一、天线电路
天线将接收的电磁波转化为高频电流,输送到接收机射频电路中。在蜂窝电话机中,天线进来常采用双工滤波器。天线和双工器都是无源器件。双工器包括发射滤波器和接收滤波器,它们都是带通滤波器。双工器有3个端口—公共端天线接口(ANT)、发射输出端(TX)及接收输入端(RX)。如图1所示。

在GSM手机中,天线电路由天线开关电路或双工滤波器组成。而在双频GSM手机和三频GSM手机电路中,多以带天线开关和双工滤波器的组件构成。
若天线电路中只有双工滤波器,则通常不再有其他电路。若天线电路中有天线开关电路,通常还应包含天线开关的控制电路(如摩托罗拉CD928和松下GD90手机)。
有的双频GSM手机中,天线电路还常包含一个双讯器(Diplexer)。双讯器实际上和双工滤波器差不多,也是由两个带通滤波器组成,所不同的是双讯器的工作频带比双工滤波器宽,它将GSM900MHz与GSM1800MHz信号分开。双工滤波器将接收射频信号与发射射频信号分离,以防止强的发射信号对接收机造成影响。天线开关的作用同双工滤波器。由于GSM手机使用了TDMA技术,接收机与发射机间隙工作,天线开关在逻辑电路的控制下,在适当的时隙内接向接收机或发射机通道。
在电路中,双工滤波器的表示如图2所示。

图3是一个带开关电路、双讯器的组件,VC1与VC2是控制端;GSM-TX、GSM-RX分别代表GSM的接收发射端口;DCS-TX、DCS-RX分别代表1800MHz收发信机的接收发射端口。双讯器将GSM射频信号与DCS射频信号进行分离;而开关电路则将发射射频信号与接收射频信号分离。

在天线电路中,以下常见的英文缩写有利于我们进行电路的查找分析:ANT、DUPLEXER、DIPLEXER、TXON、RXON、TXEN、RXON等。
二、低噪声放大器
低噪声放大器在电路中主要是对天线感应到的微弱的射频信号进行放大,以满足混频器对输入信号幅度的要求。在手机电路中,低噪声放大器的英文缩写是LNA。
低噪声放大器是接收机的第一级放大电路,位于天线电路之后。在低噪声放大器的前后,通常都有射频滤波器,如图4所示。

低噪声放大器是一个高频小信号放大器,放大器中的三极管要求截止频率高,放大倍数大,噪声系数小。第一级信号很小,工作点通常设得比较低,同时加电流负反馈,以减小噪声。
在第一级高频放大电路采用低噪声放大器可以改善接收机的总噪声系数。同时高频放大器还可防止RXVCO信号从天线路径辐射出去。分立元件的低噪声放大器通常都采用共发射极电路,图5、图6所示为一般LNA的两种形式。


双工滤波器的输出信号被送入低噪声放大器放大。VT1、VT2与周边元件构成一个低噪声放大器,是一个带负反馈的共发射极电路,属于宽带放大器,用以将微弱射的射频信号进行放大并弥补射频滤波器带来的插入损耗。
在低噪声射频晶体管放大器中,从低噪声性能出发,其偏压或偏流都是通过电抗滤波器供给的,这样做可以避免电源噪声和偏置电阻的热噪声引入到射频通道中,影响放大器的噪声性能。
三、混频电路
在移动通信中,常需要将信号频段内某一频率变换成另一频率,以满足电路的需要。混频就是将两个不同的信号——本机振荡信号和接收射频信号加到非线性器件上,进行频率组合,取其差频或和频。而这个差频或和频是固定不变的,称其为中频。
在接收机中,混频电路是一个核心电路。分立元件的混频电路多采用共发射极电路。摩托罗拉双频手机CD928系列的接收混频器就是这种混频器,如图7所示。
从电路形式上看,该电路与前面讲到的LNA电路并无多大区别,但通过元件参数的设置,VT460工作在三极管的非线性区域。
在图7的电路中,核心器件是VT460,电阻R461、R462、R468构成了VT460的偏置电路。该电路也是一个固定分压偏置的共发射极电路。在电路中电阻R461、R462、C460、C462和L460也构成一个去耦电路,防止电源中的噪声对混频器造成干扰。
混频器最显著的一个特点是:混频器有两个信号输入端(交流),一个信号输出端。输入信号是射频信号和本振信号,输出信号是中频信号。
不同手机的接收机中混频器有所不同。在超外差一次变频接收机中,只有一个混频器,如摩托罗拉的V998。在超外差二次变频接收机中,有两个混频电路,如诺基亚的3210手机。
在电路组成上,有分立元件的混频电路,也有集成的混频电路。
不论是分立元件混频电路还是集成混频电路,其输出端的中频滤波器是一个显著的特点。图8所示的是常见的几种中频滤波器,通常连接在接收第一混频输出端。图9所示的是常见的接收第二中频滤波器,若看到手机中有第二中频滤波器,则该机肯定是超外差二次变频接收机。中频滤波器是接收机故障检修的重要测试点。
在有些中频滤波器上,还标有中频信号的频率,如图8中所示的“225”滤波器。若只从电路形式上看,分立元件的混频电路与分立元件的低噪声放大电路的电路很相似,它使用三极管共发射极电路,但各自的工作状态不同。低噪声放大电路中的三极管工作在线性区域;而混频电路中的三极管工作在非线性区域。
而集成的混频电路通常包含在射频模块内。信号的注入方式通常有两种,如图10所示。
以上这两种注入方式从图11和图12所示的电路结构示意图就可以看到。
如今大多数手机都是双频手机,它们有两个接收通道。一些手机的混频电路是属于两个频段共用,如CD928手机(图11);一些手机的混频电路则分别独立,如V8088手机(图12)。
以上所讲到的是只有一个混频电路的手机,通常以摩托罗拉手机较多。其他大多数手机都有两个混频电路。其第一混频电路与上面所讲基本一样。第二混频电路在形式上也差不多,只是第二混频电路的工作频率比第一混频电路的工作频率低。第一混频器输出的中频信号就被送到第二混频电路,再一次进行变频。
在进行故障检修时,应注意混频电路的以下几个方面:
1. 直流信号通道。
不论是分立元件电路还是集成电路,混频器的直流通道都包含输入和输出两个直流通道。若直流通道不正常,则混频电路不能工作,手机无接收。
2. 本机振荡信号通道。
混频电路需要有本机振荡信号。接收第一混频电路的本机振荡是由手机中的射频VCO电路提供;接收第二混频电路的本机振荡信号是由手机中的中频VCO电路提供。
3. 射频输入信号通道。
接收第一混频电路的射频来自低噪声放大电路。接收第二混频电路的射频来自接收第一混频电路。
4. 混频电路的输出通道。
混频器输出的中频信号是接收机故障检修的重点。
四、中频放大器
移动通信接收机都要使用中频放大器。中频放大器最主要的作用是:
1. 获取高增益:
与射频放大部分相比,由于中频频率固定,并且频率较低,可以很容易地得到较高的增益,因而可以为下一级提供足够大的输入。
2. 提高选择性:
接收机的邻近频率选择性一般由中频放大器的通频带宽度决定。
对于中频放大器,不仅需要得到较高的增益、良好的选择性,还要有足够的通频带和好的频率响应、大的动态范围等。而接收机的邻近信道选择性一般由中频放大器的通频带宽度决定,由于中频信号为单一的固定频率,其通频带可最大限度地做得很小,以提高相邻信道选择性。不论接收机采用一次或二次变频技术,中频放大器总是位居于变频之后。
手机电路中大多使用各厂家自己的专用芯片。分立元件的中频放大器电路形式与低噪声放大器的电路形式很相似,也是一个共发射极电路,只是它们工作的频点不一样。低噪声放大器是一个宽带放大器,而中频放大器是一个窄带放大器。在目前大多数手机电路中,摩托罗拉手机中的中频放大器通常使用分立元件的中频放大器,其他手机中的中频放大器通常都是在一个集成电路中。图13是一个分立元件的中频放大器电路。
五、解调电路
接收机电路中都有解调电路,解调的方法有许多种,但对维修来说并不重要。手机接收机中的解调电路都被集成在一个复合中频处理模块中。
接收中频信号经解调处理,得到了67.707kHz的接收基带信号(RXI/Q)。而且任何GSM手机都是如此。
在解调电路中,会使用到一个参考信号,这个参考信号通常以两种方式产生:一个是由专门的VCO电路产生;另一个是从基准频率(13MHz)演化而来。这个原始参考信号的频率通常等于中频信号的中心频率(或是其倍频)。
RXI/Q信号是接收机检修的重要信号,可用示波器检测。图14所示的就是示波器检测到的RXI/Q信号。
六、接收逻辑音频处理电路
接收机解调得到的接收基带信号被送到逻辑音频电路。图15是GSM接收机信号变化的示意图。应注意图中DSP前后的数码信号与数字信号。GMSK解调输出的数码信号包含加密信息、抗干扰和纠错的冗余码及语音信息等;而DSP输出的数字信号则是去掉其他信息后的数字语音信号。
我们常说RXI/Q信号在逻辑音频电路中进行GMSK解调、解密、解码等处理,还原出模拟的话音信号。那么,它到底经过一个怎样的处理流程呢?
RXI/Q解调电路输出的RXI/Q信号首先送到逻辑音频处理电路。RXI/Q信号先经GMSK解调,由一个数字接口电路将处理后的信号送到无线通信呼叫处理器。通过处理器中的COBBA接口、接收缓冲器、DSP接口,将信号送到DSP。在DSP中,信号首先经一个接收滤波器,然后进行均衡、同步、去分间插入、卷寄解码、循环冗余码校验、坏帧掩蔽、语音解码等处理,经一个串行总线,将DSP处理后的数字语音信号送到语音处理模块。在语音处理电路中,该信号首先经PCM解码,将数字信号还原成模拟的话音信号,然后经功率放大后输出到受话器。
在这里,要注意射频电路中RXI/Q的解调和逻辑电路中的GMSK解调信号变化的不同。
在逻辑电路中,RXI/Q接收基带信号首先解调,它将数码的语音信号进行处理,如去分间插入、解密等,得到数字语音信号。数字式的语音信号经一个D/A转换(PCM解码),得到模拟的话音电信号。图16是GMSK解调后的数码语音信号到音频输出之间电路的示意图。
在手机的逻辑音频电路中,通常包含一个复合音频模块,一个PCM编码调制模块,一个数字语音处理模块和一个微处理器等。随着手机制造的发展,越来越多的手机电路将逻辑电路集成为无线通讯呼叫处理器和音频编译码器等两大部分。
音频模块将PCM解码后的模拟音频信号输出,推动受话器或耳机发出声音。
由于逻辑音频电路集成度很高,在实际维修工作中,我们多注意其控制信号、时钟信号等,而对其电路结构却不必如射频电路那样深究。
下期,我们将为您介绍手机的发射电路。读者在阅读过程中对本系列文章有何问题可E-mail至tele@radio.com.cn或来信至编辑部,我们将与笔者一起为您解答。
(张兴伟)