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iphone4s射频电路的原理与常见故障维修

国家职业资格全国统一鉴定

电子****工高级技师论文

（国家职业资格一级）

论文题目：

iphone4s射频电路的原理与常见故障维修

姓名：

***

工作单位：

佛山****技术学校

申报等级：

国家职业资格一级

申报时间：

二O一四年十二月十五日

iphone4s的射频电路原理与常见故障维修

内容摘要：

随着电路集成技术日新月异的发展，智能手机的不断涌现，中国手机市场格局正发生变化，而对手机维修也提出越来越高的要求。

本文将以iphone4s手机射频电路为出发点，来分析其原理以及各种常见故障的维修。

关键词：

iphone4s原理故障检修

0．引言

iphone4s智能手机的电路结构为基带处理器+应用处理器的系统架构。

基带处理器实现手机的呼叫和接听、数据交互等基本的电话功能；而应用处理器多作用于多媒体等应用。

手机呼叫和接收、数据交互中，射频电路便是信号交互中的一个非常重要的组成部分之一。

手机射频是接收、发送和处理高频无线电波的功能模块，我国依据ITU的规范。

对3G的频率规划如下：

中国移动TD-SCDMA是1880--1900MHz和2010—2025MHz；

中国电信CDMA2000是1920一1935MHz和2110一2125MHz：

中国联通WCDMA是1940一1955MHz和2130—2145MHz。

手机射频电路由射频接收和射频发送两部分组成，其主要电路包括天线、无线开关、接收滤波、频率合成器、高频放大、接收本振、混频、中频、发射本振、功放控制、功放等.iphone4s全手机射频电路采用了英飞凌的芯片，苹果公司在后续的iphone5、iphone5s、iphone5c中也采用了英飞凌芯片。

1．iphone4s射频电路的结构与工作原理

1.1非连续接收电路

在谈到iphone4s射频电路之非连续接收电路之前，先引入一段关于DRX的解释。

DRX（非连续接收）,英文是DiscontinuousReception。

当手机已经注册上某个小区，且终端处于空闲模式下，终端可以使用非连续接收DRX操作。

这意味着在每个DRX周期终端，只需要监听与寻呼相关的信息块，其他时间段不需要监听寻呼，手机在一段时间里停止监听PDCCH信道，从而达到省电的目的。

DRX可分为以下分两种情况：

（1）IDLE状态下的DRX，顾名思义，也就是当手机处于IDLE状态下的非连续性接收。

由于处于IDLE状态时，已经没有RRC连接以及用户的专有资源，因此这个主要是监听呼叫信道与广播信道，只要定义好固定的周期，就可以达到非连续接收的目的。

但是手机要监听用户数据信道，则必须从IDLE状态先进入连接状态。

（2）另一种就是ACTIVE状态下的DRX，也就是手机处在RRC-CONNECTED状态下的DRX。

这样可以优化系统资源配置，更重要的是可以节约手机功率，而不需要通过让手机进入到RRC_IDLE模式来达到这个目的。

例如一些非实时应用，像web浏览、即时通信等，总是存在一段时间，手机不需要不停的监听下行数据以及相关处理，那么DRX就可以应用到这样的情况，另外由于这个状态下依然存在RRC连接，因此UE要转到支持状态的速度非常快。

图一iPhone4s手机非连续收发电路

让我们根据图一iPhone4s手机非连续收发电路图，了解一下各路信号的处理情况。

（1）DRX路径信号处理情况

手机接收信号经手机天线、天线接口J3、测试接口J4、DRX滤波器U21、DRXGPS、连续收发天线开关U3、DRX天线开关、DRX接收滤波器U7之后送到射频处理器U2，然后经过DRX模拟基带信号接口送至基带处理器U4。

（2）GPS路径信号处理情况

GPS接收信号经GPS天线、GPS天线接口J5、测试接口J7、GPS滤波器U17、GPS低噪声放大器U15、U7送入到射频处理器U2，然后经过GPS基带信号接口送至基带处理器U4。

GPS：

GPS是英文GlobalPositioningSystem（全球定位系统）的简称，而其中文简称为“球位系”。

GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。

其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。

（3）连续收发信号处理路径

手机接收信号经手机天线、天线接口J3、测试接口J4、DRX滤波器U21、DRXGPS连续收发天线开关U3后送至连续收发电路。

其中U3之前至天线这部分电路是非连续收发和连续收发电路共用的部分，U3和U14受控于基带处理器U4。

1.2连续收发电路

在iphone4s手机中，WCDMA的部分使用三个功放，完成频段1、频段2、频段5、频段8这4个3G信号处理。

GSM部分与频段8合用一个功放，完成GSM的4个频段的信号处理。

图二射频处理的收发信号框图

1.2.1WCDMA部分收发信号路径

（1）频段1收发信号

频段1接收信号经天线公用部分到天线开关U13的5脚，然后在控制信号的控制下从U3的11脚输出入到U8的15脚。

信号从U8的3脚送到U11的26脚，频段1的射频接收信号从U11的1、2脚输出，送至U2的A9、A10脚。

频段1的发射信号从U2的N14脚输出，经FL5送至U10的1脚，经U10进行功率放大以后从22脚输出，送至U11的22脚。

后从U11的26脚输出送至U8的3脚，从U8的15脚输出送到U3的11脚，U3的5脚输出至天线公用部分。

（2）频段8收发信号

频段8接收信号经天线公用部分到天线开关U13的5脚，然后在控制信号的控制下从U3的11脚输出入到U8的15脚。

信号从U8的4脚送到U11的12脚，频段1的射频接收信号从U11的6、7脚输出，送至U2的B8、B9脚。

频段8的发射信号从U2的V13脚输出，经FL1送至U10的11脚，经U10进行功率放大以后从20脚输出，送至U11的16脚。

后从U11的12脚输出送至U8的4脚，从U8的15脚输出送到U3的11脚，U3的5脚输出至天线公用部分。

（3）频段2和频段5收发信号

频段2和频段5的处理方式差不多，只不过是采用了单独的功率放大器而已，在此就不赘述了。

WCDMA部分使用了3个功放，完成了频段1、频段2、频段5、频段8的3G信号的处理。

GSM部分与频段8合用一个功放，完成了GSM的4个频段的信号处理。

关于WCDMA频段及使用地区见下表。

1.2.2GSM部分收发信号路径

（1）DCS收发信号路径

DCS接收信号经天线公用部分到天线开关U13的5脚，然后在控制信号的控制下从U3的11脚输出入到U8的15脚。

然后从U8的2脚送到U11的28脚，DCS射频接收信号从U11的4、5脚输出，送至U2的A11、A12脚。

DCS射频发射信号从U2的T14脚输出，送至U10的2脚，在U10内部进行功率放大后从U10的13脚输出送到U8的17脚，然后从U8的15脚输出至U13的11脚，从U13的5脚输出，经天线公用部分从天线发射出去。

以长虹N2918彩电为例，该彩电开关电源是采用他激并联脉宽调制开关电源。

它是采用

（2）GSM收发信号路径

GSM900/850接收路径与WCDMA的频段5和频段8共用。

在射频电路中，一般使用LNA（噪声放大器，是噪声系数很低的放大器）用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器（比如手机、电脑或者iPAD里面的WiFi），以及高灵敏度电子探测设备的放大电路。

因为所有后面的处理都是基于LNA放大后的信号进行的，所以一个低噪声的模拟放大器是至关重要的。

在放大微弱信号的场合，放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重，因此希望减小这种噪声。

由放大器所引起的信噪比恶化程度通常用噪声系数F来表示。

理想放大器的噪声系数F=1（0分贝），其物理意义是输出信噪比等于输入信噪比。

2．iphone4s射频电路故障维修常用方法

2.1天线法：

简单实用，在检修射频电路故障时，用10厘米左右长导线或锡丝、镊子、示波器探头作为假天线，分别连接在信号通路的输入端和输出端，如在某元件的输入端接上假天线手机正常工作，说明假天线以后的电路正常，然后把假天线移到此元件的输出端，如不能正常工作，问题就在此元件。

2.2调整法：

由于发射信号过强引起的发射关机、过弱引起的发射复位、重拨等故障时，检修或更换功放、功控电路无效果的，可适当调整相关电路中元件数值达到修复目的。

如iphone4s手机，由于发射功率过大引起发射关机，均可增大功控电路中的电阻去解决；如属发射功率小引起的发射重拨可减少预放管基极供电电阻，增大预放的放大量，使手机正常工作。

2.3区分法：

在检修因控制信号或供电电路不正常时，可根据控制信号或供电电压的数值，把电路中相同的直流电压引过来，进行故障区域的区分。

若加电后电路可以工作，说明受控电路正常，问题在控制或供电电路，如加电后电路仍不正常，问题在受控电路。

如iphone4s射频供电管的信号，均为1.5V的信号；如不正常时，可把电源输出的1.5V加到相对应的控制端上（要断开原来的控制线），如该电路正常说明受控制电路正常，重点检修控制信号的产生电路；否则，故障在受控电路。

3.iphone4s射频电路故障维修与技巧

iPhone4s手机分为GSM部分和WCDMA部分，射频部分的故障主要表现为无信号、信号弱、无发射等，电路故障检修可参考一下流程。

3.1、GSM射频电路的故障检修

在检修iphone4s手机GSM部分之前，首先要检测手机能否在WCDMA系统中使用，如果能在WCDMA系统中使用，就按照一下流程进行检修，若不能在WCDMA中使用，首先要检查射频处理器U2是否工作或电源供电是否正常。

3.1.1、供电电路故障维修

如果GSM系统和WCDMA都不能正常工作，先要检查射频处理器U2是否工作或电源供电是否正常，再检查其他电路。

（1）RF1电压检查

检查电容C79上是否有1.5V电压，如果该测试点没有电压，说明供电不正常，检查电源管理电路。

（2）RF2电压检查

检查电容C150上是否有1.5伏电压，如果该测试点没有电压，说明供电不正常，检查电源管理电路。

图三供电电路元件分布图

如果上述步骤检查后，射频处理器U2的2路主要供电均正常，则将对以下步骤进行维修。

3.1.2、天线及天线开关电路维修

（1）天线匹配网络故障维修

天线匹配网络出现故障：

一般表现为信号差、无信号、拨打电话困难、信号时有时无等故障。

图四天线匹配网络元件分布图

对于天线匹配网络的故障，可以使用综合测试仪配合频谱分析仪，当然还有比较简单的办法，就是使用“假天线法”依次在天线至天线开关U3的5脚之间通道元件上焊上一段10cm左右的焊锡作为假天线，如果信号能够正常，说明加焊假天线之前的元件有开路情况，

天线匹配网络元件分布图如图四所示。

（2）天线开关电路故障维修

天线开关电路出现故障，一般表现为信号差、无信号、拨打电话困难、信号时有时无故障。

对于天线开关电路的故障，除了使用综合测试仪配合频谱分析仪检测外，还适用于“假天线法”。

图五天线开关电路元件分布图

我们以“假天线法”对天线开关电路故障的经行检测，在怀疑的故障部分，依次焊接上“假天线”，从而根据出现的情况来判断开路位置，找出故障所在。

3.1.3、射频处理器电路维修

iphone4s手机射频处理器集成度非常高，一般在维修射频处理器故障的时候，如果天线开关到射频处理器U2的信号正常，一般补焊或更换射频处理器。

3.1.4、功率放大器电路维修

功率放大器出现故障，可引起手机拨打电话困难，不能进入服务状态，无发射等问题。

功率放大器电路元件分布如图六所示。

（1）供电电压测量

功率放大器供电电压为电池电压，BATT-VCC电池电压测试点在C25上，该测试点电压为3.7V，如果电压不正常，检测电池供电或供电通路。

功放供电电压测试点在L7上，电压为2.5伏，如果电压不正常，检查U9以及外围电路元器件。

（2）射频输出信号测量

对于GSM部分射频输出信号的测量，可使用频谱分析仪，GSM850/900频段输出信号测试点在C40上，DCS1800/PCS1900频段输出信号测试点在C41上。

如果输出信号不正常，检查或更换功率放大器U10。

（3）功率控制信号测量

功率放大器U10控制信号测试点在C27、C28、C29、C30、C31上，该测试点可以使用示波器进行测量，如果该点波形不正常，检查基带处理器U4。

图六功率放大器电路元件分布

3.2、WCDMA射频电路的故障检修

iphone4s手机WCDMA射频部分故障主要表现为无信号、信号弱、无发射等。

故障检修可参考以下流程。

3.2.1无线电路故障检修

WCDMA射频电路的天线部分主要指天线至天线开关U3、U8之间的电路，主要包括天线、天线匹配电路、天线开关U3、U8等。

天线、天线匹配电路故障维修参考GSM部分。

WCDMA天线电路故障可适用于“假天线法”，假天线的焊接点在天线开关U8的15脚（如图七所示）。

图七WCDMA天线电路故障测试点

3.2.2、WCDMA功率放大器电路维修

图八WCDMA功率放大器故障测试点

在iphone4s手机中，功率放大器电路出现故障可依照以下步骤进行检测。

（1）供电电压测量

使用示波器测量WCDMA功率放大器的13、14脚上是否有PA供电电压，如果供电电压不正常，检测PA电源芯片U9，如果供电正常，再检查其他部分。

（2）射频信号测量

在U16的9脚焊一个假天线，如果信号正常，说明故障在U16至天线之间的电路，否则说明故障在U16至射频处理器U2之间。

（3）控制信号测量

功率放大器的2脚为使能信号，3脚为模式控制，4脚为功率检测，使用示波器依次检查波形是否正常，如果波形不正常，检测基带处理器U4，如果波形正常则更换功率放大器。

4.故障分析与检修实例

4.1iphone4s三无维修

　故障现象：

iphone4s无WIFI、无串号、无信号。

分析和维修：

（1）两步检测与分析

　　第一步：

先检查电池供电正极（B+）到1和2、3和4电源模块，这两条线路是给通讯CPU供电的，没有通讯CPU供电，手机会出现三无。

第二步：

检查核心供电、射频供电、时钟电压输出，这三个电压主要测试点5、6、7。

其中5是电感L2_RF是通讯CPU的核心供电，正常电压为1.10V-1.20V不等，测量核心供电电压超过1.3V，手机会出现三无；6是射频供电，打电话时或者是开机前几十秒才有电压；7是26M基准时钟，用于通讯部分的，旁边有个时钟输出测试点PP5_RF，电压为0.90V左右。

无时钟电压输出，手机也会出现三无。

（2）维修五要点

1.如果通讯CPU没有BAT供电，把断的地方连接起来就行了。

2.若L2_RF电压为1.30V，那我们首先要查的是时钟电压正常与否。

3.若时钟输出电压正常，那么通讯CPU有可能虚焊或者损坏。

或者是基带字库虚焊或者损坏。

4.若时钟输出电压不正常，那我们先检测G2_RF供电电压2.5V是正常，或者是26M时钟有无损坏。

若时钟供电不正常，有可能中频U8_RF虚焊或者损坏。

5.U11_RF为射频供电，测试点是TP24_RF。

若无此供电，射频部分电路就无法正常工作，故障现象就是打不出电话。

碰到此类故障我们可以借个电压，由数字6处飞条线过去就解决了。

图十一

图十二

5.2iphone4s3G卡不能上网

故障现象：

3G网络不能连接

分析和维修：

根据现象可以判断故障在射频电路WCDMA中。

（参考图八所示）按照以下步骤进行维修：

（1）在U8的15引脚接上假天线，发现故障仍然未排除

（2）检查WCDMA功率放大器13、14脚电压，发现电压为0.

（3）如图十三所示，根据芯片无供电现象，检查基带电源U6是否正常工作。

（4）先检查U6A2、B2有电池电压信号输入，时钟信号也正常，更换U6芯片，iphone4s恢复工作，故障排除。

图十三

5.结束语

通信采用电磁波作为信号的传输载体进行无线通信，因此，其射频电路在移动通信终端上居于重要的位置，射频性能的好坏直接关系到信号的收、发能力和终端与基站通信能力的高低，这就要求射频电路不断地演化和提高，以适应新世代产品的要求。

射频电路主要往三个方面发展：

1、射频前端电路向小型化和交互集成方向发展。

2、收发信机的发展趋势是直接变频。

3、外置晶体频率源成为主流。

这就要求我们要不断学习，不断更新知识，在实践过程中不断提高专业知识与维修技能。

6.致谢

此次通过论文的撰写，使本人重新系统地学习了智能手机原理与维修等的知识，并针对射频电路在智能手机的作用原理，及故障产生的原因和维修经验进行了总结，这对今后的工作有极大的帮助。

本论文在编写大纲和一稿、二稿的形成过程中，得到计老师等新高级技师热情的指导，提出了许多中肯的意见和建议。

在此，表示衷心的感谢并致以崇高的敬意！

7.参考文献

1、 文恺主编，  《手机维修从入门到精通》，人民邮电出版社 ，【M】，2011年01月

2、 陈子聪主编，《手机原理及维修教程》，机械工业出版社传版 ，【M】，2008年6月 

3、刘南平. 《手机原理与维修》. 北京师范大学出版社, 【M】，2008.

4、 韩广兴等.《 快修巧修新型手机》.北京.电子工业出版社.【M】，2008年