手机电路原理，通俗易懂 - 图文

第二部分 原 理 篇

第一章

手机的功能电路

ETACS、GSM蜂窝手机是一个工作在双工状态下的收发信机。一部移动电话包括无线接收机(Receiver)、发射机(Transmitter)、控制模块(Controller)及人机界面部分(Interface)和电源(Power Supply)。

数字手机从电路可分为，射频与逻辑音频电路两大部分。其中射频电路包含从天线到接收机的解调输出，与发射的I/Q调制到功率放大器输出的电路；逻辑音频包含从接收解调到，接收音频输出、发射话音拾取(送话器电路)到发射I/Q调制器及逻辑电路部分的中央处理单元、数字语音处理及各种存储器电路等。见图1-1所示

从印刷电路板的结构一般分为：逻辑系统、射频系统、电源系统，3个部分。在手机中，这3个部分相互配合，在逻辑控制系统统一指挥下，完成手机的各项功能。

图 1-1手 机 的 结 构 框 图

注：双频手机的电路通常是增加一些DCS1800的电路,但其中相当一部分电路是DCS与GSM通道公用的。

第二章 射 频 系 统

射频系统由射频接收和射频发射两部分组成。射频接收电路完成接收信号的滤波、信号放大、解调等功能；射频发射电路主要完成语音基带信号的调制、变频、功率放大等功能。手机要得到GSM系统的服务,首先必须有信号强度指示,能够进入GSM网络。手机电路中不管是射频接收系统还是射频发射系统出现故障,都能导致手机不能进入GSM网络。

对于目前市场上爱立信、三星系列的手机,当射频接收系统没有故障但射频发射系统有故障时,手机有信号强度值指示但不能入网；对于摩托罗拉、诺基亚等其他系列的手机,不管哪一部分有故障均不能入网,也没有信号强度值指示。当用手动搜索网络的方式搜索网络时,如能搜索到网络,说明射频接收部分是正常的；如果不能搜索到网络,首先可以确定射频接收部分有故障。

而射频电路则包含接收机射频处理、发射机射频处理和频率合成单元。

第一节

接收机的电路结构

移动通信设备常采用超外差变频接收机，这是因为天线感应接收到的信号十分微弱,而鉴频器要求的输人信号电平较高,且需稳定。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,实际上是很难办得到的，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,

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这是难于做到的。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,其主要增益得自于稳定的中频放大器。

手机接收机有三种基本的框架结构,一是超外差一次变频接收机,二是超外差二次变频接收机,三是诺基亚的直接变换线性接收机。

我们通常讲的手机电路结构主要是指射频电路的结构,不同厂家的手机的射频电路结构有一些差异,但不同手机厂家的手机中的逻辑音频电路结构却大都一致,同一手机厂家出品的手机的射频电路也基本土是一致的。

超外差变频接收机的核心电路就是混频器,我们可以根据手机接收机电路中混频器的数量来确定该接收机的电路结构。

一、超外差一次变频接收机

接收机射频电路中只有一个混频电路的，属于超外差一次变频接收。超外差一次变频接收机的原理方框图如图⒍2所示.在看手机的接收机射频方框图时,应注意该接收机中有几次频率变换(混频电路),如图1-2所示。

图 1-2 超 外 差 一 次 变 频 接 收 机 框 图

摩托罗拉手机(包括数字手机和模拟手机)的接收机基本上是图1-2所示的框架结构。 摩托罗拉的接收射频结构除从图1-2能明显看出来的特点外,还有一个特点,那就是用于解调的接收中频VCO都是接收中频信号的2倍频。对超外差一次变频接收机可以这样描述：天线感应到的无线蜂窝信号经天线电路和射频滤波电路进入接收机电路，接收到的信号首先由低噪声放大器进行放大；放大后的信号再经射频滤波后,被送到混频电路；在混频电路中,射频信号与接收VCO信号进行混频,得到接收中频信号；中频信号经中频放大后,在中频处理模块内迸行RXI/Q解调,解调所用的参考信号来自接收中频VCO。该信号首先在中频处理电路中被二分频,然后与接收中频信号进行混频,得到67.707kHz的RXI/Q信号。 RXI/Q信号在逻辑音频电路中经GMSK解调、去分间插入、解密、信道解码、PCM解码等处理,还原出模拟的话音信号,推动受话器发出声音。

二、超外差二次变频接收机

若接收机射频电路中有两个混频电路，则该接收机是超外差二次变频接收机。超外差二次变频接收机的方框图如图1-3所示。

与一次变频接收机相比,二次变频接收机多了一个混频器及一个VCO,这个VCO在一些电路中被叫做IFVCO或VHFVCO。诺基亚手机、爱立信手机、三星、松下和西门子等手机的接收机电路基本上都属于这种电路结构。在这种接收机电路中,若RXI/Q解调是锁相解调,

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则解调用的参考信号通常都来自基准频率信号。

图 1-3超 外 差 二 次 变 频 接 收 机 框 图

在图1-2、图1-3中,解调电路部分也有VCO,该处的VCO信号是用于解调,作参考信号。而且该VCO信号通常来自两种方式：一是来自基准频率信号,如诺基亚的8110手机第二接收中频是13MHz,基准频率信号13MHz也提供给解调器用于解调；另一种是来自专门的中频VCO,如摩托罗拉GSM328手机的接收中频是153MHz,该VCO是306MHz,,306MHz的VCO信号在中频处理电路中被二分频得到153MHz用于接收机解调。

接收电路将天线感应到的高频己调信号放大，经两级(或一级)变频将频率很高的射顿信号转变成频率较低的带调制信号的固定中频信号,然后解调出原来的调制音频信号或数据信号,并将其送到音频处理电路或者逻辑电路,以完成相应的各种功能。

对超外差二次变频接收机可以这样描述：天线感应到的无线蜂窝信号经天线电路和射频滤波电路进入接收机电路，接收到的信号首先由低噪声放大器进行放大；放大后的信号再经射频滤波后,被送到混频电路；在混频电路中,射频信号与接收VCO信号进行混颇,得到接收第一中频信号；接收第一中频信号被送到接收第二混频电路,与接收第二本机振荡信号混频,得到接收第二中频(接收第二中频来自VHF VCO电路)；接收第二中频信号经中频放大后,在中频处理模块内进行RxI/Q解调,（解调所用的参考信号来自接收中频VCO，该信号首先在中频处理电路中被二分频,然后与接收中频信号进行混频，得到67.707MHz的RXI/Q信号；RXI/Q信号在逻辑音频电路中经GMSK解调、去分间插入、解密、信道解码、PCM解码等处理,还原出模拟的话音信号,推动受话器发出声音。

三、直接变换的接收机

早期的手机接收机电路结构基本上都分别属于上述两种电路结构形式,但随着新型手机的面世,出现了一种新的信号接收机电路结构——直接变换的线形接收机(Direct Conversion Linear Receiver),如诺基亚的8210手机。这种接收机的电路结构如图1-4所示。

图 1-4直 接 变 换 的 接 收 机 方 框 图

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从一次变频接收机和二次变频接收机的方框图可以看，RXI/Q信号都是从解调电路输出的,但在直接变换线形接收机中,混频器输出的就是RXI/Q信号了。

不管电路结构怎样变,都可以看到它们的一些相似之处：信号是从天线到底噪声放大器,再到频率变换单元,最后到语音处理电路。

所以在手机接收机电路中,主要有以下几个不同的功能电路，组合而成。 接收天线(ANT)：作用是将高频电磁波转化为高频信号电流。

双工滤波器：作用是将接收射频信号与发射射频信号分离,以防止强的发射信号对接收机造成影响。双工滤波器包含一个接收滤波器和一个发射滤波器,它们都是带通射频滤波器。

天线开关：作用同双工滤波器，由于GSM手机使用了TDMA技术,接收机与发射机间歇工作,天线开关在逻辑电路的控制下,在适当的时隙内接向接收机或发射机通道。

射频滤波器：是一个带通滤波器,只允许接收频段的射频信号进入接收机电路。

低噪声放大器(LNA): 作用是将天线接收到的微弱的射频信号进行放大,以满足混频器对输入信号幅度的需要,提高接收机的信噪比。

混频器(MIx):是一个频谱搬移电路,它将包含接收信息的射频信号转化为一个固定频率的包含接收信息的中频信号。它是接收机的核心电路。

中频滤波器:中频滤波器在电路中只允许中频信号通过,它在接收机中的作用比较重要。中频滤波器防止邻近信道的干扰,提高邻近信道的选择性。

中频放大器:中频放大器主要是提高接收机的增益，接收机的整个增益主要来自中频放大。

射频VCO:在不同的手机电路中的英文缩写不同,常见的有RXVCO(诺基亚、爱立信及其他部分手机常见)、PFVCO(三星手机常见)、UHFVCO(诺基亚手机常见)、MAINVCO(摩托罗拉手机常见)等。它给接收机提供第一本机振荡信号；给发射上变频器提供本机振荡信号,得到最终发射信号；给发射交换模块提供信号,经处理得到发射参考中频信号。

中频VCO:通常被称为IFVCO或VHFVCO,若接收有第二混频器的话,给接收机的第二混频器提供本机振荡信。在一些手机电路中,给RXI/Q解调电路提供参考振荡信号。

语音处理部分:语音处理部分包含几个方面,首先RXI/Q信号在逻辑电路中进行GSMK解调,然后进行解密、去分间插入等处理,然后将这个信号进行PCM解码,还原出模拟的话音信号(参见接收音频)。

第二节 接收机的功能电路

一、天线及天线电路

话机本身的天线一般为螺旋鞭状天线或短鞭状天线。移动台的天线具有足够宽的工作频带,它工作于全部的收发信道，基本上所有的蜂窝话机都可使用内接和外接天线。

天线分为发射天线与接收天线，将高频电流转化为高频电磁波传送出去的导体被称为发射天线；将高频电磁波转化为高频信号电流的导体被称为接收天线。

在一些蜂窝电话机中,天线进来常采用双工滤波器(选频电路)，天线和双工器都是无源器件。双工器包括发射滤波器和接收滤波器,它们都是带通滤波器，双工器有3个端口——公共端天线接口、发射输出端及接收输入端。天线及双工滤波器与接收机发射机的连接如图1-15所示。

发射信号总是比接收信号强,而强信号对弱信号有抑制作用,会使接收电路被强信号阻塞,使接收的弱信号被淹没,引起接收灵敏度下降。所以接收滤波器就是阻止发射信号串人接收电路,并拒收天线接收到的接收频段以外的信号；而发射滤波器则拒绝，接收频率段的噪声功率及发射调和信号等。当然,也有一些话机使用接收与发射分离的滤波器。

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图1-15

图1-16所示的是一个带开关电路的双工滤波器。图中VC1与VC2是控制端；GSM-TX、GSM-RX分别代表GSM的接收、发射端口；DCS-TX、DCS-RX分别代表1800MHz收发信机的接收、发射端口。

图 1-16

从上面的内容可以看到,在手机电路中寻找天线电路,比较重要的就是天线的图形符号Y和天线的表示字母“ANT”。

在天线电路中,除了双工滤波器,还有天线开关电路，模拟手机中的天线开关电路用于内接天线与外接天线的转换。由于数字手机采用了TDMA技术,它以不同的时段来区分用户,且GSM手机的接收机与发射机是间隙工作的,所以在数字手机中,天线开关通常用于接收射频信号与发射射频信号通道的转换。在一些双频手机中,天线开关还用于GSM信号和DCS信号的切换。8210手机的双工滤波器中就包含了开关电路,VC1和VC2为控制信号。

—些手机的天线电路只采用天线开关,滤波器被分别放在接收射频电路和发射射频电路当中,如GD90的天线开关和cd928的天线开关电路如图1-18所示。

在图1-17,9脚接天线,5、7脚输出射频信号到接收机电路,1、11脚的信号来自发射机功率放大器。

用示波器在天线开关的控制端可检测到控制信号的脉冲波形。控制天线开关的信号来自逻辑电路,同时这些信号也控制发射机、接收机电路。

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如今,越来越多的手机电路中的混频单元被集成在上复合电路中,如诺基亚6110和三星SGH-500的接收混频器,如图1-25所示。

要寻找混频电路就需掌握手机框架结构, 在手机接收机电路中,如看到射频信号与VCO信号输人到同一个电路,则这个电路应是混频电路(这就要求能辨别RXVCO电路)。同时掌握MIX等英文缩写(如图1-25所示),以便于识别电路。参见诺基亚6110、三星SGH-500、诺基亚6150射频电路。

四．中频放大器

接收机的中频放大器主要是将混频器输出的信号进行大幅度提升,以满足解调电路的需要。接收机的主要增益也来自中频放大器，中频放大器损坏常会造成手机接收差的故障。

移动通信接收机均要使用中频放大器。中频放大器最主要的作用是： 获取高增益：与射频放大部分相比,由于中频频率固定,并且频率较低,可以很容易地得到较高的增益,因而可以为下一级提供足够大的输人。

提高选择性：接收机的邻近频率选择性一般由中频放大器的通频带宽度决定。

对于中频放大器,不仅需要得到高的增益、好的选择性,还要有足够宽的通频带和良好的频率响应、大的动态范围等。而接收机的邻近信道选择性一般由中频放大器的通频带宽度决定，由于中频信号为单一的固定频率,其通频带可最大限度地做得很小,以提高相邻信道选择性。在实际工程上,一般采用多级放大器,并使每级实现某一技术要求，就电路形式而言,第一级中频放大器多采用共发射极电路,最后一级中频放大器多采用射极输出电路。不论接收机采用一次或二次变频技术,中频放大器总是位居下变频（即混频）之后。

为避免镜频干扰,提高镜频选择性,接收机通常采用降低第一本机振荡频率、提高第一中频频率和多次变频的方法,使信号频谱逐渐由射频搬移到较低频率上。

分离元件的中频放大器电路形式与低噪声放大器的电路形式很相似,也是一个共发射极电路,只是它们工作的频点不一样。

摩托罗拉手机中通常使用分离元件的中频放大器,其他手机的中频放大器通常都是在一个集成电路中。图1-26是cd928手机的中频放大器。

- 图 1-26 cd 928中 频 放 大 器

中频放大器的电路形式与低噪声放大器的电路形式差别不大,但它们工作的频段不同。低噪声放大器是一个宽带放大器,而中频放大器是一个窄带放大器。中频放大电路的信号通路和偏压、电源的查找与低噪声放大器的方法一样,读者可自行分析。

在集成的中频放大器中查找信号通道等相对困难些,它不是一个单一的电路,通常存在于一个复合电路中,尽管如此，它总是有规律可寻的。图1-27（一）所示的是GD90的中频电路，从手机的电路结构知识可以知道：中频放大器总是置于混频后,所以只要掌握混频电路,则较容易找到中频放大器。请仔细观察图1-27（一）和图1-27（二）中的黑色方块。

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图 1-27（一）

图 1-27（二）

图1-27（一）所示的是GD90的中频放大器查找示意图。根据手机电路结构可知,中频放大器位于混频器之后(输出端后)；我们知道,混频器的英文缩写是MIX。那么,在图1-27（一）中,可以看到集成电路的42、43脚有MIX OUT的字样,MIX代表混频器,OUT表示输出,结合前面提到的知识,则中频放大器可以从这个集成电路的42、43脚开始查找。跟着线路,可以发现,集成电路29、30脚上有IF IN的字样(IF代表中频IN是输人),所以29、30脚是中频放大器的输人端。

注！图1-27（一）和图1-27（二）都是集成的中频处理电路,要识别它们就需从手机的

电路结构以及手机电路中的英文缩写去分析(请注意图中所指的英文缩写)。

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诺基亚8810、232中频放大器查找示意图

五．解调电路

接收机的解调电路是把包含在接收中频信号中的语音信息或各种信令信息还原出来,得到中心频率为67.707kHz的RXI/Q信号。在接收机电路中,解调电路输出的RXI/Q信号是检修接收机电路的一个关键信号。

在移动通信中,常用的解调技术有锁相解凋器、正交鉴频解调器等。

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PLL（锁相环）可以跟踪输人信号,它可以用作解调。图1-28为一个锁相解调器的方框图。摩托罗拉87系列和928系列手机采用的就是锁相解调器87的锁相解调器中鉴频器的参考频率由216Mz的振荡器提供,而928的锁相解调器的参考信号则来自430MHz的振荡器。鉴相器通过对输入的两个信号的相位比较,输出一跟踪调制信号的低频信号,通过低通滤波器滤去高频噪声,即得到解调输出。

图 1-28

图1-29为正交鉴频器的原理框图。在正交鉴频器中,相移网络将频率的变化变换为相位的变化,乘法器将相位的变化变换为电压的变化。将调频信号与其移相信号相乘,通过低通滤波器将乘法器的输出信号中的高频成分滤出,就得到了解调信号。通常,在现代的通信设备的电路中,除正交线圈外,鉴频器的其他电路均被集成在芯片内。

图 1-29

需注意的是,这里所说的解调,是指接收射频电路中将包含信息的射频或中频信号还原出67.707kHz的基带信号的解调(针对GSM手机而言)。在逻辑音频电路中还有一个解调——GMSK的解调,它是将67.707kHz的信号还原出数码信号。

诺基亚8850解调查找示意图

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图 1-30 不同手机解调查找示意图

摩托罗拉、诺基亚手机与三星等手机电路使用的都是锁相解调。在三星SGH-600手机电路中,接收第二中频是45 MHz,解调用的参考信号来自IFⅤCO信号(540 MHz)的12分频。

接收机的解调电路输出的是接收机基带信号,该信号的中心频率为67.707MHz.摩托罗拉、诺基亚、爱立信等手机的RXI/Q信号都有2条信号线；而GD90等则有4条RXI/Q信号线，所以RX I/Q的输出就成了解调电路的标志,参见图1-30。

以上两图是用数字示波器测得的RXI/Q信号。

六．振荡电路

在电子设备中,振荡器的用途极为广泛。振荡电路的种类很多,按其工作原理,可分为反馈型振荡电路、负阻型振荡电路、多谐振荡电路(张弛振荡)；按使用元件,又分为IC振荡器、RC振荡器、晶体振荡器等。

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按需要,振荡器可产生正弦波、脉冲波等。振荡器以放大器为基础,引入正反馈即可得到振荡电路如图1-31所示。产生振荡的条件有两个：正反馈和环路增益为1。

图 1-31

1．LC荡器

把只由L和C构成的反馈电路称为LC振荡器。LC振荡器有调谐型和三元件型。它们包括集电极调谐型振荡器、基极调谐型振荡器、发射极调谐型振荡器；三点式的有，电容三点式振荡器和电感三点式振荡器。 2．RC振荡器

把由R和C构成的反馈电路称为RC振荡器,RC振荡器有电桥式和移相式。移相式又分为HP型和LP。HP是High Pass的缩写,即反馈电路由高通滤波器构成。LP是Low Pass的缩写即指反馈电路由低通滤波器构成。

图1-32（a）为RC移相振荡电路，通常用于频率需求较低的情况下。无绳电话中的导频的产生、呼叫信号的产生多采用这种电路。可调电阻R5用于调较振荡频率。图1-32(b)为维恩电桥振荡器。

（a） RC移相振荡器 （b）维恩电桥振荡电路

图 1-32

3．晶体振荡器

在移动通信中，以动台需要能够根据实时分配到的话音信道改变自己的工作频率，这就要求必须有足够精度、稳定性好的频率合成器。而且随着通信技术的发展,对频率的稳定性和准确度的要求越来越高。在移动通信中,为了减少移动台之间或与基站间的相互干扰,常常要求频率稳定度优于10-5。而RC和LC都难达到这个精度。

只有高精度、高稳定性的振荡才可以减小因频率偏移而造成的邻近信道干扰。

石英晶片具有压电效应,能做成谐振器,且晶片本身的固有机械振动频率只与晶片的几何尺寸有关,其振动频率可以做得非常精确稳定。利用石英晶体振荡器可把振荡频率稳定度提高几个数量级。

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在石英晶片的两面镀银,引出电极,然后封装在由金属或胶木、玻璃等材料制成的外壳里就得到晶体振荡器。石英晶体可以用人工合成,也可将天然晶体切割成晶片。

晶体用于振荡电路的形式较多。诺基亚2110的DSP(数字语音处理器)时钟振荡器为其中的一种,它构成射极跟随器,也被称为萨巴罗夫电路。

虽然晶体振荡器的振荡频率稳定,但由于某些客观因素的影响,使频率稳定度变差。晶体振荡器的频率稳定度主要受三种因素的影响：

①是负载效应。减小负载效应一般是加隔离器,如射极跟随器等。2110的DSP时钟振荡器为射极输出,其带负载的能力就比较强,但为提高稳定度,其后还加了一级射极输出器,并采用变压器耦合加以隔离。图1-33就是一个射极输出的晶体振荡电路。

图 1-33

⑵是推频效应。所谓推频效应,即由于供电系统条件发生改变,致使振荡电压源和电流发生改变、振荡器件的工作参数发生改变,最终使振荡器出现频率漂移。所以对其电压源要求较高,在移动电话内一般均使用专门的、比较精确的电源。如摩托罗拉168手机的VCO电源就通过了两次稳压。在诺基亚232和摩托罗拉168手机的发射接收VCO电路中,为了使振荡管具有较稳定的偏置,除了采用高精度的稳压电源外,还采用了固定分压偏置的共发射极电路。

图 1-34

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③是温度效应。晶体振荡器受温度的影响比较大,一般采用温度补偿或将振荡器放入恒温环境中来解决，温度补偿法包括模拟温度补偿、数字温度补偿及模拟—数字温度补偿法二大类。温度补偿电路有电容补偿电路及热敏网络补偿电路；电容补偿方法简单,但补偿范围较窄,一般在0～50℃之间,补偿精度一般可达到±5×106。而热敏网络补偿电路则用得较多,其补偿范围宽,在-40～70℃之间,补偿精度可达到±0.2×106。其原理图如图1-34所示。利用热敏网络给变容二极管提供一个随晶体工作环境变化的反向偏压,通过变容二极管电容的变化来补偿晶体振荡器因温度而导致的频率漂移。

在实际的移动电话电路中,目前多使用温度补偿压控振荡器组件(VCTXO)。如诺基亚232的14.85MHz振荡器和摩托罗拉168的16.8MHz振荡器,它们被封装在一个金属外壳里,与外界环境隔开。前者为接收发射VCO及PLL锁相环电路提供基准频率；后者既为射频电路提供基准频率,又为逻辑电路提供时钟信号。

七．锁相频率合成器

1．频率合成

在现代的移动通信中,常要求系统能够提供足够的信道,移动台也需能根据系统的控制变换自己的工作频率,这就需提供多个信道的频率信号。然而使用多个振荡器是不现实的，在工程中,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。

将一个或多个基准频率信号变换为另一个或多个所需频率信号的技术称为频率合成,或频率综合技术。移动电话通常使用的是带锁相环的频率合成器。图1-35为一个频率合成器的方框图。

图1-35频率合成器的一般方框图

我们设参考振荡信号为f1,VCO输出信号为f2,分频器输出的信号为f2/N,这整个环路的控制目的就是要使f1=f2/N。

在手机电路中,一个频率合成系统通常包含几个频率合成环路：接收VCO频率合成环路、接收中频VCO频率合成环路、发射中频VCO频率合成环路等。不管是哪一个频率合成环路,其电路结构均如图1-35所示。

（1）．参考振荡

参考振荡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,这个参考振荡被称为基准频率时钟电路,它不但给频率合成环路提供参考信号,还给手机的逻辑电路提供信号，如该电路出现故障,手机将不能开机。

手机电路中的参考振荡都使用晶体振荡电路。而且,大多数手机中使用的是一个基准频率时钟VCO组件。在GSM手机中,这个组件输出频率是13 MHz,有时它被称为13MHz晶体。事实上它是一个VCO组件,13 MHz晶体及VCO电路中的晶体管及变容二极管等器件被封装在一个频率罩内(参见13MHz晶体振荡器的识别)。

13MHz振荡电路受逻辑电路提供的AFC(自动频率控制)信号控制。由于GSM手机采用时分多址(TDMA)技术,以不同的时间段(Slot,时隙)来区分用户,故手机与系统保持时间同步就显得非常重要。若手机时钟与系统时钟不同步,则会导致手机不能与系统进行正常的通信。

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在GSM系统中,有一个公共的广播控制信道(BCCH),它包含频率校正信息与同步信息等。手机一开机,就会在逻辑电路的控制下扫描这个信道,从中获取同步与频率校正信息，如手机系统检测到手机的时钟与系统不同步,手机逻辑电路就会输出AFC信号。AFC信号改变13MHz电路中VCO两端的反偏压,从而使该VCO电路的输出频率发生变化,进而保证手机与系统同步。

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图 1-36

图1-36是部分手机电路中的13MHz电路(基准频率时钟电路)。

由手机基准频率时钟电路图我们可以发现,不管是哪个厂家的电路,在13MHz电路中，都可以看到AFC的字样,所以“AFC”是我们寻找13MHz振荡电路的一个关键。

当然,不同手机的基准频率时钟电路也有一些不同的标识,如图1-26所示。 诺基亚8810图中G801的3脚是控制端,1脚是输出端,2脚是电源端。 松下GD90图中,U350是一个VCO组件。其4脚是电源端,3脚是输出端,2脚是接地端,1脚是控制端,Q350电路是一个VCO的缓冲放大器。

诺基亚6150的图中,G650是一个VCO组件。其1脚是输出端,2脚是电源端,3脚是接地端,4脚是控制端,V600是ⅤCO的缓冲放大器。

上图中除cd928中的基准频率时钟电路使用的是一个单一的晶体与集成电路内的电路构成振荡电路外,其他几幅图中的基准频率振荡电路均使用的基准频率时钟振荡组件。这些VCO组件都有4个端口：电源端；接地端；输出端与控制端(参见VCO的识别部分).。读图时应注意图中所指示的一些电路标识。

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在通信中,要将话音信号发送出去,首先需利用电子器件、电路将话音信号转换成模拟电信号,这就是通常所说的话音拾取电路。常用的声-电转换器件为送话器(microphone,又称话筒、微音器等)。

通常,送话器拾取的话音信号是一个频率范围为几十Hz到约20kHz的信号,这将使电路非常复杂。事实证明,人们通常只对频率为270～3400Hz的信号敏感,且能达到一定的清晰度,这个频率范围的话音信号完全能满足一般通信业务。所以,经音频放大器放大后的信号要通过一个带通滤波器以形成话音调制信号的频带。

从有线电话的技术要求知道,对电话手柄的要求较高,以满足对说话者的话音信号的拾取。现在,手机越来越趋向于小型化,送话器与手机使用者的嘴的距离越来越远,这就要求送话器的灵敏度比较高，由此带来一个问题——在某种程度上说背景噪声较大(有时远处的声音也会被发送出去),所以手机电路中发射音频也有其特点,下面几幅图可以说明问题。

图 2-6

图2-6是爱立信T18的话音拾取电路。在看该电路时，还应注意话音频带形成和送话器偏压等,如图2-7所示(MIC是送话器；BIAS是偏压)。

图 2-7

送话器需要偏压才能工作，其偏压是直流电压。在讲述放大器时我们曾提到偏压的查找

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方法:偏压只能通过电阻或电感，所以只要找到MIC或送话器的图形符号,其偏压是容易查找的。如图2-8所示。

图 2-8

实际上,发射音频处理就是将模拟的话音信号进行数字化处理的过程,如图2-9所示。 模拟的话音信号先经过一A/D转换电路(PCM编码器),将模拟的话音电信号转换为数字信号。数字化的语音信号在语音处理器(通常称其为DSP)中经加密、分间插人等处理,得到数码的语音信号。若就诺基亚8810的发射逻辑音频而言,则：

送话器转换得到的模拟话音电信号首先在音频处理模块COBBA中进行前置放大,放大

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后的信号在PCM编码器中进行A/D转换,得到数字语音信号。该信号经串行总线将信号送到DSP。在DSP中,数字语音信号经话音检测、语音编码、卷积编码、分间插人、脉冲格式化与调制,得到数码语音信号。该信号经无线通信呼叫处理器的DSP接口与COBBA接口,将信号送到COBBA的数字接口电路中。在COBBA中,信号经一个线性分离器及D/A转换,得到67.707KHz的发射基带信号(如图2-10所示)。

图 2-9

图 2-10

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第四章 电 源 系 统

不同系列手机电源部分都有各自的特点,维修时需针对具体的手机电路具体分析。一般手机都是由一个电源模块产生几组电压向接收、发射、逻辑、显示等部分供电,一旦手机电源部分不能正常工作,其相应部分也就会出现某种故障。

一、开机信号电压

手机的开机方式有两种,一种是高电平开机,也就是当开关键被按下时,开机触发端接到电池电源,是高电平启动电源电路开机；一种是低电平开机,也就是当开关键被按下时,开机触发线路接地,是低电平启动电源电路开机。

爱立信、三星手机和摩托罗拉T2688手机都是高电平触发开机。摩托罗拉、诺基亚及其他多数手机都是低电平触发开机。如果电路图中开关键的一端接地,则该手机是低电平触发开机,如果电路图中开关键的一端接电池电源,则该手机是高电平触发开机。

开机信号电压是一个直流电压,在按下开机键后应由低电平跳到高电平(或由高电压跳到低电平)。开机信号电压用万用表测量很方便,将万用表黑表笔接地,红表笔接开机信号端,接下开机键后,电压应有高低电平的变化,否则,说明开机键或开机线不正常。

三、逻辑电路供电电压

逻辑电路供电电压基本上都是不受控的,即只要按下开机键就能测到,逻辑电路供电电压一般是稳定的直流电压,用万用表可以测量,电压值就是标称值。

四、射频电路供电电压

手机的射频电路供电电压比较复杂,既有直流供电电压,又有脉冲供电电压,而且这些供电电压大都是受控的。其目的是为了省电和与网络同步,使部分电路在不需要时不工作,否则,若射频电路都启动,手机功能就会紊乱。但逻辑电路不能采用这种供电方式，因为逻辑电路是手机的指挥中心,在任一时刻失去供电电压,整机就会瘫痪。

射频电路的受控电压一般受CPU输出的接收使能RXON(RXEN)、发射使能TXON(TXEN)等信号控制,由于RXON、TXON信号为脉冲信号,因此输出的电压也为脉冲电压,一般需用示波器测量,用万用表测量结果要小于标称值。

测量接收电路的供电应启动接收电路,测量发射电路的供电应启动发射电路，手机在待机状态下,接收电路是每隔一定时间启动一次,发射电路则不启动,手机拨打电话或“112”时,则接收和发射电路可以同时启动,所以,在测量时若测不到供电电压,应检查是否启动了相应的电路。应在手机开机后的30秒内进行检测。

五、SIM卡电路供电电压

手机的SIM卡有6个触点,其中标注为SIM Vcc或Vcc的触点为SIM卡供电端,由于有两种不同工作电压的SIM卡,即3V SIM卡和5V SIM卡,所以在手机内部存在3V SIM卡电路及5V SIM卡电路。测量SIM Vcc电压最好选在开机瞬间用示波器进行测量,图4-1所示是爱立信T28手机所测的SIM Vcc波形。用万用表测量SIM Vcc电压，要远远小于3V或5V。

图 4-1 SIM Vcc电压波形 六、显示电路供电电压

显示电路采用直流供电,手机开机后，即可用万用表方便地进行测量,下面以爱立信T28手机为例进行分析

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爱立信T28手机的显示屏通过5个触点和电路相连,如图7-2所示。

图7-2 爱立信T28手机显示触电示意图

图中：①脚VLCD为显示屏对比度控制端,电压为6v,无此电压,LCD无显示,太高则LCD发暗；

②脚为显示屏直流供电端,电压为2.8V。这两处电压可方便地用万用表测量。 ③脚为DAT数据输入端,来自CPU； ④脚接地；

⑤脚为时钟输入端,来自CPU。

DAT、CLK两脚需用示波器观察其波形(2.8V的方波),用万用表测量无法判断电路工作是否正常。

七、其他电路供电电压

其他电路，如听筒电路、振铃电路、振子电路的供电较简单,一般直接由电池电压供电,可方便地用万用表测量。送话器电路一般由音频电路为其提供偏压,亦可方便地用万用表进行测量。

小结：

双频手机的电路通常是增加一些DCS1800M的电路,但其中相当一部分电路是DCS与GSM通道公用的所以在此不再重复讲解。

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射功率放大器总是工作在大信号状态下。在移动电话中,常采用硅场效应管和砷化镓场效应管作为功率放大管,它们的导热率比锗高许多，而且越来越多的手机使用功率放大器组件(参见功率放大器的识别)。一个完整的功率放大器通常包括驱动放大、功率放大、功率检测及控制、电源电路等。

对功率放大器的主要要求是输出功率、带宽和效率,其次为输人输出电压驻波比等。 图⒎79～图⒎82是部分手机的功率放大电路。

图 1-55（一）

图 1-55（二）

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图1-55（一）中,8脚是射频输人端；9脚是控制端；11～14脚是VBATT电源端与输出端；l、2脚与16脚是VTX电源端。

图1-55（二）中,N702的1、2脚是控制端；8脚是输人端；3、6脚是电源端；4、5脚是输出端。从4、5脚的英文标识来看,它们一个是输出GSM信号,一个是输出DCS信号,可见该功率放大器模块可以工作在GSM/DCS模式下。

图 1-55（三） GD90功放

图1-55（三）中,U104是功率放大器,8脚是信号输人端；1、2脚是控制端；3、6脚是电源端；4、5脚是信号输出端。由4、5脚的英文缩写(POUTGSM、POUTDCS)及天线开关电路的TXGSM、TXDCS可以确定,该手机是双频手机,该功率放大器可工作在GSM与DCS模式下。

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图 1-55（四）

图1-55（四）中的功率放大器不太容易查找,但根据手机发射机的电路结构,我们可以知道发射功率放大器的电路位置。在图1-55（四）中,可以找到天线符号,天线符号所接的是天线开关电路。在V401的2脚有TX字样,则该引脚是发射信号输入端,那么,从2脚出发,反方向寻找,就可以找到功率放大器(参见图中的示意箭头线)。

六、功率控制

手机的发射功率是可控的,它在不同的地理位置,根据系统的控制指令工作在不同的发射功率级别上。图1-56(a)是一般手机功率控制的原理方框图,(b)是诺基亚6110发射机功率控制的原理方框图。

图 1-56

该控制环路工作原理如下所述：功率放大器放大的发射信号被送到天线转化为高频的电磁波并发送出去。在功放的输出端,通过一个取样电路(一般为微带线耦合器),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,输出一个控制信号去控制功放电路的偏压或电源,从而达到控制功率的目的。

在图1-56中,可以看到AOC(自动功率控制)与PA-CNL(功率放大器控制)。AOC信号是逻辑电路提供的一个功率控制参考电平信号，PA-CNL是功率放大器控制电路输出的一个偏压,给功率放大器提供偏压,通过改变功率放大器的偏压来控制放大器的输出(参见放大电路)。

图7-85、图786中的VCTL就是指控制端。VCTL中的CTL是英文Control的缩写，从该引脚的缩写可以找到控制电路。

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图 1-56

图 1-57

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第三章 逻 辑 系 统

逻辑电路分为手机系统逻辑电路控制及存储器电路与语音处理电路两大部分，它完成手机各电路的控制及数字与语音信号的处理。

逻辑电路部分通常是由中央处理器(CPU)或被称为ASIC(专用应用集成电路)的器件，为中心的电路构成。在该电路中,还包含各种存储器电路：SRAM、EEPROM及FLASH电路,这些存储器在手机电路中起着不同的作用。

第一节 逻 辑 控 制 电 路

它主要由核心控制模块CPU、EEPROM、FLASH EPROM、SRAM等部分组成，逻辑系统主要完成手机菜单中的各项设定功能、控制收发信号的正确处理功能等,而且在逻辑系统中,EEPROM和FLASH EPROM内部存储的数据必须完全正确,才能发挥其强大快捷的逻辑控制功能。

—、控制器的组成

图2-1所示是控制器的硬件组成方框图。图中一个最基本的控制器主要由下列几部分组成。

图 2-1

①CPU(中央处理器)∶这是微控制器的核心。

②存储器：包括两个部分,一是ROM它用来存储程序

二是RAM,它用来存储数据。ROM和RAM两种存储器是有所不

同的。

③输人/输出(I/O)接口：这一接口电路分为两种：

一是并行输入/输出接口。

二是串行输入/输出接口。这两种接口电路结构不同，对信息的传输方式也不同。 ④定时器/计数器：微控制器的许多应用中,往往需要进行精确的定时并产生方波信号,这要由定时器/计数器电路来完成。

⑤时钟系统：手机中常见是13MHz和32.768kHz。

微处理器的上述五个基本部件电路之间通过地址总线(AB)、数据总线(DB)和控制总线(CB)连接在一起，再通过输出/输人接口与微处理器的外部电路联系起。

二、CPU

CPU在单片机中起着核心作用,单片机所有操作动作指令的接收和指令的执行、各种控制功

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