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Für Hochfrequenzchips ist dieser Artikel ausreichend!
2021-12-28
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Ein Mobiltelefon, das Anrufe, SMS, Netzwerkdienste und App-Anwendungen unterstützt, besteht üblicherweise aus fünf Teilen:HF, Basisband, Energieverwaltung, Peripheriegeräte, Software.
RF:Im Allgemeinen der Teil, in dem Informationen gesendet und empfangen werden;
Basisband:Im Allgemeinen handelt es sich um den Bereich der Informationsverarbeitung;
Energieverwaltung:Im Allgemeinen geht es um den Energiesparaspekt. Da Mobiltelefone Geräte mit begrenzter Energie sind, ist das Energiemanagement sehr wichtig;Peripheriegeräte:Beinhaltet im Allgemeinen LCD, Tastatur, Gehäuse usw.;Software:Im Allgemeinen umfasst dies Systeme, Treiber, Middleware und Anwendungen.
In Mobiltelefonen sind die wichtigsten Kernkomponenten Hochfrequenzchips und Basisbandchips.Der Hochfrequenzchip ist für den Hochfrequenz-Transceiver, die Frequenzsynthese und die Leistungsverstärkung zuständig; der Basisbandchip ist für die Signalverarbeitung und die Protokollverarbeitung zuständig.Welcher Zusammenhang besteht also zwischen HF-Chips und Basisband-Chips?
Die Beziehung zwischen HF-Chips und Basisband-Chips
Radio frequency (Radio Frenquency) and baseband (Base Band) are both literal translations from English.Die früheste Anwendung von Hochfrequenzen ist der drahtlose Rundfunk (FM/AM). Bis heute gilt dies als die klassischste Anwendung der Hochfrequenztechnologie und sogar des gesamten Radiobereichs.
Das Basisband ist das Signal, dessen Bandmitte bei 0 Hz liegt; es ist also das grundlegendste Signal.Manche bezeichnen Basisband auch als „unmoduliertes Signal“. Diese Auffassung war früher korrekt. AM beispielsweise ist ein moduliertes Signal (es ist keine Modulation erforderlich, und der Inhalt kann nach dem Empfang über das Tonerzeugungselement ausgelesen werden).
Im Bereich der modernen Kommunikation bezeichnen Basisbandsignale jedoch üblicherweise digital modulierte Signale, deren Spektrummitte bei 0 Hz liegt.Es gibt kein eindeutiges Konzept, dass das Basisband analog oder digital sein muss. Es hängt alles vom jeweiligen Implementierungsmechanismus ab.
Im näheren Umfeld kann der Basisbandchip als Modem-Chip betrachtet werden, er ist jedoch nicht auf das Modem beschränkt, sondern umfasst auch Kanalcodec, Quellcodec und Teile der Signalverarbeitung.Der Hochfrequenzchip kann als einfachste Auf- und Abwärtswandlung des Basisbandmodulationssignals betrachtet werden.
Die sogenannte Modulation ist der Prozess, bei dem das zu übertragende Signal nach bestimmten Regeln auf den Träger moduliert und anschließend über den drahtlosen Transceiver (HF-Transceiver) gesendet wird. Demodulation ist der umgekehrte Prozess.
Funktionsprinzip und Schaltungsanalyse
Radiofrequenz (RF) bezeichnet Hochfrequenzstrom, eine hochfrequente elektromagnetische Wechselwelle. Es ist die Abkürzung für Radiofrequenz und steht für elektromagnetische Frequenzen, die in den Raum abgestrahlt werden können. Der Frequenzbereich liegt zwischen 300 kHz und 300 GHz.Wechselstrom, der sich weniger als 1,000 Mal pro Sekunde ändert, wird als Niederfrequenzstrom bezeichnet, Wechselstrom, der sich mehr als 10,000 Mal pro Sekunde ändert, wird als Hochfrequenzstrom bezeichnet, und Radiofrequenz ist ein solcher Hochfrequenzstrom.Hochfrequenz (größer als 10 kHz); Radiofrequenz (300 kHz-300 GHz) ist das höhere Frequenzband der Hochfrequenz; Mikrowellenfrequenzband (300 MHz-300 GHz) ist das höhere Frequenzband der Radiofrequenz.Die Hochfrequenztechnologie findet breite Anwendung im Bereich der drahtlosen Kommunikation, und Kabelfernsehsysteme nutzen die Hochfrequenzübertragung.
Ein Hochfrequenzchip ist ein elektronisches Bauteil, das Funksignale in eine bestimmte Funkwellenform umwandelt und diese mittels Antennenresonanz aussendet. Er umfasst einen Leistungsverstärker, einen rauscharmen Verstärker und einen Antennenschalter.Die Architektur des Hochfrequenzchips umfasst zwei Teile: den Empfangskanal und den Sendekanal.
Blockdiagramm der HF-Schaltung
Aufbau und Funktionsprinzip der Empfangsschaltung
Beim Empfang wandelt die Antenne die von der Basisstation ausgesendete elektromagnetische Welle in ein schwaches Wechselstromsignal um, das gefiltert, hochfrequent verstärkt und zur Demodulation auf die Zwischenfrequenz übertragen wird, um die empfangenen Basisbandinformationen (RXI-P, RXI-N, RXQ-P, RXQ-N) zu erhalten; diese werden zur weiteren Verarbeitung an die Audiologikschaltung weitergeleitet.
Diese Schaltung beherrscht die wichtigsten Punkte:
1. Aufbau der Empfängerschaltung;
2. Die Funktionen und Aufgaben jeder Komponente;
3. Empfangssignalverarbeitung.
Schaltungsstruktur
Die Empfangsschaltung besteht aus Antenne, Antennenschalter, Filter, Hochampereröhre (rauscharmer Verstärker), integriertem Zwischenfrequenzblock (Empfangsdemodulator) und weiteren Schaltungen.Die ersten Mobiltelefone besaßen primäre und sekundäre Mischschaltungen, deren Zweck darin bestand, die Empfangsfrequenz zu reduzieren und sie dann zu demodulieren (wie in der Abbildung unten dargestellt).
Blockschaltplan des Empfängers
2. Funktionen und Aufgaben der einzelnen Komponenten
1) Mobiltelefonantenne:Struktur:(Bild unten)Die Antennen von Mobiltelefonen werden in zwei Typen unterteilt: externe und interne Antennen; sie bestehen aus einem Antennensockel, einem Solenoid und einem Kunststoffgehäuse.
a) Beim Empfang werden die von der Basisstation ausgesendeten elektromagnetischen Wellen in schwache Wechselstromsignale umgewandelt.
b) Bei der Übertragung wird der vom Leistungsverstärker verstärkte Wechselstrom in ein elektromagnetisches Wellensignal umgewandelt.
2) Antennenschalter:
Struktur:(Bild unten)Der Antennenschalter für Mobiltelefone (Kombinierer, Duplexfilter) besteht aus vier elektronischen Schaltern.
Vollständige Empfangs- und Sendeumschaltung;
Vollständige Umschaltung des 900M/1800M-Signalempfangs.
Die Logikschaltung sendet je nach Betriebszustand des Mobiltelefons Steuersignale (GSM-RX-EN; DCS-RX-EN; GSM-TX-EN; DCS-TX-EN) aus, sodass die jeweiligen Kanäle aktiviert werden und die Empfangs- und Sendesignale unabhängig voneinander verlaufen, ohne sich gegenseitig zu stören.
Weil das Mobiltelefon nicht gleichzeitig senden und empfangen kann (d. h. es sendet nicht, wenn es empfängt, und empfängt nicht, wenn es sendet).Daher wurden bei späteren Mobiltelefonen die beiden Schalter im Empfangspfad entfernt, sodass nur noch zwei Sendeschalter übrig blieben; die Empfangsumschaltung wurde von der Hochverstärkerröhre übernommen.
3), Filter:
Struktur:In Mobiltelefonen gibt es Hochfrequenzfilter und Mittelfrequenzfilter.bewirken:Filtern Sie andere nutzlose Signale heraus und erhalten Sie reine Empfangssignale.Neuere Mobiltelefone sind allesamt Zero-IF-Mobiltelefone; daher gibt es im Mobiltelefon keinen IF-Filter.
4), Hochleistungsverstärkerröhre (Hochfrequenzverstärkerröhre, rauscharmer Verstärker):
Struktur:
In Mobiltelefonen befinden sich zwei Hochleistungsverstärkerröhren:900M Hochleistungsentladungsrohr, 1800M Hochleistungsentladungsrohr.Es handelt sich dabei ausschließlich um Trioden-Emitterverstärkerschaltungen; spätere Mobiltelefone integrierten Hochleistungsverstärkerröhren in den Zwischenfrequenzbereich.
Netzteil-Schaltplan für Hochfrequenzverstärkerröhren
Verstärken Sie den von der Antenne induzierten schwachen Strom, um die Signalamplitudenanforderungen des nachfolgenden Schaltkreises zu erfüllen.
Vollständige Umschaltung des 900M/1800M-Empfangssignals.
Prinzip:
unterstützt von:Die Basisvorspannungen der beiden Hochverstärkerröhren für 900 MHz und 1800 MHz teilen sich einen Kanal, der vom ZF-Simultankanal bereitgestellt wird. Die Kollektorvorspannungen der beiden Röhren werden von der ZF-CPU entsprechend dem Empfangsstatus des Mobiltelefons auf zwei Kanälen ausgegeben. Dies dient der Umschaltung der 900-MHz- und 1800-MHz-Empfangssignale.
Nachdem andere Störungen durch den Filter herausgefiltert wurden, wird das reine Empfangssignal im Frequenzbereich von 935 MHz bis 960 MHz über einen Kondensator gekoppelt und zur Verstärkung an die entsprechende Hochverstärkerröhre weitergeleitet. Anschließend wird es über die Kondensatorkopplung zur Zwischenfrequenz für die weitere Verarbeitung übertragen.
5), ZF (HF-Schnittstelle, HF-Signalprozessor):
Struktur:Es besteht aus einem Empfangsdemodulator, einem Sendemodulator, einem Sendephasendetektor und weiteren Schaltungen; das neue Mobiltelefon integriert außerdem eine Hochverstärkerröhre, eine Frequenzsynthese, einen 26-MHz-Oszillations- und einen Frequenzteilerschaltkreis (siehe unten).
a) Die interne Hochleistungsröhre verstärkt den durch die Antenne induzierten schwachen Strom;
b) Beim Empfang werden das empfangene Trägerfrequenzsignal (mit Gegenstückinformationen) von 935M-960M (GSM) und das lokale Oszillatorsignal (ohne Informationen) demoduliert, um die empfangenen Basisbandinformationen von 67.707 kHz zu erhalten.
c) Beim Senden werden die von der Logikschaltung verarbeiteten Sendeinformationen und das lokale Oszillatorsignal auf eine Sendezwischenfrequenz moduliert;
d) einen 13M/26M-Quarz kombinieren, um einen 13M-Takt zu erzeugen (Referenztaktschaltung);e) Ausgehend vom Referenzsignal der CPU wird ein lokales Oszillatorsignal erzeugt, das dem Arbeitskanal des Mobiltelefons entspricht.
3. Empfangsprozess des Signals
Beim Empfang wandelt die Antenne des Mobiltelefons die von der Basisstation gesendete elektromagnetische Welle in ein schwaches Wechselstromsignal um. Dieses durchläuft den Empfangspfad des Antennenschalters und wird einem Hochfrequenzfilter zugeführt, um Störsignale herauszufiltern und so ein reines 935-960 MHz (GSM)-Empfangssignal zu erhalten. Dieses wird mittels eines Kondensators auf die Zwischenfrequenz eingekoppelt. Nach der Verstärkung durch die entsprechende Hochverstärkerröhre wird es dem Demodulator zugeführt, der das lokale Oszillatorsignal (ohne Information) demoduliert und so die 67.707 kHz Empfangsbasisbandinformationen (RXI-P, RXI-N, RXQ-P, RXQ-N) gewinnt. Diese werden anschließend zur weiteren Verarbeitung an die Audiologikschaltung weitergeleitet.
Aufbau und Funktionsprinzip der Senderschaltung
Beim Senden werden die vom Logikschaltkreis verarbeiteten Sende-Basisbandinformationen in eine Sende-Zwischenfrequenz moduliert, und der TX-VCO wird verwendet, um die Frequenz des Sende-Zwischenfrequenzsignals in ein Frequenzsignal von 890 MHz bis 915 MHz (GSM) umzuwandeln.Nach der Verstärkung durch den Leistungsverstärker wird das Signal in elektromagnetische Wellen umgewandelt und von der Antenne abgestrahlt.
Diese Schaltung beherrscht die wichtigsten Punkte:
(1) Schaltungsstruktur;
(2) Die Funktionen und Eigenschaften jeder Komponente;
(3). Übertragung des Signals.
Schaltungsstruktur
Die Sendeschaltung besteht aus dem Sendemodulator, dem Sendephasendetektor, dem spannungsgesteuerten Sendeoszillator (TX-VCO), dem Leistungsverstärker, dem Leistungsregler, dem Sendetransformator und anderen Schaltungen innerhalb der Zwischenfrequenz.(Bild unten)
Blockschaltplan des Senders
1) Sendemodulator:Struktur:Der Sendemodulator befindet sich innerhalb der ZF, was dem MOD im Breitbandnetz entspricht.bewirken:Während der Übertragung werden die vom Logikschaltkreis verarbeiteten Basisbandinformationen (TXI-P; TXI-N; TXQ-P; TXQ-N) und das lokale Oszillatorsignal auf eine Übertragungszwischenfrequenz moduliert.
2) Sendespannungsgesteuerter Oszillator (TX-VCO):Struktur:Der sendende spannungsgesteuerte Oszillator ist eine kapazitive Dreipunkt-Oszillatorschaltung, deren Ausgangsfrequenz durch Spannung gesteuert wird; er ist während der Produktion in eine kleine Leiterplatte integriert und führt zu fünf Pins:Stromversorgungsanschluss, Masseanschluss, Ausgangsanschluss, Steueranschluss, Anschluss zum Umschalten des Frequenzbandes 900M/1800M.Bei Anliegen einer geeigneten Betriebsspannung schwingt es und erzeugt ein entsprechendes Frequenzsignal.
bewirken:Das vom ZF-Modulator modulierte übertragene ZF-Signal wird in das 890M-915M (GSM)-Frequenzsignal umgewandelt, das die Basisstation empfangen kann.
Prinzip:Wie bekannt, kann die Basisstation nur Frequenzsignale im Bereich von 890 MHz bis 915 MHz (GSM) empfangen. Sie kann jedoch keine ZF-Signale empfangen, die vom ZF-Modulator moduliert wurden (z. B. ein von Samsung gesendetes ZF-Signal von 135 MHz). Daher wird ein TX-VCO verwendet, um die Frequenz des gesendeten ZF-Signals in den Bereich von 890 MHz bis 915 MHz (GSM) umzuwandeln.
Beim Senden gibt der Stromversorgungsteil eine 3VTX-Spannung aus, um den TX-VCO zu aktivieren und ein Frequenzsignal von 890 MHz bis 915 MHz (GSM) auf zwei Arten zu erzeugen:
a) Das Abtastsignal wird an die interne ZF zurückgesendet, mit dem lokalen Oszillatorsignal gemischt, um ein Sendefrequenz-Diskriminierungssignal zu erzeugen, das der Sendezwischenfrequenz entspricht, und wird dem Phasendetektor zum Vergleich mit der Sendezwischenfrequenz zugeführt; stimmt die Oszillationsfrequenz des TX-VCO nicht mit dem Arbeitskanal des Mobiltelefons überein, erzeugt der Phasendetektor eine Sprungspannung von 1-4 V (Gleichspannung mit Wechselstrom-Sendeinformationen), um die Kapazität der Varaktordiode im TX-VCO zu steuern und so die Frequenzgenauigkeit anzupassen.
b) Nach der Verstärkung durch den Leistungsverstärker wird das Signal in elektromagnetische Wellen umgewandelt und von der Antenne abgestrahlt.
Aus dem Obigen ist ersichtlich:Die vom TX-VCO erzeugte Frequenz wird abgetastet und an die ZF zurückgesendet. Anschließend wird eine Spannung erzeugt, die den Betrieb des TX-VCO steuert. Es wird ein geschlossener Regelkreis gebildet und die Frequenzphase gesteuert. Daher wird diese Schaltung auch als Sende-Phasenregelschleife (PLL) bezeichnet.
3), Leistungsverstärker (Leistungsverstärker):
Struktur:Derzeit ist der Leistungsverstärker von Mobiltelefonen ein Dualband-Leistungsverstärker (900-MHz- und 1800-MHz-Leistungsverstärker in einem Gerät integriert), der in zwei Typen unterteilt wird: Vinyl-Leistungsverstärker und Eisengehäuse-Leistungsverstärker; verschiedene Modelle von Leistungsverstärkern sind nicht austauschbar.
bewirken:Das vom TX-VCO erzeugte Frequenzsignal wird verstärkt, um einen ausreichenden Leistungsstrom zu erhalten, der von der Antenne in elektromagnetische Wellen umgewandelt und abgestrahlt wird.
Nichts wert:Der Leistungsverstärker verstärkt die Amplitude des übertragenen Frequenzsignals, nicht dessen Frequenz.
Betriebsbedingungen des Leistungsverstärkers:
a) Betriebsspannung (VCC):Der Handyverstärker wird direkt von der Batterie (3.6 V) gespeist;
b), Erdungsanschluss (GND):wodurch ein Stromkreis entsteht;
c), Zweifrequenz-Leistungsumwandlungssignal (BANDSEL):Den Leistungsverstärker so steuern, dass er bei 900 MHz oder 1800 MHz arbeitet;
d) Leistungssteuersignal (PAC):Den Verstärkungsgrad (Betriebsstrom) des Leistungsverstärkers steuern;
e) Eingangssignal (IN); Ausgangssignal (OUT).
4) Übertragungstransformator:Struktur:Zwei Spulen mit gleichem Drahtdurchmesser und gleicher Windungszahl sind nahe beieinander angeordnet und werden nach dem Prinzip der Gegeninduktivität aufgebaut.bewirken:Sende die vom Leistungsverstärker erzeugte Leistungsstromprobe an die Leistungssteuerung.Prinzip:Wenn der Sendeleistungsstrom des Leistungsverstärkers während der Übertragung durch den Sendetransformator fließt, wird auf dessen Sekundärseite ein Strom induziert, der gleich groß ist wie der Leistungsstrom. Dieser Strom wird erfasst (hochfrequenzgleichgerichtet) und an die Leistungssteuerung weitergeleitet.
5) Leistungspegelsignal:Die sogenannte Leistungspegel-Einteilung bedeutet, dass die Ingenieure das empfangene Signal bei der Programmierung des Mobiltelefons in acht Stufen unterteilen. Jede Empfangsstufe entspricht einer Sendeleistungsstufe (siehe Tabelle unten). Im Betrieb ermittelt die CPU des Mobiltelefons anhand der Empfangssignalstärke die Entfernung zwischen Mobiltelefon und Basisstation und sendet ein entsprechendes Sendesignal, um die Verstärkung des Leistungsverstärkers zu steuern (d. h. bei starkem Empfang ist die Sendeleistung gering).
Die Leistungstabelle ist beigefügt:
bewirken:Vergleichen Sie das Abtastsignal des Sendeleistungsstroms mit dem Leistungspegelsignal, um ein geeignetes Spannungssignal zur Steuerung der Verstärkung des Leistungsverstärkers zu erhalten.
Prinzip:Wenn der Leistungsstrom während der Übertragung durch den Sendetransformator fließt, wird der in seiner Sekundärwicklung induzierte Strom erfasst (Hochfrequenzgleichrichtung) und an die Leistungssteuerung gesendet; gleichzeitig wird auch das während der Programmierung voreingestellte Leistungspegelsignal an die Leistungssteuerung gesendet; die beiden Signale werden intern verglichen, um ein Spannungssignal zur Steuerung der Verstärkung des Leistungsverstärkers zu erzeugen, sodass der Betriebsstrom des Leistungsverstärkers moderat ist, was nicht nur Energie spart, sondern auch die Lebensdauer des Leistungsverstärkers verlängert (je höher die Leistungssteuerspannung, desto größer die Leistung des Leistungsverstärkers).
3. Signalübertragungsprozess
Beim Senden werden die vom Logikschaltkreis verarbeiteten Sendebasisbandinformationen (TXI-P; TXI-N; TXQ-P; TXQ-N) an den Sendemodulator innerhalb der Zwischenfrequenz gesendet und mit dem lokalen Oszillatorsignal auf die Sendezwischenfrequenz moduliert.Kann die Basisstation das Zwischenfrequenzsignal nicht empfangen, muss der TX-VCO verwendet werden, um die Frequenz des gesendeten Zwischenfrequenzsignals auf 890 MHz-915 MHz (GSM) zu erhöhen, damit die Basisstation es empfangen kann.Wenn der TX-VCO arbeitet, verläuft das aus 890 MHz-915 MHz (GSM) erzeugte Frequenzsignal auf zwei Arten:
a) Ein Abtastkanal wird an die interne ZF zurückgesendet, mit dem lokalen Oszillatorsignal gemischt, um ein Sendefrequenz-Diskriminierungssignal zu erzeugen, das der Sendezwischenfrequenz entspricht, und wird dem Phasendetektor zum Vergleich mit der Sendezwischenfrequenz zugeführt; stimmt die Oszillationsfrequenz des TX-VCO nicht mit dem Arbeitskanal des Mobiltelefons überein, erzeugt der Phasendetektor eine Sprungspannung von 1-4 V, um die Kapazität der Varaktordiode im TX-VCO zu steuern und die Frequenz anzupassen.
b) Der bidirektionale Eingangsleistungsverstärker wird verstärkt und von der Antenne zur Abstrahlung in elektromagnetische Wellen umgewandelt.Um die Verstärkung des Leistungsverstärkers zu steuern, wird beim Durchfließen des Übertragungsstroms durch den Transformator der in dessen Sekundärwicklung induzierte Strom erfasst (Hochfrequenzgleichrichtung) und an die Leistungssteuerung gesendet. Gleichzeitig wird das während der Programmierung voreingestellte Leistungssignal ebenfalls an die Leistungssteuerung gesendet. Die beiden Signale werden intern verglichen, um ein Spannungssignal zur Steuerung der Verstärkung des Leistungsverstärkers zu erzeugen. Dadurch wird der Betriebsstrom des Leistungsverstärkers moderat gehalten, was nicht nur Energie spart, sondern auch die Lebensdauer des Leistungsverstärkers verlängert.
Aktueller Stand der heimischen RF-Chip-Industriekette
Im Bereich der Hochfrequenzchips wird der Markt hauptsächlich von ausländischen Konzernen dominiert. Auf dem heimischen Markt für Hochfrequenzchips kann kein Unternehmen das IDM-Betriebsmodell eigenständig umsetzen; hauptsächlich sind es Fabless-Designunternehmen. Heimische Unternehmen haben durch Kooperationen in den Bereichen Design, Foundry und Packaging ein „weiches IDM“-Betriebsmodell etabliert.
Im Hinblick auf die Gehäusekonstruktion von HF-Chips führt die höhere Frequenz von 5G-HF-Chips einerseits dazu, dass die Verbindungsleitungen im Schaltkreis einen größeren Einfluss auf die Schaltkreisleistung haben. Daher muss die Länge der Signalanschlussleitungen beim Gehäusebau reduziert werden. Andererseits müssen Leistungsverstärker, rauscharmer Verstärker, Schalter und Filter in einem Modul integriert werden. Dies reduziert einerseits die Größe und vereinfacht andererseits die Verwendung für nachgelagerte Endgerätehersteller.Um die parasitären Effekte der HF-Parameter zu reduzieren, müssen Flip-Chip-, Fan-In- und Fan-Out-Gehäusetechnologien eingesetzt werden.
Bei der Flip-Chip-Gehäusetechnik mit Fan-In- und Fan-Out-Verfahren entfällt die Notwendigkeit von Signalverbindungen über Golddrahtbondverbindungen. Dies reduziert die durch Golddrahtbondverbindungen verursachten parasitären elektrischen Effekte und verbessert die HF-Leistung des Chips. Im 5G-Zeitalter wird die Kombination von leistungsstarken Flip-Chip-/Fan-In-/Fan-Out-Gehäusen mit SIP-Technologie den zukünftigen Verpackungstrend prägen.
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