移动通信终端构成与工作原理

通信终端技术通信终端技术第10讲移动通信终端组成与工作原理模块三移动通信终端通信终端技术目录CONTENTS2通信终端技术与装备通信终端技术3通信终端技术移动终端组成从不同方面说其组成成分也不同：从结构方面看，手机有外壳、按键、LCD模组、主板、电池、电池盖等组成。Page4通信终端技术5移动终端组成从不同方面说其组成成分也不同：从功能单元方面看，手机有射频部分、基带部分组成和外围部分单元等组成。射频模块锁相环部分发射通路接收通路外围部分模块背景灯部分数据接口部分开机部分基带模块电源管理部分时钟部分储存部分CPU送话部分关机部分受话部分振动部分卡座部分显示部分键盘部分翻盖检测部分摄像部分铃音部分通信终端技术•射频部分主要是把基带送过来的低频小功率的信号转变成为适合在空间传送的高频大功率的信号，以及把从天线接收的高频微弱信号转变成为基带能够处理的具有一定幅度的低频信号。•基带部分主要把声音信号转变成为电信号，再进行处理，使得信号适合在信道中传输，并保证在接收端可以正确接收。（基带之所以得名基带是因为信号在此方框中都是低频信号。）因此它还包含了主板上绝大部分的模块，包括存储，信令处理，手机的电源控制，监测，和外围电路的主控等•外围部分主要完成手机和人之间的接口功能，这包含了键盘，显示屏，喇叭和MIC,它们协助人对手机的使用、操作。射频模块Page6基带模块外围电路通信终端技术7通信终端技术与装备通信终端技术射频电路结构组成接收通路超外差二次变频接收机电路超外差一次变频接收机电路直接变频/零中频接收机电路直接调制/零中频发射机电路带发射变换模块发射机电路带发射变频器发射机电路发射通路射频部分锁相环Page8通信终端技术接收机分类：解调语音处理超外差二次变频解调语音处理超外差一次变频语音处理直接变频/零中频天线射频滤波器低噪音放大第一混频RXVCO中频VCOVCO中频放大器中频滤波器第二混频天线射频滤波器低噪音放大射频滤波器RXVCO中频放大器中频VCORXVCO混频器射频滤波器射频滤波器低噪音放大天线射频滤波器中频滤波器混频器混频器混频器Page9通信终端技术超外差二次变频和超外差一次变频都属于超外差变频接收机，而超外差变频接收机的核心电路就是混频器，若接收机的混频器出现故障则会导致无信号，不注册等故障。混频电路又叫混频器（MIX）是利用半导体器件的非线性特性,将两个或多个信号混合,取其差频或和频,得到所需要的频率信号。在手机电路中,混频器有两个输入信号(一个为输入信号,另一个为本机振荡),一个输出信号（其输出被称为中频IF）。在接收机电路中的混频器是下变频器,即混频器输出的信号频率比输入信号频率低；在发射机电路中的混频器通常用于发射上变频,它将发射中频信号与UHFVCO(或RXVCO)信号进行混频,得到最终发射信号。混频电路Page10通信终端技术（1）同：两者都是信号是从天线到低噪声放大器,再到频率变换单元,最后到语音处理电路。（2）异：超外差变频接收机首先需要将高频信号转换为中频信号然后才传输给解调电路，RXI/Q信号都是需要解调电路输出的,而在直接变换线形接收机混频器输出的就是RXI/Q信号。（3）优缺点：超外差变频接收机因为通过适当地选择中频和滤波器可以获得极佳的选择性和灵敏度。但是却必须使用成本昂贵而且体积庞大的中频零件。直接变频（零中频）接收机由于在下变频过程中不需要经过中频，直接将高频信号转化成低频信号，而且镜像频率即是射频信号本身，不存在镜像频率干扰，这种采用直接转换的方式，节省了昂贵的中频器件及中频至基带转换电路，集成度高。但实际应用中可能受“直流位移”的影响，降低接收灵敏度，基频IC软件上多采用直流滤波技术，生产厂家必须在生产时执行额外的生产步骤：进行二阶截取点校准，得到的修正值存储在内存，并在手机开机时用来校准手机。Page11超外差变频接收机和直接变频接收机的关系通信终端技术射频模块－接收通路CPU混频中频解调滤波滤波低噪放天线开关天线Page12通信终端技术发射机分类：Page13通信终端技术相同点两者都是信号是从语音拾取到语音处理电路在经过频率变换单元,经放大电路从天线发射出去。差异点1.最终发射信号的产生方式不同：a.带发射上变频器发射机：TXI/Q信号首先需要通过发射中频电路完成I/Q调制后,在过发射上变频电路产生最终发射信号b.带发射变换变换模块发射机:TXI/Q信号同样需要经过发射中频调制,经过发射变换和TXVCO电路成最终发射信号c.直接调制发射机:发射基带信号TXI/Q不再是调制发射中频信号，而是直接调制在发射机射频信号上。I/Q调制器直接输出最终发射信号2.集成度不同所涉及电路越少,集成度将会越高,不论从成本和外观上都是越适应发展需要的.Page14发射机分类比较通信终端技术射频模块－发射通路CPU滤波中频调制混频功放滤波天线开关天线Page15通信终端技术在射频电路中，锁相环电路扮演着非常重要的角色,是频率合成器的核心。主要作用是由频稳性很强的基准信号得到一个同样频率稳定的信号工作原理：压控振荡器产生周期性的输出信号，如果其输出频率低于参考信号的频率，鉴相器通过电荷放大器改变控制电压使压控振荡器就的输出频率提高。如果压控振荡器的输出频率高于参考信号的频率，鉴相器通过电荷放大器改变控制电压使压控振荡器就的输出频率降低。低通滤波器的作用是平滑电荷放大器的输出，这样在鉴相器进行微小调整的时候，系统趋向一个稳态。锁相环结构Page16通信终端技术射频模块－锁相环部分本振主时钟混频锁相环供电CPUPage17通信终端技术18通信终端技术与装备通信终端技术基带模块－基带电源管理部分电源管理芯片电池供电外围电路射频CPUI/O供电控制信号内核供电储存芯片功放Page19通信终端技术由于电池电压的不稳定和器件对电压、电流要求的精确性与多样性，最重要的是出于降低功耗的考虑，手机需要专门的电源管理单元。对各种电压的要求：内核电压：电压较低，要求精确度高，稳定性好。音频电压：模拟电压，要求电源比较干净，纹波小。I/O电压：要求在不需要时可以关闭或降低电压，以减少功耗。功放电压：由于电流要求较大，直接由电池供电。Page20电源管理部分通信终端技术基带模块－基带元件工作原理Page21通信终端技术•CPU和存储器之间通过数据总线、地址总线和控制总线连接，这三类总线都采用并行方式，FLASH和SDRAM共用这三类总线，通过片选信号来区分是对哪个进行操作。•FLASH存储手机所有的数据，包括软件代码和资料，掉电后不会丢失。开机后，首先要从FLASH中把程序和需要的资料调入SDRAM，所有的软件都是在SDRAM中运行，掉电后数据不会被保留。•外部主时钟的频率一般较低，内核的运行频率一般较高，主时钟进入基带芯片倍频后提供给CPU使用。•基带主芯片内部一般有两个处理器：一是ARM处理器，主要用做控制功能，对手机的运行进行管理，比如时钟控制、电源管理、射频控制、I/O控制等；二是DSP处理器，主要用来处理数据，完成信号处理的各种算法，比如音频编解码、信道编解码、交织去交织、加解密等。Page22基带元件工作原理通信终端技术这部分完成音频信号的转换和处理，分为两路，一路完成声音信号到射频信号的转换：声音信号经过MIC转变成模拟的电信号；经A/D转换变为64Kbit/s的PCM数字信号，再经压缩编码，去除冗余度，变为8Kbit/s的数据流；然后通过信道编码增加冗余度，保证传输的可靠性；加密后送往射频单元处理，最后由天线发射出去。另外一路完成射频信号到声音信号的转换，处理过程相反。声音MIC语音编码信道编码加密RF单元声音SPK语音解码信道解码解密RF单元Page23信号处理部分通信终端技术基带模块－时钟部分睡眠时钟主时钟CPU倍频供电电源管理芯片Page24通信终端技术•主时钟为手机工作提供基准的频率源，在开机过程中起振，在关机后停振。它供向CPU，产生数据传输和控制时序所需的时钟。•睡眠时钟为手机提供计时的基准频率，不论是否开机，只要电池有电就可起振。它供向电源管理芯片和CPU，以维持手机的时间准确，并提供关机后的计时功能，从而支持关机闹钟。Page2513M作为射频电路的基准频率时钟，完成射频系统共用收发本振频率合成、PLL锁相以及倍频作为基准副载波用于I/Q调制解调。因此，信号对13M的频率要求精度较高（应在12.9999M—13.0000M之间，±误差不超过150Hz），只有13M基准频率精确，才能保证收发本振的频率准确，使手机与基站保持正常的通讯，完成基本的收发功能。32.768KHz实时时钟的作用一般有两个，一是保持手机中时间的准确性，二是在待机状态下，作为逻辑电路的主时钟（目的是为了节电，待机时13M间隔工作的周期延长，基本处于休眠，逻辑电路主要由32.768KHz作为主时钟）。通信终端技术26通信终端技术与装备通信终端技术外围电路模块－开机部分振铃、显示、射频等部分电源管理芯片存储芯片CPU开机触发睡眠时钟倍频后主时钟复位信号Page27通信终端技术外围电路模块－开机部分（以QUALLCOMM芯片为例）1、手机开机触发信号有两种：长按开机键；插入充电器。2、在手机电池在位的情况下睡眠时钟是一直工作的，电源芯片有输入但是没有输出。3、当长按手机开机键（或突然插上充电器）的一瞬间，（首先由硬件自动提供一个开机脉冲信号KBD_PWRON低电平有效给电源管理芯片）电源管理芯片输出以下几个信号：A、给FLASH、19.2MHz、CPU供电。B、同时还给FLASH芯片输出复位信号。4、FLASH复位完成后立即给CPU输出一个复位信号（为了维持电源管理芯片和CPU正常工作，需要及时拉高PS_HOLD信号）此时CPU开始调用程序（单板软件）此程序运行中电流基本不变，以上处理放在BOOT中完成。5、单板运行中会驱动电源管理芯片输出各路电源来供发射、接收、功放、LCD等器件工作。此时电流很大，已经开机。6、开机后终端首先搜网，此时有射频信号发出，电流处于较高值。7、搜到网络后进入待机状态，射频芯片、19.2MHz间歇性工作，此过程由单板软件来控制。Page28通信终端技术外围电路模块－关机部分关机触发电源管理芯片CPU睡眠时钟1、当长按关机键时触发关机操作，CPU输出信号给睡眠时钟和电源管理芯片。2、睡眠时钟工作，电源管理芯片停止输出供电，手机振铃电路、显示电路、射频电路停止工作完成关机操作。Page29通信终端技术1、无论是上电还是复位后，软件首先进行各个任务的初始化，最后判断当前电源开关是处于开状态还是关状态，如果是处于开状态，立即执行正常的开机过程（如执行小区搜索及开机注册等），如果是处于关状态，则判断当前是否有外接电源，如果有，则一直等待直到开机；否则就立即发起关机。如果在等待开机过程中外接电源被拔掉，手机同样也会发起关机。2、手机开机后，如果没有外接电源，并且电池采样电压低于电池关机门限时，手机发起关机。如果只有外接电源，并且外接电源的采样电压低于了外接电源存在门限，手机同样发起关机。3、关机时，软件同样也要判断是否有外接电源，如果有外接电源，则实际上手机是进行了一次重启操作，最终停在开机流程的等待开机状态；如果没有外接电源，则手机最终将断电。Page30关于移动终端开关机问题的几点说明：通信终端技术外围电路模块－送话部分送话器（Mic）滤波电路CPU供电Page31通信终端技术外围电路模块－送话部分对于MIC的第2级放大器，是可以选择并做适当配置的。不使用第2级放大时，MIC信号直接由第1级放大后，送到13bitADC中转换，然后进入后面的通路。这1级放大通过设置寄存器可以选择-2dB，+6dB，+8dB和+18dB的不同增益。此级输出端口为MICOUTP和MICOUTN。使用第2级放大时，需要接外围电路，用来增强Tx通路的音频性能。由Tx通路得到的话音数字信号送到MDSP作后续的处理，进行调制放大，直到送至RF模块发射出去。Page32通信终端技术外围电路模块－铃音/受话部分Page33通信