手机射频部分典型电路详述.pptx

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1、TypicalCircuitofRFusedinHandset手机射频部分(bfen)典型电路分析2023/5/151第一页，共65页。射频电路(dinl)概况随着电路集成技术日新月异的发展，射频电路也趋向于集成化、模块化，这对于(duy)小型化移动终端的开发、应用是特别有利的。目前手机的射频电路是以RFIC为中心结合外围辅助、控制电路构成的。射频电路中各典型功能模块的分析是我们讨论的主要内容。2023/5/152第二页，共65页。2023/5/153第三页，共65页。Outline收发器（Transceiver）锁相环（PLL）功率控制环路（APC）收发双工器（Diplexer）衰减(shu

2、ijin)网络（Attenuation）匹配网络（Matching）滤波网络（Filter）平衡网络（Balance）其它2023/5/154第四页，共65页。收发器（Transceiver）收发器即调制解调器 调制：发射(fsh)时基带信号加载到射频信号 解调：接收时射频信号过滤出基带信Transceiver根据其工作频率可分为：单频、双频、三频等Transceiver根据其中频特征可分为有中频、零中频、近零中频等 以DB2009为例介绍Transceiver UAA3535的内部结构2023/5/155第五页，共65页。TransceiverUAA3535（Philips）UAA3535是

3、近零中频收发器，它最多可以作三频收发它内部有：三个PLL（包括一个内置VCO）、正交混频解调器、可控增益低噪放大器、混频调制器等它需外接：13MHz参考基准时钟、RXVCO、TXVCO、基带控制信号等详见UAA3535DataSheet我们需要研究(ynji)其内部各重要节点的频率、带宽，信号转换的流程等细节2023/5/156第六页，共65页。返回(fnhu)2023/5/157第七页，共65页。锁相环（PLL）锁相环四个基本(jbn)构成元素锁相环路的性能基本(jbn)构成电路分析锁相环在手机中应用举例详见射频锁相环2023/5/158第八页，共65页。锁相环四个基本(jbn)构成元素鉴相

4、器（PD）鉴频器（FD）鉴相鉴频（PFD）：PD/FD/PFD是一个相位/频率比较装置，用来检测输入信号与反馈信号之间的相位/频率差环路滤波器LoopFilter（LP）：LP一般为N阶低通滤波器电压控制振荡(zhndng)器（VCO）：VCO是一个电压-频率变换装置，输出振荡(zhndng)频率应随输入控制电压线性地变化参考信号源（Referencesignalsource）：参考信号源提供与反馈信号鉴相鉴频用的对比输入信号2023/5/159第九页，共65页。PLLBlockDiagram返回(fnhu)2023/5/1510第十页，共65页。锁相环路的性能(xngnng)锁相环的基本性能

5、包括捕获过程与同步锁相环的基本性能包括捕获过程与同步(tngb)（1）捕获过程的性能指捕获带和捕获时间。）捕获过程的性能指捕获带和捕获时间。捕获带指环路能通过捕获过程而进入同步捕获带指环路能通过捕获过程而进入同步(tngb)状态所状态所允许的最大固有频差允许的最大固有频差 捕获时间是环路由起始时刻到进入同步捕获时间是环路由起始时刻到进入同步(tngb)状态的时状态的时刻之间的时间间隔刻之间的时间间隔 Frequency deviation capability the max.PLL capture range （2）环路锁定之后稳态频差等于零，进入同步）环路锁定之后稳态频差等于零，进入同步(

6、tngb)状态。状态。稳态相差通常总是存在的，它是一个固定值。稳态相差通常总是存在的，它是一个固定值。2023/5/1511第十一页，共65页。环路的跟踪性能环路的跟踪性能 输入信号变化越快，跟踪性能就越差。暂态相位误差和稳态相输入信号变化越快，跟踪性能就越差。暂态相位误差和稳态相位误差的大小，是衡量环路线性跟踪性能好坏的重要标志。位误差的大小，是衡量环路线性跟踪性能好坏的重要标志。环路噪声性能环路噪声性能 噪声包括噪声包括(boku)输入噪声与谐波干扰和内部噪声与谐波干输入噪声与谐波干扰和内部噪声与谐波干扰，压控振荡器内部的噪声是主要的噪声源。扰，压控振荡器内部的噪声是主要的噪声源。环路捕获

7、性能环路捕获性能 捕获带越宽越好，捕获时间越短越好，可提高环路的增益捕获带越宽越好，捕获时间越短越好，可提高环路的增益K或者增加滤波器的带宽，但加大环路增益或滤波器带宽往往是与提或者增加滤波器的带宽，但加大环路增益或滤波器带宽往往是与提高环路的跟踪性能和滤波性能的要求相矛盾。采用辅助捕获的方法高环路的跟踪性能和滤波性能的要求相矛盾。采用辅助捕获的方法达到目的。包括达到目的。包括(boku)辅助鉴频和鉴频鉴相，变带宽和变增益等。辅助鉴频和鉴频鉴相，变带宽和变增益等。返回(fnhu)2023/5/1512第十二页，共65页。基本(jbn)构成电路分析鉴相器（PhaseDetector）电荷泵环路(

8、hunl)低通滤波器（ChargePumpLoopFilter）压控振荡器（VoltageControlledOscillator）分频器（DIV）2023/5/1513第十三页，共65页。鉴相器（PhaseDetector）在在频频率率(pnl)合合成成器器中中所所采采用用的的鉴鉴相相器器主主要要有有正正弦弦波波相相位位检检波波器器与与脉脉冲冲取取样样保保持持相相位位比比较较器器两两种。种。返回(fnhu)2023/5/1514第十四页，共65页。电荷泵环路(hunl)低通滤波器（ChargePumpLoopFilter）电荷泵的的作用主要是：给锁相环路提供理想(lxing)恒定的电流源，保

9、持良好的线性关系，使得频率范围易于控制 环路低通滤波器（LPF）由PFD的输出信号需经过低通滤波器再去控制VCO。一般采用电阻、电容构成积分形式的低通滤波器，它可以为单阶或多阶滤波器。它的通频带由电阻、电容参数决定，它的截止速度取决于其阶数。2023/5/1515第十五页，共65页。环路(hunl)低通滤波器（LowPassFilter）phasedetectorRzCzCpVCOR4C4To important the transient characteristics The loop can track better a change in input frequencyTo furth

10、er reduce the phase noise of the charge pump2023/5/1516第十六页，共65页。环路(hunl)低通滤波器的应用举例返回(fnhu)2023/5/1517第十七页，共65页。压控振荡器（VoltageControlledOscillator）压控振荡器一般是由变容二极管为主构成的谐振回路：谐振回路的中心频率由其回路的等效L、C特性决定：变容二极管的等效电容量由加在其两端(lindun)的电压控制，这样通过电压的变化就能转换成回路谐振频率的变化，就构成了压控振荡器VCO。2023/5/1518第十八页，共65页。VCO的选择(xunz)要素Hig

11、h spectral purityLinear voltage-frequency transfer characteristicGood frequency stability to temperatureFrequency deviation capability the max.PLL capture rangeTime responseLow power consumption and Output level Output harmonic level andtuning sensitivityPhase noise 详见TXVCODataSheetRXVCODataSheet返回(

12、fnhu)2023/5/1519第十九页，共65页。分频器（DIV）锁相环通常(tngchng)用于N倍参考频率的发生器：其中N为分频比，它由环路中分频器DIV提供 参见分频器 返回(fnhu)2023/5/1520第二十页，共65页。锁相环在手机(shuj)中应用举例RX（接收(jishu)）频率合成器2023/5/1521第二十一页，共65页。TX-VCO锁相环路返回(fnhu)2023/5/1522第二十二页，共65页。功率(gngl)控制环路（APC）功率控制环路构成：功率放大器（PowerAmplifier）功率耦合器（PowerCoupler）功率检波器（PowerDetector

13、）功率比较、控制器（PowerComparator&Controller）这样构成的环路可以将功率较稳定的控制在我们的设定值上，这个(zhge)设定值可以随时间根据需要不断变化。2023/5/1523第二十三页，共65页。功率控制(kngzh)环路构成功率功率(gngl)放大器放大器功率功率(gngl)耦合器耦合器检检波波器器功率功率比较比较控制器控制器PISourcefromVCOCouplingPowerPcPo比较信号比较信号用于用户用于用户设定功率值设定功率值耦合检波信号耦合检波信号差值功率差值功率控制信号控制信号功率功率控制控制环路环路返回2023/5/1524第二十四页，共65页。

14、功率(gngl)放大器（PowerAmplifier）目前手机用PA一般是厚膜模拟电路制成，它要求将低功率射频(sh pn)信号线性无失真的放大到一定功率值。它的主要参数有：工作频率、带宽最大线性输出功率（压缩点）线性放大对输入功率要求输入、输出需要的匹配阻抗工作电源及电压、电流的要求控制信号的形式及要求噪声特性等等 详见PA-BGY280 Data Sheet返回(fnhu)2023/5/1525第二十五页，共65页。功率(gngl)耦合器（PowerCoupler）为了达到功率控制，我们需要使用到的功率传感器就是功率耦合器，一般(ybn)为DirectionalCoupler。它的主要参数

15、有：详见其LDCDataSheet耦合量（Coupling）插入损耗（InsertionLoss）隔离度（Isolation）方向性（Directivity）单位（dB）返回(fnhu)2023/5/1526第二十六页，共65页。DirectionalCouplerCouplingI/PPIO/PPoO/PPCInsertionLossPC*:CouplingpowerwhenincidentpowerinwrongdirectionPI*:IncidentPowerinwrongdirectionPI:InputpowerPO:OutputpowerPC:Couplingpower2023/

16、5/1527第二十七页，共65页。dB&dBm&dBcdB是一个相对值，它是针对(zhndu)一定参考而言的，它通常用于表示衰减或增益的量。对电压比：对功率比：dBm是一个绝对功率值，它是一定功率与一毫瓦的相对值。dBc是一个差值，它表示两个功率值的差。P1P22023/5/1528第二十八页，共65页。dB&dBm&dBc都是对数表示方式，对它们来讲功率的乘除(chngch)运算变成了它们的加减运算。dB&dBm&dBc是可以直接相加减的。例如:增益增益(zngy)Y dB输入输入(shr)X dBm输出输出ZdBm则输出则输出Z(dBm)=X+Y2023/5/1529第二十九页，共65页。

17、0dBm=1mW10dBm=10mW30dBm=1WdB-功率(gngl)比12dB-169dB-86dB-43dB-20dB-1-3-6-9-12-15-18返回(fnhu)2023/5/1530第三十页，共65页。参数(cnsh)计算方法Coupling=InsertionLoss=Isolation=Directivity=Coupling-Isolation02023/5/1531第三十一页，共65页。计算举例(jl)（全用对数计算）PI:0dBmPC:20dBmPO:-1dBmPI*:0dBmPC*:-40dBmCoupling=-20dBmInsertionLoss=-1dBmIs

18、olation=-40dBmDirectivity=Coupling-Isolation=20dBm2023/5/1532第三十二页，共65页。功率(gngl)检波器（PowerDetector）功率检波器对Coupler的耦合高频信号进行包络检波进而得到一个(y)体现耦合信号幅值大小的检波电压。我们采用二极管负包络检波电路，后级常为低通积分电路。例如：Coupler输出(shch)耦合电容耦合电容Cc检波检波二极管二极管D检波电压输出检波电压输出低通低通积分积分电路电路2023/5/1533第三十三页，共65页。负包络检波(jinb)的对二极管要求：检波(jinb)二极管D以P极为输入端检波

19、(jinb)二极管的极电容要求较小的肖特基二极管，若极电容过大，将会使负包络过多的耦合流失到低，导致检波(jinb)效果变差返回(fnhu)2023/5/1534第三十四页，共65页。功率(gngl)比较、控制器PowerComparator&Controller功率比较、控制器的功能：功率比较器将功率检波信号与设定功率信号相比较得到一个功率控制信号给功率控制器，由功率控制器产生控制电压给功率放大器（PA）它的具体(jt)参数详见PCF5078DataSheet2023/5/1535第三十五页，共65页。功率控制环路(hunl)（APC）的应用返回(fnhu)2023/5/1536第三十六页，

20、共65页。收发(shuf)双工器（Diplexer）收发合用一路(yl)天线，因此使用天线收发双工器（AntennaSwitch）对发射对发射(fsh)为为openTXRX为发射波长为发射波长对接收为对接收为short2023/5/1537第三十七页，共65页。收发(shuf)双工器的特性参数（TX/RX）FrequencyRange(MHz)InsertionLoss(dB)Attenuation(dB)V.S.W.R.Isolation(dB)Harmonics2xfo,3xfo(dBc)PowerCapacity(dBm)详见LMC33-07A0524ADataSheet返回(fnhu)

21、2023/5/1538第三十八页，共65页。衰减(shuijin)网络（Attenuation）为了达到(d do)系统中对输入输出功率要求高的部分的功率适配，我们通常在输出端到输入端之间加上功率衰减网络通常衰减网络形式有：T型、型衰减网络的计算 型衰减型衰减(shui jin)网络网络型衰减网络型衰减网络R1R2R3R1R2R32023/5/1539第三十九页，共65页。衰减网络(wnglu)的计算已知网络参数(cnsh)求衰减系数AZin1：短路输入电抗Zin2：开路输入电抗Zout1：短路输出电抗Zout2：开路输出电抗2023/5/1540第四十页，共65页。已知衰减系数A求网络(wn

22、glu)参数（R0：特性阻抗）由求得K值：则可得对T型：对型：2023/5/1541第四十一页，共65页。衰减网络(wnglu)的作用衰减网络主要是为了使输出功率符合下级输入功率的要求利用衰减网络可以提高系统的信噪比利用50欧姆(u m)衰减网络可以缓和前级与后级的阻抗变化 2023/5/1542第四十二页，共65页。衰减(shui jin)网络的应用返回(fnhu)2023/5/1543第四十三页，共65页。匹配(ppi)网络（Matching）匹配的定义：后级输入阻抗(shrzkn)与前级输出阻抗共扼匹配网络的类型：L型T型型阻抗匹配（参见RFCircuitFundamentals）天线的

23、匹配（参见TransmissionLine/SmithChart）2023/5/1544第四十四页，共65页。天线(tinxin)匹配的举例返回(fnhu)2023/5/1545第四十五页，共65页。滤波(lb)网络（Filter）通用滤波(lb)网络电源滤波(lb)去耦网络声表面滤波(lb)器（SAW）2023/5/1546第四十六页，共65页。通用(tngyng)滤波网络滤波器是抑制除特定带宽以外信号及噪声的装置。按照不同(b tn)标准它可分为：低通、高通、带通、带阻滤波器；一阶、二阶、高阶滤波器；无源滤波器、有源滤波器 以下我们以单阶无源滤波器为例做一些简介2023/5/1547第四十

24、七页，共65页。3dB3dBRRLLCCUUfffHfL单阶无源低通（LP）单阶无源高通（HP）高频截止频率fH与L、C参数(cnsh)有关低频(dpn)截止频率fL与L、C参数有关2023/5/1548第四十八页，共65页。低通滤波器的3dB衰减点的频率为高频截止频率fH，它截止的斜率与其阶数相关高通滤波器的3dB衰减点的频率为低频截止频率fL，它截止的斜率与其阶数相关如果将低通滤波器和高通滤波器串联，而且(rqi)fHfL就能构成带通滤波器，其通频带为fLfH。如果将低通滤波器和高通滤波器并联，而且(rqi)fHfL就能构成带阻滤波器，其阻频带为fHfL。滤波(lb)特性返回(fnhu)2

25、023/5/1549第四十九页，共65页。电源滤波(lb)去耦网络对于射频电路而言，电源稳定由特别重要的意义(yy)，不仅它自身不稳定会影响电路性能，而且各用电单元也会以电源为途径互相传递干扰造成很大的不稳定因数，去耦即去除电源与用电单元之间的交流耦合。实际电路中电源去耦电路无论在电源输出端还是在用电输入端都需要，而且去耦电路离用电模块越近达到的去耦效果越好。2023/5/1550第五十页，共65页。电源滤波去耦网络基本(jbn)理论我们一般(ybn)希望电源供电除了开/关时间以外是直流稳定的，不希望它的端电压出现纹波、抖动、跳变等不稳定因数存在，电源去耦网络正是为这些交流成分提供了短路到地的

26、通路。去耦电阻、去耦电容及去耦电感构成的低通网络为电源的交流成分提供一个到地的通路，它们的参数与电源提供的电流量、需要特别滤除的频率成分等相关。2023/5/1551第五十一页，共65页。电源(dinyun)滤波去耦网络基本构成电源去耦低通滤波网络如右图：去耦电阻(dinz)或电感-R/L（DecouplingResistor/Inductor）去耦电容-C1、C2（DecouplingCapacitor）以上部分部不要求全部具备，去耦电阻(dinz)及去耦电感有时就可不用去耦电阻(dinz)R在电路中将缓和电源上升、下降沿的速度，从而抑制高频噪声的形成；用用电电单单元元PowerBatter

27、yDecouplingResistor/InductorDecouplingCapacitorR/LC1C22023/5/1552第五十二页，共65页。去耦电感L在回路中必然阻碍高频交流成分达到隔离效果；有时，我们还使用扼流磁珠来获得更强的隔离效果。去耦电容由C1、C2并联分别承担低频、高频交流成分滤波的任务。电解电容C1一般容量较大在低频时能提供好的通路，而在高频时由于其寄生电感的存在阻抗将变大无法提供滤波通路；陶瓷电容C2由于其容量一般较小，所以在低频时阻抗较大无法提供滤波通路，而在高频时阻抗变小则会有很好的滤波特性；这样可以看出C1、C2的滤波特性是互补的，需要同时利用才能(cinng)

28、得到较宽频的有效滤波范围。当然，如果需要更宽的滤波频段还可用更多不同类型的电容并联得到。详见高速电路板设计技术2023/5/1553第五十三页，共65页。电源滤波(lb)去耦网络的应用2023/5/1554第五十四页，共65页。电源去耦电路参数(cnsh)的选择C1的选择：假设电源提供电流为I，则K取10是经验比例一般应用时取电容标称值在计算值附近就可以(ky)了C2的选择：C2uF以下取值trUBurst返回(fnhu)2023/5/1555第五十五页，共65页。声表面(biomin)滤波器（SAW）在手机(shuj)中，接受信号从天线开关到接收处理电路之间采用声表面滤波器（SAW）声表面滤

29、波器（SAW）可以提供较宽的通频带、较低的损耗，此外有的SAW器件还集成有将非平衡信号转换为平衡信号的功能。SAW的滤波特性详见SAWDataSheetlc03clc66e返回(fnhu)2023/5/1556第五十六页，共65页。平衡(pnghng)网络（Balance）Balance电路(dinl)构成：UI分别经过低通、高通得到反相的UO1、UO2LCCLUIUO1UO2RdiffRsRsRs：特性阻抗Rdiff：输入阻抗(shrzkn)2023/5/1557第五十七页，共65页。由计算可知UO1、UO2始终(shzhng)有180度相差（Differential）适合在Balance系

30、统上传输。L、C的取值要求：f：系统中心频率Rs：特性阻抗Rdiff：输入阻抗该电路可能集成于SAW中2023/5/1558第五十八页，共65页。差模、共模(nm)在Balance系统上的传输差模（DifferentialMode）ABB的传输(chunsh)量为A的一半共模（CommonMode）I/PO/PI/PO/PI/PO/PC返回(fnhu)2023/5/1559第五十九页，共65页。其它(qt)稳压管、限幅管、静电放电器的比较上拉、下拉电阻数字控制信号的高频抑制(yzh)措施隔直（Block）电容2023/5/1560第六十页，共65页。稳压管、限幅管、静电(jngdin)放电器的

31、比较稳稳 压压 管管稳压管将输出稳压管将输出(shch)(shch)电压稳定电压稳定在其标称值上，常用于在其标称值上，常用于低压直流稳压电源电路低压直流稳压电源电路限限 幅幅 管管限幅管将输出电压限定限幅管将输出电压限定在一定在一定(ydng)(ydng)的范围内，超出的范围内，超出要求范围的部分由它消要求范围的部分由它消耗到地，保证了后级电耗到地，保证了后级电路、器件的安全工作路、器件的安全工作静电放电器静电放电器静电放电（ESD:ElectricStaticDischarge）是专门用于高压电弧放电的它用于那些容易被静电接触的区域，它有效抗静电电压取决于它的空隙宽度dUUU=UC-UOU+

32、UOd返回2023/5/1561第六十一页，共65页。上拉、下拉电阻上、下拉电阻是为了防止扰动引入输入端，保持开关(kigun)状态的稳定性而设置的：上拉电阻(dinz)RH（PullHigh）下拉电阻(dinz)RL（PullLow）常开常闭I/PI/PI/PI/PO/PO/PO/PO/PRHRHRLRLVCCVCCVCCVCC返回(fnhu)2023/5/1562第六十二页，共65页。数字控制(shzkngzh)信号的高频抑制措施射频电路需要由CPU的控制才能有效工作，可是一般数字开关信号都带有很复杂的频率成分，这对于射频电路的稳定性能是一个很大的威胁(wixi)。因此我们在控制信号到射频

33、电路的回路中加上抑制高频干扰的电阻R，它可以有效的减缓数字信号的上升、下降沿坡度即减少高频成分。CPURFRControlSignal返回(fnhu)2023/5/1563第六十三页，共65页。隔直（Block）电容(dinrng)对于交流信号处理电路特别是信号放大电路一般不希望连同直流成分(chngfn)同时引入，因为直流偏置的存在很容易使得放大电路处于饱和状态，这样交流信号会被淹没不可能通过有效的放大处理单元，为此我们通常在处理电路输入端串联适当容量的隔直（Block）电容可以有效解决这个问题。因为电容的特性是它对一定频率以下特别是直流信号是阻滞开路（Block）的，而对交流信号则形成通路的。至于电容量的大小取决于带处理交流信号的频率。放大处理放大处理(chl)电路电路SignalBlockDCOffset0返回2023/5/1564第六十四页，共65页。Reference射频锁相环分频器高速电路板设计(shj)技术RFCircuitFundamentalsTransmissionLine/SmithChartDataSheet：UAA3535、TXVCO、RXVCO、PA-BGY280、PCF5078、LMC33-07A0524A、lc03c、lc66e、LDC10B140J1747返回(fnhu)2023/5/1565第六十五页，共65页。