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一文从事理出发的文章 让你彻底读懂射频芯片或PA芯片重要!_暗记_旗子

萌界大人物 2025-01-16 02:33:21 0

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射频:一样平常是信息发送和吸收的部分;

基带:一样平常是信息处理的部分;

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电源管理:一样平常是节电的部分,由于手机是能源有限的设备,以是电源管理十分主要;

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(图片来自网络侵删)

外设:一样平常包括LCD,键盘,机壳等;

软件:一样平常包括系统、驱动、中间件、运用。

在手机终端中,最主要的核心便是射频芯片和基带芯片。
射频芯片卖力射频收发、频率合成、功率放大;基带芯片卖力旗子暗记处理和协议处理。
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。
个中射频最早的运用便是Radio——无线广播(FM/AM),迄今为止这仍是射频技能乃至无线电领域最经典的运用。

基带则是band中央点在0Hz的旗子暗记,以是基带便是最根本的旗子暗记。
有人也把基带叫做“未调制旗子暗记”,曾经这个观点是对的,例如AM为调制旗子暗记(无需调制,吸收后即可通过发声元器件读取内容)。

但对付当代通信领域而言,基带旗子暗记常日都是指经由数字调制的,频谱中央点在0Hz的旗子暗记。
而且没有明确的观点表明基带必须是仿照或者数字的,这完备看详细的实现机制。

言归正传,基带芯片可以认为是包括调制解调器,但不止于调制解调器,还包括信道编解码、信源编解码,以及一些信令处理。
而射频芯片,则可看做是最大略的基带调制旗子暗记的上变频和下变频。

所谓调制,便是把须要传输的旗子暗记,通过一定的规则调制到载波上面然后通过无线收发器(RF Transceiver)发送出去的工程,解调便是相反的过程。

事情事理与电路剖析

射频简称RF射频便是射频电流,是一种高频互换变革电磁波,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。
每秒变革小于1000次的互换电称为低频电流,大于10000次的称为高频电流,而射频便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。
射频技能在无线通信领域中被广泛利用,有线电视系统便是采取射频传输办法。

射频芯片指的便是将无线电旗子暗记通信转换成一定的无线电旗子暗记波形, 并通过天线谐振发送出去的一个电子元器件,它包括功率放大器、低噪声放大器和天线开关。
射频芯片架构包括吸收通道和发射通道两大部分。

射频电路方框图

吸收电路的构造和事情事理

吸收时,天线把基站发送来电磁波转为微弱互换电流旗子暗记经滤波,高频放大后,送入中频内进行解调,得到吸收基带信息(RXI-P、RXI-N、RXQ-P、RXQ-N);送到逻辑音频电路进一步处理。

该电路节制重点:1、吸收电路构造;2、各元件的功能与浸染;3、吸收旗子暗记流程。

1.电路构造

吸收电路由天线、天线开关、滤波器、高放管(低噪声放大器)、中频集成块(吸收解调器)等电路组成。
早期手机有一级、二级混频电路,其目的把吸收频率降落后再解调(如下图)。

吸收电路方框图

2.各元件的功能与浸染

1)、手机天线:

构造:(如下图)

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。

浸染:a)、吸收时把基站发送来电磁波转为微弱互换电流旗子暗记。
b)、发射时把功放放大后的互换电流转化为电磁波旗子暗记。

2)、天线开关:

构造:(如下图)

手机天线开关(合路器、双工滤波器)由四个电子开关构成。

浸染:a)、完成吸收和发射切换; b)、完成900M/1800M旗子暗记吸收切换。

逻辑电路根据手机事情状态分别送出掌握旗子暗记(GSM-RX-EN;DCS- RX-EN;GSM-TX-EN;DCS- TX-EN),令各自通路导通,使吸收和发射旗子暗记各走其道,互不滋扰。

由于手机事情时吸收和发射不能同时在一个时隙事情(即吸收时不发射,发射时不吸收)。
因此后期新型手机把吸收通路的两开关去掉,只留两个发射转换开关;吸收切换任务交由高放管完成。

3)、滤波器:

构造:手机中有高频滤波器、中频滤波器。

浸染:滤除其他无用旗子暗记,得到纯洁吸收旗子暗记。
后期新型手机都为零中频手机;因此,手机中再没有中频滤波器。

4)、高放管(高频放大管、低噪声放大器):

构造:手机中高放管有两个:900M高放管、1800M高放管。
都是三极管共发射极放大电路;后期新型手机把高放管集成在中频内部。

高频放大管供电图

浸染:a)、对天线感应到微弱电流进行放大,知足后级电路对旗子暗记幅度的需求。
b)、完成900M/1800M吸收旗子暗记切换。

事理:a)、供电:900M/1800M两个高放管的基极偏压共用一起,由中频同时路供应;而两管的集电极的偏压由中频CPU根据手机的吸收状态命令中频分两路送出;其目的完成900M/1800M吸收旗子暗记切换。

事理:b)、经由滤波器滤除其他杂波得到纯洁935M-960M的吸收旗子暗记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、射频旗子暗记处理器):

构造:由吸收解调器、发射调制器、发射鉴相器等电路组成;新型手机还把高放管、频率合成、26M振荡及分频电路也集成在内部(如下图)。

浸染:

a)、内部高放管把天线感应到微弱电流进行放大;

b)、吸收时把935M-960M(GSM)的吸收载频旗子暗记(带对方信息)与本振旗子暗记(不带信息)进行解调,得到67.707KHZ的吸收基带信息;

c)、发射时把逻辑电路处理过的发射信息与本振旗子暗记调制成发命中频;

d)、结合13M/26M晶体产生13M时钟(参考时钟电路);

e)、根据CPU送来参考旗子暗记,产生符合手机事情信道的本振旗子暗记。

3.吸收旗子暗记流程

手机吸收时,天线把基站发送来电磁波转为微弱互换电流旗子暗记,经由天线开关吸收通路,送高频滤波器滤除其它无用杂波,得到纯洁935M-960M(GSM)的吸收旗子暗记,由电容器耦合送入中频内部相应的高放管放大后,送入解调器与本振旗子暗记(不带信息)进行解调,得到67.707KHZ的吸收基带信息(RXI-P、RXI-N、RXQ-P、RXQ-N);送到逻辑音频电路进一步处理。

发射电路的构造和事情事理

发射时,把逻辑电路处理过的发射基带信息调制成的发命中频,用TX-VCO把发命中频旗子暗记频率上变为890M-915M(GSM)的频率旗子暗记。
经功放放大后由天线转为电磁波辐射出去。

该电路节制重点:(1)、电路构造;(2)、各元件的功能与浸染;(3)、发射旗子暗记流程。

1.电路构造

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)、功率掌握器(功控)、发射互感器等电路组成。
(如下图)

发射电路方框图

2.各元件的功能与浸染

1)、发射调制器:

构造:发射调制器在中频内部,相称于宽带网络中的MOD。

浸染:发射时把逻辑电路处理过的发射基带信息(TXI-P;TXI-N;TXQ-P;TXQ-N)与本振旗子暗记调制成发命中频。

2)、发射压控振荡器(TX-VCO):

构造:发射压控振荡器是由电压掌握输出频率的电容三点式振荡电路;在生产制造时集成为一小电路板上,引出五个脚:供电脚、接地脚、输出脚、掌握脚、900M/1800M频段切换脚。
当有得当事情电压后便振荡产生相应频率旗子暗记。

浸染:把中频内调制器调制成的发命中频旗子暗记转为基站能吸收的890M-915M(GSM)的频率旗子暗记。

事理:众所周知,基站只能吸收890M-915M(GSM)的频率旗子暗记,而中频调制器调制的中频旗子暗记(如三星发命中频旗子暗记135M)基站不能吸收的,因此,要用TX-VCO把发命中频旗子暗记频率上变为890M-915M(GSM)的频率旗子暗记。

当发射时,电源部分送出3VTX电压使TX-VCO事情,产生890M-915M(GSM)的频率旗子暗记分两路走:a)、取样送回中频内部,与本振旗子暗记混频产生一个与发命中频相等的发射鉴频旗子暗记,送入鉴相器中与发命中频进行较;若TX-VCO振荡出频率不符合手机的事情信道,则鉴相器会产生1-4V跳变电压(带有互换发射信息的直流电压)去掌握TX-VCO内部变容二极管的电容量,达到调度频率准确性目的。
b)、送入功放经放大后由天线转为电磁波辐射出去。

从上看出:由TX-VCO产生频率到取样送回中频内部,再产生电压去掌握TX-VCO事情;刚好形成一个闭合环路,且是掌握频率相位的,因此该电路也称发射锁相环电路。

3)、功率放大器(功放):

构造:目前手机的功放为双频功放(900M功放和1800M功放集成一体),分黑胶功放和铁壳功放两种;不同型号功放不能互换。

浸染:把TX-VCO振荡出频率旗子暗记放大,得到足够功率电流,经天线转化为电磁波辐射出去。

值得把稳:功放放大的是发射频率旗子暗记的幅值,不能放大他的频率。

功率放大器的事情条件:

a)、事情电压(VCC):手机功放供电由电池直接供应(3.6V);

b)、接地端(GND):使电流形成回路;

c)、双频功换旗子暗记(BANDSEL):掌握功放工作于900M或事情于1800M;

d)、功率掌握旗子暗记(PAC):掌握功放的放大量(事情电流);

e)、输入旗子暗记(IN);输出旗子暗记(OUT)。

4)、发射互感器:

构造:两个线径和匝数相等的线圈相互靠近,利用互感事理组成。

浸染:把功放发射功率电流取样送入功控。

事理:当发射时功放发射功率电流经由发射互感器时,在其次级感生与功率电流同样大小的电流,经检波(高频整流)后并送入功控。

5)、功率等级旗子暗记:

所谓功率等级便是工程师们在手机编程时把吸收旗子暗记分为八个等级,每个吸收等级对应一级发射功率(如下表),手机在事情时,CPU根据接的旗子暗记强度来判断手机与基站间隔远近,送出适当的发射等级旗子暗记,从而来决定功放的放大量(即吸收强时,发射就弱)。

附功率等级表:

6)、功率掌握器(功控):

构造:为一个运算比较放大器。

浸染:把发射功率电流取样旗子暗记和功率等级旗子暗记进行比较,得到一个得当电压旗子暗记去掌握功放的放大量。

事理:当发射时功率电流经由发射互感器时,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旗子暗记也送入功控;两个旗子暗记在内部比较后产生一个电压旗子暗记去掌握功放的放大量,使功放工作电流适中,既省电又能长功放利用寿命(功控电压高,功放功率就大)。

3.发射旗子暗记流程

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,与本振旗子暗记调制成发命中频。
而中频旗子暗记基站不能吸收的,要用TX-VCO把发命中频旗子暗记频率上升为890M-915M(GSM)的频率旗子暗记基站才能吸收。
当TX-VCO事情后,产生890M-915M(GSM)的频率旗子暗记分两路走:

a)、一起取样送回中频内部,与本振旗子暗记混频产生一个与发命中频相等的发射鉴频旗子暗记,送入鉴相器中与发命中频进行较;若TX-VCO振荡出频率不符合手机的事情信道,则鉴相器会产生一个1-4V跳变电压去掌握TX-VCO内部变容二极管的电容量,达到调度频率目的。

b)、二路送入功放经放大后由天线转化为电磁波辐射出去。
为了掌握功放放大量,当发射时功率电流经由发射互感器时,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旗子暗记也送入功控;两个旗子暗记在内部比较后产生一个电压旗子暗记去掌握功放的放大量,使功放工作电流适中,既省电又能长功放利用寿命。

国产射频芯片家当链现状

在射频芯片领域,市场紧张被外洋巨子所垄断,外洋的紧张公司有Qrovo,skyworks和Broadcom;海内射频芯片方面,没有公司能够独立支撑IDM的运营模式,紧张为Fabless设计类公司;海内企业通过设计、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,海内公司在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,具备射频开拓履历后,可以加速后续高等品类射频芯片的开拓。
目前,具备射频芯片设计的公司有紫光展锐、唯捷创芯、中普微、复兴通讯、雷柏科技、华虹设计、江苏钜芯、爱斯泰克等。

射频芯片代工方面,台湾已经成为环球最大的化合物半导体芯片代工厂,台湾紧张的代工厂有稳懋、宏捷科和天地,海内仅有三安光电和海威华芯开始涉足化合物半导体代工。
三安光电是海内目前海内布局最为完善,具有GaAs HBT/pHEMT和 GaNSBD/FET 工艺布局,目前在与海内200多家企奇迹单位进行互助,有10多种芯片通过性能验证,即将量产。
海威华芯为海特高新控股的子公司,与中国电科29所合伙,目前具有GaAs 0.25um PHEMT工艺制程能力。

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,封装时须要减小旗子暗记连接线的长度;另一方面须要把功率放大器、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贱终端厂商利用。
为了减小射频参数的寄生须要采取Flip-Chip、Fan-In和Fan-Out封装技能。

Flip-Chip和Fan-In、Fan-Out工艺封装时,不须要通过金丝键合线进行旗子暗记连接,减少了由于金丝键合线带来的寄生电效应,提高芯片射频性能;到5G时期,高性能的Flip-Chip/Fan-In/Fan-Out结合Sip封装技能会是未来封装的趋势。

Flip-Chip/Fan-In/Fan-Out和Sip封装属于高等封装,其盈利能力远高于传统封装。
海内上市公司,长电科技收购星科金朋后,形成了完全的FlipChip+Sip技能的封装能力。

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