数字手机电路组成.ppt
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1、第2章 数字手机电路组成,本章要点:数字手机整机的组成,接收射频电路、发射射频电路的结构形式,频率合成器、电源电路、逻辑时钟信号及其功能,手机射频电路与基带电路组成实例。,学习参考:要求通过学习熟悉数字手机整机组成、接收射频电路和发射射频电路的结构形式;掌握基带电路的组成及各部分功能、频率合成器、电源电路;了解数字手机电源开关键的开机方式、逻辑时钟信号的种类与功能。,2.1 数字手机整机组成概述,2.1.1 射频电路概述,组成:接收射频电路、发射射频电路、频率合成器,1.接收射频电路,组成:天线电路、射频滤波器、低噪声放大器、混频器、中频滤波器、中频放大器、中频解调器(RXI/Q解调器)等。天
2、线电路由天线和天线开关组成。,功能:把天线接收到的射频信号变为67.707kHz的模拟接收基带信号。,接收基带信号(RXI/Q)定义:即接收同相/正交信号,分为模拟接收基带信号和数字接收基带信号。,2.发射射频电路,组成:发射基带信号带通滤波器、TXI/Q调制器、功率放大器和天线电路等,3.频率合成器,功能:提供振荡信号以实现接收信号和发射信号的频率变换。,组成:参考振荡器、发射鉴相器(PD)、低通滤波器(LPF)、分频器和压控振荡器(VCO),功能:把67.707kHz的模拟发射基带信号变为射频信号,并经天线辐射出去。,发射基带信号(TXI/Q)定义:发射同相/正交信号,分为模拟发射基带信号
3、和数字发射基带信号。,2.1.2 电源电路概述,分类:电源模块、锂电池和后备电池等,功能:实现手机与用户的信息交换与控制。,2.1.3 人机界面电路概述,功能:完成对锂电池电源(或外接电源)进行变换,以得到手机所需的各种不同电压电源,并在手机开机时为CPU提供总复位信号等。,分类:按键电路、显示电路、振铃电路、受话器电路、话音拾取电路、SIM卡座电路等。,话音拾取电路功能:将语音信号变换为模拟信号,2.1.4 基带电路概述,1.逻辑控制系统(微控制器单元,MCU),组成:中央处理器、存储器、串行并行I/O、存储器中断控制电路和看门狗定时器等。,功能:用于对手机工作过程进行管理控制,包括开机操作
4、、射频部分控制以及外部接口、键盘、显示器、SIM卡的管理和控制等。,1)中央处理器(CPU):完成微控制器单元的功能。,2)只读存储器:在正常工作状态下只能从中读取数据,不能修改或重新写入数据。只适用于存储固定数据的场合。,手机工作时,一般先由ROM中的引导程序启动系统,再从闪存中读取系统程序和应用程序。,3)随机读取存储器用于存储手机运行过程中需要暂时保留的信息数据。,分类:接收音频信号处理电路和发射音频信号处理电路。,2.音频处理电路,4)电擦除存储器又称为码片。主要存放手机系统参数和一些可修改的数据,以及一些检测程序,如电池检测程序、显示电压检测程序等。,5)闪烁存储器俗称版本或字库,以
5、代码形式装载手机的基本程序、功能程序、监控程序、中文字库和固定参数。,前者用于将接收基带信号还原为音频信号,后者将发射音频信号变换为发射基带信号。,通常将接收音频信号处理电路和发射音频信号处理电路分别称为接收基带电路和发射基带电路。,(1)接收基带电路,功能:对接收基带信号进行PCM解码、信道解码、去交织、自适应均衡、解密、语音解码等处理。,组成:GMSK解调器、数字信号处理器(DSP)、PCM解码器等。,DSP对GMSK解调器得到的数字接收信号进行信道解码、去交织、解密、语音解码等处理。,PCM解码器将DSP输出的数字信号进行D/A转换,得到模拟音频信号。,GMSK解调器将接收基带信号变换为
6、数字接收信号。,功能:对话音拾取电路得到的模拟信号进行PCM编码、语音编码、信道编码、交织、加密等处理。,(2)发射基带电路,组成:PCM编码器、数字信号处理器、GMSK调制器等。,信号处理过程:话音拾取电路得到的模拟音频信号经PCM编码器进行A/D转换得到数字信号。,数字信号处理器(DSP)对PCM编码器输出的发射数字信号进行语音编码、交织、信道编码、加密等处理,以及GMSK调制、TXI/Q分离等,得到模拟发射基带TXI/Q信号。,(3)模拟基带电路与数字基带电路,根据基带电路处理的信号是模拟基带信号还是数字基带信号,音频处理电路又分为模拟基带电路(ABB)和数字基带电路(DBB)两部分。,
7、1)模拟基带电路,组成:PCM编解码器、GMSK调制解调器、音频放大电路等,负责完成对音频信号和数字基带信号的A/D、D/A转换,完成射频电路的自动频率控制(AFC)、自动增益控制(AGC)、自动功率控制(APC)等。,PCM编码对声音等模拟信号的幅度按一定周期进行取样、量化和编码实现模拟信号的A/D转换,得到的脉冲编码调制数字信号送至语音编码器。PCM解码为PCM编码的逆过程。,GMSK调制对数字基带电路输出的数字发射基带信号(TXI/Q)进行D/A转换,得到67.707kHz的模拟发射基带信号(TXI/Q)。GMSK解调是GMSK调制的逆过程。,模拟基带电路通过数字基带串行接口、数字音频串
8、行接口与数字基带电路进行数字基带、数字音频信号的传输。数字基带电路通过控制串行接口来控制模拟基带电路的工作。,模拟基带电路通常还提供音频终端接口与辅助的ADC单元,用于对电池、附件等进行必要的监测。,组成:数字信号处理器(DSP)等,或将逻辑控制系统(微处理器等)包含其中。,2)数字基带电路,作用:在微处理器控制下,DSP用于对PCM编码器输出的PCM数字信号进行语音编码、信道编码、交织、加密、突发脉冲串形成等处理,得到数字发射基带信号送至GMSK调制器;以及对GMSK解调输出的数字接收基带信号进行均衡、解密、去交织、信道解码、语音解码等处理,得到数字信号送给PCM解码器。,语音编码功能:提高
9、信息传输效率、减小所需传输带宽,对语音数据按某一特征参数进行压缩,以尽可能地降低语音码的比特率。,信道编码:在数字信息发送之前,在每组信息码中插入若干个校验码,供接收端校验或纠正信息传输过程中出现的随机性错码,以提高信号传输的抗干扰能力。,交织:在发送端将信息码排列顺序打乱,重新排列组合,使不同帧的信息码相互穿插交错后再发送到信道中去。在信道中即使产生成串的突发性错码,由于相邻码字已化整为零分散在不同的信息帧中,所以只引起随机差错。,加密:通过仅由移动台和基站知道的方式修改信息块内容。,均衡:在接收端均衡器中产生与传输信道特性相反的特性,抵消信道产生的延时干扰信号,以正确判断恢复信号。,2.2
10、 射频电路的结构,2.2.1 接收射频电路的结构,GSM手机接收电路结构形式:超外差一次变频、超外差二次变频、直接变频线性和低中频(近零中频)。,是由电磁波经天线感应得到的射频(RF)信号,含有各种不同频率成分的信号。,是由天线感应得到、经天线开关输出的射频信号,包括接收射频信号内多种频率成分的信号。,是由天线开关输出经射频滤波器滤波、低噪声放大器放大后得到的射频信号,频带宽度与手机工作频段一致。,是由低噪声放大器放大后的射频信号经混频器混频得到的中频信号。若有两级混频器,第一级混频器的输出称为一中频信号;第二级混频器的输出称为二中频信号。,是对混频器输出的中频信号进行放大得到的中频信号。,是
11、对中频信号进行中频解调(I/Q解调)得到的模拟接收基带信号(RXI/Q)。,1.超外差一次变频接收电路,1)天线用于将空中传播的电磁波感应为接收射频信号传送至天线开关。,2)天线开关用于将天线送来的射频信号送至接收电路,或将发射电路发送的射频信号送至天线。,3)射频滤波器用于滤除接收频带外的信号得到相应频段的射频信号,提高低噪声放大器输入信号的信噪比。,4)低噪声放大器(LNA)用于对射频滤波器输入的接收射频信号进行放大,以满足混频器对输入信号幅度的要求。,5)射频本振(即接收本振(RXVCO或LO1)用于为混频器提供本振信号,以实现射频信号与本振信号的混频。,6)混频器(MIX)用于将低噪声
12、放大器输出的接收射频信号与射频本振信号进行混频,得到接收中频(IF)信号。,7)中频滤波器用于滤除接收中频外的其他信号,提高输出信号的信噪比。,8)中频放大器用于对由中频滤波器输入的接收中频信号进行放大,并送中频解调电路(RXI/Q解调)处理。,9)中频本振(IFVCO或LO2)产生的信号经过分频、移相处理后,为中频解调电路提供正交本振信号。分频、移相电路通常与中频解调电路集成在一个芯片中。,10)中频解调电路用于对接收中频信号与正交本振信号进行混频,还原出模拟接收基带信号(RXI/Q)。接收基带信号经放大、滤波后被送至基带电路,在基带电路中,经一系列的处理后还原出模拟语音信号,并推动扬声器发
13、声。,2.超外差二次变频接收电路,与超外差一次变频接收电路的区别:,(1)增加一级混频器,(2)本振电路,1)对频率为13MHz或26MHz的基准时钟信号进行处理得到。,2)由二本振信号经分频、移相电路处理得到。,本振电路(VCO)为中频解调电路提供解调用的参考信号,该信号有两种产生方式,通常采用第二种方式。,3.直接变频线性接收电路(DCR),DCR简称为直接变频接收电路。,别称:因直接变频接收电路混频器(中频解调)输出为零中频接收基带信号(RXI/Q),故又称为“零中频”接收电路。,直接变频接收电路接收到的射频信号在混频器中直接被还原出接收基带信号,该混频器又被称为正交下变频器或RXI/Q
14、解调器。,2.2.2 发射射频电路的结构,GSM手机发射电路的电路结构形式:带偏移锁相环、带发射上变频器和直接调制。,是由基带电路对语音信号进行一系列处理后得到的模拟发射基带信号(TXI/Q)。,是由发射基带信号在TXI/Q调制电路利用TXI/Q信号对发射中频载波进行调制得到的已调发射中频信号。,是已调发射中频信号经发射变频电路频率变换得到的已调发射射频信号。,是由已调发射射频信号经发射滤波器滤波得到的发射射频信号。,是发射射频信号经功率放大器放大得到的已调发射射频信号。,是由已调发射射频信号经过天线开关送至天线的已调发射射频信号。,1.带偏移锁相环(OPLL)的发射电路结构,带偏移锁相环发射
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