基于51單片機的手機設計完整資料(原理介紹得很詳細)

ID:317497 · 發表于 2018-4-27 01:00

原理篇

手機的功能電路

ETACS、GSM蜂窩手機是一個工作在雙工狀態下的收發信機。一部移動電話包括無線接收機(Receiver)、發射機(Transmitter)、控制模塊(Controller)及人機界面部分(Interface)和電源(Power Supply)。

數字手機從電路可分為，射頻與邏輯音頻電路兩大部分。其中射頻電路包含從天線到接收機的解調輸出，與發射的I/Q調制到功率放大器輸出的電路；邏輯音頻包含從接收解調到，接收音頻輸出、發射話音拾取(送話器電路)到發射I/Q調制器及邏輯電路部分的中央處理單元、數字語音處理及各種存儲器電路等。見圖1-1所示

從印刷電路板的結構一般分為：邏輯系統、射頻系統、電源系統，3個部分。在手機中，這3個部分相互配合，在邏輯控制系統統一指揮下，完成手機的各項功能。

圖 1-1手機的結構框圖

注：雙頻手機的電路通常是增加一些DCS1800的電路,但其中相當一部分電路是DCS與GSM通道公用的。

第二章射頻系統

射頻系統由射頻接收和射頻發射兩部分組成。射頻接收電路完成接收信號的濾波、信號放大、解調等功能；射頻發射電路主要完成語音基帶信號的調制、變頻、功率放大等功能。手機要得到GSM系統的服務,首先必須有信號強度指示,能夠進入GSM網絡。手機電路中不管是射頻接收系統還是射頻發射系統出現故障,都能導致手機不能進入GSM網絡。

對于目前市場上愛立信、三星系列的手機,當射頻接收系統沒有故障但射頻發射系統有故障時,手機有信號強度值指示但不能入網；對于摩托羅拉、諾基亞等其他系列的手機,不管哪一部分有故障均不能入網,也沒有信號強度值指示。當用手動搜索網絡的方式搜索網絡時,如能搜索到網絡,說明射頻接收部分是正常的；如果不能搜索到網絡,首先可以確定射頻接收部分有故障。

而射頻電路則包含接收機射頻處理、發射機射頻處理和頻率合成單元。

第一節接收機的電路結構

移動通信設備常采用超外差變頻接收機，這是因為天線感應接收到的信號十分微弱,而鑒頻器要求的輸人信號電平較高,且需穩定。放大器的總增益一般需在120dB以上,這么大的放大量,要用多級調諧放大器且要穩定,實際上是很難辦得到的，另外高頻選頻放大器的通帶寬度太寬,當頻率改變時,多級放大器的所有調諧回路必須跟著改變，而且要做到統一調諧,這是難于做到的。超外差接收機則沒有這種問題,它將接收到的射頻信號轉換成固定的中頻,其主要增益得自于穩定的中頻放大器。

手機接收機有三種基本的框架結構,一是超外差一次變頻接收機,二是超外差二次變頻接收機,三是諾基亞的直接變換線性接收機。

我們通常講的手機電路結構主要是指射頻電路的結構,不同廠家的手機的射頻電路結構有一些差異,但不同手機廠家的手機中的邏輯音頻電路結構卻大都一致,同一手機廠家出品的手機的射頻電路也基本土是一致的。

超外差變頻接收機的核心電路就是混頻器,我們可以根據手機接收機電路中混頻器的數量來確定該接收機的電路結構。

一、超外差一次變頻接收機

接收機射頻電路中只有一個混頻電路的，屬于超外差一次變頻接收。超外差一次變頻接收機的原理方框圖如圖⒍2所示.在看手機的接收機射頻方框圖時,應注意該接收機中有幾次頻率變換(混頻電路),如圖1-2所示。

圖 1-2 超外差一次變頻接收機框圖

摩托羅拉手機(包括數字手機和模擬手機)的接收機基本上是圖1-2所示的框架結構。

摩托羅拉的接收射頻結構除從圖1-2能明顯看出來的特點外,還有一個特點,那就是用于解調的接收中頻VCO都是接收中頻信號的2倍頻。對超外差一次變頻接收機可以這樣描述：天線感應到的無線蜂窩信號經天線電路和射頻濾波電路進入接收機電路，接收到的信號首先由低噪聲放大器進行放大；放大后的信號再經射頻濾波后,被送到混頻電路；在混頻電路中,射頻信號與接收VCO信號進行混頻,得到接收中頻信號；中頻信號經中頻放大后,在中頻處理模塊內迸行RXI/Q解調,解調所用的參考信號來自接收中頻VCO。該信號首先在中頻處理電路中被二分頻,然后與接收中頻信號進行混頻,得到67.707kHz的RXI/Q信號。 RXI/Q信號在邏輯音頻電路中經GMSK解調、去分間插入、解密、信道解碼、PCM解碼等處理,還原出模擬的話音信號,推動受話器發出聲音。

二、超外差二次變頻接收機

若接收機射頻電路中有兩個混頻電路，則該接收機是超外差二次變頻接收機。超外差二次變頻接收機的方框圖如圖1-3所示。

與一次變頻接收機相比,二次變頻接收機多了一個混頻器及一個VCO,這個VCO在一些電路中被叫做IFVCO或VHFVCO。諾基亞手機、愛立信手機、三星、松下和西門子等手機的接收機電路基本上都屬于這種電路結構。在這種接收機電路中,若RXI/Q解調是鎖相解調,則解調用的參考信號通常都來自基準頻率信號。

圖 1-3超外差二次變頻接收機框圖

在圖1-2、圖1-3中,解調電路部分也有VCO,該處的VCO信號是用于解調,作參考信號。而且該VCO信號通常來自兩種方式：一是來自基準頻率信號,如諾基亞的8110手機第二接收中頻是13MHz,基準頻率信號13MHz也提供給解調器用于解調；另一種是來自專門的中頻VCO,如摩托羅拉GSM328手機的接收中頻是153MHz,該VCO是306MHz,,306MHz的VCO信號在中頻處理電路中被二分頻得到153MHz用于接收機解調。

接收電路將天線感應到的高頻己調信號放大，經兩級(或一級)變頻將頻率很高的射頓信號轉變成頻率較低的帶調制信號的固定中頻信號,然后解調出原來的調制音頻信號或數據信號,并將其送到音頻處理電路或者邏輯電路,以完成相應的各種功能。

對超外差二次變頻接收機可以這樣描述：天線感應到的無線蜂窩信號經天線電路和射頻濾波電路進入接收機電路，接收到的信號首先由低噪聲放大器進行放大；放大后的信號再經射頻濾波后,被送到混頻電路；在混頻電路中,射頻信號與接收VCO信號進行混頗,得到接收第一中頻信號；接收第一中頻信號被送到接收第二混頻電路,與接收第二本機振蕩信號混頻,得到接收第二中頻(接收第二中頻來自VHF VCO電路)；接收第二中頻信號經中頻放大后,在中頻處理模塊內進行RxI/Q解調,（解調所用的參考信號來自接收中頻VCO，該信號首先在中頻處理電路中被二分頻,然后與接收中頻信號進行混頻，得到67.707MHz的RXI/Q信號；RXI/Q信號在邏輯音頻電路中經GMSK解調、去分間插入、解密、信道解碼、PCM解碼等處理,還原出模擬的話音信號,推動受話器發出聲音。

三、直接變換的接收機

早期的手機接收機電路結構基本上都分別屬于上述兩種電路結構形式,但隨著新型手機的面世,出現了一種新的信號接收機電路結構——直接變換的線形接收機(Direct Conversion Linear Receiver),如諾基亞的8210手機。這種接收機的電路結構如圖1-4所示。

圖 1-4直接變換的接收機方框圖

從一次變頻接收機和二次變頻接收機的方框圖可以看，RXI/Q信號都是從解調電路輸出的,但在直接變換線形接收機中,混頻器輸出的就是RXI/Q信號了。

不管電路結構怎樣變,都可以看到它們的一些相似之處：信號是從天線到底噪聲放大器,再到頻率變換單元,最后到語音處理電路。

所以在手機接收機電路中,主要有以下幾個不同的功能電路，組合而成。

接收天線(ANT)：作用是將高頻電磁波轉化為高頻信號電流。

雙工濾波器：作用是將接收射頻信號與發射射頻信號分離,以防止強的發射信號對接收機造成影響。雙工濾波器包含一個接收濾波器和一個發射濾波器,它們都是帶通射頻濾波器。

天線開關：作用同雙工濾波器，由于GSM手機使用了TDMA技術,接收機與發射機間歇工作,天線開關在邏輯電路的控制下,在適當的時隙內接向接收機或發射機通道。

射頻濾波器：是一個帶通濾波器,只允許接收頻段的射頻信號進入接收機電路。

低噪聲放大器(LNA): 作用是將天線接收到的微弱的射頻信號進行放大,以滿足混頻器對輸入信號幅度的需要,提高接收機的信噪比。

混頻器(MIx):是一個頻譜搬移電路,它將包含接收信息的射頻信號轉化為一個固定頻率的包含接收信息的中頻信號。它是接收機的核心電路。

中頻濾波器:中頻濾波器在電路中只允許中頻信號通過,它在接收機中的作用比較重要。中頻濾波器防止鄰近信道的干擾,提高鄰近信道的選擇性。

中頻放大器:中頻放大器主要是提高接收機的增益，接收機的整個增益主要來自中頻放大。

射頻VCO:在不同的手機電路中的英文縮寫不同,常見的有RXVCO(諾基亞、愛立信及其他部分手機常見)、PFVCO(三星手機常見)、UHFVCO(諾基亞手機常見)、MAINVCO(摩托羅拉手機常見)等。它給接收機提供第一本機振蕩信號；給發射上變頻器提供本機振蕩信號,得到最終發射信號；給發射交換模塊提供信號,經處理得到發射參考中頻信號。

中頻VCO:通常被稱為IFVCO或VHFVCO,若接收有第二混頻器的話,給接收機的第二混頻器提供本機振蕩信。在一些手機電路中,給RXI/Q解調電路提供參考振蕩信號。

語音處理部分:語音處理部分包含幾個方面,首先RXI/Q信號在邏輯電路中進行GSMK解調,然后進行解密、去分間插入等處理,然后將這個信號進行PCM解碼,還原出模擬的話音信號(參見接收音頻)。

第二節接收機的功能電路

一、天線及天線電路

話機本身的天線一般為螺旋鞭狀天線或短鞭狀天線。移動臺的天線具有足夠寬的工作頻帶,它工作于全部的收發信道，基本上所有的蜂窩話機都可使用內接和外接天線。

天線分為發射天線與接收天線，將高頻電流轉化為高頻電磁波傳送出去的導體被稱為發射天線；將高頻電磁波轉化為高頻信號電流的導體被稱為接收天線。

在一些蜂窩電話機中,天線進來常采用雙工濾波器(選頻電路)，天線和雙工器都是無源器件。雙工器包括發射濾波器和接收濾波器,它們都是帶通濾波器，雙工器有3個端口——公共端天線接口、發射輸出端及接收輸入端。天線及雙工濾波器與接收機發射機的連接如圖1-15所示。

發射信號總是比接收信號強,而強信號對弱信號有抑制作用,會使接收電路被強信號阻塞,使接收的弱信號被淹沒,引起接收靈敏度下降。所以接收濾波器就是阻止發射信號串人接收電路,并拒收天線接收到的接收頻段以外的信號；而發射濾波器則拒絕，接收頻率段的噪聲功率及發射調和信號等。當然,也有一些話機使用接收與發射分離的濾波器。

圖1-15

圖1-16所示的是一個帶開關電路的雙工濾波器。圖中VC1與VC2是控制端；GSM-TX、GSM-RX分別代表GSM的接收、發射端口；DCS-TX、DCS-RX分別代表1800MHz收發信機的接收、發射端口。

圖 1-16

從上面的內容可以看到,在手機電路中尋找天線電路,比較重要的就是天線的圖形符號Y和天線的表示字母“ANT”。

在天線電路中,除了雙工濾波器,還有天線開關電路，模擬手機中的天線開關電路用于內接天線與外接天線的轉換。由于數字手機采用了TDMA技術,它以不同的時段來區分用戶,且GSM手機的接收機與發射機是間隙工作的,所以在數字手機中,天線開關通常用于接收射頻信號與發射射頻信號通道的轉換。在一些雙頻手機中,天線開關還用于GSM信號和DCS信號的切換。8210手機的雙工濾波器中就包含了開關電路,VC1和VC2為控制信號。

—些手機的天線電路只采用天線開關,濾波器被分別放在接收射頻電路和發射射頻電路當中,如GD90的天線開關和cd928的天線開關電路如圖1-18所示。

在圖1-17,9腳接天線,5、7腳輸出射頻信號到接收機電路,1、11腳的信號來自發射機功率放大器。

用示波器在天線開關的控制端可檢測到控制信號的脈沖波形。控制天線開關的信號來自邏輯電路,同時這些信號也控制發射機、接收機電路。

圖 1-17 GD90 的天線開關電路

二、低噪聲放大器

低噪聲放大器（LNA）被用來將天線收到的微弱的無線蜂窩信號，放大到混頻器所需要的幅度。如果低噪聲放大器損壞,通常會造成手機接收信號差的故障。

低噪聲放大器通常又稱為前置射頻放大器，前置射頻放大器是移動通信接收機最常用的一種小信號放大器，由于此類放大器常用低噪聲器件來實現，故又稱為低噪聲放大器。

在第一級高頻放大電路設置低噪聲放大器可以改善接收機的總噪聲系數,同時高頻放大器可防止RXVCO信號從天線路徑輻射出去。圖1-18所示的是一般LNA的兩種形式(參見三極管部分)。

圖 1-18

雙工濾波器的輸出信號被送人低噪聲放大器放大。Q1、Q2與周邊元件構成一低噪聲放大器,這是一個帶負反饋的共發射極電路,又是一個寬帶放大器,它用以對微弱的射頻信號進行放大并彌補射頻濾波器帶來的插入損耗。在圖1-18中,Q1的發射極旁路電容C3對該放大器的增益影響很大,它可減小R4對信號的負反饋影響。該電路中,Q1的直流工作點主要由R1和R2決定,屬固定分壓偏置。在圖1-18中,Q2的直流工作點由R6、R5決定,為集電極反饋偏置,同時R5也是負反饋元件,C5和R7的作用與圖中的C3、R4一樣。實際上,Q1、Q2電路是一個寬帶高頻小信號放大器。

對這一位置的高頻放大器中的三極管,要求其截止頻率高,放大倍數大,噪聲系數小。第一級信號很小,工作點通常設得比較低,同時加人電流負反饋,則可以減小噪聲。

前面我們講到的是一些分離元件的低噪聲放大電路。在實際工作中,還常會遇到低噪聲放大電路被集成在一塊芯片中的情況。

諾基亞6110、6150手機的低噪聲放大器就是被集成起來的，它們一個是單頻手機,一個是雙頻手機,但我們也能很容易找到低噪聲放大器的輸人端：一是從天線電路去找,看信號通過交流通道到集成電路的什么端口；另一個較為快速的方法,就是查看集成電路各引腳的標號(英文縮寫),如圖1-19所示。

圖 1-19手機的射頻處理模塊

圖1-19是6110手機的射頻處理模塊,N500的25腳上標有“LNA IN”的字。.LNA就是低噪聲放大器(I,ow Noise Amplifier)的英文縮寫,IN表示輸入。所以我們斷定N500的25腳線路就是LNA的輸人，同時,也可找到LNA的控制信號端一下26腳，26腳上標有“LNA AGC”,LAN表示低噪聲放大器,AGC表示自動增益控制(Auto Gain control)。

在進行低噪聲放大電路的查找分析時,應注意一個信號——啟動控制信號(RX-ON或RX-EN)。RX-EN是接收機啟動控制信號,TX-EN是發射機啟動控制信號。從前面的系統知識我們知道,數字手機由于采用了TDMA技術,故接收機和發射機不同時工作，RX-EN和TX-EN信號是符合TDMA規則的脈沖控制信號,當RX-EN為高電平時,TX-EN為低電平,接收機工作；當RX-EN為低電平時,TX-EN為高電平,發射機工作。

這一信號通常供給低噪聲放大器的輸入端,以作為低噪聲放大器的偏壓,如cd928中的Q410的基極偏壓,實際上就是來自RX-EN。由于手機集成度越來越高,故在看電路尋找RX-EN時也會有一定的難度。愛立信788手機的RX-ON信號就是送到射頻處理模塊U100的11腳。在諾基亞手機電路中,通常看不到RX-ON或RX-EN,它是以另外一種標識出現——RXPWR。在低噪聲放大器的輸入端,通常用示波器可測到上述的控制信號,其波形如圖1-20所示。

在觀察接收啟動控制信號時,會發現其波形在待機狀態下有一定的規律：當該信號穩定時,手機的工作電流通常在80rnA左右；當該信號閃爍時,手機的工作電流通常在20~50mA之間變化；當無該信號時,手機工作電流通常在8~12mA之間。

圖 1-20

有關資料：

放大器中的噪聲是由放大器中的元器件(包括管子、電阻等)，內部載流子的不規則運動引起的。它主要是電路中電阻的熱噪聲和三極管(或場效應管)內部噪聲,這些噪聲實際上是雜亂的無規則的變化電壓或電流,故稱為起伏噪聲，起伏噪聲的頻率成分非常豐富,它的能量連續分布在很寬的頻率范圍內。而放大器內部噪聲主要有熱噪聲、散彈噪聲、分配噪聲和閃爍噪聲等。

三、混頻電路

混頻電路又叫混頻器（MIX）是利用半導體器件的非線性特性,將兩個或多個信號混合,取其差頻或和頻,得到所需要的頻率信號。在手機電路中,混頻器有兩個輸入信號(一個為輸入信號,另一個為本機振蕩),一個輸出信號（其輸出被稱為中頻IF）。在接收機電路中的混頻器是下變頻器,即混頻器輸出的信號頻率比輸入信號頻率低；在發射機電路中的混頻器通常用于發射上變頻,它將發射中頻信號與UHFVCO(或RXVCO)信號進行混頻,得到最終發射信號。混頻器是超外差接收機的核心電路,如接收機的混頻器出現故障,則無接收中頻輸出,造成手機無接收信號、不能上網等故障。

變頻器的原理方框圖如圖1-21所示。

圖 1-21

當變頻器的輸出為信號頻率與本振信號之和,且比信號頻率高時,所用的變頻器被稱為上邊帶上變頻。如摩托羅拉8200系列的發射變頻器,其發射中頻為88MHz,以60信道為例,本機振蕩信號為814MHz。變頻后得到902MHz的最終發射信號。

當變頻器的輸出信號為信號頻率與本振信號之差,且比信號頻率高時,所用的變頻器被稱為下邊帶上變頻。如諾基亞8110的發射變頻器,其發射中頻信號為116 MHz,其本機振蕩信號為1 018MHz(60信道為例)，變頻后得到902MHz的最終發射信號。

混頻器包括晶體管混頻器、場效應管混頻器、肖特基勢壘二極管混頻器以及集成混頻器等。

1．晶體管混頻器

晶體管混頻器有多種電路形式。其中雙極型晶體管混頻器可在共發射極電路基礎上構成，信號和本振信號由基極輸入,或信號由基極輸人、本振信號由發射極輸人。兩信號由基極輸人的電路輸入阻抗高,對本振而言,負載輕。摩托羅拉雙頻手機cd928系列的接收混頻器便為這種混頻器。如圖1-22所示：

圖 1-22

2．二極管混頻器

二極管混頻器盡管存在損耗,但其噪聲及雜波輸出比晶體管混頻器要少.諾基亞的GSM手機多采用這種混頻器。如8110的第一接收、發射混頻器，該混頻器的輸人輸出信號路徑如圖1-23所示(參見8110射頻電路)。

圖 1-23

3．集成混頻器

在早期的手機中,有的混頻器單獨使用一個集成組件,如今手機中的混頻器多被集成在一個復合的射頻處理或中頻處理模塊中。集成混頻器如諾基亞233的接收第一混頻器為集成雙平衡混頻器,它由阻抗匹配網絡、濾波器及混頻管等組成,為雙端平衡輸人輸出。

圖1-24

在1-24中,低噪聲放大器輸出的射頻信號,經一個平衡—不平衡轉換,得到兩個信號從N8的7、8腳輸人；本機振蕩信號則從N8的4、5腳輸人；混頻后得到的中頻信號從N8的1、2腳輸出。

圖 1-25

如今,越來越多的手機電路中的混頻單元被集成在上復合電路中,如諾基亞6110和三星SGH-500的接收混頻器,如圖1-25所示。

要尋找混頻電路就需掌握手機框架結構, 在手機接收機電路中,如看到射頻信號與VCO信號輸人到同一個電路,則這個電路應是混頻電路(這就要求能辨別RXVCO電路)。同時掌握MIX等英文縮寫(如圖1-25所示),以便于識別電路。參見諾基亞6110、三星SGH-500、諾基亞6150射頻電路。

四．中頻放大器

接收機的中頻放大器主要是將混頻器輸出的信號進行大幅度提升,以滿足解調電路的需要。接收機的主要增益也來自中頻放大器，中頻放大器損壞常會造成手機接收差的故障。

移動通信接收機均要使用中頻放大器。中頻放大器最主要的作用是：

獲取高增益：與射頻放大部分相比,由于中頻頻率固定,并且頻率較低,可以很容易地得到較高的增益,因而可以為下一級提供足夠大的輸人。

提高選擇性：接收機的鄰近頻率選擇性一般由中頻放大器的通頻帶寬度決定。

對于中頻放大器,不僅需要得到高的增益、好的選擇性,還要有足夠寬的通頻帶和良好的頻率響應、大的動態范圍等。而接收機的鄰近信道選擇性一般由中頻放大器的通頻帶寬度決定，由于中頻信號為單一的固定頻率,其通頻帶可最大限度地做得很小,以提高相鄰信道選擇性。在實際工程上,一般采用多級放大器,并使每級實現某一技術要求，就電路形式而言,第一級中頻放大器多采用共發射極電路,最后一級中頻放大器多采用射極輸出電路。不論接收機采用一次或二次變頻技術,中頻放大器總是位居下變頻（即混頻）之后。

為避免鏡頻干擾,提高鏡頻選擇性,接收機通常采用降低第一本機振蕩頻率、提高第一中頻頻率和多次變頻的方法,使信號頻譜逐漸由射頻搬移到較低頻率上。

分離元件的中頻放大器電路形式與低噪聲放大器的電路形式很相似,也是一個共發射極電路,只是它們工作的頻點不一樣。

摩托羅拉手機中通常使用分離元件的中頻放大器,其他手機的中頻放大器通常都是在一個集成電路中。圖1-26是cd928手機的中頻放大器。

- 圖 1-26 cd 928中頻放大器

中頻放大器的電路形式與低噪聲放大器的電路形式差別不大,但它們工作的頻段不同。低噪聲放大器是一個寬帶放大器,而中頻放大器是一個窄帶放大器。中頻放大電路的信號通路和偏壓、電源的查找與低噪聲放大器的方法一樣,讀者可自行分析。

在集成的中頻放大器中查找信號通道等相對困難些,它不是一個單一的電路,通常存在于一個復合電路中,盡管如此，它總是有規律可尋的。圖1-27（一）所示的是GD90的中頻電路，從手機的電路結構知識可以知道：中頻放大器總是置于混頻后,所以只要掌握混頻電路,則較容易找到中頻放大器。請仔細觀察圖1-27（一）和圖1-27（二）中的黑色方塊。

圖 1-27（一）

圖 1-27（二）

圖1-27（一）所示的是GD90的中頻放大器查找示意圖。根據手機電路結構可知,中頻放大器位于混頻器之后(輸出端后)；我們知道,混頻器的英文縮寫是MIX。那么,在圖1-27（一）中,可以看到集成電路的42、43腳有MIX OUT的字樣,MIX代表混頻器,OUT表示輸出,結合前面提到的知識,則中頻放大器可以從這個集成電路的42、43腳開始查找。跟著線路,可以發現,集成電路29、30腳上有IF IN的字樣(IF代表中頻IN是輸人),所以29、30腳是中頻放大器的輸人端。

注！圖1-27（一）和圖1-27（二）都是集成的中頻處理電路,要識別它們就需從手機的電路結構以及手機電路中的英文縮寫去分析(請注意圖中所指的英文縮寫)。

諾基亞8810、232中頻放大器查找示意圖

五．解調電路

接收機的解調電路是把包含在接收中頻信號中的語音信息或各種信令信息還原出來,得到中心頻率為67.707kHz的RXI/Q信號。在接收機電路中,解調電路輸出的RXI/Q信號是檢修接收機電路的一個關鍵信號。

在移動通信中,常用的解調技術有鎖相解凋器、正交鑒頻解調器等。

PLL（鎖相環）可以跟蹤輸人信號,它可以用作解調。圖1-28為一個鎖相解調器的方框圖。摩托羅拉87系列和928系列手機采用的就是鎖相解調器87的鎖相解調器中鑒頻器的參考頻率由216Mz的振蕩器提供,而928的鎖相解調器的參考信號則來自430MHz的振蕩器。鑒相器通過對輸入的兩個信號的相位比較,輸出一跟蹤調制信號的低頻信號,通過低通濾波器濾去高頻噪聲,即得到解調輸出。

圖 1-28

圖1-29為正交鑒頻器的原理框圖。在正交鑒頻器中,相移網絡將頻率的變化變換為相位的變化,乘法器將相位的變化變換為電壓的變化。將調頻信號與其移相信號相乘,通過低通濾波器將乘法器的輸出信號中的高頻成分濾出,就得到了解調信號。通常,在現代的通信設備的電路中,除正交線圈外,鑒頻器的其他電路均被集成在芯片內。

圖 1-29

需注意的是,這里所說的解調,是指接收射頻電路中將包含信息的射頻或中頻信號還原出67.707kHz的基帶信號的解調(針對GSM手機而言)。在邏輯音頻電路中還有一個解調——GMSK的解調,它是將67.707kHz的信號還原出數碼信號。

諾基亞8850解調查找示意圖

圖 1-30 不同手機解調查找示意圖

摩托羅拉、諾基亞手機與三星等手機電路使用的都是鎖相解調。在三星SGH-600手機電路中,接收第二中頻是45 MHz,解調用的參考信號來自IFⅤCO信號(540 MHz)的12分頻。

接收機的解調電路輸出的是接收機基帶信號,該信號的中心頻率為67.707MHz.摩托羅拉、諾基亞、愛立信等手機的RXI/Q信號都有2條信號線；而GD90等則有4條RXI/Q信號線，所以RX I/Q的輸出就成了解調電路的標志,參見圖1-30。

以上兩圖是用數字示波器測得的RXI/Q信號。

六．振蕩電路

在電子設備中,振蕩器的用途極為廣泛。振蕩電路的種類很多,按其工作原理,可分為反饋型振蕩電路、負阻型振蕩電路、多諧振蕩電路(張弛振蕩)；按使用元件,又分為IC振蕩器、RC振蕩器、晶體振蕩器等。

按需要,振蕩器可產生正弦波、脈沖波等。振蕩器以放大器為基礎,引入正反饋即可得到振蕩電路如圖1-31所示。產生振蕩的條件有兩個：正反饋和環路增益為1。

圖 1-31

1．LC蕩器

把只由L和C構成的反饋電路稱為LC振蕩器。LC振蕩器有調諧型和三元件型。它們包括集電極調諧型振蕩器、基極調諧型振蕩器、發射極調諧型振蕩器；三點式的有，電容三點式振蕩器和電感三點式振蕩器。

2．RC振蕩器

把由R和C構成的反饋電路稱為RC振蕩器,RC振蕩器有電橋式和移相式。移相式又分為HP型和LP。HP是High Pass的縮寫,即反饋電路由高通濾波器構成。LP是Low Pass的縮寫即指反饋電路由低通濾波器構成。

圖1-32（a）為RC移相振蕩電路，通常用于頻率需求較低的情況下。無繩電話中的導頻的產生、呼叫信號的產生多采用這種電路。可調電阻R5用于調較振蕩頻率。圖1-32(b)為維恩電橋振蕩器。

（a） RC移相振蕩器（b）維恩電橋振蕩電路

圖 1-32

3．晶體振蕩器

在移動通信中，以動臺需要能夠根據實時分配到的話音信道改變自己的工作頻率，這就要求必須有足夠精度、穩定性好的頻率合成器。而且隨著通信技術的發展,對頻率的穩定性和準確度的要求越來越高。在移動通信中,為了減少移動臺之間或與基站間的相互干擾,常常要求頻率穩定度優于10-5。而RC和LC都難達到這個精度。

只有高精度、高穩定性的振蕩才可以減小因頻率偏移而造成的鄰近信道干擾。

石英晶片具有壓電效應,能做成諧振器,且晶片本身的固有機械振動頻率只與晶片的幾何尺寸有關,其振動頻率可以做得非常精確穩定。利用石英晶體振蕩器可把振蕩頻率穩定度提高幾個數量級。

在石英晶片的兩面鍍銀,引出電極,然后封裝在由金屬或膠木、玻璃等材料制成的外殼里就得到晶體振蕩器。石英晶體可以用人工合成,也可將天然晶體切割成晶片。

晶體用于振蕩電路的形式較多。諾基亞2110的DSP(數字語音處理器)時鐘振蕩器為其中的一種,它構成射極跟隨器,也被稱為薩巴羅夫電路。

雖然晶體振蕩器的振蕩頻率穩定,但由于某些客觀因素的影響,使頻率穩定度變差。晶體振蕩器的頻率穩定度主要受三種因素的影響：

①是負載效應。減小負載效應一般是加隔離器,如射極跟隨器等。2110的DSP時鐘振蕩器為射極輸出,其帶負載的能力就比較強,但為提高穩定度,其后還加了一級射極輸出器,并采用變壓器耦合加以隔離。圖1-33就是一個射極輸出的晶體振蕩電路。

圖 1-33

⑵是推頻效應。所謂推頻效應,即由于供電系統條件發生改變,致使振蕩電壓源和電流發生改變、振蕩器件的工作參數發生改變,最終使振蕩器出現頻率漂移。所以對其電壓源要求較高,在移動電話內一般均使用專門的、比較精確的電源。如摩托羅拉168手機的VCO電源就通過了兩次穩壓。在諾基亞232和摩托羅拉168手機的發射接收VCO電路中,為了使振蕩管具有較穩定的偏置,除了采用高精度的穩壓電源外,還采用了固定分壓偏置的共發射極電路。

圖 1-34

③是溫度效應。晶體振蕩器受溫度的影響比較大,一般采用溫度補償或將振蕩器放入恒溫環境中來解決，溫度補償法包括模擬溫度補償、數字溫度補償及模擬—數字溫度補償法二大類。溫度補償電路有電容補償電路及熱敏網絡補償電路；電容補償方法簡單,但補償范圍較窄,一般在0～50℃之間,補償精度一般可達到±5×106。而熱敏網絡補償電路則用得較多,其補償范圍寬,在-40～70℃之間,補償精度可達到±0.2×106。其原理圖如圖1-34所示。利用熱敏網絡給變容二極管提供一個隨晶體工作環境變化的反向偏壓,通過變容二極管電容的變化來補償晶體振蕩器因溫度而導致的頻率漂移。

在實際的移動電話電路中,目前多使用溫度補償壓控振蕩器組件(VCTXO)。如諾基亞232的14.85MHz振蕩器和摩托羅拉168的16.8MHz振蕩器,它們被封裝在一個金屬外殼里,與外界環境隔開。前者為接收發射VCO及PLL鎖相環電路提供基準頻率；后者既為射頻電路提供基準頻率,又為邏輯電路提供時鐘信號。

七．鎖相頻率合成器

1．頻率合成

在現代的移動通信中,常要求系統能夠提供足夠的信道,移動臺也需能根據系統的控制變換自己的工作頻率,這就需提供多個信道的頻率信號。然而使用多個振蕩器是不現實的，在工程中,通常使用頻率合成器來提供有足夠精度、穩定性好的工作頻率。

將一個或多個基準頻率信號變換為另一個或多個所需頻率信號的技術稱為頻率合成,或頻率綜合技術。移動電話通常使用的是帶鎖相環的頻率合成器。圖1-35為一個頻率合成器的方框圖。

圖1-35頻率合成器的一般方框圖

我們設參考振蕩信號為f1,VCO輸出信號為f2,分頻器輸出的信號為f2/N,這整個環路的控制目的就是要使f1=f2/N。

在手機電路中,一個頻率合成系統通常包含幾個頻率合成環路：接收VCO頻率合成環路、接收中頻VCO頻率合成環路、發射中頻VCO頻率合成環路等。不管是哪一個頻率合成環路,其電路結構均如圖1-35所示。

（1）．參考振蕩

參考振蕩在頻率合成乃至在整個手機電路中都是很重要的。在手機電路中,特別是GSM手機中,這個參考振蕩被稱為基準頻率時鐘電路,它不但給頻率合成環路提供參考信號,還給手機的邏輯電路提供信號，如該電路出現故障,手機將不能開機。

手機電路中的參考振蕩都使用晶體振蕩電路。而且,大多數手機中使用的是一個基準頻率時鐘VCO組件。在GSM手機中,這個組件輸出頻率是13 MHz,有時它被稱為13MHz晶體。事實上它是一個VCO組件,13 MHz晶體及VCO電路中的晶體管及變容二極管等器件被封裝在一個頻率罩內(參見13MHz晶體振蕩器的識別)。

13MHz振蕩電路受邏輯電路提供的AFC(自動頻率控制)信號控制。由于GSM手機采用時分多址(TDMA)技術,以不同的時間段(Slot,時隙)來區分用戶,故手機與系統保持時間同步就顯得非常重要。若手機時鐘與系統時鐘不同步,則會導致手機不能與系統進行正常的通信。

在GSM系統中,有一個公共的廣播控制信道(BCCH),它包含頻率校正信息與同步信息等。手機一開機,就會在邏輯電路的控制下掃描這個信道,從中獲取同步與頻率校正信息，如手機系統檢測到手機的時鐘與系統不同步,手機邏輯電路就會輸出AFC信號。AFC信號改變13MHz電路中VCO兩端的反偏壓,從而使該VCO電路的輸出頻率發生變化,進而保證手機與系統同步。