手機的構造及其工作原理教材

2022-11-13 11:18:03 字數 5246 閱讀 9556

手機包括四個系統:音訊邏輯系統:完成音訊數碼訊號的處理以及手機音訊控制各部分的邏輯。

射頻系統:完成訊號的接收和傳輸,是手機與基站之間資訊交換的橋梁。人機介面系統:

實現人機之間的溝通交流,供使用者檢視執行結果。電源系統:手機及其所需的各種電壓**於由手機電池,手機內部的電池電壓需轉換為多種不同的電壓,以供手機的不同部件使用。

1、音訊邏輯系統

邏輯控制可分為音訊邏輯和音訊訊號處理兩部分。它是完整的數字訊號處理和手機工作的管理和控制。

1.1邏輯電路

部分手機邏輯電路主要由cpu和儲存器組成。

在手機程式儲存器中,儲存主程式、主儲存晶元手機機身碼(俗稱串號)和一些檢測程式、如電池檢測、電壓顯示檢測程式等的主要工作是字型(版本)。

cpu與儲存器組通過匯流排和控制線連線。所謂匯流排,是由4到20根功能性質一樣的資料傳輸線組成。所謂控制線,是指獲得各項操作指令的cpu儲存器通道,例如晶元選擇訊號、復位訊號、監視訊號和讀寫訊號等。

在儲存器的支援下,cpu才能發揮其複雜多樣的功能。如果沒有儲存器或其中某些部分出錯,手機就會出現軟體故障。cpu對音訊部分和射頻部分的控制處理也是通過控制線完成的,這些控制訊號一般包括靜音(mute)、顯示屏使能(lcden)、發光控制(light)、充電控制(charge)、接收使能(rxon/rxen)、傳送使能(txon/txen)、頻率合成器使能(synen)、頻率合成器時鐘(synclk)等。

這些從cpu部分、射頻部分和電源部分發出的控制訊號擴充套件到音訊訊號,以完成手機複雜的控制工作。

所有工作電路都需要設定時間,即前面所說的13mhz。部分機型為26mhz或19.5mhz,使用前需在機內進行分頻。

還有一塊實時時鐘晶體,其特殊頻率為32.768khz。主要功能為,為顯示屏提供正確的時間顯示及讓手機處於睡眠狀態。

早期機型無該晶體,所以沒有時間顯示和睡眠功能。

1.2音訊電路

1.2.1接收音訊處理電路

接收機通過解調得到的接收機基帶訊號被送到邏輯音訊電路進行處理。

當接收訊號時,通過低雜訊放大、混頻、中頻放大、rxi/q解調,電路天線接收到的射頻訊號解調出67.707khz模擬基帶訊號,模擬基帶訊號進一步進行gmsk解調(模數轉換),在dsp電路內進行解碼和去交織,然後經過語音編碼進行通道解碼,得到64kbit/s的數碼訊號,最後進行pcm解碼,經驅動聽筒擴大發音來產生模擬語音頻號。

1.2.2發射音訊處理電路

發射時,話筒傳播的模擬語音頻號,在音訊部分進行pcm編碼,得到64kbit/s的數碼訊號,通過語音編碼、通道編碼、加密、交織、gmsk調製(數模轉換),最後得到67.768khz的模擬基帶訊號,被送往解調電路以進行變頻處理。

1.3其他邏輯功能電路

其它邏輯電路還包括鈴音電路、振動電路、鍵盤電路、背景燈電路、鍵盤燈電路、sim卡電路和實時時鐘電路等(服務指示燈電路不屬於該類電路)。

2、射頻系統

2.1 射頻接收功能電路

2.1.1 射頻接收電路

接收電路基本結構。手機接收機有三種基本結構:一、超外差一次變頻接收機;二、超外差二次變頻接收機;三、直接變頻線性接收機。

超外差變頻接收機的核心電路是混頻器,根據混頻器中的**數量,可確定接收機電路的結構。

移動通訊裝置通常使用超外差變頻接收機。因為天線感應接收到的訊號十分微弱,而變頻器所要求的輸入訊號一般較高且較穩定。一般來說,放大器的總接收量高於120db。

如此大的接收量,需使用穩定的多級調諧放大器,但是,這在實際操作中是很難辦到的。此外,高頻選頻放大器通帶的寬度一般都過大,當進行頻變時,多級放大器所有的調諧迴路須作出相應改變,且須做到協調一致,這在現實操作中也是很難實現的。使用超外差接收機則無需擔憂此類問題,它可以把接收到的射頻訊號轉換成固定不變的中頻,它的接收量主要**於穩定的中頻放大器。

1、超外差一次變頻接收機。只有乙個混頻電路的射頻電路接收機叫超外差一次變頻接收機。超外差一次變頻接收機包括天線電路(ant)、低雜訊放大器(lna)、混頻器(mixer)、中頻放大器(if amplifier)和解調電路(demodulator)等。

應用於摩托羅拉手機的接收電路基本上都採用以上電路。

超外差一次變頻接收機執行程式為:天線感應到的蜂窩式無線訊號(935-960mhz頻段的gsm900或1805-1880mhz頻段的dcsl800)不斷變頻,經過天線電路和射頻濾波器後進入接收電路。接收到的訊號先經低雜訊放大器放大,放大後的訊號再經射頻濾波器送到混頻器。

在混頻器內,射頻訊號與接收vco訊號進行混頻,以獲取接收中頻訊號。中頻訊號經中頻放大後,在中頻處理模組中進行rxi/q解調,解調採用的參考訊號來自vco接收中頻。該訊號首先在中頻處理電路中進行分頻,然後與接收中頻訊號進行混頻,得到67.

707khz的rxi/q訊號。

解調電路也包括vco,值得注意的是,該部分的vco訊號僅用於解調,參考訊號和vco訊號一般來**於兩種途徑:一、來自13mhz基準頻率訊號;二、來自特定的vco中頻。

2、超外差二次變頻接收機。若接收機射頻電路中有兩個混頻電路,則該機是超外差二次變頻接收機。與一次變頻接收機相比,二次變頻接收機多了乙個混頻器和乙個vco,這個vco在一些電路中被叫作ifvco或vhfvco。

諾基亞手機、愛立信手機、三星、松下和西門子等手機的接收電路大多數屬於這種電路結構。

超外差二次變頻接收機執行程式是:天線感應到的蜂窩式無線訊號(935-960mhz頻段的gsm900或1805-1880mhz頻段的dcsl800)經果天線電路和射頻濾波器後,進入接收電路。接收到的訊號先經低雜訊放大器放大,放大後的訊號再經射頻濾波後被送到第一混頻器。

在第一混頻器內,射頻訊號接收vco訊號進行混頻,以獲得接收第一中頻訊號。第一中頻訊號與接收第二本機震動訊號混頻,得到接收第二中頻。接收第二本機**來自vhfvco電路。

接收第二中頻訊號經二中頻放大後,在中頻處理模組中進行rxi/q解調,解調採用的參考訊號來自vco接收中頻。該訊號先在中頻處理電路內分頻,然後與接收中頻訊號進行混頻,得到67.707khz的rxi/q訊號。

3、直接變頻線性接收機。隨著手機的改革,部分手機採用了直接變頻線性接收電路,如諾基亞3310、8210、8250等型號手機。但在直接變頻線性接收機中,混頻器輸出的是rxvq訊號。

但不管電路結構如何變化,總會有相似之處,也就是:訊號先由天線到達低雜訊放大器,再經變頻率變換單位,最後進入語音處理電路。

2.1.2天線電路

天線電路是手機首級電路接收電路,也是最終級電路發射電路。其主要功能如下:一、通過天線把電磁波轉化為高頻電流,並輸送到接收電路;二、分離發射及接收訊號,以避免兩者互擾。

因為gsm手機採用了tdma技術,接收機與發射機間歇工作,受邏輯電路的控制,天線開關在特定的時限間歇連線接收機或發射機通道;三、可應用於切換內接或外接天線電路;四、對於雙頻或三頻手機,天線電路還可分辨gsm900mhz、pcnl900mhz或gsml800mhz訊號。

目前,手機天線電路主要採用下面所介紹的三種形式:

1、天線開關電路。一般而言,天線開關電路包括積體電路和外接元件,如摩托羅拉p7689手機。該手機採用了此方式,主要由u150、u151及相關外接元件組成。

該天線開關電路主要有以下作用:一、用於antl內建天線與ext-ant外接收天線進行切換;二、用於收發訊號切換;三、用於接收訊號900mhz、1800mhz和1900mhz切換。

外接天線與j600底部接插座的前兩隻腳連線,其中,int-2為1800mhz頻段訊號輸出,1nt-3為900mhz和1900mhz頻段訊號輸出,rx275-dcs為dcs頻段控制訊號,rx275-gsm-pcs為gsm、pcn頻段控制訊號,這些訊號均全部**於cpu;txin為發射訊號輸入,rf-v1是收發切換器正電源,txon是發射允許訊號,rx-0n是接收允許訊號,filtered是負電源。天線開關電路包括四組控制訊號:

(1) 天線開關內的u151的2腳所輸出的u150控制antl訊號,轉向接收電路或轉向發射電路。

(2) 天線開關內的u151的3腳所輸出的u150控制ant2訊號,轉向接收電路或轉向發射電路。

(3) rx275-dcs內的dcs頻段u150控制訊號,和內建或外接天線連線。

(4) rx275-gsm-pcs內的gsm、pcn頻段u150訊號控制,和內建或外接天線連線。

2、分離濾波器。部分手機的天線電路採用了分離濾波器(分離器)。分離器屬於無源器件,包括發射濾波器和內接濾波器,兩者均屬於帶通濾波器。

分離器有三個埠,即天線介面公共端、發射輸出端和接收輸入端。諾基亞5110手機採用的就是該種天線電路。分離器天線的ant端及rx端是訊號接收的輸出端,tx端是訊號發射的輸入端。

3、雙信器。部分手機的天線電路採用了雙信器(diplexer)。事實上,雙信器與分離濾波器相類似,不同的是,雙信器除了區分開發射訊號與接收訊號之外,還把gsm900mhz和gsml800mhz訊號區分開。

諾基3310手機的天電路採用的就是該種雙信器。

雙信器是為附帶雙信器元件的開關電路,txvgsm和txvdcs為控制端。gsm-tx代表gsm的發射埠,gsm-rx代表接收埠;dcs-tx代表1800mhz收發信機的發射埠,dcs-rx代表接收埠。雙信器分離的是gsm射頻訊號和dcs射頻訊號,而開關電路分離的則是發射射頻訊號和接收射頻訊號。

諾基亞3310手機採用了內建天線。天線感應接收到的蜂窩式無線訊號轉換為高頻電訊號,該類訊號包括gsm900接收射頻訊號、dcsl800接收射頻訊號以及其他多餘訊號。

天線接收到的射頻訊號最先到達z502。z502為包含射頻開關的雙信器。它負責切換gsm射頻訊號通道及dcs射頻訊號通道,同時也負責分離接收射頻訊號與發射射頻訊號。

z502控制訊號**於n500模組。如果txvgsm訊號有效,z502會自動把天線連線gsm接收機及發射機電路;如果txvdcs訊號有效,z502則會自動把天線連線dcs接收機及發射機電路。

綜合以上分析可得出,在電路結構和功能上,雙信器與天線開關類似,不一樣的是,天線開關積體電路只有一組開關而無濾波器,但雙信器不僅包含分離濾波器,還包含開關電路。

2.1.3低雜訊放大電路

在電路中,低雜訊放大器主要負責放大天線感應到的微弱射頻訊號,以符合混頻器對輸入訊號幅度的要求。低雜訊放大器在手機電路圖中採用的是其縮寫lna (low noise amplifier)。

低雜訊放大器位於天線電路後面,為接收機的首級放大電路。射頻濾波器一般安置在低雜訊放大器的前面和後面。低雜訊放大器為乙個高頻小訊號放大器,該放大器的三極體要求截止頻率大,放大倍數高,雜訊係數小。

首級訊號非常微小,而工作點往往處於較低位置,加上電流負反饋,減小噪音尤其必要。

高頻放大電路採用了低雜訊放大器,以降低接收機的總雜訊係數,且高頻放大器還可防止rxvco訊號從天線路徑放射出去。低雜訊放大器的分離元件通常採用共發射極電路,以放大微弱的射頻訊號,彌補射頻濾波器的插入損耗。從低雜訊效能出發,低雜訊射頻電晶體放大器所需的偏壓或偏流,都是電抗濾波器提供的。

如此可避免電源雜訊及偏置電阻熱雜訊進入射頻通道,影響放大器降低雜訊的效能。

手機的工作原理

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