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干货 | 超详细讲解射频芯片工作原理
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。
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。
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。
1电路结构
2各元器件的功能与作用
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:接收时把基站发送来电磁波转为微弱交流电流信号;发射时把功放放大后的交流电流转化为电磁波信号。
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。
作用: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;完成900M/1800M接收信号切换。
原理:
供电。900M/1800M两个高放管的基极偏压共用一路,由中频同时路提供;而两管的集电极的偏压由中频CPU根据手机的接收状态命令中频分两路送出;其目的完成900M/1800M接收信号切换。 经过滤波器滤除其他杂波得到纯正935M-960M的接收信号由电容器耦合后送入相应的高放管放大后经电容器耦合送入中频进行后一级处理。
(5)中频(射频接囗、射频信号处理器)
作用:
内部高放管把天线感应到微弱电流进行放大。 接收时把935M-960M(GSM)的接收载频信号(带对方信息)与本振信号(不带信息)进行解调,得到67.707KHZ的接收基带信息。 发射时把逻辑电路处理过的发射信息与本振信号调制成发射中频。 结合13M/26M晶体产生13M时钟(参考时钟电路)。 根据CPU送来参考信号,产生符合手机工作信道的本振信号。
3接收信号流程
发射电路的结构和工作原理
发射时,把逻辑电路处理过的
1电路结构
发射电路由中频内部的发射调制器、发射鉴相器;发射压控振荡器(TX-VCO)、功率放大器(功放)、功率控制器(功控)、发射互感器等电路组成。(如下图)
2各元器件的功能与作用
(1)发射调制器
发射调制器在中频内部,相当于宽带网络中的MOD。
取样送回中频内部,与本振信号混频产生一个与发射频相等的发射鉴频信号,送入鉴相器中与发射中频进行较;若TX-VCO振荡出频率不符合手机的工作信道,则鉴相器会产生1-4V跳变电压(带有交流发射信息的直流电压)去控制TX-VCO内部变容二极管的电容量,达到调整频率准确性目的。 送入功放经放大后由天线转为电磁波辐射出去。
工作电压(VCC):手机功放供电由电池直接提供(3.6V)。 接地端(GND):使电流形成回路。 双频功换信号(BANDSEL):控制功放工作于900M或工作于1800M。 功率控制信号(PAC):控制功放的放大量(工作电流)。 输入信号(IN);输出信号(OUT)。
作用:把功放发射功率电流取样送入功控。
(6)功率控制器(功控)
3发射信号流程
当发射时,逻辑电路处理过的发射基带信息(TXI-P;TXI-N;TXQ-P;TXQ-N),送入中频内部的发射调制器,与本振信号调制成发射中频。而中频信号发射不能接收的,要用TX-VCO把发射中频信号频率上升为890M-915M(GSM)的频率信号发射才能接收。当TX-VCO工作后,产生890M-915M(GSM)的频率信号分两路走:
一路取样送回中频内部,与本振信号混频产生一个与发射中频相等的发射鉴频信号,送入鉴相器中与发射中频进行较;若TX-VCO振荡出频率不符合手机的工作信道,则鉴相器会产生一个1-4V跳变电压去控制TX-VCO内部变容二极管的电容量,达到调整频率目的。 二路送入功放经放大后由天线转化为电磁波辐射出去。为了控制功放放大量,当发射时功率电流经过发射互感器时,在其次级感生的电流,经检波(高频整流)后并送入功控;同时编程时预设功率等级信号也送入功控;两个信号在内部比较后产生一个电压信号去控制功放的放大量,使功放工作电流适中,既省电又能长功放使用寿命。
国产射频芯片产业链现状
在射频芯片领域,市场主要被海外巨头所垄断,国内射频芯片方面,没有公司能够独立支撑IDM的运营模式,主要为Fabless设计类公司;国内企业通过设计、代工、封装环节的协同,形成了“软IDM“”的运营模式。
射频芯片设计方面,国内公司在5G芯片已经有所成绩,具有一定的出货能力。射频芯片设计具有较高的门槛,具备射频开发经验后,可以加速后续高级品类射频芯片的开发。
射频芯片封装方面,5G射频芯片一方面频率升高导致电路中连接线的对电路性能影响更大,封装时需要减小信号连接线的长度;另一方面需要把功率放大器、低噪声放大器、开关和滤波器封装成为一个模块,一方面减小体积另一方面方便下游终端厂商使用。为了减小射频参数的寄生需要采用Flip-Chip、Fan-In和Fan-Out封装技术。
Flip-Chip/Fan-In/Fan-Out和Sip封装属于高级封装,其盈利能力远高于传统封装。国内上市公司,形成了完整的FlipChip+Sip技术的封装能力。
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