手机原理part5.docx
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手机原理part5
第三章逻辑系统
逻辑电路分为手机系统逻辑电路控制及存储器电路与语音处理电路两大部分，它完成手机各电路的控制及数字与语音信号的处理。
逻辑电路部分通常是由中央处理器（CPU）或被称为ASIC（专用应用集成电路）的器件，为中心的电路构成。
在该电路中,还包含各种存储器电路：
SRAM、EEPROM及FLASH电路,这些存储器在手机电路中起着不同的作用。
第一节逻辑控制电路
它主要由核心控制模块CPU、EEPROM、FLASHEPROM、SRAM等部分组成，逻辑系统主要完成手机菜单中的各项设定功能、控制收发信号的正确处理功能等,而且在逻辑系统中,EEPROM和FLASHEPROM内部存储的数据必须完全正确,才能发挥其强大快捷的逻辑控制功能。
—、控制器的组成
图2-1所示是控制器的硬件组成方框图。
图中一个最基本的控制器主要由下列几部分组成。
图2-1
CPU（中央处理器）∶这是微控制器的核心。
存储器：
包括两个部分,一是ROM它用来存储程序
二是RAM,它用来存储数据。
ROM和RAM两种存储器是有所不同的。
输人/输出（I/O）接口：
这一接口电路分为两种：
一是并行输入/输出接口。
二是串行输入/输出接口。
这两种接口电路结构不同，对信息的传输方式也不同。
定时器/计数器：
微控制器的许多应用中,往往需要进行精确的定时并产生方波信号,这要由定时器/计数器电路来完成。
时钟系统：
手机中常见是13MHz和32.768kHz。
微处理器的上述五个基本部件电路之间通过地址总线（AB）、数据总线（DB）和控制总线（CB）连接在一起，再通过输出/输人接口与微处理器的外部电路联系起。
二、CPU
CPU在单片机中起着核心作用,单片机所有操作动作指令的接收和指令的执行、各种控制功能、辅助功能等都在CPU的管理下进行。
同时，CPU还要担任各种运算工作。
在单片机中,CPU起着指挥中心的作用。
通俗地讲,CPU相当于“人脑”和“算盘”的作用,其中“人恼”用来指挥单片机的各项工作，“算盘”则用来进各种数据的运算。
三、存储器
存储器的作用相当于“纸张”存储器用来存放单片机中的各种程序和数据。
所谓程序就是根据所要解决问题的要求,应用指令系统中所包含的指令、编成一组有次序的指令的集合。
所谓数据就是单片讯上作过程中的信息、变量、参数、表格等,例如键盘反馈回来的信息。
ROM（掉电不丢失
在手机的单片机系统中,有的程序是同定不变的,如自举程序或引导程序,有的程序则可以进行升级,存储不同的程序。
存储器也不应相同,如Flash（闪速存储器）特点是响应速度和存储速度高于一般的EPROM,可写（E）可编程（P）只读存储器（ROM）,因为在手机中它存储着系统运行软件和中文资料,所以叫它版本或字库。
它容量也更大一些,比如V998的320字库容量为16×32Mbit。
EEPROM电可擦（E）可写（E）可编程（p）只读存（ROM），因为在手机中它主要用来存放应用文件、如机身码IMEI、锁相码,所以又俗称码片。
不过在现代通信技术日益发展的今天,许多机型已将码片资料和版本资料集成在一起了。
RAM数据存储器（掉电丢失）
数据存储器是一个随机存储器,是一个读/写存储器（RAM）,它可读可写，他分成许多单元。
微控制器片内的数据存储器用途很多，主要有下列一些：
A．其中的一部分单元当作CPU的工作寄存器。
当单片机中没有专门的寄存器阵列时，可使用数据存储器中的一部分单元。
B．微控制器内有一个大小，地址均为固定的堆栈，设在数据存储器中。
C数据存储器其余的单无是用户的数据区。
四、输入/输出接口
输人/输出接口常用I/O接口表示，I是指输入接口，是英文IN的简写。
O是指输出接口,是英文OUT的简写。
输人/输出接口电路是指CP∪与外部电路、设备之间的连接通道及有关的控制电路。
由于外部电路、设备中的电平大小、数据格式、运行速度、工作方式等均不统—，一般情况下是不能与CPU相兼容的（即不能直接与CPU连接）外部电路和设备只有通过输入/输出接口的桥梁作用，才能进行相互之间的信息传输、交流并使CPU与外部电路、设备之间协调工作。
输人/输出接口种类繁多，不同的外部电路和设备需要相应的输人/输出接口电路，可利用编制程序的方法具体确定接口的工作方式、功能和工作状态。
五、定时器/事件计数器
为了提高单片机的实时控制能力，一般单片机内部设有定时器电路。
定时器有两种类型：
—是增量计数器；二是减量计数器。
当定时器溢出时,增量计数器产生中断并作标志位；当定时器回零时,减量计数器产生中断。
有的定时器还具有自动重新加载的能力,这使得定时器的使用更加灵活方便,利用这种功能很容易产生一个可编程的时钟。
此外,定时器还可作为一个事件计数器,当工作在计数器方式时，可从指定的输入端输人脉冲,计数器对其进行计数运算。
六、时钟系统
这一系统是单片机的重要系统，单片机的工作是按部就班的,按一定规则排列时间顺序的定时，就是由时钟系统控制的。
时钟信号把单片机执行指令时要做的操作按先后顺序排好，并给每一个操作规定好固定时间，这样就可以使单片机在某一时刻只作一个动作，实现电路的有序工作。
而它工作的快慢又和手机的状态有关大多数的手机在开机时因需要处理的文件多,时间要求短,时钟多为13MHz,而在待机或休眠时有32.768kHz就足够了。
这有点类似于电脑CPU的主频,这也就是为什么手机开机时13MHz频偏一点无所谓,只要有足够的振幅可以传送数据就行了,而人网时才和基站校准的原因之一。
七、中央处理单元（CPU）工作过程简介
中央处理单元简称CPU,CPU是英文CentralProcessingUnit的缩写。
CPU主要由下列三大部分组成：
①运算器；
②寄存器；
③控制器。
关于单片机系统中的CPU主要说明下列几点。
1）CPU的内部和外部通过三种总线与各部件之间进行联系,它们是地址总线、数据总线和控制总线。
地址总线用来传送地址信息,它是一种单向传输总线,地址总线在三种总数中的数目最多,通常地址总线用A××表示；数据总线是用来传送数据的总线,它是一种双向总线,它可用来传送CPU的输出数据,也可用来向CPU传送输人数据,一般情况下数据总线数目较多,常用D××表示；控制总线用来传送控制信息,它是一种单传输总线,对于CPU来讲,控制总线所传送的控制信号有的是输入信号,有的是输出信号,控制总线的数目要少些,通常用C××表示。
2）单片机中的总线是由许许多多部件所共用的,各部件通过三态门挂在总线上：
三态门有一个高阻状态,此状态下该门呈开路状态。
与总线脱离。
此时对总线而言它就不是一个负载。
正是由于三态门的这一特点,可以使许许多多部件同时挂在总线上而不使总线过载。
总线在某一时刻只被一对部件使用（即总线一端接的是信号源部件,另一端接的是信号接收部件）。
在另一时刻总线又被另一对部件使用,这种由部件轮流使用总线的方法称为分时。
八、单片机工作过程简介
在单片机中,CPU不仅要实现对自身的控制,还担负对单片机芯片内外其他功能部件的控制,完成规定的操作和运算。
CPU在实现这些控制功能时,是通过逐步执行指令序列的过程来完成的。
单片机对任何一条指令的执行都必须经历下列三个阶段：
①取指令阶段；
②分析指令阶段；
③执行指令阶段。
关于单片机的工作过程主要说明下列几点：
①单片机执行一条完整的指令必须经过取指令、分析指令和执行指令三个过程：
微控制器中的每条指令都存放在专门的存储器（ROM）中。
②程序由指令序列组成。
程序的执行过程就是执行指令序列的过程,也就是周而复始地进行取指令、执行指令的过程。
③程序的执行种类分为四种：
一是从零地址开始执行；二是从中间某一给定地址开始执行；三是顺序执行；四是非顺序执行。
④程序的执行中需要去控制单片机的外部电路,其控制方式有两种：
一是直接控制方式；二是间接控制方式。
前者电路结构简单,但不能用来直接控制数目较多的执行部件,因为这会占用单片机的许多输出接口。
间接控制方式与直接控制方式相反,它通过一个控制器,由单片机控制这一控制器。
再由这一控制器去直接控制执行部件,这样可省去微控制器的许多输出接口,这种间接控制方式能够控制数目很多的外部执行部件。
中断是单片机中的一种重要功能,它能够使单片机的控制功能更加完善。
所谓中断,就是在正常执行程序的过程中,暂时停止执行主程序,而转去执行另一个更加紧急的程序。
中断有五个阶段：
一是中断请求；二是中断排队；三是中断响应；四是中断处理；五是中断返回。
而手机中的单片机一般是16位微处理器,它与外围某些器件的工作流程如下：
按手机开机键,给维持电源部分供电,同时上电单片机,单片机复位后,再给出控制信号给维持电源部分,这时即使松开开机键也无妨。
复位后,单片机开始运行其内部的程序存储器,首先从地址0（一般是地址0,也有些厂家CPU不是）开诲执行,然后顺序执行它的引导程序,同时从外部存储器（字库、码片）内读取资料.如果此时读取的资料不对,则单片机会内部复位（通过单片机内部的“看门狗”或者硬件复位指令）引导程序,如果顺利执行完成后,单片机才从外部字库里取程序执行,如果取的程序异常,它也会导致“看门狗”复位,即程序又从地址0开始执行。
单片机读取字库是通过并行数据线和地址线,再配合读写控制时钟线W/R,单片机还有一根外部程序存储器片选信号线或称CS、CE,它和W/R配合作用,就能让字库区分读的是数据,还是程序。
第二节逻辑音频电路
逻辑音频电路在手机电路中占有重要的地位,它是手机系统的心脏。
逻辑音频电路包含无线通信呼叫处理、音频处理、数字语音处理、射频逻辑接口电路、各种射频功能控制、电源管理和用户接口模组等。
任何一部手机的逻辑音频电路部分都包含以上的一些功能电路,只不过手机电路中的逻辑音频电路通常都采用了超大规模的专用集成电路,在具体的电路形式上有所不同而已。
开关机逻辑电路（PowerON&PowerOFF）；
时钟产生（ClockGenerator）；
射频控制（提供SYNTHON,TXPWR,RXPWR及TXP等）；
时间管理器（Timer）；
用户接口；
SIM卡控制；
系统控制（SysterncontFol）；
通信控制（CommunicationControl）;
身份确认（IDauthentication）；
射频监测（RFmonitoring）；
工作模式控制（PowerUp/Downc,ontrol）；
附件监测（AccessoryMonitoring）；
电池监测（BatteryMonitoring）；
SLEEPCLK（睡目民时钟）；
SIMCLI（（SIM卡时钟）；
LCDCLK（显示器时钟）；
数字语音信号处理电路时钟（PCMSCLK,PCMDCLK）；
信道编码（Channelcodec）；
分间插人与去分间插人（Interleaving`Deinterleaving）；
计算（Ciphering,GSM的流密码算法等）；
突发脉冲建立（BurstBuilding）；
邻近蜂窝监测（AdjacentcellMonitoring）；
ADC（模数转换）；
PCM编译码；
音频路径转换；
MIC及SPK放大器；
I/Q分离（Separation）。
在看手机的逻辑音频电路时,应重点注意各种控制信号,逻辑电路提供的射频控制信号如：
接收启动控制信号（RXON或RXEN）；发射机启动控制信号（TXON或TXEN）；频率合成控制信号（SYNDAT、SYNCLK等）。
在看不同厂家的手机电路时,应注意一些控制信号的名称可能不同,如发射功率控制信号在诺基亚电路中被称为TXC；而摩托罗拉手机电路中则是PAC或AOC；在爱立信手机电路中为PWRLEV等。
一、逻辑音频处理
由前述GSM系统知识与手机电路结构方面的知识可知,接收机解调得到的接收基带信号被送至逻辑音频电路。
我们常说RXI/Q信号在逻辑音频电路中进行GMSK解调、解密解码等处理,还原出模拟的话音信号。
下面以诺基亚8810逻辑音频方框图（图2-2）为例作一说明。
图2-2
RXI/Q解调电路输出的RXI/Q信号首先送到逻辑音频处理模块COBBA。
在COBBA内,RXI/Q信号先经一个RXI/Q相位分离电路,两个RXI/Q信号分离成4个信号。
该信号在COBBA中再经处理（2NDORDERS-DMODUL&RDORDERSINCFILTER）,由一个数字接口电路将处理后的信号送到无线通信呼叫处理器,通过处理器中的COBBA接口、接收缓冲器、DSP接口,将信号送到DSP。
在DSP中,信号先经一个接收滤波器,然后在DSP中进行均衡、同步、去分间插人、卷寄解码、循环冗余码校验、坏帧掩蔽、语音解码等处理,通过一串行总线,将DSP处理后的数字语音信号送到语音处理模块。
在语音处理电路中,该信号经PCM解码,将数字信号还原成模拟的话音信号,然后经功率放大,输出到受话器。
二、接收音频
接收音频通道完成的是与发射音频通道相反的过程,它将数码的语音信号进行处理,如去分间插人、解密等,得到数字语音信号。
数字式的语音信号经一个D/A转换（PCM解码）,得到模拟的话音电信号。
如图2-3所示（该图所示的是GMSK解调后的数码语音信号到模拟话音信号之间电路的示意图）。
图2-3
在寻找接收音频电路咐,应注意查找“SPK”、“EAR”、“EARPHONE”和受话器的图形符号。
图2-4所示的就是诺基亚8110的接收音频输出电路，图中的EAR是查找该接收音频的关键。
图2-4
三、发射音频
在模拟移动电话中,一般把从解调输出到受话器之间的电路或送话器到调制输入端称为音频处理电路。
在数字移动电话电路中,从送话器输入到TXI/Q信号输出或RXI/Q输出到受话器声音输出之间的电路称为音频逻辑电路（参见逻辑电路）。
图2-5为一发射音频通道的方框图。
接收则执行相反的过程。
图2-5
在通信中,要将话音信号发送出去,首先需利用电子器件、电路将话音信号转换成模拟电信号,这就是通常所说的话音拾取电路。
常用的声-电转换器件为送话器（microphone,又称话筒、微音器等）。
通常,送话器拾取的话音信号是一个频率范围为几十Hz到约20kHz的信号,这将使电路非常复杂。
事实证明,人们通常只对频率为270～3400Hz的信号敏感,且能达到一定的清晰度,这个频率范围的话音信号完全能满足一般通信业务。
所以,经音频放大器放大后的信号要通过一个带通滤波器以形成话音调制信号的频带。
从有线电话的技术要求知道,对电话手柄的要求较高,以满足对说话者的话音信号的拾取。
现在,手机越来越趋向于小型化,送话器与手机使用者的嘴的距离越来越远,这就要求送话器的灵敏度比较高，由此带来一个问题——在某种程度上说背景噪声较大（有时远处的声音也会被发送出去）,所以手机电路中发射音频也有其特点,下面几幅图可以说明问题。
图2-6
图2-6是爱立信T18的话音拾取电路。
在看该电路时，还应注意话音频带形成和送话器偏压等,如图2-7所示（MIC是送话器；BIAS是偏压）。
图2-7
送话器需要偏压才能工作，其偏压是直流电压。
在讲述放大器时我们曾提到偏压的查找方法:
偏压只能通过电阻或电感，所以只要找到MIC或送话器的图形符号,其偏压是容易查找的。
如图2-8所示。
图2-8
实际上,发射音频处理就是将模拟的话音信号进行数字化处理的过程,如图2-9所示。
模拟的话音信号先经过一A/D转换电路（PCM编码器）,将模拟的话音电信号转换为数字信号。
数字化的语音信号在语音处理器（通常称其为DSP）中经加密、分间插人等处理,得到数码的语音信号。
若就诺基亚8810的发射逻辑音频而言,则：
送话器转换得到的模拟话音电信号首先在音频处理模块COBBA中进行前置放大,放大后的信号在PCM编码器中进行A/D转换,得到数字语音信号。
该信号经串行总线将信号送到DSP。
在DSP中,数字语音信号经话音检测、语音编码、卷积编码、分间插人、脉冲格式化与调制,得到数码语音信号。
该信号经无线通信呼叫处理器的DSP接口与COBBA接口,将信号送到COBBA的数字接口电路中。
在COBBA中,信号经一个线性分离器及D/A转换,得到67.707KHz的发射基带信号（如图2-10所示）。
图2-9
图2-10
第四章电源系统
不同系列手机电源部分都有各自的特点,维修时需针对具体的手机电路具体分析。
一般手机都是由一个电源模块产生几组电压向接收、发射、逻辑、显示等部分供电,一旦手机电源部分不能正常工作,其相应部分也就会出现某种故障。
一、开机信号电压
手机的开机方式有两种,一种是高电平开机,也就是当开关键被按下时,开机触发端接到电池电源,是高电平启动电源电路开机；一种是低电平开机,也就是当开关键被按下时,开机触发线路接地,是低电平启动电源电路开机。
爱立信、三星手机和摩托罗拉T2688手机都是高电平触发开机。
摩托罗拉、诺基亚及其他多数手机都是低电平触发开机。
如果电路图中开关键的一端接地,则该手机是低电平触发开机,如果电路图中开关键的一端接电池电源,则该手机是高电平触发开机。
开机信号电压是一个直流电压,在按下开机键后应由低电平跳到高电平（或由高电压跳到低电平）。
开机信号电压用万用表测量很方便,将万用表黑表笔接地,红表笔接开机信号端,接下开机键后,电压应有高低电平的变化,否则,说明开机键或开机线不正常。
三、逻辑电路供电电压
逻辑电路供电电压基本上都是不受控的,即只要按下开机键就能测到,逻辑电路供电电压一般是稳定的直流电压,用万用表可以测量,电压值就是标称值。
四、射频电路供电电压
手机的射频电路供电电压比较复杂,既有直流供电电压,又有脉冲供电电压,而且这些供电电压大都是受控的。
其目的是为了省电和与网络同步,使部分电路在不需要时不工作,否则,若射频电路都启动,手机功能就会紊乱。
但逻辑电路不能采用这种供电方式，因为逻辑电路是手机的指挥中心,在任一时刻失去供电电压,整机就会瘫痪。
射频电路的受控电压一般受CPU输出的接收使能RXON（RXEN）、发射使能TXON（TXEN）等信号控制,由于RXON、TXON信号为脉冲信号,因此输出的电压也为脉冲电压,一般需用示波器测量,用万用表测量结果要小于标称值。
测量接收电路的供电应启动接收电路,测量发射电路的供电应启动发射电路，手机在待机状态下,接收电路是每隔一定时间启动一次,发射电路则不启动,手机拨打电话或“112”时,则接收和发射电路可以同时启动,所以,在测量时若测不到供电电压,应检查是否启动了相应的电路。
应在手机开机后的30秒内进行检测。
五、SIM卡电路供电电压
手机的SIM卡有6个触点,其中标注为SIMVcc或Vcc的触点为SIM卡供电端,由于有两种不同工作电压的SIM卡,即3VSIM卡和5VSIM卡,所以在手机内部存在3VSIM卡电路及5VSIM卡电路。
测量SIMVcc电压最好选在开机瞬间用示波器进行测量,图4-1所示是爱立信T28手机所测的SIMVcc波形。
用万用表测量SIMVcc电压，要远远小于3V或5V。
图4-1SIMVcc电压波形
六、显示电路供电电压
显示电路采用直流供电,手机开机后，即可用万用表方便地进行测量,下面以爱立信T28手机为例进行分析
爱立信T28手机的显示屏通过5个触点和电路相连,如图7-2所示。
图7-2爱立信T28手机显示触电示意图
图中：
①脚VLCD为显示屏对比度控制端,电压为6v,无此电压,LCD无显示,太高则LCD发暗；②脚为显示屏直流供电端,电压为2.8V。
这两处电压可方便地用万用表测量。
③脚为DAT数据输入端,来自CPU；
④脚接地；
⑤脚为时钟输入端,来自CPU。
DAT、CLK两脚需用示波器观察其波形（2.8V的方波）,用万用表测量无法判断电路工作是否正常。
七、其他电路供电电压
其他电路，如听筒电路、振铃电路、振子电路的供电较简单,一般直接由电池电压供电,可方便地用万用表测量。
送话器电路一般由音频电路为其提供偏压,亦可方便地用万用表进行测量。
小结：
双频手机的电路通常是增加一些DCS1800M的电路,但其中相当一部分电路是DCS与GSM通道公用的所以在此不再重复讲解。
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