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射频芯片与基带芯片的工作原理及关系 (一)

2020.10.13

一部可支持打电话、发短信、网络服务、APP 应用的手机,通常包含五个部分:射频、基带、电源管理、外设、软件。 

 

射频:一般是信息发送和接收的部分;

 

基带:一般是信息处理的部分;

 

电源管理:一般是节电的部分,由于手机是能源有限的设备,所以电源管理十分重要;

 

外设:一般包括 LCD,键盘,机壳等;

 

软件:一般包括系统、驱动、中间件、应用。

 

在手机终端中,最重要的核心就是射频芯片和基带芯片。射频芯片负责射频收发、频率合成、功率放大;基带芯片负责信号处理和协议处理。那么射频芯片和基带芯片是什么关系?

 

射频芯片和基带芯片的关系

 

射频(Radio Frenquency)和基带(Base Band)皆来自英文直译。其中射频最早的应用就是 Radio——无线广播(FM/AM),迄今为止这仍是射频技术乃至无线电领域最经典的应用。

 

基带则是 band 中心点在 0Hz 的信号,所以基带就是最基础的信号。有人也把基带叫做“未调制信号”,曾经这个概念是对的,例如 AM 为调制信号(无需调制,接收后即可通过发声元器件读取内容)。

 

但对于现代通信领域而言,基带信号通常都是指经过数字调制的,频谱中心点在 0Hz 的信号。而且没有明确的概念表明基带必须是模拟或者数字的,这完全看具体的实现机制。

 

言归正传,基带芯片可以认为是包括调制解调器,但不止于调制解调器,还包括信道编解码、信源编解码,以及一些信令处理。而射频芯片,则可看做是最简单的基带调制信号的上变频和下变频。

 

所谓调制,就是把需要传输的信号,通过一定的规则调制到载波上面让后通过无线收发器(RF Transceiver)发送出去的工程,解调就是相反的过程。

 

工作原理与电路分析

 

射频简称 RF 射频就是射频电流,是一种高频交流变化电磁波,为是 Radio Frequency 的缩写,表示可以辐射到空间的电磁频率,频率范围在 300KHz~300GHz 之间。每秒变化小于 1000 次的交流电称为低频电流,大于 10000 次的称为高频电流,而射频就是这样一种高频电流。高频(大于 10K);射频(300K-300G)是高频的较高频段;微波频段(300M-300G)又是射频的较高频段。射频技术在无线通信领域中被广泛使用,有线电视系统就是采用射频传输方式。

 

射频芯片指的就是将无线电信号通信转换成一定的无线电信号波形, 并通过天线谐振发送出去的一个电子元器件,它包括功率放大器、低噪声放大器和天线开关。射频芯片架构包括接收通道和发射通道两大部分。

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射频电路方框图

 

接收电路的结构和工作原理

 

接收时,天线把基站发送来电磁波转为微弱交流电流信号经滤波,高频放大后,送入中频内进行解调,得到接收基带信息(RXI-P、RXI-N、RXQ-P、RXQ-N);送到逻辑音频电路进一步处理。

 

该电路掌握重点:1、接收电路结构;2、各元件的功能与作用;3、接收信号流程。

 

1、电路结构

 

接收电路由天线、天线开关、滤波器、高放管(低噪声放大器)、中频集成块(接收解调器)等电路组成。早期手机有一级、二级混频电路,其目的把接收频率降低后再解调(如下图)。

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接收电路方框图

 

2、各元件的功能与作用

 

1)手机天线:

 

结构:(如下图)

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由手机天线分外置和内置天线两种;由天线座、螺线管、塑料封套组成。

 

作用:

 

 

a)接收时把基站发送来电磁波转为微弱交流电流信号。

 

 

b)、发射时把功放放大后的交流电流转化为电磁波信号。

 

2)天线开关:

 

结构:(如下图)

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手机天线开关(合路器、双工滤波器)由四个电子开关构成。

 

作用:

 

完成接收和发射切换;

 

完成 900M/1800M 信号接收切换。

 

逻辑电路根据手机工作状态分别送出控制信号(GSM-RX-EN;DCS- RX-EN;GSM-TX-EN;DCS- TX-EN),令各自通路导通,使接收和发射信号各走其道,互不干扰。

 

由于手机工作时接收和发射不能同时在一个时隙工作(即接收时不发射,发射时不接收)。因此后期新型手机把接收通路的两开关去掉,只留两个发射转换开关;接收切换任务交由高放管完成。

 

3)滤波器:

 

结构:手机中有高频滤波器、中频滤波器。

 

作用:滤除其他无用信号,得到纯正接收信号。后期新型手机都为零中频手机;因此,手机中再没有中频滤波器。

 

4)高放管(高频放大管、低噪声放大器):

 

结构:手机中高放管有两个:900M 高放管、1800M 高放管。都是三极管共发射极放大电路;后期新型手机把高放管集成在中频内部。

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高频放大管供电图

 

作用:

 

a. 对天线感应到微弱电流进行放大,满足后级电路对信号幅度的需求。

 

b. 完成 900M/1800M 接收信号切换。


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