1.频率合成
在现代移动通信中,常要求系统能提供足够的信道,移动台也需根据系统的控制信号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,使用多个振荡器又是不现实的,因此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。移动电话通常使用带锁相环的频率合成器,其框图如下图所示。
设参考振荡信号频率为f1,VCO输出信号频率为f2,分频器输出的信号频率为f2/N,整个环路的控制目的就是要使f2/N=fl。
在频率合成器中,参考振荡信号与分频器输出的信号同时送到鉴相器进行比较,当两者的频率、相位出现误差时,鉴相器输出对应于相位差的误差电压。该信号经低通滤波器被除高次谐波成分后,控制VCO的振荡频率;若两者同频同相,鉴相器输出为0,VCO以原来的频率继续振荡,这时的状态称为锁定状态。
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频率合成环路及发射中频VCO频率合成环路等。不管是哪一个频率合成环路,其电路框图均与下图相同。
(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。
如果该电路出现故障,手机将不能开机。
手机电路中的参考振荡均使用品体振荡电路,且大多数手机使用一个基准频率时钟VCO组件。在GSM手机中,这个组件输出频率是l3MHz,故这个组件常称作l3MHz晶体,事实上,它是一个VCO.组件,即13MHz晶体及VCO电路中的晶体管、变容二极管等器件被封装在一个屏蔽罩内。
l3MHz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。
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。只要手机一开机,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,则手机逻辑电路就会输出AFC信号。AFC信号改变l3MHz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。
摩托罗拉cd928、松下GD90及诺基亚8110、6150、8850手机中的l3MHz电路(基准频率时钟电路)分别如下图所示。
从图中不难发现,不管是哪个厂家的电路,在l3MHz电路中,都可以看到AFC的字样,所以“AFC”是寻找l3MHz振荡电路的一个关键标志。
在下图中,除摩托罗拉cd928手机采用由一个单一的晶体与集成电路内电路构成振荡电路外(上图),其余的基准频率振荡电路均采用基准频率时钟振荡组件。这些VCO组件有4个端口,即电源端、接地端、输出端与控制端。
在松下GD90手机中(中图),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是VCO的缓冲放大器.
在诺基亚8510手机中(中下图),G801的(3)脚是控制端,(1)脚是输出端,(2)脚是电源端。
在诺基亚6150手机中(下图),G650是一个VCO组件,其(1)脚是输出瑞,(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。
(2)鉴相器
鉴相器简称PD,是英文PhaseDetector的缩写,它是一个相位比较器,即是一个相差-电转换装置,可将VCO振荡信号的相位变化变换为电压的变化。鉴相器输出的是脉动直流信号,这一脉动直流信号先经LPF滤除高频成分,然后控制VCO电路。
鉴相器是相位比较装置,对基准信号f1与VCO产生的信号f2进行相位比较,输出反映两信号相位误差的误差电压。在频率合成器中,为了作精确的相位比较,鉴相器均工作在低频状态。
在手机电路中,鉴相器通常与分频器一起集成在一个专用的芯片内(这个芯片通常被称为PLLIC),或被集成在一个复合芯片内(即该芯片包含多种功能电路)。
要查找鉴相器PD在什么地方,就需先找出VCO电路和低通滤波器电路。在诺基亚8810手机中,N820的(3)1脚是PD输出端口,通过“lOO6~lO3lMHz”的标识可断定该信号是一个VCO信号,如右图所示。另外,从“SDATA”等符号可以断定,它所接的是频率合成电路中的程控分频器。参照频率合成的框图,就可找到PD的输出端口。在这里,重要的是找出由电阻、电容构成的低通滤波器与VCO电路。