弱交流电流信号,然后经滤波器滤波,去除杂质信号,然后经过高频放大后,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),之后送到逻辑音频电路进一步处理。

1.1信号接收电路基本结构组成

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

手机维修教程之射频电路原理2

 (接收电路方框图)

1.2各元件的功能。

手机天线:

手机天线分外置和内置两种,目前常见的手机天线都是内置天线,内置天线通常在手机的后壳上或者中框四周,由主板上触点接触。

作用及检修方法:天线在接收信号后把电磁波转化为微弱交流电信号,在发射时把交流电信号转化为电磁波信号。当手机信号差或者无服务时首先应检测是否是天线引起,检测方法为用长镊子直接接触天线触点,观察信号是否恢复正常,恢复正常就是天线坏或者天线接触不良。

 

天线开关:

手机天线开关由几个电子开关构成。通常集成为一个小元件,靠近天线附近摆放。

手机维修视频教程天线开关

左图一、右图二

其主要作用:

1、完成信号的接收发射切换;(发射接收是不能同时进行的,所以要切换)

2、完成900M/1800M信号接收切换(900和1800都是2G信号频段,语音信号加载在这两个频段上)。

手机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),天线开关根据指令导通相应线路,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)。因此现在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如上右图2。在维修中信号差,或者无服务,信号跳水等,在排除天线的问题后,应该首先检查是否是天线开关引起。天线开关损坏后导致信号无法切换或者信号中断、信号相互干扰,从而导致信号跳水,信号弱或者无信号。检测天线开关好坏方法为在接收发射端和天线开关相连侧安装10cm左右长度的铜丝或者焊锡丝作为临时的假天线,然后观测信号,如果信号恢复正常则表示天线开关损坏,更换即可。

手机维修教程射频电路原理3

滤波器:

手机中有高频滤波器、中频滤波器。

其主要作用:滤除其他无用信号,得到纯正接收信号。现在新款手机中基本没有中频滤波器。检测方法也是前面提到的假天线法。

高放管(高频放大管、低噪声放大器):

结构:手机GSM电路中高放管有两个:900M高放管、1800M高放管。现在手机通常把高放管集成在中频内部。

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。

中频(射频接囗、射频信号处理器):

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)。

中频原理框图

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(后述)。

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(后述)。

1.3手机接收信号流程原理。(参照零中频手机)

手机接收信号时,天线把基站发送来电磁波转为微弱交流电信号,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。

二、发射电路的结构和工作原理:

发射时,把逻辑电路处理过的发射基带信息调制成的发射中频,用TX-VCO(压控震荡器)把发射中频信号频率上变为890M-915M(GSM)的频率信号。经功放放大后由天线转为电磁波辐射出去。

2.1手机发射电路结构组成。

发射电路由中频内部的发射调制器、发射鉴相器;发射压控振荡器(TX-VCO)、功率放大器(功放)、功率控制器(功控)、发射互感器等电路组成。(如下图)

手机发射电路原理

2.2各元件的功能与作用。

发射调制器:

发射时把逻辑电路处理过的发射基带信息(TXI-P;TXI-N;TXQ-P;TXQ-N)与本振信号调制成发射中频信号。

发射压控振荡器(TX-VCO):

发射压控振荡器是由电压控制输出频率的电容三点式振荡电路;在生产制造时集成为一小电路板上,引出五个脚:供电脚、接地脚、输出脚、控制脚、900M/1800M频段切换脚。当有合适工作电压后便振荡产生相应频率信号。

作用:把中频内调制器调制成的发射中频信号转为基站能接收的890M-915M(GSM)的频率信号从而使基带能够识别并接收。

当发射时,电源部分送出3V 电压使TX-VCO工作,产生890M-915M(GSM)的频率信号分两路走:a)、取样送回中频内部,与本振信号混频产生一个与发射中频相等的发射鉴频信号,送入鉴相器中与发射中频进行比较;若TX-VCO振荡出频率不符合手机的工作信道,则鉴相器会产生1-4V跳变电压(带有交流发射信息的直流电压)去控制TX-VCO内部变容二极管的电容量,达到调整频率准确性目的。b)、送入功放经放大后由天线转为电磁波辐射出去。

由TX-VCO产生频率到取样送回中频内部,再产生电压去控制TX-VCO工作;刚好形成一个闭合环路,且是控制频率相位的,因此该电路也称发射锁相环电路。

功率放大器(功放PA)

结构:目前手机的功放为双频功放(900M功放和1800M功放集成一体),分黑胶功放和铁壳功放两种;不同型号功放不能互换。

作用:把TX-VCO振荡出频率信号放大,获得足够功率电流,经天线转化为电磁波辐射出去。功放放大的是发射频率信号的幅值也就是信号强度,不能放大频率。

功率放大器的工作条件:

a)、工作电压(VCC):手机功放供电由电池直接提供(3.7V)。所以当功放损坏对地短路时,手机会有稳压电源夹电直接短路的现象。功放损坏也有导致不开机的可能------供电。

b)、接地端(GND):使电流形成回路----接地。

c)、双频切换信号(BANDSEL):控制功放工作于900M或工作于1800M-----控制信号。

d)、功率控制信号(PAC):控制功放的放大量(工作电流)---控制信号。

e)、输入信号(IN);输出信号(OUT)------输入输出。

上面可以看出此元件也是有输入输出,供电,控制,所以检修方法可以参考之前讲过的电路基本原理来检修。

发射互感器:

结构:两个线径和匝数相等的线圈相互靠近,利用互感原理组成。

作用:把功放发射功率电流取样送入功控,起到一个反馈作用。

原理:当发射时功放发射功率电流经过发射互感器时,在其次级感应产生与功率电流同样大小的电流,经检波(高频整流)后并送入功控。

功率等级信号:

所谓功率等级就是工程师们在手机编程时把接收信号分为八个等级,每个接收等级对应一级发射功率(如下表),手机在工作时,CPU根据接的信号强度来判断手机与基站距离远近,送出适当的发射等级信号,从而来决定功放的放大量(即接收强时,发射就弱)。由下图可以看出,信号为0时发射功率最大,这也就是为什么信号弱时,费电就快的原因。同时在手机夹电开机时,由于手机开始搜网,发射功率加大,耗电增多,所以电流表上会有一个电流跳变。

功率等级表:射频电路原理发射强度等级

功率控制器(功控):

就是一个运算比较放大器。

作用:把发射功率电流取样信号和功率等级信号进行比较,得到一个合适电压信号去控制功放的放大量。

原理:当发射时功率电流经过发射互感器时,在其次级感生(感应生成,下同)的电流,经检波(高频整流)后并送入功控;同时编程时预设功率等级信号也送入功控;两个信号在内部比较后产生一个电压信号去控制功放的放大量,使功放工作电流适中,既省电又能长功放使用寿命(功控电压高,功放功率就大)。

2.3手机发射信号流程。

当发射信号时,逻辑电路处理过的发射基带信息(TXI-P;TXI-N;TXQ-P;TXQ-N),送入中频内部的发射调制器,与本振信号调制成发射中频。而中频信号基站是无法识别无法接收的,要用TX-VCO压控振荡器把发射中频信号频率上升为890M-915M(GSM)的频率信号基站才能接收。当TX-VCO工作后,产生890M-915M(GSM)的频率信号分两路走:

a)、一路取样送回中频内部,与本振信号混频产生一个与发射中频相等的发射鉴频信号,送入鉴相器中与发射中频进行较;若TX-VCO振荡出频率不符合手机的工作信道,则鉴相器会产生一个1-4V跳变电压去控制TX-VCO内部变容二极管的电容量,达到调整频率目的。

b)、二路送入功放经放大后由天线转化为电磁波辐射出去。为了控制功放放大量,当发射时功率电流经过发射互感器时,在其次级感生的电流,经检波(高频整流)后并送入功控;同时编程时预设功率等级信号也送入功控;两个信号在内部比较后产生一个电压信号去控制功放的放大量,使功放工作电流适中,既省电又能长功放使用寿命。

三、本振电路的结构和工作原理:(本机振荡电路、锁相环电路、频率合成电路)

该电路产生四段不带任何信息的本振频率信号(GSM-RX;GSM-TX;DCS-RX;DCS-TX,简单的就可以理解为本:自己,振:振动,连到一起就是自己振自己的,就好比时间一样,不管你的表怎么样,时间依然按照自己本性走);送入中频内部,接收时对接收信号进行解调;发射时对发射基带信息进行调制和发射鉴相。

手机本振电路有常见的电路结构:

a)、由频率合成集成块、接收压控振荡器(RX-VCO)、13M基准时钟、预设频率参考数据(SYN-DAT;SYN-CLK;SYN-RST;SIN-EN),组成(早期手机多用)。

射频电路本振电路框图

 

b)、把频率合成集成块、接收压控振荡器(RX-VCO)集成在中频内部(新型机多用)。

射频电路原理中频IC框图

现在集成度越来越高,基本都集中到中频IC中,其工作原理,产生的频率信号的走向和作用都和早期电路组成工作原理一样,只是组成形式不同。

各元件的功能与作用。

接收压控振荡器(RX-VCO):

与TX-VCO的结构和工作原理一样;与TX-VCO不同的是:TX-VCO产生两个频率段,只参与发射;而RX-VCO产生四个频率段,既参与接收又参与发射;两个VCO不能互换。

频率合成集成块:

为一个比较运算放大器;把RX-VCO产生频率取样信号、预设频率参考数据在内部进行比较,并以13M基准时钟为参考,产生1-4V跳变电压(纯直流电压)去控制RX-VCO振荡出准确本振频率目的。

预设频率参考数据:

即工程师在设计手机时,根据手机在不同信道(GSM手机为124个)上工作时所需要的本振频率标准预先设定好,列成数据表;并寄存在字库内。即CPU送出的频合时钟(SYN-CLK);频合数据(SYN-DAT);频合复位(SYN-RST);频合启动(SIN-EN)。

本振电路工作原理:

手机正常开机后,电源部分送出频合电源使本振电路工作,此时RX-VCO振荡出本振频率信号分两路走:

1)、把本振频率取样送入频率合成集成块内,与预设频率参考数据在内部进行比较;并以13M基准时钟为参考,产生1-4V跳变电压,去控制RX-VCO内部变容二极管的电容量,调整输出频率,使RX-VCO振荡出符合手机工作信道所需的本振频率(俗称微调)。

2)、本振频率送入中频内部,经分频后又分三路:

a)、接收时本振频率送入接收解调器对接收信号进行解调(即本振频率与接收频率这两个大小相等,相位相反频率信号进行搬移和抵消;剩余对方送来的信息)。

b)、发射时本振频率送入发射调制器,对逻辑电路送来的发射基带信息(TXI-P;TXI-N;TXQ-P;TXQ-N),调制发射中频(即把发射信息叠加在本振频率上)。

C)、发射时,把TX-VCO产生频率取样送回中频内部,与本振频率混频,产生一个与发射中频频率相等的发射鉴频信号。

900M/1800M本振频率转换由CPU送出双频功换信号(BANDSEL)来控制(俗称粗调)。

从上看出:由RX-VCO产生频率到取送入频率合成集成块内部,再产生电压去控制RX-VCO工作;刚好形成一个闭合环路,且是控制频率相位的,因此该电路也称锁相环电路。

本振频率与接收频率要同步(同一工作信道)手机才有信号。CPU如何判定手机工作信道?当手机开机后,CPU送出900M/1800M两系统所有工作信道所需的SYN-DAT、SYN-CLK、SYN-RST、SIN-EN令RX-VCO产生所有本振频率,遂一送入中频内部与接收频率进行对接,直到逻辑电路接到基带信息为止。并锁定在该信道上。在开机找网时,手机电流会加大,因此在用稳压电源观测开机电流时,开机时会有400-1A左右的电流跳变,就是在找网。

手机里的射频芯片和基带芯片是什么关系?

目前的手机芯片分为三块,射频收发机(RF transceiver), 基带调制解调器(baseband modem)以及应用处理器(AP: application processor)。以高通的产品线为例,射频收发机芯片的产品代号为WTR1605,基带调制解调器芯片为MDM9x25系列,应用处理器则是比较熟悉的骁龙系列。

按照高通的产品划分来看,射频收发机芯片负责无线通信,应用处理器就是传统意义的CPU和GPU,基带调制解调器芯片负责对无线通信的收发信号进行数字信号处理,在整个系统中的位置介于前两者之间。

基带信号现在都是数字的了,所以用DSP处理,前端是模拟的高频modulated的RF信号,后端是DSP芯片,中间是AD/DA,调制解调器放在基带芯片里。

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。

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。

DSP芯片和射频芯片、基带芯片无关。DSP芯片是一个有强大数字处理能力的专用处理器,用于语音信号处理、信道编解码、图像处理等方面,基带芯片或射频芯片内部可内置一至多个DSP,但它是用于大量数据计算的,因而DSP可在芯片内部做成硬核(hardcore)


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