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Pour les puces à radiofréquence, cet article suffit !
2021-12-28
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Un téléphone mobile capable de prendre en charge les appels, les SMS, les services réseau et les applications (APP) comprend généralement cinq parties :RF, bande de base, gestion de l'alimentation, périphériques, logiciels.
RF:Généralement, la partie où les informations sont envoyées et reçues ;
Bande de base :Généralement, il s'agit de la partie traitement de l'information ;
Gestion de l'alimentation:Généralement, il s'agit de la partie relative aux économies d'énergie. Étant donné que les téléphones portables sont des appareils à énergie limitée, la gestion de l'énergie est très importante ;Périphériques:Comprend généralement un écran LCD, un clavier, un boîtier, etc.logiciel:Cela inclut généralement les systèmes, les pilotes, les intergiciels et les applications.
Dans les terminaux de téléphonie mobile, les composants les plus importants sont les puces radiofréquence et les puces de bande de base.La puce radiofréquence assure l'émission-réception radiofréquence, la synthèse de fréquence et l'amplification de puissance ; la puce bande de base assure le traitement du signal et le traitement du protocole.Quel est donc le lien entre les puces RF et les puces de bande de base ?
La relation entre les puces RF et les puces de bande de base
Radio frequency (Radio Frenquency) and baseband (Base Band) are both literal translations from English.Parmi elles, la plus ancienne application des radiofréquences est la radiodiffusion (FM/AM). À ce jour, elle reste l'application la plus classique de la technologie des radiofréquences, voire du domaine de la radio.
Le signal en bande de base est celui dont le centre de bande est à 0 Hz ; il s'agit donc du signal le plus élémentaire.Certains appellent également la bande de base « signal non modulé ». Cette appellation était autrefois correcte. Par exemple, la modulation d'amplitude (AM) est un signal modulé (aucune modulation n'est nécessaire et le contenu peut être lu par le composant générateur de son après réception).
Mais dans le domaine des communications modernes, les signaux en bande de base désignent généralement des signaux modulés numériquement dont le point central du spectre est à 0 Hz.Il n'existe pas de définition claire selon laquelle la bande de base doit être analogique ou numérique. Tout dépend du mécanisme d'implémentation spécifique.
Plus près de nous, la puce de bande de base peut être considérée comme incluant le modem, mais elle ne se limite pas à cela ; elle inclut également le codec de canal, le codec source et une partie du traitement du signal.La puce radiofréquence peut être considérée comme la conversion ascendante et descendante la plus simple du signal de modulation en bande de base.
La modulation est le processus qui consiste à moduler le signal à transmettre sur la porteuse selon certaines règles, puis à l'envoyer via l'émetteur-récepteur sans fil (émetteur-récepteur RF). La démodulation est le processus inverse.
Principe de fonctionnement et analyse des circuits
La radiofréquence, ou RF, désigne le courant radiofréquence, une onde électromagnétique alternative de haute fréquence. C'est l'abréviation de Radio Frequency, qui représente les fréquences électromagnétiques pouvant être émises dans l'espace. La gamme de fréquences se situe entre 300 kHz et 300 GHz.Le courant alternatif qui change moins de 1 000 fois par seconde est appelé courant basse fréquence, et le courant alternatif qui change plus de 10 000 fois est appelé courant haute fréquence ; la radiofréquence est un exemple de courant haute fréquence.Haute fréquence (supérieure à 10 kHz) ; la radiofréquence (300 kHz - 300 GHz) est la bande de fréquence supérieure de la haute fréquence ; la bande de fréquence micro-ondes (300 MHz - 300 GHz) est la bande de fréquence supérieure de la radiofréquence.La technologie des radiofréquences est largement utilisée dans le domaine des communications sans fil, et les systèmes de télévision par câble utilisent la transmission par radiofréquences.
Une puce radiofréquence est un composant électronique qui convertit un signal de communication radio en une forme d'onde spécifique et la transmet par résonance d'antenne. Elle comprend un amplificateur de puissance, un amplificateur à faible bruit et un commutateur d'antenne.L'architecture de la puce radiofréquence comprend deux parties : le canal de réception et le canal d'émission.
Schéma fonctionnel du circuit RF
Structure et principe de fonctionnement du circuit de réception
Lors de la réception, l'antenne convertit l'onde électromagnétique émise par la station de base en un faible signal de courant alternatif, qui est filtré, amplifié à haute fréquence et envoyé à la fréquence intermédiaire pour démodulation afin d'obtenir les informations de bande de base reçues (RXI-P, RXI-N, RXQ-P, RXQ-N) ; celles-ci sont envoyées au circuit audio logique pour un traitement ultérieur.
Ce circuit maîtrise les points clés :
1. Structure du circuit récepteur ;
2. Les fonctions et les caractéristiques de chaque composant ;
3. Traitement du signal de réception.
structure du circuit
Le circuit de réception est composé d'une antenne, d'un commutateur d'antenne, d'un filtre, d'un tube à forte amplification (amplificateur à faible bruit), d'un bloc intégré de fréquence intermédiaire (démodulateur de réception) et d'autres circuits.Les premiers téléphones portables étaient équipés de circuits de mélange primaires et secondaires, dont le but était de réduire la fréquence de réception puis de la démoduler (comme illustré dans la figure ci-dessous).
Schéma fonctionnel du circuit récepteur
2. Fonctions et caractéristiques de chaque composant
1) Antenne de téléphone portable :structure:(Photo ci-dessous)Les antennes de téléphones portables se divisent en deux types : les antennes externes et les antennes internes ; elles sont composées d’une base d’antenne, d’un solénoïde et d’une enveloppe en plastique.
a) Lors de la réception, les ondes électromagnétiques émises par la station de base sont converties en faibles signaux de courant alternatif.
b) Lors de la transmission, le courant alternatif amplifié par l'amplificateur de puissance est converti en un signal d'onde électromagnétique.
2) Commutateur d'antenne :
structure:(Photo ci-dessous)Le commutateur d'antenne de téléphone mobile (combinateur, filtre duplex) est composé de quatre commutateurs électroniques.
Commutation complète de réception et de transmission ;
Commutation complète de la réception des signaux 900M/1800M.
Le circuit logique envoie des signaux de contrôle (GSM-RX-EN ; DCS-RX-EN ; GSM-TX-EN ; DCS-TX-EN) respectivement en fonction de l'état de fonctionnement du téléphone mobile, afin que les canaux respectifs soient activés, de sorte que les signaux de réception et de transmission suivent leur propre chemin sans interférer l'un avec l'autre.
Parce que le téléphone portable ne peut pas fonctionner dans le même intervalle de temps lorsqu'il reçoit et transmet en même temps (c'est-à-dire qu'il ne transmet pas lorsqu'il reçoit et ne reçoit pas lorsqu'il transmet).Par conséquent, les nouveaux téléphones portables ultérieurs ont supprimé les deux commutateurs du circuit de réception, ne laissant que deux commutateurs d'émission ; la tâche de commutation de réception était assurée par le tube amplificateur.
3), filtre :
structure:Les téléphones portables comportent des filtres haute fréquence et des filtres moyenne fréquence.effet:Filtrer les autres signaux inutiles et obtenir les signaux reçus purs.Les nouveaux téléphones portables sont tous des téléphones portables sans filtre IF ; par conséquent, il n'y a pas de filtre IF dans le téléphone portable.
4) tube amplificateur haute fréquence (amplificateur à faible bruit) :
structure:
Les téléphones portables contiennent deux tubes à forte amplification :Tube de refoulement de 900 m de haut, tube de refoulement de 1800 m de haut.Ce sont tous des circuits amplificateurs à triode à émetteur commun ; les nouveaux téléphones portables plus récents intégraient des tubes amplificateurs puissants à l’intérieur de la fréquence intermédiaire.
Schéma d'alimentation du tube amplificateur haute fréquence
Amplifiez le faible courant induit par l'antenne pour répondre aux exigences d'amplitude du signal du circuit suivant.
Commutation complète du signal de réception 900M/1800M.
principe:
Alimenté par:Les tensions de polarisation de base des deux tubes amplificateurs 900 MHz/1800 MHz partagent un même canal, fourni par le canal FI simultané. La tension de polarisation des collecteurs des deux tubes est distribuée par le processeur FI sur deux canaux distincts, en fonction de l'état de réception du téléphone mobile. Ce système permet la commutation des signaux de réception 900 MHz/1800 MHz.
Après avoir éliminé les autres parasites grâce au filtre, le signal pur reçu à 935M-960M est couplé par un condensateur et envoyé au tube amplificateur correspondant pour amplification, puis envoyé à la fréquence intermédiaire via le couplage par condensateur pour le traitement ultérieur.
5), FI (interface RF, processeur de signal RF) :
structure:Il est composé d'un démodulateur de réception, d'un modulateur d'émission, d'un détecteur de phase d'émission et d'autres circuits ; le nouveau téléphone portable intègre également un tube amplificateur de haute puissance, une synthèse de fréquence, une oscillation 26 MHz et un circuit de division de fréquence (comme indiqué ci-dessous).
a) Le tube amplificateur interne amplifie le faible courant induit par l'antenne ;
b) Lors de la réception, démoduler le signal de fréquence porteuse reçu (avec les informations correspondantes) de 935M-960M (GSM) et le signal de l'oscillateur local (sans information) pour obtenir les informations de bande de base reçues de 67.707 kHz ;
c) Lors de la transmission, modulez les informations transmises traitées par le circuit logique et le signal de l'oscillateur local en une fréquence intermédiaire de transmission ;
d), combiner le cristal 13M/26M pour générer l'horloge 13M (circuit d'horloge de référence) ;e) Sur la base du signal de référence envoyé par le processeur, un signal d'oscillateur local conforme au canal de travail du téléphone mobile est généré.
3. Processus de réception du signal
Lors de la réception, l'antenne convertit l'onde électromagnétique émise par la station de base en un faible signal de courant alternatif. Ce signal traverse le circuit de réception du commutateur d'antenne, puis est filtré par un filtre passe-haut afin d'éliminer les parasites et d'obtenir un signal GSM pur (935-960 MHz). Ce signal est couplé à la fréquence intermédiaire par un condensateur. Après amplification par un tube amplificateur, il est envoyé au démodulateur pour démoduler le signal de l'oscillateur local (dépourvu d'information) et obtenir ainsi les informations de bande de base de réception à 67.707 kHz (RXI-P, RXI-N, RXQ-P, RXQ-N). Ces informations sont ensuite transmises au circuit audio logique pour un traitement ultérieur.
Structure et principe de fonctionnement du circuit émetteur
Lors de la transmission, les informations de bande de base de transmission traitées par le circuit logique sont modulées en une fréquence intermédiaire de transmission, et le TX-VCO est utilisé pour changer la fréquence du signal de fréquence intermédiaire de transmission en un signal de fréquence de 890M-915M (GSM).Après avoir été amplifiée par l'amplificateur de puissance, elle est convertie en ondes électromagnétiques et rayonnée par l'antenne.
Ce circuit maîtrise les points clés :
(1), structure du circuit ;
(2) Les fonctions et les fonctions de chaque composant ;
(3). Processus de transmission du signal.
structure du circuit
Le circuit d'émission est composé du modulateur d'émission, du détecteur de phase d'émission, de l'oscillateur commandé en tension d'émission (TX-VCO), de l'amplificateur de puissance, du contrôleur de puissance, du transformateur d'émission et d'autres circuits à l'intérieur de la fréquence intermédiaire.(Photo ci-dessous)
Schéma fonctionnel du circuit émetteur
1) Modulateur d'émission :structure:Le modulateur d'émission se trouve à l'intérieur de la FI, qui est équivalente au MOD dans le réseau à large bande.effet:Lors de la transmission, les informations de bande de base de transmission (TXI-P ; TXI-N ; TXQ-P ; TXQ-N) traitées par le circuit logique et le signal de l'oscillateur local sont modulées en une fréquence intermédiaire de transmission.
2) Oscillateur commandé en tension d'émission (TX-VCO) :structure:L'oscillateur commandé en tension (VCO) est un circuit oscillateur capacitif à trois points dont la fréquence de sortie est contrôlée par la tension ; il est intégré sur une petite carte de circuit imprimé lors de la production et possède cinq broches :Broche d'alimentation, broche de masse, broche de sortie, broche de commande, broche de commutation de bande de fréquence 900M/1800M.Lorsqu'une tension de fonctionnement appropriée est présente, il oscillera et générera un signal de fréquence correspondant.
effet:Convertir le signal FI transmis modulé par le modulateur FI en un signal de fréquence 890M-915M (GSM) que la station de base peut recevoir.
principe:Comme chacun sait, la station de base ne peut recevoir que les signaux de fréquence 890-915 MHz (GSM), mais elle ne peut pas recevoir le signal FI modulé par le modulateur FI (comme celui émis par Samsung à 135 MHz). C'est pourquoi un oscillateur commandé en tension (VCO) est utilisé pour convertir la fréquence du signal FI émis en un signal de fréquence 890-915 MHz (GSM).
Lors de la transmission, la section d'alimentation envoie une tension de 3 VTX pour faire fonctionner le TX-VCO, générant un signal de fréquence de 890M-915M (GSM) de deux manières :
a) L'échantillon est renvoyé à l'FI interne, mélangé avec le signal de l'oscillateur local pour produire un signal de discrimination de fréquence d'émission égal à la fréquence intermédiaire d'émission, et envoyé au détecteur de phase pour comparaison avec la fréquence intermédiaire d'émission ; si la fréquence d'oscillation du TX-VCO ne correspond pas au canal de fonctionnement du téléphone mobile, le détecteur de phase générera une tension de saut de 1 à 4 V (tension continue avec information d'émission alternative) pour contrôler la capacité de la diode varactor à l'intérieur du TX-VCO afin d'ajuster la précision de la fréquence.
b) Après avoir été amplifiée par l'amplificateur de puissance, elle est convertie en ondes électromagnétiques et rayonnée par l'antenne.
On peut le voir de ce qui précède :La fréquence générée par l'oscillateur commandé en tension d'émission (TX-VCO) est échantillonnée et renvoyée à la fréquence intermédiaire (FI), puis une tension est générée pour commander le fonctionnement du TX-VCO. Ce circuit forme une boucle fermée et contrôle la phase de la fréquence ; il est donc également appelé boucle à verrouillage de phase d'émission (PLL-TE).
3), amplificateur de puissance (amplificateur de puissance) :
structure:Actuellement, l'amplificateur de puissance des téléphones portables est un amplificateur de puissance bi-bande (amplificateur de puissance 900 MHz et amplificateur de puissance 1800 MHz intégrés en un seul), qui se divise en deux types : amplificateur de puissance à boîtier vinyle et amplificateur de puissance à boîtier en fer ; les différents modèles d'amplificateurs de puissance ne sont pas interchangeables.
effet:Amplifiez le signal de fréquence oscillé par le TX-VCO pour obtenir un courant de puissance suffisant, qui est converti en ondes électromagnétiques par l'antenne et rayonné.
À noter:L'amplificateur de puissance amplifie l'amplitude du signal de fréquence transmis, et non sa fréquence.
Conditions de fonctionnement de l'amplificateur de puissance :
a), tension de fonctionnement (VCC) :L'amplificateur de téléphone portable est alimenté directement par la batterie (3.6 V) ;
b), borne de terre (GND) :provoquant la formation d'une boucle de courant ;
c), signal de conversion de puissance à double fréquence (BANDSEL) :Configurez l'amplificateur de puissance pour qu'il fonctionne à 900 m ou à 1800 m ;
d), signal de commande de puissance (PAC) :Contrôler le niveau d'amplification (courant de fonctionnement) de l'amplificateur de puissance ;
e), signal d'entrée (IN) ; signal de sortie (OUT).
4) Transformateur de transmission :structure:Deux bobines de même diamètre de fil et de même nombre de spires sont placées l'une près de l'autre et sont composées selon le principe de l'inductance mutuelle.effet:Envoyer un échantillon du courant de puissance transmis par l'amplificateur de puissance à la commande de puissance.principe:Lorsque le courant d'alimentation de l'amplificateur de puissance traverse le transformateur de l'émetteur pendant la transmission, un courant de même amplitude que le courant d'alimentation est induit sur son côté secondaire, qui est détecté (redressé à haute fréquence) et envoyé à la commande de puissance.
5), signal de niveau de puissance :Le terme « niveau de puissance » désigne la division du signal reçu en huit niveaux lors de la programmation du téléphone mobile. Chaque niveau de réception correspond à un niveau de puissance d'émission (voir tableau ci-dessous). En fonctionnement, le processeur détermine la distance entre le téléphone et la station de base en fonction de la puissance du signal reçu et envoie un signal de niveau d'émission approprié afin de déterminer le niveau d'amplification du amplificateur de puissance (ainsi, une réception forte correspond à une émission faible).
Ci-joint le tableau des niveaux de puissance :
effet:Comparez le signal d'échantillonnage du courant de puissance d'émission avec le signal de niveau de puissance pour obtenir un signal de tension approprié permettant de contrôler le niveau d'amplification de l'amplificateur de puissance.
principe:Lors du passage du courant d'alimentation à travers le transformateur de transmission, le courant induit dans son secondaire est détecté (redressement haute fréquence) et envoyé au contrôle de puissance ; simultanément, le signal de niveau de puissance préréglé lors de la programmation est également envoyé au contrôle de puissance ; les deux signaux sont comparés en interne pour générer un signal de tension qui contrôle le niveau d'amplification de l'amplificateur de puissance, de sorte que le courant de fonctionnement de l'amplificateur de puissance soit modéré, ce qui permet non seulement d'économiser de l'énergie, mais aussi de prolonger la durée de vie de l'amplificateur de puissance (plus la tension de contrôle de puissance est élevée, plus la puissance de l'amplificateur de puissance est importante).
3. Processus de transmission du signal
Lors de la transmission, les informations de bande de base de transmission (TXI-P ; TXI-N ; TXQ-P ; TXQ-N) traitées par le circuit logique sont envoyées au modulateur de transmission à l'intérieur de la fréquence intermédiaire et modulées avec le signal de l'oscillateur local dans la fréquence intermédiaire de transmission.Si la station de base du signal de fréquence intermédiaire ne peut pas le recevoir, le TX-VCO doit être utilisé pour augmenter la fréquence du signal de fréquence intermédiaire transmis à 890M-915M (GSM) afin que la station de base puisse le recevoir.Lorsque le TX-VCO fonctionne, le signal de fréquence généré à partir de 890M-915M (GSM) circule de deux manières :
a) Un canal d'échantillonnage est renvoyé à la FI interne, mélangé avec le signal de l'oscillateur local pour produire un signal de discrimination de fréquence d'émission égal à la fréquence intermédiaire d'émission, et envoyé au détecteur de phase pour comparaison avec la fréquence intermédiaire d'émission ; si la fréquence d'oscillation du TX-VCO ne correspond pas au canal de fonctionnement du téléphone mobile, le détecteur de phase générera une tension de saut de 1 à 4 V pour contrôler la capacité de la diode varactor à l'intérieur du TX-VCO afin d'ajuster la fréquence.
b) L'amplificateur de puissance à entrée bidirectionnelle est amplifié et converti en ondes électromagnétiques par l'antenne pour rayonnement.Afin de contrôler le niveau d'amplification de l'amplificateur de puissance, lorsque le courant d'alimentation traverse le transformateur de transmission lors de la transmission, le courant induit dans son secondaire est détecté (redressement haute fréquence) et envoyé au contrôle de puissance ; simultanément, le signal de niveau de puissance préréglé lors de la programmation est également envoyé au contrôle de puissance ; les deux signaux sont comparés en interne pour générer un signal de tension qui contrôle le niveau d'amplification de l'amplificateur de puissance, de sorte que le courant de fonctionnement de l'amplificateur de puissance soit modéré, ce qui permet non seulement d'économiser de l'énergie, mais aussi de prolonger la durée de vie de l'amplificateur de puissance.
État actuel de la chaîne de valeur de l'industrie nationale des puces RF
Dans le domaine des puces radiofréquences, le marché est principalement monopolisé par des géants étrangers. En Chine, aucune entreprise ne maîtrise le modèle IDM (Integrated Design Manufacturing) à l'échelle nationale ; seules les sociétés de conception sans usine (Fabless) sont en mesure de le faire de manière indépendante. Les entreprises nationales ont développé un modèle IDM « souple » grâce à la collaboration dans la conception, la fonderie et le conditionnement.
En matière d'encapsulation de puces RF, d'une part, l'augmentation de la fréquence des puces 5G accroît l'impact des câbles de connexion sur les performances du circuit. Lors de l'encapsulation, il est donc nécessaire de réduire la longueur de ces câbles. D'autre part, l'amplificateur de puissance, l'amplificateur à faible bruit, le commutateur et le filtre doivent être intégrés dans un module. Ceci permet à la fois de réduire la taille du composant et de simplifier son utilisation par les fabricants de terminaux.Afin de réduire les parasites des paramètres RF, il est nécessaire d'utiliser les technologies d'encapsulation Flip-Chip, Fan-In et Fan-Out.
L'encapsulation Flip-Chip avec les procédés Fan-In et Fan-Out élimine le besoin de connexions de signal par fils d'or, réduisant ainsi les perturbations électriques induites par ces fils et améliorant les performances RF de la puce. À l'ère de la 5G, l'association des technologies Flip-Chip/Fan-In/Fan-Out hautes performances et Sip constituera la tendance future en matière d'encapsulation.
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