第八章智能手机工作原理ppt课件.ppt

第八章 智能手机工作原理,侯海亭,8.1 手机基本通信过程,手机是如何开机的？开机后是如何与基站进行联系的？如何进行待机的？呼叫的时候手机是如何工作的？关机时手机又是如何与基站断开联络的？这些问题在初学者看来都是迷茫的。在本节就以GSM手机为例简要介绍手机的基本通信过程，了解手机在每个环节中的信号控制方式。 GSM手机所有的工作过程都是在中央处理器（CPU）的控制下进行的，具体包括开机、上网、待机、呼叫、关机5个过程。这些流程都是以软件数据的形式存储于手机的EEPROM和FLASH中的。,8.1 手机基本通信过程,8.1.1 开机过程 当手机的电源开关键被按下后，开机触发信号送到电源电路启动电源，输出供电到各部分电路，当时钟电路得到供电电压后产生振荡信号，送入逻辑电路，CPU在得到电压和时钟信号后会执行开机程序，首先从ROM中读出引导码，执行逻辑系统的自检，并且使所有的复位信号置高，如果自检通过，CPU就发送开机维持信号给各模块，然后电源模块在开机维持信号的作用下保持各路电源的输出，维持手机开机状态。,8.1 手机基本通信过程,8.1.1 开机过程 在开机后，手机的发射机会工作一次，向基站发送一个请求，这时手机的电流会上升到300400mA，然后很快回到1020mA，进入守候状态。 GSM手机开机工作流程如图8-1所示。,图8-1 GSM手机开机工作流程,8.1 手机基本通信过程,8.1.2 上网过程 手机开机后，内部的锁相环PLL电路开始工作，从频率低端到高端扫描信道，即搜索广播控制信道（BCCH）的载频。因为系统随时都向在小区中的各用户发送出用户广播控制信息。手机搜索到最强的BCCH载频对应的载频频率后，读取频率校正信道（FCCH），使手机（MS）的频率与之同步。所以每一个用户的手机在不同上网位置（不同的小区）的载频是固定的，是由GSM网络运营商组网时确定，而不是由用户的GSM手机来决定。手机内PLL锁相环在工作的时候，手机的电流会有小范围的波形，观察电流表，就会发现电流有轻微的规律性波动，说明手机的PLL电路工作正常。,8.1 手机基本通信过程,8.1.2 上网过程 手机读取同步信道（SCH）的信息后，找出基地站（BTS）的识别码，并同步到超高帖TDMA的帖号上。手机在处理呼叫前读取系统的信息。比如，邻近小区的情况、现在所处小区的使用频率及小区是否可以使用移动系统的国家号码和网络号码等，这些信息都可以在BCCH上得到，手机在请求接入信道（RACH）上发出接入请求信息，向系统发送SIM卡账号等信息。,8.1 手机基本通信过程,8.1.2 上网过程 系统在鉴权合格后，既对手机的SIM卡做出身份证实，检查是否欠费、是否为合法用户。然后登录入网，手机屏幕会显示“中国移动”或“中国联通”，这个过程也称为登记。这时，手机的相关信息，如移动台识别MIIN、串号ESN（IMEI），便存入基站的访问位置寄存器VLR中，以备用户寻呼。通过允许接入信道（AGCH）使GSM手机接入信道上并分配到一个独立专用控制信道（SDCCH），手机在SDCCH上完成登记。在慢速随路控制信道（SACCH）上发出控制指令，然后手机返回空闲状态，并监听BCCH和公共控制信道（CCCH）来控制信道上的信息。此时手机已经做好了寻呼的准备工作。,8.1 手机基本通信过程,8.1.3 待机过程 用户监测BCCH时，必须与相近的基站取得同步。通过接收FCCH、SCH、BCCH信息，用户将被锁定到系统及适应的BCCH上。,8.1 手机基本通信过程,8.1.4 呼叫过程1. 主呼叫 当GSM系统手机发出呼叫时，首先，用户在监测BCCH时，必须与相近的基站取得同步。通过接收FCCH、SCH、BCCH信息，用户将被锁定到系统及适当的BCCH上。 为了发出呼叫，用户首先要拨号，并按压GSM手机的发射键。手机用锁定它的基站系统的ARFCN来发射RACH数据突发序列。然后基站以CCCH上的AGCH信息来响应，CCCH为手机指定一个新的信道进行SDSSH连接。正在监测BCCH中TS的用户将从AGCH接收到它的ARFCN和TS安排，并立即转到新的ARFCN和TS上，这一新的ARFCN和TS分配就是SDCH（不是TCH）。一旦转接到SDCCH，用户就会先等待传给它的SCCH（等待最大持续26ms或120ms）。,8.1 手机基本通信过程,8.1.4 呼叫过程1. 主呼叫 这个信息告知手机要求的定时提前量和发射功率。基站根据手机以前的RACH传输数据能够决定出适合的定时提前量和功率级，并且通过SACCH发送适当的数据供手机处理。在接收和处理完SACCH中的定时提前量信息后，用户能够发送正常的、话音业务所要求的突发序列消息。 当PSTN从拨号端连接到MSC且MSC将话音路径接入服务基站时，SDCCH检查用户的合法及有效性，随后在手机和基站之间发送信息。几秒钟后，基站经由SDSSH告知手机重新转向一个为TCH安排的ARFCN和TS。一旦再次接到TCH，语音信号就在前向链路上传送，呼叫成功建立，SDCCH被腾空。,8.1 手机基本通信过程,8.1.5 越区切换 移动中的手机，无论是处于待机状态还是通话状态，从当前小区进入另一个小区，使当前小区的无线信道切换到新小区的无线信道上即为越区切换。越区切换分为以下两种情况。,8.1 手机基本通信过程,8.1.5 越区切换1待机状态下的越区切换 处于待机状态下的手机，除收听本小区的BCH外，还监听周围6个小区的无线环境（场强、频率、网标）。根据测量结果，将6个基站的基本信息列表报送本基站。基站将此信息报送移动交换中心MSC，MSC进行分析，决定是否要切换、何时切换、切换到哪个基站。当分析结果出来后，若新小区的无线环境比当前小区好则向当前小区发出分离请求，向新小区发出接入请求。接入新小区的过程与前述开机入网的过程相同。,8.1 手机基本通信过程,8.1.5 越区切换2通话状态下的越区切换 通话期间，无论是主呼叫还是被呼叫，手机都用语音复帧中的空闲帧测量周边小区的无线环境，并对测量结果进行分析，在慢速随路控制信道SACCH上与基站交换信息。当需要越区切换时，手机转到快速随路控制信道FACCH上，这时不传语音，只传信令，语音信道TCH暂被FACCH代替。手机在FACCH上向基站发出越区切换的请求，基站将此请求上报移动交换中心MSC。MSC根据手机的请求信息查找最佳的替补信道进行转接，在短时间内完成小区的频率锁定、时隙同步，并很快接续到新小区的TCH上。若无最佳替补频道，则转换次佳的信道。如果新小区的信道已经占满，越区切换失败，电话中断，就会出现平时的“掉线”问题。,8.1 手机基本通信过程,8.1.6 漫游过程 移动手机申请入网登记和结算的移动交换局称归属局，也称家区。当手机移动到另一个移动交换局通信时，称为客区，该用户被称为漫游用户。如果家区有两个重叠覆盖的移动通信网，那么从本网到协议网也是漫游用户。下面看一下自动漫游的过程。 设家区用户A携机到客区B，若B区是A地的联网协议区，则家区用户开机后会产生前面所述的搜台、入网过程，并向客区基站报告自身的电话号码及个人识别码。客区基站收悉后将此信息转到本区的MSC，MSC对此用户进行身份鉴别：是否有漫游登记手续，从而确定接收还是拒绝服务。当客区MSC证实漫游用户有效时，将其号码存入本区数据库，并分配给漫游用户一个漫游号码，相当于发给该用户一个“临时户口”，并通过网络链路将此信息通知家区的MSC。这样，家区的MSC便知道了漫游手机的新地址。 如果家区用户呼叫该漫游用户，就经家区的MSC转到客区的MSC，建立通信；如果客区的用户呼叫漫游用户，尽管两部手机都在客区，但呼叫信号仍然要先到家区的MSC，经网络转到客区的MSC后再取得联系，然后两个用户就可以通过客区的MSC区域进行通信了。,8.2 射频电路,在对智能手机整机电路原理进行介绍的时候，按无线部分和应用处理器进行区分，在无线部分中又分为射频电路和基带电路，本节主要讲射频电路的工作原理。,8.2 射频电路,8.2.1 接收机电路 手机接收机主要完成对接收到的射频信号进行滤波、混频解调、解码等处理，最终还原出声音信号。1接收机信号流程 天线感应到无线信号，经过天线匹配电路和接收滤波电路滤波后再经低噪声放大器（LNA）放大，放大后的信号经过接收滤波后被送到混频器（MIX），与来自本机振荡电路的压控振荡信号进行混频，得到接收中频信号，经过中频放大后在解调器中进行正交解调，得到接收基带（RX I/Q）信号。 接收基带信号在基带电路中经GMSK解调，进行去交织、解密、信道解码等处理，再进行PCM解码，还原为模拟话音信号，推动受话器就能够听到对方讲话的声音了。,8.2 射频电路,8.2.1 接收机电路2接收机各部分功能电路（1）天线开关 天线开关属于接收和发射共用，主要完成两个任务：一是完成接收和发射信号的双工切换，为防止相互干扰，需要有控制信号完成接收和发射的分离，控制信号来自基带处理器的RX-EN（接收启动）、TE-EN（发射启动），或由它们转换而得来的信号；二是完成双频和三频的切换，使手机在某一频段工作时，另外的频段空闲，控制信号主要来自切换电路。,8.2 射频电路,8.2.1 接收机电路2接收机各部分功能电路（2）带通滤波器（BPF） 带通滤波器只允许某一频段中的频率通过，而对高于或低于这一频段的成分衰减。带通滤波器在高频放大器前后一般都有。,8.2 射频电路,8.2.1 接收机电路2接收机各部分功能电路（3）低噪声放大器（LNA） 低噪声放大器一般位于天线和混频器之间，是第一级放大器，所以叫接收前端放大器或高频放大器。 低噪声放大器主要完成两个任务：一是对接收到的高频信号进行第一级放大，以满足混频器对输入的接收信号幅度的要求，提高接收信号的信噪比；二是在低噪声放大管的集电极上加了由电感与电容组成的并联谐振回路，选出所需要的频带，所以叫选频网络或谐振网络。一般采用分离元件或集成在电路内部。,8.2 射频电路,8.2.1 接收机电路2接收机各部分功能电路（4）混频器（MIX） 混频器实际上是一个频谱搬移电路，将包含接收信息的射频信号（RF）转化为一个固定频率包含接收信息的中频信号。由于中频信号频率低且固定，因此容易得到比较大而且稳定的增益，提高接收机的灵敏性。 混频器的主要特点是：由非线性器件构成，有两个输入端、一个输出端，均为交流信号。混频后可以产生许多新的频率，并在多个新的频率中选出需要的频率（中频），滤除其他成分后送到中放。将载波的高频信号不失真地变换为固定中频的已调信号，且保持原调制规律不变。接收机中的混频器位于低噪声放大器和中频放大器之间，是接收机的核心。,8.2 射频电路,8.2.1 接收机电路2接收机各部分功能电路（5）中频滤波器 中频滤波器在电路中个头比较大，一般为低通滤波器，保证中频信号的纯净，在超外差接收机中应用较多。（6）中频放大器（IFA） 中频放大器是接收机的主要增益来源，一般都是共射极放大器，带有分压电阻和稳定工作点的放大电路，对工作电压要求高，一般需专门供电，且在中频电路内或独立。,8.2 射频电路,8.2.1 接收机电路2接收机各部分功能电路（7）解调器 调制的反过程叫解调，多数手机往往都是对基带信号进行正交解调，得到四路基带I/Q信号，其中I信号为同相支路信号，Q信号为正交支路信号，两者相位相差90，所以叫正交。从天线到I/Q解调，接收机完成全部任务。 判断接收机好坏就是测试I/Q信号，测到I/Q信号，说明前边各部分电路（包括本振电路）都没有问题，接收机已经完成其接收任务。 解调电路的I/Q信号是射频电路和逻辑电路的分水岭。,8.2 射频电路,8.2.1 接收机电路3接收机电路结构框图 手机的接收机有三种基本框架结构：一是超外差式接收机，二是零中频接收机，三是低中频接收机。,8.2 射频电路,8.2.1 接收机电路3接收机电路结构框图（1）超外差接收机 天线接收到的信号十分微弱，而鉴频器要求的输入信号电平较高，且需要稳定。放大器的总增益一般需在120dB以上，这么大的放大量，要用多级调谐放大器且要稳定，实际上很难办到，另外高频选频放大器的通带宽度太宽，当频率改变时，多级放大器的所有调谐回路必须跟着改变，而且要做到统一调谐，这是很难做到的。 超外差接收机则没有这种问题，它将接收到的射频信号转换成固定的中频，主要增益来自于稳定的中频放大器。,8.2 射频电路,8.2.1 接收机电路3接收机电路结构框图（1）超外差接收机 超外差一次混频接收机 超外差一次混频接收机射频电路中只有一个混频电路，超外差一次混频接收机的原理框图如图8-2所示。,8.2 射频电路,8.2.1 接收机电路3接收机电路结构框图 超外差一次混频接收机 超外差一次混频接收机射频电路中只有一个混频电路，超外差一次混频接收机的原理框图如图8-2所示。,图8-2 超外差一次混频接收机原理方框图,8.2 射频电路,8.2.1 接收机电路3接收机电路结构框图（1）超外差接收机 超外差二次混频接收机 超外差二次混频接收机射频电路中有两个混频电路，超外差二次混频接收机的原理框图如图8-3所示。,8.2 射频电路,8.2.1 接收机电路3接收机电路结构框图 超外差二次混频接收机 超外差二次混频接收机射频电路中有两个混频电路，超外差二次混频接收机的原理框图如图8-3所示。,图8-3 超外差二次混频接收机原理框图,8.2 射频电路,8.2.1 接收机电路3接收机电路结构框图（2）零中频接收机 零中频接收机可以说是集成度最高的一种接收机，体积小，成本低，是智能手机中应用最广泛的接收机。 零中频接收机的原理框图如图8-4所示。,8.2 射频电路,8.2.1 接收机电路3接收机电路结构框图（2）零中频接收机 零中频接收机可以说是集成度最高的一种接收机，体积小，成本低，是智能手机中应用最广泛的接收机。 零中频接收机的原理框图如图8-4所示。,图8-4 零中频接收机的原理框图,8.2 射频电路,8.2.1 接收机电路3接收机电路结构框图（3）低中频接收机 低中频接收机又被称为近零中频接收机，具有零中频接收机类似的优点，同时避免了零中频接收机的直流偏移导致的低频噪声问题。 低中频接收机电路结构有点类似超外差一次混频接收机，低中频接收机的原理框图如图8-5所示。,8.2 射频电路,8.2.1 接收机电路3接收机电路结构框图（3）低中频接收机 低中频接收机又被称为近零中频接收机，具有零中频接收机类似的优点，同时避免了零中频接收机的直流偏移导致的低频噪声问题。 低中频接收机电路结构有点类似超外差一次混频接收机，低中频接收机的原理框图如图8-5所示。,图8-5 低中频接收机的原理框图,8.2 射频电路,8.2.2 发射机电路 手机发射机主要对发射的射频信号进行调制、发射变换、功率放大，并通过天线发射出去。1发射机信号流程 送话器将声音转化为模拟电信号，经过PCM编码，再将其转化为数字信号，经过逻辑音频电路进行数字语音处理，即进行话音编码、信道编码、交织、加密、突发脉冲形成、TX I/Q分离。 分离后的四路TX I/Q信号到发射中频电路完成I/Q调制，该信号与频率合成器的接收本振RXVCO和发射本振TXVCO的差频进行比较（即混频后经过鉴相），得到一个包含发射数据的脉动直流信号，去控制发射本振的输出频率，作为最终的信号，经过功率放大，从天线发射。,8.2 射频电路,8.2.2 发射机电路2发射机各部分功能电路（1）发射音频通道 MIC将声音信号转换为模拟电信号，并只允许3003400Hz的信号通过。模拟信号经过A/D转换，变为数字信号，经过语音编码、信道编码、交织、加密、突发脉冲串等一系列处理，对带有发射信息、处理好的数字信号进行GMSK编码并分离出四路I/Q信号，送到发射电路。（2）I/Q调制 经过发射音频通道分离出来的四路I/Q信号在调制器中被调制到载波上，得到发射中频信号。四路I/Q调制所用的载波一般由中频电路内振荡电路或二本振分频得到。,8.2 射频电路,8.2.2 发射机电路2发射机各部分功能电路（3）发射变换电路 四路TX I/Q信号经过调制后得到发射中频信号，对在鉴相器（PD）中与TXVCO和RXVCO混频后得到的差频进行鉴相，得到误差控制信号去控制TXVCO输出频率的准确性。（4）发射本振（TXVCO） 由振荡器和锁相环共同完成发射频率的合成，发射本振的去向有两种：一路经过缓冲放大后送到前置功放电路，经过功率放大后，从天线发射出去；另一路送回发射变换电路，在其内部与RXVCO经过混频后得到差频作为发射中频信号的参考频率。,8.2 射频电路,8.2.2 发射机电路2发射机各部分功能电路（7）功率放大器 功率放大器的作用是放大即将发射的调制信号，使天线获得足够的功率，将其发射出去。它是手机中负担最重、最容易损坏的元件。（8）功率控制 功放的启动和功率控制是由一个功率控制电路来完成的，控制信号来自射频电路。功放的输出信号经过微带线耦合取回一部分信号送到功控电路，经过高频整流后得到一个反映功放大小的支流电平U，与来自基站的基准功率控制参考电平AOC（自动过载控制）进行比较，如果UAOC，功率控制输出脚电压上升，控制功放的输出功率上升，反之控制功放的输出功率下降。,8.2 射频电路,8.2.2 发射机电路3发射机电路结构框图 手机的发射机有三种基本框架结构：一是带有发射变换电路的发射机，二是带发射上变频电路的发射机，三是直接调制发射机。 在手机发射机电路中，TX I/Q信号之前的部分基本相同，本节只描述TX I/Q信号之后至功率放大器之间的电路工作原理。,8.2 射频电路,8.2.2 发射机电路3发射机电路结构框图（1）带有发射变换电路的发射机 发射变换电路也被称为发射调制环路（Transmit Modulation Loop），由TX I/Q信号调制电路、发射鉴相器（PD）、偏移混频电路（Offset Mixer）、低通滤波器（环路滤波器，Loop Filter，LPF）及发射VCO（TX VCO）电路、功率放大器电路组成。 带有发射变换电路的发射机电路原理框图如图8-6所示。,8.2 射频电路,8.2.2 发射机电路3发射机电路结构框图（1）带有发射变换电路的发射机 发射变换电路也被称为发射调制环路（Transmit Modulation Loop），由TX I/Q信号调制电路、发射鉴相器（PD）、偏移混频电路（Offset Mixer）、低通滤波器（环路滤波器，Loop Filter，LPF）及发射VCO（TX VCO）电路、功率放大器电路组成。 带有发射变换电路的发射机电路原理框图如图8-6所示。,图8-6 带有发射变换电路的发射机电路原理框图,8.2 射频电路,8.2.2 发射机电路3发射机电路结构框图（2）带发射上变频电路的发射机 带发射上变频电路的发射机与带有发射变换模块电路的发射机在TX I/Q调制之前是一样的，其不同之处在于TX I/Q调制后的发射已调信号与一本振VCO（或UHF VCO、RF VCO）混频，得到最终发射信号。 带有发射上变频电路的发射机电路原理图如图8-7所示。,8.2 射频电路,8.2.2 发射机电路3发射机电路结构框图（2）带发射上变频电路的发射机 带发射上变频电路的发射机与带有发射变换模块电路的发射机在TX I/Q调制之前是一样的，其不同之处在于TX I/Q调制后的发射已调信号与一本振VCO（或UHF VCO、RF VCO）混频，得到最终发射信号。 带有发射上变频电路的发射机电路原理图如图8-7所示。,图8-7 带有发射上变频电路的发射机电路原理框图,8.2 射频电路,8.2.2 发射机电路3发射机电路结构框图（3）直接调制发射机 直接调制发射机与上面两种发射机电路结构有明显区别，调制器直接将TX I/Q信号变换到要求的射频信道。这种结构的特点是结构简单、性价比高，是使用比较多的一种发射机电路结构。 直接调制发射机电路原理框图如图8-8所示。,8.2 射频电路,8.2.2 发射机电路3发射机电路结构框图（3）直接调制发射机 直接调制发射机与上面两种发射机电路结构有明显区别，调制器直接将TX I/Q信号变换到要求的射频信道。这种结构的特点是结构简单、性价比高，是使用比较多的一种发射机电路结构。 直接调制发射机电路原理框图如图8-8所示。,图8-8 直接调制发射机电路原理框图,8.2 射频电路,8.2.3 频率合成器电路 在移动通信中，要求系统能够提供足够的信道，移动台也必须在系统的控制下随时改变自己的工作频率，提供多个信道的频率信号。但是在移动通信设备中使用多个振荡器是不现实的，通常使用频率合成器来提供有足够精度、稳定性好的工作频率。 利用一块或少量晶体，采用综合或合成手段，可获得大量不同的工作频率，这些频率的稳定度和准确度或接近石英晶体的稳定度和准确度的技术称为频率合成技术。,8.2 射频电路,8.2.3 频率合成器电路1频率合成器电路的组成 锁相环由参考晶体振荡器、鉴相器、低通滤波器、压控振荡器、分频器5部分组成，如图8-9所示。,图8-9 频率合成器电路原理框图,8.2 射频电路,8.2.3 频率合成器电路1频率合成器电路的组成（1）参考晶体振荡器 参考晶体振荡器在频率合成乃至在整个手机电路中都是很重要的。在手机电路中，特别是GSM手机中，这个参考晶体振荡器被称为基准频率时钟电路，它不但给频率合成电路提供参考频率，还给手机的逻辑电路提供基准时钟，若该电路出现故障，则手机将不能开机。 GSM手机参考晶体振荡器产生的信号有13MHz、26MHz或9.5MHz。CDMA手机通常使用19.68MHz的信号作为参考信号，也有的使用19.2MHz、19.8MHz信号。WCDMA手机一般使用19.2MHz，有的使用38.4MHz、13MHz。,8.2 射频电路,8.2.3 频率合成器电路1频率合成器电路的组成（2）鉴相器 鉴相器简称PD、PH或PHD（Phase Detector）。鉴相器是一个相位比较器，将压控振荡器振荡信号的相位变换为电压的变化，鉴相器输出的是一个脉动直流信号，这个脉动直流信号经低通滤波器滤除高频成分后去控制压控振荡器电路。,8.2 射频电路,8.2.3 频率合成器电路1频率合成器电路的组成（3）低通滤波器 低通滤波器简称LPF（Low Pass Filter）。低通滤波器在频率合成器环路中又称为环路滤波器，是一个RC电路，位于鉴相器与压控振荡器之间。 低通滤波器通过对电阻、电容进行适当的参数设置，使高频成分被滤除。鉴相器输出的不但包含直流控制信号，还有一些高频谐波成分，这些谐波会影响压控振荡器的工作，低通滤波器就是要把这些高频成分滤除，以防止对压控振荡器造成干扰。,8.2 射频电路,8.2.3 频率合成器电路1频率合成器电路的组成（4）压控振荡器 压控振荡器简称VCO（Voltage Control Oscillator）。压控振荡器是一个“电压-频率”转换装置，将鉴相器PD输出的相差电压信号的变化转化成频率的变化。 压控振荡器是一个电压控制电路，电压控制功能是靠变容二极管来完成的，鉴相器输出的相差电压加在变容二极管的两端，当鉴相器的输出发生变化时，变容二极管两端的反偏发生变化，导致变容二极管结电容改变，压控振荡器的振荡回路改变，输出频率也随之改变。,8.2 射频电路,8.2.3 频率合成器电路1频率合成器电路的组成（5）分频器 在频率合成中，为了提高控制精度，鉴相器在低频下工作。而压控振荡器输出频率比较高，为了提高整个环路的控制精度，就离不开分频技术。分频器输出的信号送到鉴相器，和基准信号进行相位比较。 接收机的第一本机振荡（RXVCO、UHFVCO、RHVCO）信号是随信道的变化而变化的，该频率合成环路中的分频器是一个程控分频器，其分频比受控于手机的逻辑电路。程控分频器受控于频率合成数据信号（SYNDAT、SYNDATA或SDAT）、时钟信号（SYNCLK）、使能信号（SYN-EN、SYN-LE）。这三个信号又称为频率合成器的“三线”。 中频压控振荡器信号是固定的，中频压控振荡器频率合成环路中分频器的分频比也是固定的。,8.2 射频电路,8.2.3 频率合成器电路2频率合成器的基本工作过程（1）VCO频率的稳定 当VCO处于正常工作状态时，VCO输出一个固定的频率f0。若某种外接因素如电压、温度导致VCO频率f 0升高，则分频输出的信号为f n（f n=f 0/f n），比基准信号f R高，鉴相器检测到这个变化后，其输出电压减小，使电容二极管两端的反偏压减小，这使得电容二极管的结电容增大，振荡回路改变，VCO输出频率f0降低。若外界因素导致VCO频率下降，则整个控制环路执行相反的过程。,8.2 射频电路,8.2.3 频率合成器电路2频率合成器的基本工作过程（2）VCO频率的变频 为什么VCO的频率要改变呢？因为手机是移动的，移动到另外一个地方后，为手机服务的小区就变成另外一对频率，所以手机就必须改变自己的接收和发射频率。 VCO改变频率的过程如下：手机在接收到新小区改变频率的信令以后，将信令解调、解码，手机的CPU就通过“三线信号”（即CPU的SYNEN、SYNDAT、SYNCLK）对锁相环电路发出改变频率的指令，去改变程控分频器的分频比，并且在极短的时间内完成。在“三线信号”的控制下，锁相环输出的电压就改变了，用这个已变大或变小的电压去控制压控振荡器内的变容二极管，则VCO输出的频率就改变到新小区的使用频率上。,8.2 射频电路,8.2.3 频率合成器电路3手机常用频率合成器电路（1）一本振VCO频率合成器 对于带发射VCO电路的手机，一本振VCO频率合成器产生一本振信号，一方面送到接收混频电路，和接收信号进行混频，从混频器输出一中频信号；另一方面，产生的一本振信号与发射VCO（TCVCO）输出的信号进行混频，输出发射中频参考信号，发射中频参考信号和已调发射中频信号在发射变化电路的鉴相器中进行比较，输出包含发送数据的脉动直流信号，再去控制发射VCO电路。 对于采用带发射上变频电路的手机，一本振VCO频率合成器产品一本振信号，一方面送到接收混频电路，和接收信号进行混频，从混频器输出一中频信号；另一方面，产生的一本振信号直接与已调发射中频信号进行混频（因为没有发射VCO），得到最终的发射信号。,8.2 射频电路,8.2.3 频率合成器电路3手机常用频率合成器电路（2）二本振VCO频率合成器 二本振VCO的输出主要去三个地方：一是与一中频混频得到二中频（超外差二次变频接收电路）；二是经分频后作为接收解调参考信号，解调出RX I/Q信号；三是在发射电路中，用来作为发射中频的载波信号，以产生已调发射中频信号。（3）发射中频VCO频率合成器 发射中频VCO电路的主要作用是产生已调发射射频信号，送往功率放大器电路。,8.3 处理器电路,智能手机的处理器主要有基带处理器和应用处理器，其中基带处理器是手机的一个重要部件，相当于一个协议处理器，负责数据处理与储存，主要组件有数字信号处理器（DSP）、微控制器（MCU）、内存（SRAM、FLASH）等。应用处理器主要负责手机的多媒体功能，包括图像、声音、视频、3D图形、照相等。其中，有些智能手机采用两个单独的处理器芯片来设计，而有些智能手机则采用二合一的处理器芯片，即将基带处理器和应用处理器集成在一个芯片中。,8.3 处理器电路,8.3.1 处理器电路简介1. 双处理器电路 双处理器的手机有两个处理器：一个负责通信协议的处理，实现手机的基本通话功能，也就是通常所说的基带处理器；另一个负责音视频处理、文档处理、数据处理等附加应用功能，也就是应用处理器。基带处理器芯片中一般包含微处理器、数字信号处理器、ROM及RAM等。,8.3 处理器电路,8.3.1 处理器电路简介1. 双处理器电路（1）基带处理器电路 从电路结构上来看，智能手机基带处理器电路主要由微处理器、数字信号处理电路（DSP）、存储器、时钟及复位电路、接口电路、供电电路等组成。 通常将微处理器、数字信号处理电路和存储器集成在一起，组成基带处理器。 基带处理器电路框图如图8-10所示。,8.3 处理器电路,图8-10 基带处理器电路框图,8.3 处理器电路,8.3.1 处理器电路简介1. 双处理器电路（1）基带处理器电路 微处理器 微处理器的工作原理其实很简单，内部元件主要包括控制单元、运算逻辑单元、存储单元（高速缓存、寄存器）三大部分，指令由控制单元分配到运算逻辑单元，经过加工处理后再送到存储单元里等待应用程序的使用。 微处理器框图如图8-11所示。,8.3 处理器电路,8.3.1 处理器电路简介1. 双处理器电路（1）基带处理器电路 微处理器 微处理器的工作原理其实很简单，内部元件主要包括控制单元、运算逻辑单元、存储单元（高速缓存、寄存器）三大部分，指令由控制单元分配到运算逻辑单元，经过加工处理后再送到存储单元里等待应用程序的使用。 微处理器框图如图8-11所示。,图8-11 微处理器框图,8.3 处理器电路,8.3.1 处理器电路简介1. 双处理器电路（1）基带处理器电路数字信号处理电路 数字信号处理电路的全称是Digital Signal Processing，缩写为DSP。智能手机的DSP由DSP内核加上内建的RAM和加载了软件代码的ROM组成。 DSP通常提供如下功能：射频控制、信道编码、均衡、分间插入与去分间插入、AGC、AFC、SYCN、密码算法、邻近蜂窝监测等。 DSP核心还要处理一些其他的功能，包括双音多频音的产生和一些短时回声的抵消，在GSM移动电话的DSP中，通常还有突发脉冲（Burst）建立。 数字信号处理电路主要执行语音信号的A/D、D/A转换、PCM编译码、音频路径转换、发射话音的前置放大、接收话音的驱动放大器、双音多频DTMF信号发生等功能。,8.3 处理器电路,8.3.1 处理器电路简介1. 双处理器电路（1）基带处理器电路 存储器 智能手机中的存储器主要包括数据存储器、程序存储器等。 数据存储器（RAM）。RAM的主要作用是存储一些智能手机运行过程中暂时保留的信息，比如暂时存储各种功能程序运行的中间结果，作为运行程序时的数据缓存区。 程序存储器。部分智能手机的程序存储器由两部分组成，一个是快擦写存储器（FLASHROM），俗称字库或版本；另一个是电擦除可编程只读存储器（EEPROM），俗称码片。手机的程序存储器存储着手机工作所必需的各种软件及重要数据，是整个手机的灵魂所在。,8.3 处理器电路,8.3.1 处理器电路简介1. 双处理器电路（2）应用处理器电路 应用处理器最大的好处在于完全独立在手机通信平台之外，灵活方便，可缩短设计流程。目前智能手机中流行的数码相机、高清视频拍摄与播放、MP3播放器、FM广播接收、视频图像播放、高保真HD音频等功能，基带处理器已无能力完成，只能由应用处理器来完成。 从电路结构上来看，智能手机应用处理器电路主要由核心处理器、时钟电路、内存控制器、视频解码处理器、图像处理器、总线控制器等组成。 智能手机应用处理器框图如图8-12所示。,8.3 处理器电路,图8-12 智能手机应用处理器,8.3 处理器电路,8.3.1 处理器电路简介2. 单处理器电路 单处理器是指智能手机在设计时采用了基带处理器和应用处理器集成在一起的二合一单芯片。单处理器不但包含基带处理器的功能，还包含应用处理器的功能。从电路结构上来看，智能手机处理器电路主要由微处理器、核心处理器（可能为多核）、数字处理电路、存储器、时钟及复位电路、接口电路、供电电路、内存控制器、视频解码处理器、图像处理器、总线控制器等组成。 单处理器电路如图8-13所示。,8.3 处理器电路,图8-13 单处理器电路,8.3 处理器电路,8.3.2 处理器电路工作原理 智能手机的处理器电路是整个手机的控制中心和处理中心，是整个电路的核心部分，其能否正常运行直接决定手机能否正常使用。在对智能手机进行维修前，对其工作原理的学习是非常必要的。 处理器的基本工作条件有三个：一是电源，一般由电源电路提供；二是时钟，一般由13MHz晶振电路提供；三是复位信号，一般由电源电路提供。处理器只有具备以上三个基本工作条件后才能正常工作。,8.3 处理器电路,8.3.2 处理器电路工作原理 手机中的处理器一般是16位或32位处理器，与外围电路的工作流程如下：按下手机开机按键，电池给电源部分供电，同时电源供电给处理器电路，处理器复位后，再输出维持信号给电源部分，这时即使松开手机按键，手机仍然维持开机。 复位后，处理器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，也有些厂家中央处理器不是）开始执行，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，处理器就会内部复位（通过处理器内部的“看门狗”或者硬件复位指令）引导程序；如果顺利执行完成，处理器就从外部字库里读取程序执行；如果读取的程序异常，就会导致“看门狗”复位，即程序又从地址0开始执行。 处理器读取字库是通过并行数据线和地址线、读写控制时钟线W/R完成。外部程序存储器片选信号线CS（也可以叫作CE），和W/R配合，来区存储器读取的是数据还是程序。,8.3 处理器电路,8.3.3 时钟电路 系统时钟是处理器正常工作的条件之一，智能手机的系统时钟一般采用13MHz，智能手机一般采用13MHz晶振与处理器中的振荡器一起组成时钟电路。如果13MHz时钟信号不正常，逻辑电路不工作，智能手机不可能开机。 另外，有些智能手机的时钟晶体是26MHz或9.5MHz，产生的振荡频率要经过中频电路分频为13MHz后才能供给处理器。 当智能手机接入电池后，智能手机的电源电路就产生3.7V待机电压，此电压直接为处理芯片内部的振荡器供电，时钟电路在获得供电后开始工作，为处理器芯片内部的微处理器电路中的开机模块提供所需的时钟频率。,8.3 处理器电路,8.3.4 复位电路 复位电路主要为基带处理器中的微处理器电路提供复位信号。复位信号是微处理器工作条件之一（另外两个条件为时钟信号和供电），符号是RESET，简写为RST。 复位在开机瞬间存在，开机后测量时已为高电平。如果需要测量正确的复位时间波形，应使用双踪示波器，一路测微处理器的电源，一路测复位。,8.3 处理器电路,8.3.5 存储器电路 存储器的作用相当于“仓库”，用来存放手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集合。 所谓数据，就是手机工作过程中的信息、变量、参数、表格等，例如键盘反馈回来的信息。,8.3 处理器电路,8.3.5 存储器电路1. 只读存储器（FLASH） 只读存储器是一个程序存储器，在手机系统中，有的程序是固定不变的，如自举程序或引导程序，有的程序则可以进行升级，如FLASH的特点是响应速度和存储速度高于一般的EPROM，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。（1）FLASH的作用 FLASH在手机中的作用很大，地位非常重要，具体作用包括存储主机主程序、存储字库信息、存储网络信息、存储录音、存储加密信息、存储序列号（IMEI码）等。,8.3 处理器电路,8.3.5 存储器电路1. 只读存储器（FLASH）（2）FLASH的工作流程 当手机开机时，处理器便传出一个复位信号RESET到FLASH，使系统复位。待处理器把字库的读写端、片选端选定后，处理器就可以从FLASH内取出指令，在处理器里运算、译码、输出各部分协调的工作命令，从而完成各自的功能。 FLASH的软件资料是通过数据交换端和地址交换端与微处理器进行通信的。CE（CS）端为字库片选端，OE端为读允许端，RESET端为系统复位端，这4个控制端分别由处理器加以控制。 如果FLASH的地址有误或未选通，都将导致手机不能正常工作，通常表现为不开机和显示字符错乱等故障现象。 由于FLASH可用来擦除，因此当出现数据丢失时可以用编程器或免拆机维修仪重新写入。 和其他元件一样，FLASH本身也可能会损坏（硬件故障）