rf总结Word下载.docx
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文档对手机RF的讲解深入浅出，涵盖内容丰富。
虽然文档比较老，但是拿来作为一篇深入介绍性的文档，却也不错。
可以给哪些从事手机RF开发或者感兴趣的同学做个参考。
前言
射频部分是通信设备的重要组成部分，是进行双向沟通的桥梁。
了解该部分的组成和工作原理对我们开展工作有很重要的意义。
为此，DIAGL9的同事针对该部分编写了这个专题培训资料，它包括了：
接收机原理、接收机基本电路、手机的RF基本电路、手机的相关技术、手机的诊断和维修编写这个资料的目的是为了扩展大家的思维，起到抛砖引玉的作用。
由于时间仓促，有些资料难以找到，加上我们的知识水平有限，因此其中可能有所缺漏，欢迎大家批评指正。
RF应用回顾
1．RF基本电路介绍
1.1超外差调幅接收机
一般使用的调幅接收机的接收方式大多使用能稳定得到高增益、频率选择性好的超外差方式。
下图是表示超外差方式的调幅收音机的构成方框图：
高频放大部分的作用：
高频放大部分由输入电路、高频放大器、混频器成。
以下是高频放大部分的作用和必要条件。
1）提高接收机的信噪比
在调幅接收机中，若对高频放大器和变频器的噪声指数进行比较时，后者大。
为此，通过使用第一级噪声指数小、增益高的高频放大器，可以改善接收机的总噪声指数。
2）频率选择性好
随着调谐电路级数的增多，邻近频率或乱真电波的接收可以受到控制，设置输入电路、高频放大器使频率选择性好。
3）使本机振荡频率成分不从天线发射
通过在天线和变频器之间设置高阻抗的高频放大器，可以防止从天线发射本机振荡频率成分。
变频器的作用：
变频器由混频器和本机振荡器构成。
其作用如下：
1）变频的原理
基本原理是外差检波，它是将频率Fc的载波和频率FL的本机振荡器的输出加到非线性的有源电路上，从其输出成分中取出FL—Fc的拍频，利用它作为中频的方法
2）变频器的分类
a）自激式变频器
b）它激方式变频器。
3）本机振荡器的性能
本机振荡器要求频率稳定性好，高次谐波成分的含有率少。
其理由是，当频率不稳定时，不能接收，含有很多高次谐波时，产生假信号响应发生笛声等。
本机振荡器除自激式外，还有晶体控制振荡器或频率合成器方式的振荡器。
中频放大部分的作用：
1）得到高增益
与高频放大部分比较，由于频率固定，并且频率低，可以得到高增益，因此可以为用检波器进行线性检波提供充分大的输入，从而使检波器的灵敏度提高，并且可以减少检波输出的失真。
2）提高选择性和保真度
接收机的邻近频率选择性一般由中频放大器的通频带宽度决定。
通频带由于接收对称的电波类型而不同，因此只要为选择接收的信号设定必需的最小限度的带宽即可。
检波部分、低频放大部分的作用：
1）检波部分工作的必要条件：
检波输出没有失真
灵敏度高
电路结构简单
工作稳定
2）低频放大器的作用
因为从检波器所得到的低频输出很微小，即使直接加到扬声器上，扬声器械也不动作。
低频放大器用于放大电压和功率，获得足够大的输出使扬声器动作的电路。
1.2超外差调频接收机
对于调频收音机，在高频端对由天线接收6~108MHZ的电波进行调谐、放大，变换为中频（10.7MHZ）。
然后经中频放大后进行调频检波得到低信号。
最后对低频信号放大使扬声器发出声音。
对于收音机，调频检波器（FM
DET）的输出是音频信号，所以不称为低频放大器（LFAMP），大多称为音频放大器（Audio
FrequencyAmplifier,
AFAMP）。
其方框图如下：
1.3调频立体声接收机
调频立体声接收机的组成：
调频立体声接收机的方框图如下图所示。
在调频检波器以前与调频单声道接收机的组成相同。
接收立体声广播时，调频检波器输出得到立体声复合信号（主信道信号+副信道信号+导频信号）。
立体声解调器（MPX）由这三类信号对L.R信号进行解调。
接收单声道广播时，检出不包含导频信号的信号，并使立体声解调器停止工作，左.右扬声器都为单声道输出。
高质量的调频解调器在电路组成上下功夫，使得发送方的音质几乎可以不被恶化地接收。
并且为了适应将来的调频广播的多局化，要制造排除干扰能力强的接收机。
2．GSM手机的电路结构
2.1GSM手机的电路结构
手机的电路结构可分为三部分，即射频处理，逻辑/音频以及输入输出接口。
射频部分一般指手机电路的模拟射频，中频处理部分，包括天线系统，发射通路，接收通路，模拟调制，解调以及进行信道调谐用的频率合成器等。
射频部分包含发送部分，接收部分与频率合成器。
一、发送部分
发送部分包括带通滤波器，GMSK调制器，射频功率放大器，天线开关等。
具体的调制方式大致分为两种：
1）调制音频信号先调制到某一中频，再经过一次上变频，变换到GSM射频信道上。
2）调制音频信号直接上变频到GSM射频信道上。
二、接收部分
包括天线开关，射频滤波，射频放大，混频，中频滤波和中频放大等，其接收的频率对应900MHzGSM规定频点，经过下边频道中频，中频多为100MHz附近的某个固定值。
之所以采用中频为射频信号处理的过渡环节，是为了得到更好的灵敏度和稳定性。
解调大都在中频处理集成电路内完成，解调后得到频率为67.71KHz的同相正交信号，然后进入逻辑/音频处理部分进行后级的处理。
三、逻辑音频部分
逻辑/音频部分可分为两个子部分：
音频信号处理和系统逻辑控制。
音频信号处理子部分对数字信号进行一系列处理：
发送通道的脉码调制，话音编码，信道编码，交织，加密，TDMA帧形成，接收通道的自适应信道均衡，信道分离，解密，信道解码和语音解码，音频放大等。
基带信号处理控制对整个手机的工作进行控制和管理，包括开机操作，定时控制，数字系统控制射频部分控制以及外部接口，键盘，显示器控制等。
逻辑音频部分包括：
中央处理器：
相当于单片机的处理核心，作用是射频部分控制，键盘控制，其他集成电路的控制及相互之间的数据传送。
RAM：
随机存储器，作用是存储手机工作时的数据。
ROM：
（1）EPROM
存放手机主程序和监控程序。
（2）EEPROM存放功率控制表，数模转换表，
自动频率控制表，自动增益控制表等。
（3）短消息业务存放码表，显示控制程序。
接口：
（1）总线接口负责同外部设备的通信，包括A/D，D/A。
（2）射频接口负责将模拟信号（I/Q）转换成数字信号和将数字信号转换成模拟信号（I/Q）。
I/O设备：
键盘输入、功能翻盖开关输入、话筒输入、液晶显示屏输出、听筒输出、振铃输出手机状态指示灯输出这些都是人与手机之间的I/O.射频部分的接收通路（RX）和发送通路（TX）使手机与基站间的I/O。
其他的集成电路都是为这五大类服务。
有电源、同步时钟等。
四、输入输出接口部分
输入输出接口部分由模拟接口、数字接口、人机接口三部分。
话音模拟接口：
包括A/D、D/A变换等。
数字接口：
主要是数字终端适配器。
人机接口：
包括显示器、键盘、振铃器、听筒、话筒。
手机原理方框图如下页，概括了GSM手机全部的工作原理。
2.2双频手机射频电路技术参数
一、GSM900／DCSl800双频手机的特点
双频手机与现阶段普及型的单频手机相比，有下面的特点：
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频段网格，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（fulltypeapproval）认证的情况来看，双频手机在将来会是主流产品。
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，与单频手机在电路结构上的差别在于射频前端和相对应的控制软件。
二、GSM900／1800双频手机RF部分的主要技术指标和设计要求
四类机，阶段2增强型（classIVphaseⅡphase
）E―GSM900MHz部分的主要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：
577μs
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（ResiodualBER）＜2％
动态范围：
-47dBm―110dBm
频率误差：
<
1×
10-7，相位误差的均方根值<
5°
，相差
峰值：
20°
射频输出功率：
5级（33dBm）--19级（5dBm），级差：
Δ＝2dB
共有15个功率等级。
DCS1800二类手机（classⅡ）部分的主要RF指标：
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：
Fe<
10-7，相位误差均方根值＜5°
，峰值＜200
3级（24dBm）--15级（0dBm），共有13级功率；
步进Δ＝2dB
其余设计要求与GSM900相同。
三、双频手机RF部分基本工作原理
1）RF部分基本组成框图
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）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a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。
PA部分APC控制电路的作用是：
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。
4）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。
四、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：
因为目前AD变换器和DSP的技术水平还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，在目前采用这种方案是不现实的。
1．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。
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＝-121十1十2十2十9＝-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
2．下行链路接收机增益分配计算
ETSGSMll．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路单端输出的交流电平值设计为500mVpp（177mV有效值），这样，整个GSM接收通道的电压增益为：
GPtotal＝20lg{177／2241g-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。
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）。
5）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．第1混频器技术要求
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
3）本振电平：
-5dBm―0dBm，过高的本振电乎会产生手机功耗加大，EMC性能变差的问题。
5．第1中频频点和IFSAW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）IFSAW滤波器的技术指标，一般IF频点在200MHz―400MHz之间选取；
5）IFSAW滤波器插损小于8dB、带宽200kHz
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机的越区切换；
3）双端输入阻抗能与IFSAW滤波器的输出阻抗相匹配。
7．I/Q正交解调器设计要求
1）平衡输入、输出；
2）输出直流偏置电平：
1V，交流电平：
1Vpp；
3）I/Q路输出幅度乎衡：
土1．5dB，I／Q路输出相位平衡：
小于4。
4）具有差分直流偏置校正功能。
五、发射单元方案设计
发射单元可以采用几种不同的电路方案：
1）采用双中频：
该方案的优点是选择性指标容易保证，带外抑制指标比较高，频差Fe和相差Pe指标比较好，缺点是PLL要复杂一些，易产生互调干扰。
2）采用单中频：
这种方案的优点是PLL电路简单，不易产生互调干扰，Fe和Pe指标比较好，缺点是选择性指标比采用双中频的方案要差一些。
3）采用直接调制到RF的方案（即无中频）：
该方案的优点是电路简单，缺点是选择性指标比较差，Fe和Pe指标难以保证。
4）末级Tx―VCO采用上变频：
其优点是电路相对简单，缺点是Fe和Pe指标稍差。
5）末级Tx―VCO采用PLL―VC0：
其优点是Fe和Pe指标容易保证，缺点是电路要相对复杂一些。
6）采用开环控制的PA：
此方案的优点是可以省去定向耦合器、功率检测和比较电路，外围电路相对简单一些。
该方法的缺点是要在PA的供电回路中采用一个大电流（1dmax＞6A）的MOS开关管（其作用是相当于一个有源降压电阻），而该管在使用中的故障率比较高，从而造成手机无法开机的故障。
7）采用闭环控制的PA：
优点是PA直接和电池连接，而不用MOS管，故稳定性、可靠性比较高，缺点是需要用定向福合器、功率检测和比较电路，电路要复杂一点。
8）采用发射单中频，末级TX―VC0采用PLL―VC0，PA闭环控制的方案较为理想。
1．中频正交I／Q调制器技术要求
1）中频频点选择200MHz―400MHz之间；
2）I/Q输入直流偏置电平：
1V―1．5V，I／Q输入交流电平：
1Vpp（平衡输入）；
3）调制后，I、Q路的幅度平衡度小于土0．3dB，相位平衡度小于4。
；
4）F输出电平：
0dBm―5dBm。
2．RF变频器和PA设计技术要求
1）供电电压：
DC：
3．1V--4．5V（标称工作电压：
DC3．6V）；
2）RF变频器本振电平：
―3dBm--十3dBm；
3）PA效率：
PAE（power
addedefficiency）：
45％―50％，APC控制方式：
闭环检测控制；
4）调制频谱、开关频谱、功率等级指标均应满足ETSGSMll．10技术规范中的要求；
5）PA输出I／Q幅度平衡度：
土0．5dB，相位误差均方根值：
＜5，峰值＜20；
6）PA最大射频输出功率：
考虑到后面的定向耦合器和收发隔离器的影响，对于GSM900四类机应能达到35dBm，对于DCSl800二类机应能达到26dBm。
六、频率合成器设计
基于前面的考虑，收发信机均采用一次变频技术获得较高的性能价格比。
在采用这种方法的条件下，又有下面的几种方案可供选择：
GSM900和DCSl800两频段的收发信机采用不
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