射頻芯片工作原理分析（上）

傳統(tǒng)來說，一部可支持打電話、發(fā)短信、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、APP 應(yīng)用的手機，一般包含五個部分部分：射頻部分、基帶部分、電源管理、外設(shè)、軟件。

射頻：一般是信息發(fā)送和接收的部分；

基帶：一般是信息處理的部分；

電源：一般是節(jié)電的部分，由于手機是能源有限的設(shè)備，所以電源管理十分重要；

外設(shè)：一般包括 LCD，鍵盤，機殼等；

軟件：一般包括系統(tǒng)、驅(qū)動、中間件、應(yīng)用。

在手機終端中，最重要的核心就是射頻芯片和基帶芯片。 射頻芯片負責(zé)射頻收發(fā)、頻率合成、功率放大；基帶芯片負責(zé)信號處理和協(xié)議處理。 那么射頻芯片和基帶芯片是什么關(guān)系？

射頻芯片和基帶芯片的關(guān)系

先講一下歷史，射頻（Radio Frenquency）和基帶（Base Band）皆來自英文直譯。其中射頻最早的應(yīng)用就是 Radio——無線廣播（FM/AM），迄今為止這仍是射頻技術(shù)乃至無線電領(lǐng)域最經(jīng)典的應(yīng)用。

基帶則是 band 中心點在 0Hz 的信號，所以基帶就是最基礎(chǔ)的信號。有人也把基帶叫做“未調(diào)制信號”，曾經(jīng)這個概念是對的，例如 AM 為調(diào)制信號（無需調(diào)制，接收后即可通過發(fā)聲元器件讀取內(nèi)容）。

但對于現(xiàn)代通信領(lǐng)域而言，基帶信號通常都是指經(jīng)過數(shù)字調(diào)制的，頻譜中心點在 0Hz 的信號。而且沒有明確的概念表明基帶必須是模擬或者數(shù)字的，這完全看具體的實現(xiàn)機制。

言歸正傳，基帶芯片可以認為是包括調(diào)制解調(diào)器，但不止于調(diào)制解調(diào)器，還包括信道編解碼、信源編解碼，以及一些信令處理。而射頻芯片，則可看做是最簡單的基帶調(diào)制信號的上變頻和下變頻。

所謂調(diào)制，就是把需要傳輸?shù)男盘?，通過一定的規(guī)則調(diào)制到載波上面讓后通過無線收發(fā)器（RF Transceiver）發(fā)送出去的工程，解調(diào)就是相反的過程。

工作原理與電路分析

射頻簡稱 RF 射頻就是射頻電流，是一種高頻交流變化電磁波，為是 Radio Frequency 的縮寫，表示可以輻射到空間的電磁頻率，頻率范圍在 300KHz～300GHz 之間。每秒變化小于 1000 次的交流電稱為低頻電流，大于 10000 次的稱為高頻電流，而射頻就是這樣一種高頻電流。高頻（大于 10K）；射頻（300K-300G）是高頻的較高頻段；微波頻段（300M-300G）又是射頻的較高頻段。射頻技術(shù)在無線通信領(lǐng)域中被廣泛使用，有線電視系統(tǒng)就是采用射頻傳輸方式。

射頻芯片指的就是將無線電信號通信轉(zhuǎn)換成一定的無線電信號波形， 并通過天線諧振發(fā)送出去的一個電子元器件，它包括功率放大器、低噪聲放大器和天線開關(guān)。射頻芯片架構(gòu)包括接收通道和發(fā)射通道兩大部分。

射頻電路方框圖

接收電路的結(jié)構(gòu)和工作原理

接收時，天線把基站發(fā)送來電磁波轉(zhuǎn)為微弱交流電流信號經(jīng)濾波，高頻放大后，送入中頻內(nèi)進行解調(diào)，得到接收基帶信息(RXI-P、RXI-N、RXQ-P、RXQ-N);送到邏輯音頻電路進一步處理。

該電路掌握重點：1、接收電路結(jié)構(gòu)；2、各元件的功能與作用；3、接收信號流程。

1. 電路結(jié)構(gòu)

接收電路由天線、天線開關(guān)、濾波器、高放管(低噪聲放大器)、中頻集成塊(接收解調(diào)器)等電路組成。早期手機有一級、二級混頻電路，其目的把接收頻率降低后再解調(diào)(如下圖)。

接收電路方框圖

2. 各元件的功能與作用

1)、手機天線：

結(jié)構(gòu)：(如下圖)

由手機天線分外置和內(nèi)置天線兩種;由天線座、螺線管、塑料封套組成。

作用：a)、接收時把基站發(fā)送來電磁波轉(zhuǎn)為微弱交流電流信號。b)、發(fā)射時把功放放大后的交流電流轉(zhuǎn)化為電磁波信號。

2)、天線開關(guān)：

結(jié)構(gòu)：(如下圖)

手機天線開關(guān)(合路器、雙工濾波器)由四個電子開關(guān)構(gòu)成。

作用：a)、完成接收和發(fā)射切換; b)、完成 900M/1800M 信號接收切換。

邏輯電路根據(jù)手機工作狀態(tài)分別送出控制信號(GSM-RX-EN;DCS- RX-EN;GSM-TX-EN;DCS- TX-EN)，令各自通路導(dǎo)通，使接收和發(fā)射信號各走其道，互不干擾。

由于手機工作時接收和發(fā)射不能同時在一個時隙工作(即接收時不發(fā)射，發(fā)射時不接收)。因此后期新型手機把接收通路的兩開關(guān)去掉，只留兩個發(fā)射轉(zhuǎn)換開關(guān);接收切換任務(wù)交由高放管完成。

3)、濾波器：

結(jié)構(gòu)：手機中有高頻濾波器、中頻濾波器。

作用：濾除其他無用信號，得到純正接收信號。后期新型手機都為零中頻手機;因此，手機中再沒有中頻濾波器。

4)、高放管(高頻放大管、低噪聲放大器)：

結(jié)構(gòu)：手機中高放管有兩個：900M 高放管、1800M 高放管。都是三極管共發(fā)射極放大電路;后期新型手機把高放管集成在中頻內(nèi)部。

高頻放大管供電圖

作用：a)、對天線感應(yīng)到微弱電流進行放大，滿足后級電路對信號幅度的需求。b)、完成 900M/1800M 接收信號切換。

理：a)、供電：900M/1800M 兩個高放管的基極偏壓共用一路，由中頻同時路提供;而兩管的集電極的偏壓由中頻 CPU 根據(jù)手機的接收狀態(tài)命令中頻分兩路送出;其目的完成 900M/1800M 接收信號切換。

b)、原理：經(jīng)過濾波器濾除其他雜波得到純正 935M-960M 的接收信號由電容器耦合后送入相應(yīng)的高放管放大后經(jīng)電容器耦合送入中頻進行后一級處理。

5)、中頻(射頻接囗、射頻信號處理器)：

結(jié)構(gòu)：由接收解調(diào)器、發(fā)射調(diào)制器、發(fā)射鑒相器等電路組成;新型手機還把高放管、頻率合成、26M 振蕩及分頻電路也集成在內(nèi)部(如下圖)。

作用：

a)、內(nèi)部高放管把天線感應(yīng)到微弱電流進行放大；

b)、接收時把 935M-960M(GSM)的接收載頻信號(帶對方信息)與本振信號(不帶信息)進行解調(diào)，得到 67.707KHZ 的接收基帶信息；

c)、發(fā)射時把邏輯電路處理過的發(fā)射信息與本振信號調(diào)制成發(fā)射中頻；

d)、結(jié)合 13M/26M 晶體產(chǎn)生 13M 時鐘(參考時鐘電路)；

e)、根據(jù) CPU 送來參考信號，產(chǎn)生符合手機工作信道的本振信號。

3. 接收信號流程

手機接收時，天線把基站發(fā)送來電磁波轉(zhuǎn)為微弱交流電流信號，經(jīng)過天線開關(guān)接收通路，送高頻濾波器濾除其它無用雜波，得到純正 935M-960M(GSM)的接收信號，由電容器耦合送入中頻內(nèi)部相應(yīng)的高放管放大后，送入解調(diào)器與本振信號(不帶信息)進行解調(diào)，得到 67.707KHZ 的接收基帶信息(RXI-P、RXI-N、RXQ-P、RXQ-N)；送到邏輯音頻電路進一步處理。

發(fā)射電路的結(jié)構(gòu)和工作原理

發(fā)射時，把邏輯電路處理過的發(fā)射基帶信息調(diào)制成的發(fā)射中頻，用 TX-VCO 把發(fā)射中頻信號頻率上變?yōu)?890M-915M(GSM)的頻率信號。經(jīng)功放放大后由天線轉(zhuǎn)為電磁波輻射出去。

該電路掌握重點：(1)、電路結(jié)構(gòu)；(2)、各元件的功能與作用；(3)、發(fā)射信號流程。