2022年手机设计开发流程参照 .pdf
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1、手机设计开发流程 手机 RF原理 双频手机 RF部分的设计高频板布线要求 手机设计流程 一手机原理 1 接收部分 天线开关为FET 器件(双工器)是一个双刀掷模拟开关,其中一个刀进行收发信号切换,另一个刀接测试口,其工作状态受开关管T3 , T4 组成的控制电路控制,控制指令为RX E和 TX E。 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 12 页 - - - - - - - - - 当控制信号RX EN 为高电平时, 天线开关处于接收状态,接收信号通过天线开关进
2、入陶瓷带通滤波器BPF3 ,BPF2 进行高频滤波, 然后再经过耦合电容C103 ,C19 ,C109送到 PMB6253内进行低噪声放大,放大后的信号送入混频器, 高频放大器经过滤波后,与来自主压振荡器的接收本振信号RXVCO一起送入混频器完成两信号的混频,混频后产生中频信号经耦合电容C14 , C87 通过 BPF1 将其中的杂波滤除,再送到隔离放大器放大。 中频信号在收发IC内完成接收信号正交解调处理,完成解调处理后产生模拟接收基带信号,RXI/RXQ接收 I/Q基带信号分别从IC 的 8、9 脚输出。 在收发 IC 、 U1内部,接收部分包括中频、中频放大、混频、PLL 。 13MHZ
3、主时钟、主压器振荡器、接收中频和发射中频等。 手机高频原理方向图二 发射部分 经 CPU 送出的 TX1 、 TXQ 分别送入收发IC U1以产生 TXIF 发射中频, 发射中频输入信号 TXIFIN与 TXVCO在 U1 内进行混频,鉴相,再产生振荡频率,预放大后从U1,28 脚输出,经耦合电容C33 到功放 CX77301 4脚,X3为 TXVCO,功率控制IC4 输出误差电压以改变功放的放大量,达到改变发射信号的功率等级。 当控制信号TX EX 为高电平时,天线开关于发射状态。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - -
4、 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 12 页 - - - - - - - - - 新手机开发 GSM900/DCS1800 双频手机 RF 部分的设计 Desige of RF Unit for GSM900/DCS1800 Dual-band Handset 现介绍 GSM DCSl800双频段手机RF 部分的基本工作原理和各单元的设计方案、技术指标和参数计算。对几种不同的双频手机RF 方案,在经过分析和比较之后,提出一种性能价格比较高的技术方案。 GSM 手机属高科技通信产品,其销售对象是千家万户,因此对手机的性能价格比要求特别高, 手机的利润只能体现在大批量的生产
5、和销售中。针对这种情况, 在满足欧洲电信标准 ETS GSMll 10 技术规范的前提条件下,RF部分的设计者必须在先行方案设计中就充分注意到性能价格比,这将对手机在未来的市场上能否有竞争力产生十分重要的影响。 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,共 12 页 - - - - - - - - - GSM 手机的性价比是由各个组成单元的性价比来决定的,所以,对RF 部分各个单元电路进行认真、细致的分析和比较,这对于提高整机的性价比是十分重要的。 l GSM900 D
6、CSl800双频手机的特点 双频手机有以下特点:根据基站的控制信令,双频手机即可以工作在900MHz频段网络,也可以工作在1800MHz频段网络,当一个网络繁忙或信号质量差时,双频手机可自动切换到另一个频段的网络上工作,而且这种切换基本上不影响话音质量。另外, 从近来国际上手机的发展趋势和FTA(full type approval)认证的情况来看,双频手机以经是主流产品。双频手机在两个不同的工作频段上,其基带部分信源编码、信道编码的算法和处理、信令处理的方法和帧格式、调制解调方式、信道间隔等均相同。 2GSM900 1800双频手机RF 部分 的主要技术指标和设计要求 GSM900MHz部分
7、的主要RF 指标如下: 工作方式: TDMA TDD 工作频率:上行Tx( 反向)880MHz-915MHz, 下行 Rx( 正向)925MHz 960MHz 双工频率间隔:45MHz ,载波间隔:200kHz 每载波时隙数: 8( 当前全速率) 16( 今后半速率) 每帧长度: 4 615ms ,每时隙长:577 s 传输速率: 270 833kbps(即在每时隙上传 156 25bits) 调制方式: 采用 I Q 正交 GMSK调制 静态参考灵敏度: 优于-102dB/RBER(Resiodual BER) 2 动态范围: -47dBm 110dBm 频率误差:1 10-7,相位误差的均
8、方根值 5%,相位误差峰值:20 射频输出功率:5级 (33dBm)-19级 (5dBm), 级差:2dB ,共有15 个功率等级。 DCS1800部分的主要RF 指标: 工作频率:上行Tx : 1710MHz-l785MHz, 下行 Rx: 1805MHz 1880MHz , 收发频率间隔: 95MHz 静态接收参考灵敏度: -100dBm/RBER 2 发射单元频率误差: Fe1 10-7,相位误差均方根值5,峰值200 射频输出功率:3级 (24dBm)-15级 (0dBm),共有13 级功率;步进2dB 3 双频手机RF 部分基本工作原理 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 -
9、- - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页,共 12 页 - - - - - - - - - 3 1 RF 部分基本组成框图 3 2 GSM900下行链路接收机单元 由蜂窝小区基站发出的已调载波通过Um 无线接口,传到手机天线端。在接收时隙接收到的信号先通过收发隔离器,再经过 GSM900MHz的 LNA( 低噪声放大器) ,将微伏量级的弱信号放大。放大后的信号经过GSM900的第一 RF 混频器后,将得到的第一中频信号进行窄带(200kHz)滤波,以滤除带外噪声,保证接收机选择性指标。然后信号经过具有AGC 功能的
10、第一中频放大器放大,再经过第二混频器和第二中频滤波器。在这之后,输出的信号由具有AGC 功能的第二中频放大器进行放大。 放大后的信号进入I Q 正交解调器解调,正交解调后的模拟I 、Q 信号平衡输出到后面的基带、音频部分等待作进一步的信道译码和倍源译码处理。 DCS1800MHz频段接收单元的信号处理过程与GSM900相同,只是工作频段不同而已。接收机中AGC 的作用是:当天线端的RF 信号电平在大范围内变化时,保证I Q 输出信号的电平基本不变;在监听时隙探测相邻小区基站的下行广播信号强度,配合完成越区切换功能。 3 3 上行链路发射单元 由基带部分传输过来的I 、 Q 正交模拟基带信号,在
11、发射时隙期间双端平衡输入到中频I Q 正交调制器,调制后的中频信号经过发射中频声表面(SAW) 窄带滤波器(200kHz),滤波后的信号经过上变频后,再经过35MHz带宽的 900MHz发射滤波器,滤波器输出的信号先通过功率激励级放大以达到末级RF 功放 (PA) 所需的激励电平。 最后再经过功率放大器PA 和收发隔离器,通过天线把已调载波发射出去。 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 12 页 - - - - - - - - - PA 部分 APC 控制电路
12、的作用是:保证RF 功率电平等级满足5dBm-33dBm的变化要求,以避免在多用户组网时发生“远近”干扰。 DCS1800MHz频段发射单元的信号处理过程与GSM900相同,只是工作频段不同而已。 34 频率合成器单元 该单元与 FM 电台中采用的频合器相类似,主要差别在于增加了AFC 电路。 4接收单元电路设计 在满足技术要求的前提下,可以有几种不同的接收机RF 解决方案: (1)3次变频方案:采用此法频率合成器实现复杂,中频频点多,容易产生组合干扰,一般不采用。 (2)2 次变频方案: 为简化电路, 第 2 中频频点选取手机的基准时钟频率13MHz或其 2分频 6 5MHz。这种方案在早期
13、的接收机中广泛采用。例:摩托罗拉GC87、诺基亚 8110 、爱立信 GH G5388 、摩托罗拉8200 。该方案复杂程度适中,而且还可获得高的选择性,中频放大器的增益分配比较容易实现,不易产生自激。 (3)一次变频方案:随着 IC 器件和 SAW 滤波器指标的提高,这种方案在目前的手机电路中广泛采用。它可以简化电路,从而降低制造成本,而选择性指标仍可满足技术要求。目前许多双频手机采用了这种方案。 (4)零中频直接解调的方案: 因为以前AD 变换器和DSP 的技术水平不能满足实时处理数百 MHz 高频信号的要求,而且噪声、选择性和功耗指标也难以保证,所以,采用这种方案到现在才刚刚开始。41
14、计算理论灵敏度和估算实用灵敏度 根据噪声功率的计算公式:PN K T B (w) 上式中:K为波尔兹曼常数,其值为:1 38 10-23; T为工作温度( K) ,一般取常温3000 K (27 ) ; B为带宽(Hz),对于GSM体制,取200kHz。 计算结果为:噪声功率:10lgPN 1mW 10lgPN十 30 一 121dBm 上述计算结果为在理想情况下的噪声功率,在实际应用中,还要考虑前端失配的影响( 约 1dB) ,收发隔离器的影响( 约2dB) ,接收机NF( 约2dB) ,基带部分的解调门限(约9dB/RBER 2。 基于上述考虑,我们可以估算出实用灵敏度约为:实用灵敏度-1
15、21十 1 十 2 十 2 十 9 -107dBm 对于 DCSl800频段, 它的实用灵敏度约为:DCSl800频段的实用灵敏度-121十 2十 2 十 3 十 9一 105dBm 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页,共 12 页 - - - - - - - - - 4 2 下行链路接收机增益分配计算 ETS GSMll 10 技术规范中要求手机的参考灵敏度为-102dBm/RBER 2 (GSM900)和 -100dBm RBER 2 (DCSl800)。从生
16、产的角度考虑手机的设计者应将该项指标略为提高,可分别选为-106dBm和 -104dBm。 将模拟 I Q 路单端输出的直流电平值设计为500mVpp(177mV有效值) ,这样,整个GSM 接收通道的电压增益为: GP total 20lg177 2241g-1(-106/20) 201g(177 0 00112) 104dB 各单元增益分配的结果如下( 已包含SAW 滤波器) :前端 LNA 放大器为16dB ,第一混频器为 8dB , IF 放大器和解调器为80dB(AGC控制范围约70dB)。 对于 DCSl800频段,由于工作频率的上升,RF前端的噪声系数和增益指标会变得差一些,这时
17、接收机各单元的增益分配如下:LNA的增益为14dB ,第一混频器为8dB , IF放大器和解调器增益为80dB ,整个DCS1800接收通道的增益为102dB 。 4 3 LNA(低噪声放大器) 技术要求 (1)NF: 1 5dB 一2 5dB (2)GP: 15dB 20dB , LNA一般由一级放大器来完成,其增益不能太高,否则,整机抗阻塞和互调指标难以达到。 (3)功耗:4mA 8mA(FET 管 ) , 1 2mA( 双极型管) 。 (4)具有键控式AGC 控制功能( 通过偏置控制来实现) 。 LNA的NF、CP和输入、输出阻抗匹配对于收机整机指标将产生决定性的影响。4 4 第 1 混
18、频器技术要求 (1)要采用RF 平衡输入,IF平衡输出的有源混频器,以提供足够的增益,降低串话的干扰 (2)噪声系数:6dB-8dB,GP: 8dB 10dB (3)本振电平:-5dBm 0dBm,过高的本振电平会产生手机功耗加大,EMC性能变差的问题 4 5 第 1 中频频点和IF SAW滤波器选择时应考虑的因素 (1)高阶组合干扰频率点数越少越好,有利于抑制镜像干扰频率( 选高本振、高中频) ; (2)同时兼顾GSM900和 DCSl800频段的要求; (3)IF 频率点选得过低时,易产生本振干扰有用信号;IF频率点选得过高时,中放增益难以保证,易自激、不稳定; (4)IF SAW滤波器的
19、技术指标,一般IF 频点在 200MHz 400MHz之间选取; (5)IF SAW滤波器插损小于8dB 、带宽200kHz 4 6 中频放大器设计技术要求 (1)功率增益:约 70dB ; (2)AGC可控范围:约70dB 、步进间隔2dB , AGC 的控制范围和控制斜率会影响手名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页,共 12 页 - - - - - - - - - 机的越区切换; (3)双端输入阻抗能与 IF SAW滤波器的输出阻抗相匹配。 4 7 I/Q正交解
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