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移动电话测试与维修

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移动电话测试与维修. http://jpkc.sziit.com.cn/mo/www. 第六章 发射机射频电路. 6.4 发射偏移锁相环. 在带发射上变频的发射机中, I/Q 调制电路输出的信号与发射本机振荡信号进行混频,得到发射射频信号 在带发射偏移锁相环的发射机中, I/Q 调制电路输出的信号经放大、滤波后,被送到发射偏移锁相环中的发射鉴相器电路 偏移锁相环( OPLL , offset phase-locked loop )又被称为模拟发射调制环路( Transmit modulation loop ),由偏移混频、低通滤波器、鉴相器、发射 VCO 组成

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移动电话测试与维修

http://jpkc.sziit.com.cn/mo/www

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6.4 发射偏移锁相环

  • 在带发射上变频的发射机中,I/Q调制电路输出的信号与发射本机振荡信号进行混频,得到发射射频信号
  • 在带发射偏移锁相环的发射机中,I/Q调制电路输出的信号经放大、滤波后,被送到发射偏移锁相环中的发射鉴相器电路
  • 偏移锁相环(OPLL,offset phase-locked loop)又被称为模拟发射调制环路(Transmit modulation loop),由偏移混频、低通滤波器、鉴相器、发射VCO组成
  • 偏移锁相环就像一个跟踪滤波器(tracking filter),复制调制信息到发射VCO
  • 在GSM移动电话中,多数都是采用的带发射偏移锁相环的发射机
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发射偏移锁相环的构成

  • 整个偏移锁相环路包含偏移混频(offset mixer)、鉴相器(phase-frequency detector)、低通滤波器(环路滤波器,loop filter)与发射VCO(TXVCO)
  • 实际的发射偏移锁相环至少有三种情况
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常见的偏移锁相环

采用英飞凌、飞利浦、德州仪器(TI)、日立及Silicon Laboratories的射频信号处理器的数字移动电话中的偏移锁相环多属于这一种。整个偏移锁相环就是要控制F2=F1。

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由专门的RFVCO提供发射本振的OPLL

在前面所讲述的偏移锁相环中,射频VCO电路(RFVCO)产生的信号既用于发射机,又用于接收机

这里有一种变异的情况——射频VCO电路所产生的信号仅用于发射机,常见于采用TI射频信号处理器的机器中

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射频VCO提供发射中频载波的OPLL

TRF6151内发射机电路方框图

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偏移混频与鉴相器

  • 不论哪一种结构的发射偏移锁相环,其中的偏移混频电路与发射鉴相器都被集成在复合的射频信号处理器中
  • 无论偏移锁相环怎样变化,发射VCO电路输出的信号除送到功率放大电路外,还会被反馈到偏移混频电路
  • 鉴相器则处理I/Q调制电路输出的已调发射中频与偏移混频电路输出的信号,输出发射VCO的控制信号
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环路滤波器电路

  • 低通滤波器电路(也称环路滤波器)是非常重要的,通过它可以设定发射偏移锁相环的带宽
  • PLL的最佳带宽将使发射VCO频率合成获得最小的动态相位误差及最小锁定时间
  • 由于PLL的带宽合适,在鉴相器进行反馈信号及已调中频信号的处理时,发射信息仍然包含在鉴相器的输出信号中
  • 这些发射信息被调制到发射VCO射频信号上,使发射VCO电路输出最终发射射频信号
  • 低通滤波电路还滤除发射鉴相器输出信号中的高频成分,以防止高频成分干扰发射VCO电路的工作
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环路滤波器电路

松下A100手机的发射低通滤波电路

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随着射频集成电路技术的发展,在一些新型的复合射频信号处理器中,连发射低通滤波器也被集成起来。比如复合射频信号处理器SI4205、TI的复合射频信号处理器TRF6151就是如此。图所示的是SI4205芯片的发射机电路方框图,从图中可以看到,发射机的发射VCO、低通滤波器、鉴相器、IQ调制、射频VCO、中频VCO全部被集成在芯片内。

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6.5 发射VCO电路(TXVCO)

  • 在模拟技术的发射机及带发射偏移锁相环的数字移动电话的发射机中,有发射VCO(TXVCO)电路,用以产生最终发射射频信号
  • 发射VCO电路与接收VCO电路(或射频VCO电路)其实都是VCO电路,作用不一样,工作原理一样
  • 分类:分立元件、VCO组件——电容三点式
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频段切换控制

双频分立元件的TXVCO

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集成的TXVCO组件

摩托罗拉V998手机中的发射VCO组件

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集成的TXVCO组件

A408手机的发射VCO的实物及其端口示意图

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TXVCO的控制信号

  • 通常情况下,在机器开机之初,接收机需要进行信道扫描,射频VCO的信道控制端的控制信号的幅度是不断变化的
  • 发射机是不需要进行信道扫描的,发射VCO的信道是随射频VCO信道的变化而变化的
  • 除测试状态外,一旦发射机启动,即意味着接收机、发射机的信道已经固定
  • 虽然发射VCO的信道控制端口的信号包含了调制信息,但在用一般的示波器检测发射VCO的信道控制端口的信号时,并不能直接看到调制信息,仅当发射VCO工作信道改变时,可以看到控制信号幅度的变化
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TXVCO的控制信号

A408发射VCO工作在GSM状态时各端口状态图

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TXVCO的控制信号

A408发射VCO工作在DCS状态时各端口状态图

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TXVCO输出的信号

  • 对于绝大多数机器来说,发射VCO电路工作在当前信道的频点上,输出的就是最终发射射频信号
  • 有极少部分的发射VCO电路并不直接输出发射射频信号,如果机器工作在DCS频段,发射VCO电路直接输出DCS发射射频信号;如果机器工作在GSM频段,发射VCO电路产生的信号经一个2分频电路分频,然后才得到最终发射射频信号
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检修TXVCO电路

对于GSM手机中的TXVCO电路来说,主要应关注TXVCO电路有无信号输出?TXVCO信号的频谱是否正常?

若接收机与发射机共用RXVCO电路(GSM手机中的RXVCO信号都会用于发射射频信号的产生),一般情况下无需关注TXVCO的输出信号的频率。

若RXVCO信号只用于接收机,而该设备中又有TXVCO电路,那么,应该同时注意TXVCO信号的频率是否准确。但这种情况通常只出现在模拟技术的移动通信设备中。

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快速检测判断TXVCO电路

  • 要判断发射VCO电路是否工作是非常容易的。用频谱分析仪进行感应检测即可。方法如下:
  • 射频频谱分析仪的中心频率为相应发射机的发射频段内的中间信号频率用一裸露金属线(或屏蔽性比较差的射频电缆)连接到频谱分析仪的输入端,将电缆靠近发射VCO电路。
  • 给故障机键入“112”,按发射键启动发射机,若在频谱分析仪上能看到射频信号,说明发射VCO电路在工作。
  • 不论发射机的电路结构如何,所有GSM手机的发射VCO电路输出的最终发射信号与发射上变频电路输出的最终发射信号频谱都一样。
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不正常的GSM发射信号

检查环路滤波电路

检查IQ信号产生、传输、调制电路

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6.6 发射驱动放大器

  • 发射驱动放大器(Driver)属于功率放大,它是末级功放的激励级(EXC),也叫推动电路
  • 驱动放大器通常位于发射机功率放大器的输入端,对发射VCO、发射上变频器等电路输出的发射射频信号进行放大,以满足功率放大器对输入信号幅度的要求。
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6.7 发射功率放大器

  • 最终发射射频信号都通过天线辐射出去
  • 信号幅度很低,没有足够的功率,不足以进行远距离传输
  • 高频功率放大器将最终发射信号进行功率放大,以得到所需要的功率值,送到天线发射,保证在一定区域内的接收机可以受到满意的信号电平
  • 发射机功率放大器(PA)用于发射机的末级,它输出的信号经匹配电路传输到天线,由天线将高频信号转化为高频电磁波辐射出去
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随着制造技术的发展,越来越多的无线发射机中的发射功率放大器使用功率放大器组件随着制造技术的发展,越来越多的无线发射机中的发射功率放大器使用功率放大器组件

  • 常见的应用于移动电话的集成功率放大器有Skyworks、日立(hitachi)、飞利浦(Philips)与RF Micro Devices的功放
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集成的功率放大器模组

  • 一个完整的功率放大电路包含功率放大、功率检测、功率控制等单元电路
  • 随着制造技术的发展,越来越多的移动电话开始使用集成的功率放大器模组(PAM)

SKY77324模组的内部电路方框图

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功率放大器的偏压

偏压(bias)

功率放大器的偏压是指功率控制电路输出的,用以控制功率放大器输出功率大小的信号

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功率放大器的偏压

  • 若功率放大器使用的偏压(或启动控制电压)是负压,则功率放大器组件大多是芯片式的封装。其工作电源是电池电源,但经一个电子开关电路给功率放大器供电。一般是负偏压先到达功率放大器,然后逻辑电路才控制电子开关闭合,电池电源到达功率放大器
  • 正偏压的功率放大器,不论通信设备开机与否,电池电源是直接连接到功率放大器的电源端的
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电流法快速判断PA电路

用电流法可快速判断功率放大电路是否工作。

给故障机加上外接维修电源,开机。启动发射机,注意观察电源的电流表。在正常情况下,启动发射机后,手机的工作电流应有比较大的变化,在100mA左右。

若启动发射机后,手机工作电流变化很小,应该是功率放大电路没有工作。可能是功率放大器损坏,或是功率放大器没有偏压。

若手机的工作电流变化很大(或关机),可能是功率放大器损坏,或是功率放大器的偏压不正常。

若启动发射机后,发射机电流变化在正常范围内,则说明功率放大器基本上在工作,应注意检查发射机的信号产生电路(IQ调制、TXVCO、发射上变频)。

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电流法快速判断PA电路

电流法只能在某些程度上判断功率放大器工作与否,而不能判断功率放大器工作正常与否。

电路是否工作正常,可选择频谱分析仪。

启动发射机后,用频谱分析仪来检测发射信号频谱,以判断功率放大器是否工作正常。一般是通过发射信号频谱分析仪谱线和信号的幅度来判断。其判断方法与前面的几种放大器的判断分析方法基本一样。

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6.8 发射功率控制

  • 在功放的输出端,通过一个取样电路取一部分发射信号,经高频整流得到一个反映发射功率大小的直流电平
  • 这个电平在比较电路中与来自逻辑电路的功率控制参考电平进行比较,输出功率放大器的偏压,以控制功率放大器的输出功率
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发射功率控制

作业:

P222第5、12题

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