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¡Para chips de radiofrecuencia, este artículo es suficiente!
2021-12-28
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Un teléfono móvil que puede soportar llamadas, mensajes de texto, servicios de red y aplicaciones móviles generalmente consta de cinco partes:RF, banda base, gestión de energía, periféricos, software.
RF:Generalmente, la parte donde se envía y se recibe la información;
Banda base:Generalmente se trata de la parte de procesamiento de la información;
Administración de energía:Generalmente, se trata de la parte de ahorro de energía. Dado que los teléfonos móviles son dispositivos con energía limitada, la gestión de la energía es muy importante;Periféricos:Generalmente incluye pantalla LCD, teclado, carcasa, etc.software:Generalmente incluye sistemas, controladores, middleware y aplicaciones.
En los terminales de telefonía móvil, los componentes más importantes son los chips de radiofrecuencia y los chips de banda base.El chip de radiofrecuencia se encarga de la transmisión de radiofrecuencia, la síntesis de frecuencia y la amplificación de potencia; el chip de banda base se encarga del procesamiento de la señal y del procesamiento del protocolo.¿Cuál es, entonces, la relación entre los chips de RF y los chips de banda base?
La relación entre los chips de RF y los chips de banda base.
Radio frequency (Radio Frenquency) and baseband (Base Band) are both literal translations from English.Entre ellas, la primera aplicación de la radiofrecuencia es la radiodifusión inalámbrica (FM/AM). Hasta la fecha, esta sigue siendo la aplicación más clásica de la tecnología de radiofrecuencia e incluso del campo de la radio.
La banda base es la señal cuyo punto central se sitúa en 0 Hz, por lo que la banda base es la señal más básica.Algunas personas también denominan a la banda base "señal no modulada". Este concepto solía ser correcto. Por ejemplo, la AM es una señal modulada (no requiere modulación y el contenido puede leerse a través del componente generador de sonido después de la recepción).
Pero en el ámbito de las comunicaciones modernas, las señales de banda base suelen referirse a señales moduladas digitalmente con el punto central del espectro en 0 Hz.Y no existe un concepto claro sobre si la banda base debe ser analógica o digital. Todo depende del mecanismo de implementación específico.
En un plano más concreto, el chip de banda base puede considerarse que incluye el módem, pero no se limita a este, sino que también incluye el códec de canal, el códec de fuente y cierto procesamiento de señalización.El chip de radiofrecuencia puede considerarse como el sistema más sencillo de conversión ascendente y descendente de la señal de modulación de banda base.
La modulación consiste en modular la señal que se va a transmitir a la portadora según ciertas reglas y, a continuación, enviarla a través del transceptor inalámbrico (transceptor de radiofrecuencia). La demodulación es el proceso inverso.
Principio de funcionamiento y análisis del circuito
La radiofrecuencia, o RF, se refiere a la corriente de radiofrecuencia, que es una onda electromagnética alterna de alta frecuencia. Es la abreviatura de radiofrecuencia, que representa las frecuencias electromagnéticas que pueden irradiarse al espacio. El rango de frecuencia se encuentra entre 300 kHz y 300 GHz.La corriente alterna que cambia menos de 1,000 veces por segundo se denomina corriente de baja frecuencia, y la corriente alterna que cambia más de 10,000 veces se denomina corriente de alta frecuencia; la radiofrecuencia es un ejemplo de corriente de alta frecuencia.Alta frecuencia (mayor de 10K); la radiofrecuencia (300K-300G) es la banda de frecuencia más alta de alta frecuencia; la banda de frecuencia de microondas (300M-300G) es la banda de frecuencia más alta de radiofrecuencia.La tecnología de radiofrecuencia se utiliza ampliamente en el campo de las comunicaciones inalámbricas, y los sistemas de televisión por cable utilizan la transmisión por radiofrecuencia.
Un chip de radiofrecuencia es un componente electrónico que convierte la señal de radio en una forma de onda específica y la transmite mediante resonancia de antena. Incluye un amplificador de potencia, un amplificador de bajo ruido y un conmutador de antena.La arquitectura del chip de radiofrecuencia consta de dos partes: el canal de recepción y el canal de transmisión.
Diagrama de bloques del circuito de RF
La estructura y el principio de funcionamiento del circuito receptor.
Al recibir la señal, la antena convierte la onda electromagnética enviada por la estación base en una señal de corriente alterna débil, que se filtra, se amplifica a alta frecuencia y se envía a la frecuencia intermedia para su demodulación, obteniendo así la información de banda base recibida (RXI-P, RXI-N, RXQ-P, RXQ-N); esta información se envía al circuito lógico de audio para su posterior procesamiento.
Este circuito domina los puntos clave:
1. Estructura del circuito receptor;
2. Las funciones y características de cada componente;
3. Proceso de recepción de la señal.
Estructura del circuito
El circuito receptor está compuesto por una antena, un conmutador de antena, un filtro, un tubo de alta amplitud (amplificador de bajo ruido), un bloque integrado de frecuencia intermedia (demodulador receptor) y otros circuitos.Los primeros teléfonos móviles contaban con circuitos de mezcla primarios y secundarios, cuya finalidad era reducir la frecuencia de recepción y luego demodularla (como se muestra en la figura siguiente).
Diagrama de bloques del circuito receptor
2. Funciones y características de cada componente
1). Antena de teléfono móvil:estructura:(foto abajo)Las antenas de los teléfonos móviles se dividen en dos tipos: antenas externas e internas; están compuestas por una base de antena, un solenoide y una cubierta de plástico.
a) Al recibir, las ondas electromagnéticas enviadas por la estación base se convierten en señales débiles de corriente alterna.
b) Al transmitir, la corriente alterna amplificada por el amplificador de potencia se convierte en una señal de onda electromagnética.
2), Interruptor de antena:
estructura:(foto abajo)El conmutador de antena del teléfono móvil (combinador, filtro dúplex) consta de cuatro interruptores electrónicos.
Conmutación completa de recepción y transmisión;
Conmutación completa de recepción de señal de 900M/1800M.
El circuito lógico envía señales de control (GSM-RX-EN; DCS-RX-EN; GSM-TX-EN; DCS-TX-EN) respectivamente según el estado de funcionamiento del teléfono móvil, de modo que se activen los canales correspondientes, para que las señales de recepción y transmisión sigan su propio camino sin interferir entre sí.
Porque el teléfono móvil no puede funcionar en la misma franja horaria cuando recibe y transmite al mismo tiempo (es decir, no transmite cuando recibe y no recibe cuando transmite).Por lo tanto, los nuevos teléfonos móviles posteriores eliminaron los dos interruptores en la ruta de recepción, dejando solo dos interruptores de transmisión; la tarea de conmutación de recepción la realizaba el tubo de alta amplificación.
3), filtro:
estructura:Los teléfonos móviles cuentan con filtros de alta frecuencia y filtros de frecuencia media.efecto:Filtra otras señales inútiles y obtén señales recibidas puras.Los nuevos teléfonos móviles posteriores son todos teléfonos móviles sin filtro IF; por lo tanto, no hay ningún filtro IF en el teléfono móvil.
4), tubo amplificador de alta frecuencia (tubo amplificador de alta frecuencia, amplificador de bajo ruido):
estructura:
Los teléfonos móviles cuentan con dos tubos de alta amplificación:Tubo de descarga de alta presión de 900 m, tubo de descarga de alta presión de 1800 m.Todos ellos son circuitos amplificadores de triodo de emisor común; los nuevos teléfonos móviles posteriores integraron tubos de alta amplificación dentro de la frecuencia intermedia.
Diagrama de la fuente de alimentación del tubo amplificador de alta frecuencia
Amplificar la débil corriente inducida por la antena para cumplir con los requisitos de amplitud de señal del circuito subsiguiente.
Conmutación completa de la señal de recepción de 900M/1800M.
principio:
energizado por:Las tensiones de polarización de base de los dos tubos de alta amplificación de 900M/1800M comparten un canal, proporcionado por el canal simultáneo de FI; y la tensión de polarización de los colectores de ambos tubos es enviada por la CPU de FI en dos canales según el estado de recepción del teléfono móvil. Su propósito es completar la conmutación de las señales de recepción de 900M/1800M.
Tras filtrar otras interferencias, la señal pura recibida de 935M-960M se acopla mediante un condensador y se envía al tubo amplificador de alta frecuencia correspondiente para su amplificación, y luego se envía a la frecuencia intermedia a través del acoplamiento del condensador para su posterior procesamiento.
5), IF (interfaz de RF, procesador de señal de RF):
estructura:Está compuesto por un demodulador de recepción, un modulador de transmisión, un detector de fase de transmisión y otros circuitos; el nuevo teléfono móvil también integra en su interior un tubo de alta amplificación, síntesis de frecuencia, oscilación de 26 MHz y circuito de división de frecuencia (como se muestra a continuación).
a) El tubo amplificador interno de alta potencia amplifica la corriente débil inducida por la antena;
b) Al recibir, demodular la señal de frecuencia portadora recibida (con información de contraparte) de 935M-960M (GSM) y la señal del oscilador local (sin información) para obtener la información de banda base recibida de 67.707 kHz;
c) Al transmitir, modular la información de transmisión procesada por el circuito lógico y la señal del oscilador local en una frecuencia intermedia de transmisión;
d) combinar un cristal de 13M/26M para generar un reloj de 13M (circuito de reloj de referencia);e) A partir de la señal de referencia enviada por la CPU, se genera una señal de oscilador local que se ajusta al canal de funcionamiento del teléfono móvil.
3. Proceso de recepción de señales
Cuando el teléfono móvil recibe señal, la antena convierte la onda electromagnética enviada por la estación base en una señal de corriente alterna débil. Esta señal pasa a través del conmutador de antena y se envía a un filtro de alta frecuencia para eliminar interferencias y obtener una señal recibida pura de 935M-960M (GSM). Un condensador la acopla a la frecuencia intermedia. Tras la amplificación mediante el tubo amplificador correspondiente, se envía al demodulador para demodular la señal del oscilador local (sin información) y obtener la información de banda base de recepción de 67.707 kHz (RXI-P, RXI-N, RXQ-P, RXQ-N). Esta información se envía al circuito lógico de audio para su posterior procesamiento.
La estructura y el principio de funcionamiento del circuito transmisor.
Durante la transmisión, la información de banda base de transmisión procesada por el circuito lógico se modula en una frecuencia intermedia de transmisión, y el TX-VCO se utiliza para cambiar la frecuencia de la señal de frecuencia intermedia de transmisión a una señal de frecuencia de 890M-915M (GSM).Tras ser amplificada por el amplificador de potencia, se convierte en ondas electromagnéticas y es irradiada por la antena.
Este circuito domina los puntos clave:
(1), estructura del circuito;
(2) Las funciones y funciones de cada componente;
(3). Proceso de transmisión de señales.
Estructura del circuito
El circuito de transmisión está compuesto por el modulador de transmisión, el detector de fase de transmisión, el oscilador controlado por voltaje de transmisión (TX-VCO), el amplificador de potencia, el controlador de potencia, el transformador de transmisión y otros circuitos dentro de la frecuencia intermedia.(foto abajo)
Diagrama de bloques del circuito transmisor
1). Modulador de transmisión:estructura:El modulador de transmisión se encuentra dentro del FI, que es equivalente al MOD en la red de banda ancha.efecto:Durante la transmisión, la información de banda base de transmisión (TXI-P; TXI-N; TXQ-P; TXQ-N) procesada por el circuito lógico y la señal del oscilador local se modulan en una frecuencia intermedia de transmisión.
2). Oscilador controlado por voltaje de transmisión (TX-VCO):estructura:El oscilador controlado por voltaje de transmisión es un circuito oscilador capacitivo de tres puntos cuya frecuencia de salida se controla mediante voltaje; está integrado en una pequeña placa de circuito impreso durante la producción y se conecta a cinco pines:Pin de alimentación, pin de tierra, pin de salida, pin de control, pin de conmutación de banda de frecuencia de 900M/1800M.Cuando se le aplica una tensión de funcionamiento adecuada, oscilará y generará una señal de frecuencia correspondiente.
efecto:Convierte la señal de FI transmitida, modulada por el modulador de FI, en la señal de frecuencia de 890M-915M (GSM) que la estación base puede recibir.
principio:Como todos sabemos, la estación base solo puede recibir señales de frecuencia de 890 MHz a 915 MHz (GSM), pero no puede recibir la señal de FI modulada por el modulador de FI (como la que transmite Samsung con una señal de FI de 135 MHz). Por lo tanto, se utiliza un TX-VCO para cambiar la frecuencia de la señal de FI transmitida a una frecuencia de 890 MHz a 915 MHz (GSM).
Al transmitir, la sección de alimentación envía un voltaje de 3VTX para que funcione el TX-VCO, generando una señal de frecuencia de 890M-915M (GSM) de dos maneras:
a) La muestra se envía de vuelta a la FI interna, se mezcla con la señal del oscilador local para producir una señal de discriminación de frecuencia de transmisión igual a la frecuencia intermedia de transmisión, y se envía al detector de fase para compararla con la frecuencia intermedia de transmisión; si la frecuencia de oscilación del TX-VCO no coincide con el canal de trabajo del teléfono móvil, el detector de fase generará un voltaje de salto de 1-4 V (voltaje CC con información de transmisión CA) para controlar la capacitancia del diodo varactor dentro del TX-VCO para lograr el propósito de ajustar la precisión de la frecuencia.
b) Después de ser amplificada por el amplificador de potencia, se convierte en ondas electromagnéticas y se irradia a través de la antena.
Como se puede observar en lo anterior:La frecuencia generada por el TX-VCO se muestrea y se envía de vuelta a la FI, y luego se genera el voltaje para controlar el funcionamiento del TX-VCO. Esto forma un bucle cerrado que controla la fase de la frecuencia, por lo que este circuito también se denomina bucle de enganche de fase de transmisión.
3), amplificador de potencia (amplificador de potencia):
estructura:Actualmente, el amplificador de potencia de los teléfonos móviles es un amplificador de potencia de doble banda (amplificador de potencia de 900M y amplificador de potencia de 1800M integrados en uno), que se divide en dos tipos: amplificador de potencia de vinilo y amplificador de potencia de carcasa de hierro; los diferentes modelos de amplificadores de potencia no son intercambiables.
efecto:Amplifica la señal de frecuencia oscilante generada por el TX-VCO para obtener una corriente de potencia suficiente, que la antena convierte en ondas electromagnéticas y las irradia.
Cabe destacar:El amplificador de potencia amplifica la amplitud de la señal de frecuencia transmitida, no su frecuencia.
Condiciones de funcionamiento del amplificador de potencia:
a), tensión de trabajo (VCC):El amplificador del teléfono móvil se alimenta directamente de la batería (3.6 V);
b), terminal de tierra (GND):provocando que la corriente forme un bucle;
c) señal de conversión de potencia de doble frecuencia (BANDSEL):Controla el amplificador de potencia para que funcione a 900M o 1800M;
d) señal de control de potencia (PAC):Controla la cantidad de amplificación (corriente de funcionamiento) del amplificador de potencia;
e) señal de entrada (IN); señal de salida (OUT).
4). Transformador transmisor:estructura:Dos bobinas con el mismo diámetro de alambre y el mismo número de espiras se colocan muy cerca una de la otra y se componen utilizando el principio de inductancia mutua.efecto:Envía la muestra de corriente de transmisión del amplificador de potencia al control de potencia.principio:Cuando la corriente de alimentación del amplificador de potencia del transmisor pasa a través del transformador del transmisor durante la transmisión, se induce una corriente del mismo tamaño que la corriente de alimentación en su lado secundario, la cual es detectada (rectificada a alta frecuencia) y enviada al control de potencia.
5), señal de nivel de potencia:El llamado nivel de potencia significa que los ingenieros dividen la señal recibida en ocho niveles al programar el teléfono móvil. Cada nivel de recepción corresponde a un nivel de potencia de transmisión (como se muestra en la tabla a continuación). Cuando el teléfono móvil está en funcionamiento, la CPU determina la distancia entre el teléfono y la estación base según la intensidad de la señal recibida y envía una señal de nivel de transmisión adecuada para determinar la amplificación del amplificador de potencia (es decir, cuando la recepción es fuerte, la transmisión es débil).
Se adjunta la tabla de niveles de potencia:
efecto:Compare la señal de muestreo de corriente de potencia de transmisión con la señal de nivel de potencia para obtener una señal de voltaje adecuada que permita controlar la cantidad de amplificación del amplificador de potencia.
principio:Cuando la corriente eléctrica pasa a través del transformador transmisor durante la transmisión, se detecta la corriente inducida en su secundario (rectificación de alta frecuencia) y se envía al control de potencia; al mismo tiempo, la señal de nivel de potencia preestablecida durante la programación también se envía al control de potencia; las dos señales se comparan internamente para generar una señal de voltaje que controla la cantidad de amplificación del amplificador de potencia, de modo que la corriente de trabajo del amplificador de potencia sea moderada, lo que no solo ahorra energía sino que también prolonga la vida útil del amplificador de potencia (cuanto mayor sea el voltaje de control de potencia, mayor será la potencia del amplificador de potencia).
3. Proceso de transmisión de señales
Durante la transmisión, la información de banda base de transmisión (TXI-P; TXI-N; TXQ-P; TXQ-N) procesada por el circuito lógico se envía al modulador de transmisión dentro de la frecuencia intermedia y se modula con la señal del oscilador local en la frecuencia intermedia de transmisión.Si la estación base no puede recibir la señal de frecuencia intermedia, se debe utilizar el TX-VCO para aumentar la frecuencia de la señal de frecuencia intermedia transmitida a 890M-915M (GSM) para que la estación base pueda recibirla.Cuando el TX-VCO está funcionando, la señal de frecuencia generada de 890M-915M (GSM) va en dos direcciones:
a) Un canal de muestreo se envía de vuelta a la FI interna, se mezcla con la señal del oscilador local para producir una señal de discriminación de frecuencia de transmisión igual a la frecuencia intermedia de transmisión, y se envía al detector de fase para compararla con la frecuencia intermedia de transmisión; si la frecuencia de oscilación del TX-VCO no coincide con el canal de trabajo del teléfono móvil, el detector de fase generará un voltaje de salto de 1-4 V para controlar la capacitancia del diodo varactor dentro del TX-VCO para ajustar la frecuencia.
b). El amplificador de potencia de entrada bidireccional es amplificado y convertido en ondas electromagnéticas por la antena para su radiación.Para controlar la amplificación del amplificador de potencia, cuando la corriente de alimentación pasa a través del transformador transmisor durante la transmisión, se detecta la corriente inducida en su secundario (rectificación de alta frecuencia) y se envía al control de potencia; al mismo tiempo, la señal de nivel de potencia preestablecida durante la programación también se envía al control de potencia; las dos señales se comparan internamente para generar una señal de voltaje que controla la amplificación del amplificador de potencia, de modo que la corriente de funcionamiento del amplificador sea moderada, lo que no solo ahorra energía sino que también prolonga la vida útil del amplificador.
Estado actual de la cadena de valor de la industria nacional de chips de radiofrecuencia
En el sector de los chips de radiofrecuencia, el mercado está monopolizado principalmente por gigantes extranjeros. En cuanto a los chips de radiofrecuencia nacionales, ninguna empresa puede mantener de forma independiente el modelo operativo IDM, salvo las empresas de diseño sin fábrica propia (Fabless); las empresas nacionales han desarrollado un modelo operativo "IDM flexible" mediante la colaboración en diseño, fundición y empaquetado.
En lo que respecta al encapsulado de chips de RF, por un lado, el aumento de la frecuencia de los chips de RF 5G provoca que los cables de conexión del circuito tengan un mayor impacto en su rendimiento. Al encapsular, es necesario reducir la longitud de los cables de conexión de señal; por otro lado, el amplificador de potencia, el amplificador de bajo ruido, el conmutador y el filtro deben encapsularse en un módulo. Esto reduce el tamaño y, además, facilita su uso por parte de los fabricantes de terminales posteriores.Para reducir los efectos parásitos de los parámetros de RF, es necesario utilizar las tecnologías de encapsulado Flip-Chip, Fan-In y Fan-Out.
Cuando el encapsulado Flip-Chip se combina con procesos Fan-In y Fan-Out, no se requieren conexiones de señal mediante hilos de oro, lo que reduce los efectos eléctricos parásitos causados por estos hilos y mejora el rendimiento de radiofrecuencia del chip. En la era 5G, la combinación de Flip-Chip/Fan-In/Fan-Out de alto rendimiento con la tecnología de encapsulado Sip será la tendencia del futuro.
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