RF原理及电路解析

lc03c lc66e
返回
8
平衡网络（Balance）
• Balance电路构成： UI 分别经过低通、高通得到反相的UO1 、UO2
Company Confidential
1 1 UI jC Uo1 UI C 1 1 jL L jC C
L R s UI C C L
参考信号源提供与反馈信号鉴相鉴频用的对比输入信号
13
Company Confidential
PLL Block Diagram
返回
14
基本构成电路分析
• 鉴相器（Phase Detector） • 电荷泵——环路低通滤波器 （Charge Pump——Loop Filter ） • 压控振荡器（Voltage Controlled Oscillator） • 分频器（DIV）
•
功率比较、控制器的功能： 功率比较器将功率检波信号与设定功率信号相比较得到一个功率控制信号给功率控制器，由功 率控制器产生控制电压给功率放大器（PA）
34
返回
功率耦合器（Power Coupler）
• 为了达到功率控制，我们需要使用到的功率传感器就是功率耦合器，一般为 Directional Coupler。 • 它的主要参数有：详见LDC Data Sheet 耦合量（Coupling） 插入损耗（Insertion Loss） 隔离度（Isolation） 方向性（Directivity） [单位（dB）]
K 1 R 2 R3 R0 K 1 K 2 1 R1 R 0 2K
衰减网络的作用
• • • 衰减网络主要是为了使输出功率符合下级输入功率的要求 利用衰减网络可以提高系统的信噪比 利用50欧姆衰减网络可以缓和前级与后级的阻抗变化
Company Confidential
30
衰减网络的应用
功率放大器（Power Amplifier）
目前手机用PA一般是厚膜模拟电路制成，它要求将 低功率射频信号线性无失真的放大到一定功率值。 它的主要参数有： • 工作频率、带宽 • 最大线性输出功率（压缩点） • 线性放大对输入功率要求 • 输入、输出需要的匹配阻抗 • 工作电源及电压、电流的要求 • 控制信号的形式及要求 • 噪声特性等等 详见PA-BGY280 Data Sheet
UO1 Rdiff
UI jL L Uo 2 UI 1 1 jL L jC C
9
Rs UO2
Rs：特性阻抗 Rdiff ：输入阻抗
Company Confidential
• •
由计算可知UO1 、UO2始终有180度相差（Differential）适合在Balance系统上传输。 L、C的取值要求： f：系统中心频率 Rs：特性阻抗 Rdiff ：输入阻抗 该电路可能集成于SAW中
in1： in2：
out1：
out2：
28
Company Confidential
•
由
已知衰减系数A求网络参数（R0：特性阻抗）
求得K值：
则可得对T型：
对Π型：
1 20 lg A(dB) K
K 1 R1 R 2 R 0 K 1 2K R3 R0 2 K 1
29
Vin K Vout
Company Confidential
R1 R3
R2
型衰减网络
R2
R1
R3
型衰减网络
27
衰减网络的计算
• 已知网络参数求衰减系数A
Company Confidential
Zin1 Zout1 1 1 Z 短路输入电抗 Z 开路输入电抗Zin 2 Zout 2 Z A( dB) 10 lg 短路输出电抗 Z 开路输出电抗 10 lg Zin1 Zout1 1 1 Zin 2 Zout 2
24
Company Confidential
Transceiver UAA3535（Philips）
•
•
UAA3535是近零中频收发器，它最多可以作三频收发
它内部有： 三个PLL（包括一个内置VCO）、正交混频解调器、可控增益低噪放大器、混频调制器等 • 它需外接： 13MHz参考基准时钟、RXVCO、TXVCO、基带控制信号等 详见UAA3535 Data Sheet
Company Confidential
对接收为short
RX
TX
/4
对发射为open
为发射波长
6
Company Confidential
收发双工器的特性参数 （TX/RX）
• • • • • • • Frequency Range (MHz) Insertion Loss (dB) Attenuation(dB) V.S.W.R. Isolation (dB) Harmonics 2xfo, 3xfo (dBc) Power Capacity (dBm)
3
匹配网络（Matching）
• • 匹配的定义：后级输入阻抗与前级输出阻抗共扼 匹配网络的类型： L型 T型 Π型
Company Confidential
4
天线匹配的举例
Company Confidential
返回
5
收发双工器（Diplexer）
• 收发合用一路天线，因此使用天线收发双工器（Antenna Switch）
Company Confidential
返回
31
功率控制环路（APC）
功率控制环路构成：
• • • •
Company Confidential
功率放大器（Power Amplifier） 功率耦合器（Power Coupler） 功率检波器（Power Detector） 功率比较、控制器（Power Comparator& Controller ） 这样构成的环路可以将功率较稳定的控制在我们的设定值上，这个设定值可以随时间根据需要不断变化。
• 压控振荡器一般是由变容二极管为主构成的谐振回路： 谐振回路的中心频率由其回路的等效L、C特性决定： 变容二极管的等效电容量由加在其两端的电压控制，这样通过电压的变化就能转换成回路谐振 频率的变化，就构成了压控振荡器VCO。
0 1
LC
20
分频器（DIV）
• 锁相环通常用于N倍参考频率的发生器：
• 收发器即调制解调器
调制：发射时基带信号加载到射频信号 解调：接收时射频信号过滤出基带信
Company Confidential
• •
Transceiver根据其工作频率可分为：单频、双频、三频等 Transceiver根据其中频特征可分为有中频、零中频、近零中频等
以DB2009为例介绍Transceiver UAA3535的内部结构
Coupler 输出
检波 二极管 D
36
Company Confidential
负包络检波的对二极管要求： • 检波二极管D以P极为输入端
• 检波二极管的极电容要求较小的肖特基二极管，若极电容过大，将会使负包络过多的耦合流失 到低，导致检波效果变差
返回
37
Company Confidential
我们需要研究其内部各重要节点的频率、 带宽，信号转换的流程等细节
25
Company Confidential
返回
26
衰减网络（Attenuation）
• • • 为了达到系统中对输入输出功率要求高的部分的功率 适配，我们通常在输出端到输入端之间加上功率衰减 网络 通常衰减网络形式有：T型、Π 型 衰减网络的计算
Company Confidential
15
Company Confidential
• •
鉴相器（Phase Detector）
鉴相器的主要作用:检测输入信号与反馈信号之间的相位差。 鉴相器的数学模型：
θe(t) =θ1(t) -θv(t)
θ1(t) +
Vd(t)=Kdsinθe(t)
Kdsin()
The loop can track better a change in input frequency
18
Company Confidential
环路低通滤波器的应用举例
返回
19
Company Confidential
压控振荡器 （Voltage Controlled Oscillator）
PD/FD/PFD是一个相位/频率比较装置，用来检测输入信 号与反馈信号之间的相位/频率差
Company Confidential
环路滤波器Loop Filter（LP）：
LP一般为N阶低通滤波器
电压控制振荡器（VCO）：
VCO是一个电压--频率变换装置 ，输出振荡频率应随输 入控制电压线性地变化
参考信号源（Reference signal source）：
详见LMC33Data Sheet
返回
7
声表面滤波器（SAW）
• • •
Company Confidential
在手机中，接受信号从天线开关到接收处理电路之间采用声表面滤波器（SAW） 声表面滤波器（SAW）可以提供较宽的通频带、较低的损耗，此外有的SAW器件还集成有将非平 衡信号转换为平衡信号的功能。 SAW的滤波特性详见 SAW Data Sheet
Company Confidential
35
返回
功率检波器（Power Detector）
• • 功率检波器对Coupler的耦合高频信号进行包络检波进而得到一个体现耦合信号幅值大小的检波电压。 我们采用二极管负包络检波电路，后级常为低通积分电路。例如：
Company Confidential
耦合电容Cc 低通 积分 电路 检波电压输出
θv(t) 鉴相器的数学模型
16
返回
Company Confidential
电荷泵——环路低通滤波器
（ Charge Pump——Loop Filter）
• • 电荷泵的的作用主要是：给锁相环路提供理想恒定的电流源，保持良好的线性关系，使得频率范围易于控制 环路低通滤波器（LPF） 由PFD的输出信号需经过低通滤波器再去控制VCO。一般采用电阻、电容构成积分形式的低通滤波器，它可以 为单阶或多阶滤波器。它的通频带由电阻、电容参数决定，它的截止速度取决于其阶数。
•
Rs Rdiff L 2f 1 C 2f Rs Rdiff
10
差模、共模在Balance系统上的传输
• 差模（Differential Mode） A B
Company Confidential
I/P
B的传输量为A的一半 • 共模（Common Mode）
O/P
I/P C
O/P
I/P
Company Confidential
其中N为分频比，它由环路中分频器DIV提供
f 0 N fr
参见《分频器》
返回
21
锁相环在手机中应用举例
• RX（接收）频率合成器
Company Confidential
22
Company Confidential
•
TX-VCO锁相环路
23
收发器（Transceiver）
17
环路低通滤波器（Low Pass Filter）
Company Confidential
phase detector
VCO Rz
Cz To further reduce the phase noise of the charge pump Cp R4 C4
To important the transient characteristics
O/P
返回
11
锁相环（PLL）
Company Confidential
锁相环应用于滤波、频率综合、调制解调、信号与检测等多个方面。 • 锁相环四个基本构成元素 • 基本构成电路分析 • 锁相环在手机中应用举例
12
锁相环四个基本构成元素
• • • • 鉴相器（PD）鉴频器（FD）鉴相鉴频（PFD）：
Company Confidential
BB,RF原理及电路解析
1
Company Confidential
2
Company Confidential
Outline
• • • • • • • • • 匹配网络（Matching） 收发双工器（Diplexer） 声表面波滤波器(SAW) 平衡网络（Balance） 锁相环（PLL） 收发器（Transceiver） 衰减网络（Attenuation） 功率控制环路（APC） 滤波网络（Filter） 其它
32
功率控制环路构成
Po
功率耦合器
Coupling Power
Company Confidential
PI
功率放大器
功率 控制 环路
耦合检波信号
Source from VCO
Pc
差值功率 控制信号
Βιβλιοθήκη Baidu
检 波 器
功率 比较 控制器
比较信号
用于用户 设定功率值
返回
33
Company Confidential