第1章手机电路结构分析

21世纪高职高专规划教材手机原理及维修教程第1章手机电路结构分析1.1手机整机电路结构分析GSM手机电路一般可分为四个部分——射频部分、逻辑/音频部分、输入输出接口部分、电源部分，四个部分相互联系，是一个有机的整体。1.1.1手机整机电路结构GSM手机电路原理基本组成框图交织技术对已编码的信号按一定规则重新排列，解交织后突发性错误在时间上被分散，使其类似于独立发生的随机错误，从而前向纠错编码可以有效的进行纠错，前向纠错码加交积的作用可以理解为扩展了前向纠错的可抗长度字节。纠错能力强的编码一般要求的交织深度相对较低。纠错能力弱的则要求更深的交织深度。下图是交织的原理图：•一般来说，对数据进行传输时，在发端先对数据进行FEC编码，然后再进行交积处理。在收端次序和发端相反，先做去交积处理完成误差分散，再FEC解码实现数据纠错。另外，从上图可看出，交积不会增加信道的数据码元。1.1.2手机整机工作过程正常正常开机自检检查SIM卡显示“手机坏、请送修”、“软件坏”、“请联系服务商”等接收不到信息接收到信号是否成功向GSM网登记是否成功显示运营商、场强信号搜索扫描专用控制信道“请插入SIM卡”、“请检查SIM卡”进入待机状态不正常不正常否成功1.GSM手机开机初始工作流程２．GSM手机通话过程1.2手机射频电路分析包括天线系统、发送通路、接收通路、模拟调制解调以及进行GSM信道调谐用的频率合成器。射频电路部分又可以分为接收部分、发射部分与频率合成器。1.2.1接收电路部分任务：完成接收信号的下变频，得到模拟基带信号。接收电路一般有三种基本的电路结构：一种是超外差一次变频接收电路，另一种是超外差二次变频接收电路，第三种是直接变频线性接收电路。1.超外差一次变频接收电路本机振荡电路产生的RXVCO信号用于射频接收信号的下变频，得到接收中频信号。中频VCO电路产生的IFVCO信号，作为参考信号送入中频处理模块用于中频信号的解调，得到67.707kHz的RXI／Q信号。2.超外差二次变频接收电路第一中频信号与第二接收本机振荡信号（IFVCO信号）混频，得到接收第二中频信号。IFVCO电路产生的IFVCO信号经过n次分频，作为参考信号送入中频处理模块用于第二中频信号的解调，得到67.707kHz的RXI／Q信号。3.直接变频线性接收电路在直接变频线性接收机中，混频器输出不再是中频信号了，而直接就是RX1／Q信号。1.2.2发射电路部分发射电路部分一般包括带通滤波、调制器、射频功率放大器，天线开关等，以I/Q（同相/正交）信号被调制为更高的频率模块为起始点。发射电路部分一般有三种电路结构：带偏移锁相环环路的发射电路、带发射上变频器的发射电路、直接变频发射电路。1.带偏移锁相环的发射电路由逻辑电路分离后的TXI／Q信号送到发射机中频电路完成I／Q调制，该信号再在发射变频电路中与发射参考信号(RXVCO与TXVCO的差频)进行比较，得到一个包含发送数据的脉动直流信号，该信号去控制TXVCO的工作，得到最终发射信号经功率放大器放大后，由天线发送出去。2.带发射上变频器的发射电路TXI/Q调制后的发射已调信号在一个发射混频器中与RXVCO(或UHFVCO、RFVCO)混频，得到最终发射信号。3.直接变频发射电路发射基带信号TXI/Q不再调制发射中频信号，而是直接对RXVCO信号进行调制，得到最终发射频率的信号。1.2.3频率合成器频率合成器提供接收通路、发送通路工作需要的频率，是受逻辑/音频部分的中央处理器（CPU）控制的自动完成频率变换。手机中普遍采用了锁相环（PLL）频率合成器。1.第一本机振荡器2.第二本机振荡器1.3手机逻辑/音频电路及输入/输出（I/O）接口电路分析逻辑/音频电路的主要功能是以中央处理器为中心，完成对话音等数字信号的处理、传输以及对整机工作的管理和控制，1.3.1音频信号处理部分1.接收音频信号处理完成对接收话音等数字信号的处理、传输以及放大等。接收音频信号处理框图发送音频信号处理框图2.发送音频信号处理1.3.2系统逻辑控制部分以中央处理器为中心，对整个手机的工作进行控制和管理，它是手机系统的心脏，包括开机操作、定时控制、数字系统控制、射频部分控制以及外部接口、键盘、显示器控制等。中央处理器CPU键盘存储器电源译码驱动显示收信机发射机频率合成器音频处理电路控制输出检测输入主时钟多路输出数据存储器即SRAM--静态随机存储器,又称暂存器。2.存储器程序存储器包括EEPROM---电可擦写只读存储器（俗称码片）和FLASHROM---闪速只读存储器（俗称字库或版本）对手机软件故障维修时，要注意CPU版本号、手机的机板号与版本（FLASHROM）及码片（EEPROM）资料的一致性。1.中央处理器（CPU）系统逻辑电路是整部手机的指挥中心，CPU就是总指挥，它相当于人的大脑。手机的软件故障主要是程序存储器数据丢失或者出现逻辑混乱。各种各样的软件维修仪都是通过向程序存储器内部重新写入资料来达到修复手机的目的。现在手机内通常采用复合结构的芯片，就存储器而言，复合结构的存储芯片形式上有以下几种：版本＋暂存形式：如三星系列手机N628、A188、A388、A408、……、T408、T508等，摩托罗拉V70等。版本＋码片形式：如摩托罗拉手机V998＋＋、L2000、V60，诺基亚手机3310，西门子手机2588等。版本＋码片＋暂存形式：如三星手机S308、V208，诺基亚8310、8910、6500、3510等。这种结构应用愈来愈广泛，但由于程序的繁杂及程序设计的不完善，往往很容易引起各种软件故障，特别是软件设计基础薄弱的国产机。CPU＋暂存形式：如西门子手机1118、摩托罗拉T190、诺基亚手机8310等。CPU＋码片形式：如摩托罗拉手机V998＋等。3.总线（BUS）地址总线、数据总线、控制总线总线结构示意图4.时钟作用是：A、供给逻辑部分，为CPU提供时钟信号等；B、供给射频部分，为频率合成器提供参考频率。整个手机系统在时钟的同步下完成各种操作。系统时钟频率一般13MHz，电路中多采用13MHz晶体或13MHzVCO电路产生，也有像摩托罗拉V998手机，26MHzVCO电路产生的26MHz信号再分频得到13MHz信号；有时可以见到其他频率的系统时钟，如三星手机A188采用的是19.50MHz再分频得到3.90MHz，作为主时钟信号；CDMA手机常采用19.68MHz，如三星A399手机；小灵通手机采用19.20MHz，如斯达康700U＋型手机。手机电路还有实时时钟晶体，它的频率一般为32.768kHz.包括模拟接口，数字接口以及人机接口三部分。模拟接口包括A/D、D/A变换等。数字接口主要是数字终端适配器（即尾插）、红外线接口、蓝牙接口和摄像头接口等。人机接口有键盘输入、功能翻盖开关输入、话筒输入、液晶显示屏（LCD）输出、听筒输出、振铃输出、手机状态指示灯输出等。从广义上讲，射频部分的接收通路（RX）和发送通路（TX）是手机与基站进行无线通信的桥梁，是手机与基站间的I/O接口。1.3.3输入/输出（I/O）接口部分从计算机的角度看手机1.4手机电源电路分析手机电源设计的常见种类：有些机型常把电源集成为一片电源集成块，或者电源电路与音频电路集成在一起，还有些机型还把电源分解成若干个小电源块等。无论是分立的、还是集成的电源电路都有如下共同的特点：都有电源切换电路，既可使用主电，也可使用备电；都能待机充电；都能提供各种供逻辑、射频、屏显和SIM卡等各种供电电压；都能产生开机、关机信号；接受微处理器复位(RST)、开机维持(WDOG)信号等。1.4.1手机电源的基本电路1.电池供电电路2.开机信号电路3.直流稳压电源方式：一种是高电平开机，一种是低电平开机。4.升压电路6.非受控电源输出电路7.受控电源输出电路电源IC的基本模型电感升压DRLCK电源IC振荡升压5.机内充电电路充电电路外部B+充电数据充电检测D手机电池电源ICB+开机/关机请求电池电量检测开机维持(看门狗)复位RESET多路稳压输出…1.4.2手机开机的基本工作过程具备供电、时钟和复位（三要素）1.5手机电路结构综述1.5.1手机电路板结构直板式手机折叠式手机1.5.2手机电路结构描述手机电路结构也可大致分为两大部分---射频电路和逻辑/音频电路。1.射频电路部分（1）接收电路包括天线回路、高频放大、第一混频、第一中频滤波、第一中放、第二混频、第二中频滤波和正交解调等。（2）发射电路包括发射调制、功率放大、功率检测和功率控制等。（3）频率合成器包括接收本振锁相环和发射载频锁相环电路。（4）间隔工作的收发部分受控电源电路。2.逻辑/音频电路部分（1）接口电路主要有语音的模/数（A/D）以及数/模（D/A）转换，底部连接器，人机接口如听筒、话筒、手机状态指示灯、振铃、显示屏和键盘等。（2）音频处理电路由基带信号发送和基带信号接收组成，其中，基带信号发送包括语音编码、数据率适配、信道编码、加密、TDMA帧脉冲形成，GMSK信号调制等。基带信号接收包括自适应均衡、正交信号分离、解密、信道解码、语音解码及数据率适配器。（3）逻辑控制电路包括时基控制、数字处理系统控制、射频部分控制、接口部分控制、电源部分控制等。（4）电源电路包括射频部分电源和逻辑部分电源，两者各自独立。