电路分析及测试.ppt
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1、,900MHz 模拟无绳电话电路分析及测试一 模拟无绳电话简介无绳电话机由主机(座机或母机)和副机(即手机或子机)构成,采用无线方式连接,利用无线电波进行通信。使用时将主机接入市话网内,用户可以在一定空间内自由移动,随时实现正常的寻呼和通话功能。按照无绳电话手机和座机之间的通话方式,可分为导频式无绳电话、导频编码式无绳电话、多频道选择无绳电话和空间闲置信道自动搜索无绳电话。根据我国的无绳电话标准,规定 45/48MHz 频段的 10 对频率作为座机和手机的工作频率,发射功率不大于 20mW。本文介绍的是北美标准的无绳电话模型,分析 900MHz 40 信道模拟无绳电话的电路及阐述其指标测试方法
2、。二 模拟无绳电话电路分析该模型属于多频道无绳电话,是指采用了数字相频合成技术,可以自动/手动扫描多个通话频道,它可以有效的避免同频干扰,增加电话机的使用密度。2.1 主要特征及功能介绍(1)频率范围:手机发射频率为 925.3MHz927.25MHz主机发射频率为 902.8MHz903.75MHz(2)道数:40 信道(3)信道间隔:50kHz(4)调制方式:模拟调制(5)通话距离约为 300m。(6)40 信道自动扫描,可人工切换信道。(7)手机具有来电显示,呼叫等待,暂停,Flash,尾号重拨,显示语言转换等功能。(8)有双音多频(DTMF)拨号和脉冲拨号选择功能(9)40 个来电储存
3、。2.2 典型电路分析(Hardware Spec)无绳电话机由座机和手机两部分组成,其基本组成框图如图 2.2.1,外 接外线 接 口电 路,控制电路,接收电路振 铃,SP,双工器,双工器,振铃电路接收电路发射电路,BZSP,发射电路,B/S,拨号电路,MICH/S,图 2.2.12.2.1 座机电路分析座机电路主要可以分为几个主要电路:MCU 控制电路,RF 射频发射接收电路,音频压扩电路,电 hp 源电路,接口电路。如附图 1(SCH AT6900CBBDV0A)为其基本框图。2.2.1.1 RF 射频发射接收电路:RF 射频模块主要是由高放,锁相环,压控振荡器(VCO)混频器,滤波器等
4、组成,并封装成一个整体模块。是无1,绳电话中实现无线通信的一个重要部分。其原理框图如图 2.2.2,RX,低噪放大器,混频器,中频,IC解调,AF_OUT扩展器,RSSI,双,VCO,PLL,工,DATACLK,MCU,器,载波,PLL,TX 放大,预放大,VCO,压缩器,AF_INTX_VCC,图2.2.2,接收过程可以描述为:被调制的音频信号或控制信号由天线输入,先经低噪放大,然后经过二次混频成为中频信号,第一次混频后为 10.7MHz,第二次混频后为 76KHz。再经过滤波后进入中放解调 IC,还原成音频信号由 RF 模块的AF_OUT 端输出。发送过程可以描述为:经过压扩器处理的音频信
5、号输入射频模块的 AF_IN 端,VCO 对其进行调频调制,再经过放大之后由天线发送出去。RF 模块中分别通过两个锁相环和压控振荡器(VCO)来控制接收和发送的频率.锁相环中的时钟信号,数据信号等均由 MCU 的信令控制,切换信道时,VCO 电压靠相应的信令来决定 IC 内部的分频比,即决定 VCO 的输出电压大小,从而改变 VCO 的振荡频率。中放解调 IC 还控制着 RF 模块的片选(C/S)端,输出 RSSI 信号,其简化原理电路图如图 2.2.3VC C,IC _C/S,R 26,R 37Q7,R 27,R SSIQ8,C 39,C 76,R 49图2.2.3正常工作状态下,中放解调
6、IC 的 RSSI 端保持输出高电平,Q7 导通,Q8 截至,使 RF 的 C/S 端口也保持高电平输出。解调后的音频存在一定的噪声,若噪声过大,不能达到接听标准,则中放解調 IC 的 RSSI 端输出低电平,使 Q7截至,Q8 导通,则 C/S 端的电平跳变至低电平,发送至 MCU 的 RSSI 端,使 MCU 停止工作。RF 模块的接收和发送分别应用不同的电源控制。如图 2.2.4接收由 RXVCC 控制,输入高电平,表明接收一直处于工作状态。发送由 TXVCC 控制,为了避免在没有音频信号时发出干扰信号,所以应用 Q17 作为开关,无信号发送时,Q17 截至;当有信号需要发送时,MCU
7、VDD 端输出一低电平,2,-,+,-,+,使 Q17 导通,从而使发送进入工作状态。,Q17,5V,TX_VCCRX_VCCRF模块TX_PWR(MCU)图2.2.42.2.1.2 音频压扩器模块该模型无绳电话中所采用的音频压扩器 KA8507 是一个自动增益控制系统,用于动态范围的压缩和扩展。语音信号在调制前先经过压缩器处理,以减少其动态范围;解调后经过扩展器处理,以恢复语音信号原本面目。KA8507 可以根据压扩信号,降低噪声分量。压扩器封装了压缩器、扩展器、前置放大器,滤波器放大器、限幅器和静噪/旁路逻辑电路等器件。其逻辑框图可参见图 2.2.5:,AGIC5,CRC6检波器,DI4,
8、CO3压缩输出,F12,滤波放大器,旁路,可变电阻,缓冲器压缩器静噪,1,FO,7CPI-CPI+8,求和放大器,限幅器,逻辑,_11 CMUTE_12 BYPATH,CB旁路,_13 EMUTE,EPI-16EPI+15,可变电阻,求和放大器,偏置电路,20 VCC,检波器,扩展器静噪,17,18,19,9,14,10,DO,ERC,EO,CB,GND EB,图2.2.5发送的语音信号由压缩器正相输入端输入,经过运算发大器、求和放大器、限幅器、压缩器静噪优化,由压缩输出缓冲器输出至滤波放大器输入端,经过滤波由滤波放大器输出端输出。经过压缩的音频信号被输送至 RF 模块进行调制。经过 RF 模
9、块解调的接收语音信号,由扩展器的反相输入端输入,经过检波器、求和放大器、扩展器静噪优化,最后由扩展器输出端输出。经过扩展的语音信号被输送至市话线或者手机听筒。压扩器在是无绳电话中话音加工电路中的重要部分。S/N 越大,信号的抗干扰性能力越强,话音越清晰。一般来说,信号电平越高,抗干扰性就越强。但是话音电平又不能过高,否则会使放大电路饱和造成波形失真,所以压扩器的作用,就是实现提高低电平信号,提高抗干扰能力,恰当降低强信号电平。常用的措施是在发信话音加工电路前端加上压缩器,在收信话音加工电路,末端加上扩张器。目的都是提高弱信号信噪比。3,2.2.1.3 电源控制电路(主要供电电路如图 2.2.6
10、)5V 校正,图 2.2.6,极性保护,其中 D6 为极性保护二极管,由 Q1 和 ZD1 构成稳压调整电路,并将从变压器输入的 9v 压转换为 5v,所有芯片和元件的工作电压都是由这 5v 的主要电压提供。充电检测电路和充电控制电路如图 2.2.7:该电路为手机电池提供充电电路,并在手机放上座机支架的瞬间产生充电检测信号。如图 2.2.7 所示,当手机放入座机支架时,座机电源的 12V 电压就会通过充电片为手机电池充电,同时电流通过 R2 到地,使 Q2 有了偏置电压而工作导通,Q2 集电极由高电平跳变为低电平,并作为充电检测信号输送至MCU。MCU 收到充电检测信号,开始工作,在充电控制端
11、(22 脚)输出高电平,使 Q6 导通,R30 和 R2 并联,电阻减小,此时充电电流大,为快充效果。当 Q5 截至,转入慢充状态。图 2.2.7MCU 内部计时在充电八小时后,MCU 充电控制端输出低电平,使 Q6 截至,电阻增大,此时充电电流小,为慢充效果。充电复位电路如图 2.2.8:根据以上分析,手机放入座机支架后,Q2 由高电平跳变为低电平,送出充电检测信号,使 Q3 瞬间截至,产生一个高电平脉冲,同时使 Q4 瞬间导通,产生低电平脉冲,此作为复位(Reset)信号输送至 MCU,4,MCU 收到 Reset 信号后进入工作状态。,为三极管提供导通电压,图 2.2.8,2.2.1.4
12、 接口电路(接口电路如图 2.2.8),该电路是电话与市话线、交换机的接口。其作用是把电话局通过市话线传输过来的信号转化为适合无绳电话机接收的信号,把无绳电话发送的信号匹配成符合市话线传输的信号,并把无绳电话机与市话外线进行电气隔离,确保两部分电路各自的安全。无绳电话机接收和发送的信号包括语音信号、DTMF 拨号信号和数字信号等。,图 2.2.8,无绳电话的市话接口主要有两种形式:使用专用接口 IC 的接口电路;使用差接耦合器的接口电路。如下图的语音,网络属于差接耦合器的接口电路,是外国机型的无绳电话接口。,该接口电路中包括还转换电路,摘机挂机电路,Side tone 网络,语音信号通路,DT
13、MF 拨号通路。如图 2.2.9V1 为压敏电阻,起雷电保护作用。D8 等 4 个二极管构成桥式整流,使输入电话的信号极性固定为正相。MCU 内的继电器 Relay 与 Q11,Q10,Q8,Q9 构成摘机控制电路。当手机按下 Talk 键进入摘机状态(通话状态),手机 MCU 便会发送信号通知座机 MCU,座机 MCU Relay 端即输出低电平,使 Q11 截至,Q10 基极获得高电平而导通,从而将 Q8,Q9 基极电平拉低,使 Q8,Q9 导通,从而打通了电话机与市话线的通路,此时电话机可以开始接收市话线输送过来的信号。,5,同时,该通路也是脉冲拨号的通路,通过 MCU 控制继电器 Re
14、lay 的导通或断开从而形成断续脉冲。Q5 起线路保护作用,当接口输入的信号超过安全标准,使 Q5 导通,即将 Q10 基极电平拉低,也截至了 Q8、Q9,使接口电路断开,保护电话机内部电路。C34 为回损调整电容,其作用是消除返回信号。R9 等电阻电容起匹配作用,使整个电路的输出阻抗符合一定的标准。SideTone 网络,开关电路,极性保护电路,回损调节图 2.2.9图 2.2.10 为消侧音网络和匹配网络:由于语音信号通过接口电路输送至市话线的过程中,还有一部分信号会分流至听筒,造成回音同时降低了信号输出电平。消侧音(Sidetone)网络的作用是消除这部分信号,使听筒接收的信号清晰无回音
15、。电路中采取的使阻容电桥式消侧音电路,将发送电路和接收电路分别接在电桥的两个对角线上。从电桥平衡原理可知,发送输出的信号在接电路中为零,所以接收器中不会有侧音。,发送电路,接收电路,图 2.2.10图 2.2.11 为响铃检测电路:电话机辨别市话线输送的信号是否为响铃信号完全取决于接收信号的电压。一般响铃信号的电压都高于 33v,远大于语音信号。响铃检测电路中,C39 为隔值作用,过滤了直流馈电,R10 的电阻非常大,防止了语音信号通过。在响铃信号的正半周,ZD5 工作在反向击穿状态,只有高于 33v 才能通过;在响铃信号负半周,ZD3 工作在反向击穿状态,只有低于33v 才能通过,从而保证了
16、信号绝对值低于 33v 时一定不响铃。若有响铃信号通过该检测电路,R10、R48 分压为 Q14 提供了偏置电压从而导通,其集电极电平由高电平跳变成低电平。(負電壓時如何導通振)该负6,脉冲作为响铃检测信号输送至 MCU 17 脚。座机 MCU 收到响铃检测信号后,发送信号通知手机 MCU,手机 MCU 便会发送指令使蜂鸣器工作。阀门电阻响铃信号检测送 MCU图 2.2.112.2.1.5 MCU 控制模块MCU 中心控制模块 TCC150 是由 7684 bit 的一次性可编程 EPROM 组成,内部包含 DTMF(双音多频)信号发生器、Watchdog 定时器、通用 8 bit 定时器/计
17、数器、响铃检电器、Caller ID 控制模块等等,是整个电路的控制中心。由以上的分析可知,与 MCU 控制有关的信号包括复位信号,充电检测信号,充电控制信号,铃声检测信号,接收/发送数据信号等等。比较重要的 MCU 控制信号还包括:(1)DTMF 拨号信号:DTMF 即双音多频信号,是指用两个高、低不同的音频代表一个数字,不同数字发送不同的高、低音频复合信号,完成拨号呼叫任务。按照北美标准的双音频信号标准:高频群为-6dBm;低频群为-8dBm。DTMF 信号由座机 MCU 内部的 DTMF 信号发生器产生。(2)Call ID 显示:即来电显示信息。实现 Call ID 的基本方法式发送端
18、交换机将主叫号码等通过局间信令系统传送给终端交换机。,用户线主叫用户,发送交换机,终端交换机,FSK用户线被叫用户,图 2.2.12终端交换机将主叫识别信息以 FSK(频移键控)的方式传送给被叫用户终端设备。过程如图 2.2.12 所示:将主叫识别信息送给被叫用户终端设备在以下两种状态进行:用户终端挂机状态;用户终端通话状态。Call ID 电路框图如图 2.2.13。Call ID 具体数据传输过程在信号流程一节阐述。Call Waiting选频放大器,市话线,放大器,选频放大器Call ID,FSK解调器,CPU及译码器,LCD,控制部分,显示片,7,图 2.2.13,(3)并机检测电路:
19、与座机 MCU 32 脚相连的并机检测电路,作用是检测同一条电话先并联的电话机。若同一条电话线存在并联的电话机,摘机时会将电话线的馈电电压拉低,使 Q16 和 Q18 截至,并输出正脉冲至 MCU 32 脚。该电路有防盗作用。其电路图如图 2.2.14,直流馈电,并机检测信号,图 2.2.14,(4)记忆保护电路:C45、C44 在主电源断电后,内部存储的电压仍可慢慢放电,为 MCU 提供工作电压,则 MCU 内部存储的信息仍可在断电之后保存一段时间,因此具有记忆作用。如图 2.2.15,图 2.2.15,2.2.2 手机电路分析,由于手机与座机采取的是无线传输,不是直接与市话线相连,因此手机
20、电路中不需要接口电路。手机电路可以分,8,向 MCU 发送低电平信号,当手机放入座机机架时,,图 2.2.1,极性调整电路,为以下主要电路:MCU 控制电路,RF 射频发射接收电路,音频压扩电路,电池供电电路,以及送话器(MIC),受话器(Speaker),蜂鸣器(Buzzer)等器件组成。其中 RF 射频电路、音频压扩电路与座机的原理基本相同,RF 发射接收频率正好与座机相反。下面重点分析供电电路和拨号电路。其模块图如附图(SCH AT6900CHBDV0A):2.2.2.1 供电电路(1)充电电路如图 2.2.1:当手机和座机充电片相接触时,电流由充电片进入,经过 D2,D3 整流,通过二
21、极管 D8流入电池,由接地端返回 D2,再通过充电片返回座机电源。当充电开始,电流也会通过 R1,R2 为 Q7 提供偏置电压,使 Q7 导通,从而使 Q7 集电极发出一负脉冲,作为充电检测信号发送给 MCU。(2)复位电路:如图 2.2.2手机可以通过两种方式复位,一是电池上电复位,另外一种是充电复位,都是通过提供一个上升沿信号作为 Reset信号发送给 MCU。电池一上电,R5,R7,R6 分压,为 Q8 提供了偏置电压,是 Q8 导通,拉低了 Q8 集电极电位,使 Q9 基极不能获得偏置而截至,集电极输出高电平利用该上升沿可以为 MCU 提供一个复位信号。充电时,因为 Q7 集电极输出的
22、充电检测信号为负脉冲,使 C8 两端电压也有负向的抖动,并造成 Q8 瞬间截至和Q9 瞬间导通。由于电池工作使 Q9 集电极一直处于高电平,该抖动使 Q9 输出瞬间的负脉冲,利用恢复高电平的上升沿,为 MCU 提供了复位信号。阀门电阻图 2.2.2电池正常工作时,时 Q9 集电极输出高电平,并通过 D23 为晶振提供工作电压。当电池电量不足,R5,R6,R7 的分压不足以为 Q8 提供偏置,Q9 便会导通输出低电平,同时通过 D23 将晶振电压拉低,MCU 停止工作进入睡眠节电模式。2.2.2.2 拨号电路手机的拨号电路不是发射双音频信号,而是发送与主机对应的密码,也就是手机 MCU 从键盘矩
23、阵接收到行、列信息,会将该信息转换为二进制编码,并通过 RF 模块发送到座机。座机接收到此二进制编码后,便会进行 DTMF 转换,送出相应的双音频信号,经过音频变换器再送入交换机完成拨号功能。2.2.2.3 其他相关电路座机和手机在很多典型电路和芯片外围电路上的设计是相似的,如 RF 射频电路,音频压扩电路等。手机因为还需要控制 LCD 显示屏的显示内容,因此 MCU 比起座机较为复杂,除去控制显示的部分,其余实现的功能两者也是相似的。下面再介绍几部分相关的手机电路。2.2.2.3.1 手机低电压检测电路如图 2.2.3:低电压检测是通过 CPU 内部的比较运算放大器实现的。D5 分压固定,输
24、入 MCU Vref 端作为比较电压。R18 对电池9,电压的分压是变化的,输入 MCU 作为低电检测电压。当电池电压低于 3.4V 时,R18 分压小于比较电压,使运放输出的电平改变,并通知 MCU 发出信号是蜂鸣器报警。2.2.2.3.2 音量调节电路如图 2.2.4:,接收的音频信号输入压扩器的扩展器入端,接收信号的强弱可以分为 4 档,由 MCU 输出 4 组控制信:00,01,10,11,,改变 R51,R52,C44,C45 的阻抗值,从而改变扩展器的放大倍数,便可实现音量调节。2.2.2.3.3 响铃电路,手机在充电和移开主机但处于等待方式时,手机不能接收响铃信号,只能通过接收主
25、机发射的响铃密码,手机识别后,从 MCU 发射信号控制蜂鸣器发出响铃声。,图 2.2.3,2.3 信号通信流程(Software Spec)2.3.1 语音信号发送/接收流程,当有外线电话打入,振铃信号由市话线接口电路输入,一方面使主机振铃电路工作;另一方面输入控制电路。控制电路输入收到振铃信号,向发射电路供电工作并将振铃信号通过发射电路发往手机。处于等待状态的手机,收到由主机发送的振铃信号后,由控制电路使振铃电工作,蜂鸣器发出振铃响声。当用户打开通话开关,手机 MCU 将会发出摘机信号,通过发射电路发送给座机。座机 MCU 接受到此控制信号,控制继电器端发出低电平,打通接口电路,此时,语音信
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