Home חדשות מגמות בתעשייה עבור שבבי תדר רדיו, מאמר זה מספיק!

עבור שבבי תדר רדיו, מאמר זה מספיק!

2021-12-28 640

טלפון נייד שיכול לתמוך בשיחות, הודעות טקסט, שירותי רשת ויישומי APP מכיל בדרך כלל חמישה חלקים:RF, פס בסיס, ניהול חשמל, ציוד היקפי, תוכנה.

RF youבדרך כלל החלק שבו מידע נשלח ומתקבל;

פס בסיס:בדרך כלל זהו חלק עיבוד המידע;

ניהול צריכת חשמל:באופן כללי, זהו החלק של חיסכון באנרגיה. מכיוון שטלפונים ניידים הם מכשירים עם אנרגיה מוגבלת, ניהול צריכת החשמל חשוב מאוד;ציוד היקפי:כולל בדרך כלל LCD, מקלדת, מארז וכו';תוכנה:כולל בדרך כלל מערכות, מנהלי התקנים, תוכנות ביניים ויישומים.

במסופי טלפונים ניידים, הליבות החשובות ביותר הן שבבי תדר רדיו ושבבי פס בסיס.שבב תדר הרדיו אחראי על משדר-מקלט תדר רדיו, סינתזת תדרים והגברת הספק; שבב פס הבסיס אחראי על עיבוד אותות ועיבוד פרוטוקולים.אז מה הקשר בין שבבי RF לשבבי פס בסיס?

הקשר בין שבבי RF לשבבי פס בסיס
Radio frequency (Radio Frenquency) and baseband (Base Band) are both literal translations from English.ביניהם, היישום המוקדם ביותר של תדר רדיו הוא רדיו - שידור אלחוטי (FM/AM). עד כה, זהו עדיין היישום הקלאסי ביותר של טכנולוגיית תדרי רדיו ואפילו בתחום הרדיו.

פס הבסיס הוא האות שמרכז הפס הוא 0 הרץ, ולכן פס הבסיס הוא האות הבסיסי ביותר.יש אנשים שקוראים לפס הבסיס גם "אות לא מאופנן". רעיון זה היה נכון בעבר. לדוגמה, AM הוא אות מאופנן (אין צורך באפנון, וניתן לקרוא את התוכן דרך הרכיב המפיק את הצליל לאחר הקליטה).

אבל בתחום התקשורת המודרנית, אותות פס בסיס מתייחסים בדרך כלל לאותות מאופננים דיגיטלית כאשר נקודת המרכז של הספקטרום היא 0 הרץ.ואין מושג ברור שפס הבסיס חייב להיות אנלוגי או דיגיטלי. הכל תלוי במנגנון היישום הספציפי.

קרוב יותר לבית, ניתן לראות את שבב פס הבסיס ככולל את המודם, אך הוא אינו מוגבל למודם, אלא כולל גם קודק ערוצים, קודק מקור וחלק מעיבוד האיתות.ניתן להתייחס לשבב תדר הרדיו כהמרה הפשוטה ביותר למעלה ולהמרה למטה של אות אפנון פס הבסיס.

מה שנקרא אפנון הוא תהליך של אפנון האות שיש להעביר אל הגל הנושא לפי כללים מסוימים ולאחר מכן שליחתו דרך משדר-מקלט אלחוטי (RF Transceiver). דמודולציה היא התהליך ההפוך.

עקרון עבודה וניתוח מעגלים
תדר רדיו, המכונה RF, מתייחס לזרם תדר רדיו, שהוא גל אלקטרומגנטי מתחלף בתדר גבוה. זהו קיצור של Radio Frequency, המייצג תדרים אלקטרומגנטיים שניתן להקרין לחלל. טווח התדרים נע בין 300 קילו-הרץ ל-300 גיגה-הרץ.זרם חילופין המשתנה פחות מ-1,000 פעמים בשנייה נקרא זרם בתדר נמוך, וזרם חילופין המשתנה יותר מ-10,000 פעמים נקרא זרם בתדר גבוה, ותדר רדיו הוא זרם בתדר גבוה כזה.תדר גבוה (גדול מ-10K); תדר רדיו (300K-300G) הוא תחום התדרים הגבוה יותר של תדר גבוה; תחום תדר המיקרוגל (300M-300G) הוא תחום התדרים הגבוה יותר של תדר רדיו.טכנולוגיית תדרי רדיו נמצאת בשימוש נרחב בתחום התקשורת האלחוטית, ומערכות טלוויזיה בכבלים משתמשות בשידור תדרי רדיו.

שבב תדר רדיו מתייחס לרכיב אלקטרוני הממיר אות רדיו לצורת גל מסוימת של אות רדיו ושולח אותו דרך תהודה של אנטנה. הוא כולל מגבר הספק, מגבר בעל רעש נמוך ומתג אנטנה.ארכיטקטורת שבב תדר הרדיו כוללת שני חלקים: ערוץ הקליטה וערוץ השידור.

דיאגרמת בלוקים של מעגל RF

המבנה ועקרון העבודה של מעגל הקליטה
בעת הקליטה, האנטנה ממירה את הגל האלקטרומגנטי הנשלח על ידי תחנת הבסיס לאות זרם חילופין חלש, אשר מסונן, מוגבר בתדר גבוה ונשלח לתדר הביניים לצורך דמודולציה כדי לקבל את מידע פס הבסיס המתקבל (RXI-P, RXI-N, RXQ-P, RXQ-N); הוא נשלח למעגל השמע הלוגי לעיבוד נוסף.

מעגל זה שולט בנקודות המרכזיות:
1. מבנה מעגל המקלט;
2. הפונקציות והתפקודים של כל רכיב;
3. תהליך קליטת אות.

מבנה המעגל
מעגל הקליטה מורכב מאנטנה, מתג אנטנה, מסנן, צינור בעל אמפר גבוה (מגבר בעל רעש נמוך), בלוק משולב בתדר בינוני (מפענח קליטה) ומעגלים אחרים.לטלפונים ניידים מוקדמים היו מעגלי ערבוב ראשוניים ומשניים, שמטרתם הייתה להפחית את תדר הקליטה ולאחר מכן לבצע ד-מודולציה שלו (כפי שמוצג באיור למטה).

תרשים בלוקים של מעגל המקלט

2. פונקציות ותפקודים של כל רכיב
1). אנטנת טלפון נייד:מבנה you(בתמונה למטה)אנטנות לטלפונים ניידים מחולקות לשני סוגים: אנטנות חיצוניות ואנטנות פנימיות; הן מורכבות מבסיס אנטנה, סולנואיד ומעטפת פלסטיק.

השפעה:
א) בעת הקליטה, הגלים האלקטרומגנטיים הנשלחים על ידי תחנת הבסיס מומרים לאותות זרם חילופין חלשים.
ב) בעת השידור, זרם החילופין המוגבר על ידי מגבר ההספק מומר לאות גל אלקטרומגנטי.

2), מתג אנטנה:
מבנה you(בתמונה למטה)מתג האנטנה של הטלפון הנייד (משלב, מסנן דופלקס) מורכב מארבעה מתגים אלקטרוניים.

השפעה:

השלם מיתוג קבלה ושידור;
מיתוג קליטת אות מלא של 900M/1800M.

מעגל הלוגיקה שולח אותות בקרה (GSM-RX-EN; DCS-RX-EN; GSM-TX-EN; DCS-TX-EN) בהתאמה בהתאם למצב העבודה של הטלפון הנייד, כך שהערוצים המתאימים מופעלים, כך שאותות הקליטה והשידור ילכו בדרכם שלהם מבלי להפריע זה לזה.
מכיוון שהטלפון הנייד לא יכול לעבוד באותו חריץ זמן בעת קליטה ושידור בו זמנית (כלומר, הוא לא משדר בעת קליטה ולא קולט בעת שידור).לכן, טלפונים ניידים חדשים מאוחרים יותר הסירו את שני המתגים בנתיב הקליטה, ונותרו רק שני מתגי שידור; משימת מיתוג הקליטה הושלמה על ידי שפופרת המגבר הגבוה.
3), סינון:
מבנה youישנם מסננים לתדר גבוה ומסננים לתדר בינוני בטלפונים ניידים.השפעה:סנן אותות חסרי תועלת אחרים וקבל אותות טהורים שנקלטו.טלפונים ניידים חדשים מאוחרים יותר הם כולם טלפונים ניידים בעלי מסנן IF; לכן, אין מסנן IF בטלפון הנייד.
4), צינור מגבר גבוה (צינור מגבר בתדר גבוה, מגבר רעש נמוך):
מבנה you
ישנם שני שפופרות בעלות מגבר גבוה בטלפונים ניידים:צינור פריקה גבוה 900M, צינור פריקה גבוה 1800M.כולם מעגלי מגבר טריודה-פולט משותף; טלפונים ניידים חדשים ומאוחרים יותר שילבו שפופרות מגבר גבוה בתוך התדר הביניים.

דיאגרמת ספק כוח של צינור מגבר בתדר גבוה

השפעה:

הגבירו את הזרם החלש המושרה על ידי האנטנה כדי לעמוד בדרישות אמפליטודת האות של המעגל העוקב.
מיתוג אות קליטה מלא של 900M/1800M.

עִקָרוֹן:

מופעל על ידי:מתחי ההטיה הבסיסיים של שני צינורות המגבר הגבוהים של 900M/1800M חולקים ערוץ אחד, המסופק על ידי ערוץ הסימולטני של IF; ומתח ההטיה של הקולטנים של שני הצינורות נשלח על ידי מעבד ה-IF בשני ערוצים בהתאם למצב הקליטה של הטלפון הנייד. מטרתו היא להשלים את המעבר של אותות הקליטה של 900M/1800M.
לאחר סינון עומס אחר דרך המסנן, האות הטהור 935M-960M שנקלט מצומד באמצעות קבל ונשלח לשפופרת מגבר גבוהה מתאימה להגברה ולאחר מכן נשלח לתדר הביניים דרך צימוד הקבל לעיבוד שלבים לאחר מכן.

5), IF (ממשק RF, מעבד אותות RF):
מבנה youהוא מורכב ממפענח קליטה, מאפנן שידור, גלאי פאזת שידור ומעגלים אחרים; הטלפון הנייד החדש משלב גם צינור מגבר גבוה, סינתזת תדרים, תנודה 26M ומעגל חלוקת תדרים (כפי שמוצג להלן).

השפעה:
א) שפופרת המגבר הגבוהה הפנימית מגבירה את הזרם החלש המושרה על ידי האנטנה;
ב) בעת הקליטה, יש לבצע דמודולציה של אות תדר הנושא הנקלט (עם מידע מקביל) של 935M-960M (GSM) ואות המתנד המקומי (ללא מידע) כדי לקבל את מידע פס הבסיס הנקלט של 67.707KHZ;
ג) בעת השידור, יש לווסת את מידע השידור המעובד על ידי המעגל הלוגי ואות המתנד המקומי לתדר ביניים לשידור;
ד), לשלב גביש 13M/26M כדי ליצור שעון 13M (מעגל שעון ייחוס);ה) בהתבסס על אות הייחוס הנשלח על ידי המעבד, נוצר אות מתנד מקומי המתאים לערוץ העבודה של הטלפון הנייד.

3. תהליך קבלת אות
כאשר הטלפון הנייד קולט, האנטנה ממירה את הגל האלקטרומגנטי הנשלח על ידי תחנת הבסיס לאות זרם חילופין חלש, העובר דרך נתיב הקליטה של מתג האנטנה ונשלח למסנן תדר גבוה כדי לסנן עומסים חסרי תועלת אחרים כדי לקבל אות קלט טהור 935M-960M (GSM), אשר מצומד לתדר הביניים באמצעות קבל. לאחר הגברה על ידי צינור מגבר גבוה המתאים, הוא נשלח למפענח כדי לפענח את אות המתנד המקומי (ללא מידע) כדי לקבל את מידע פס הבסיס הקליטה של 67.707KHZ (RXI-P, RXI-N, RXQ-P, RXQ-N); הוא נשלח למעגל השמע הלוגי לעיבוד נוסף.

המבנה ועקרון העבודה של מעגל המשדר
בעת השידור, מידע פס הבסיס המשודר המעובד על ידי מעגל הלוגיקה מווסת לתדר ביניים של שידור, וה-TX-VCO משמש לשינוי תדר אות התדר הביניים המשודר לאות תדר של 890M-915M (GSM).לאחר שהוא מוגבר על ידי מגבר ההספק, הוא מומר לגלים אלקטרומגנטיים ומוקרן על ידי האנטנה.

מעגל זה שולט בנקודות המרכזיות:
(1), מבנה המעגל;
(2) הפונקציות והתפקודים של כל רכיב;
(3). תהליך שידור אותות.

מבנה המעגל
מעגל השידור מורכב ממודולטור השידור, גלאי פאזת השידור, מתנד מבוקר מתח השידור (TX-VCO), מגבר הספק (מגבר הספק), בקר הספק (בקרת הספק), שנאי שידור ומעגלים אחרים בתוך תדר הביניים.(בתמונה למטה)

תרשים בלוקים של מעגל המשדר

2. פונקציות ותפקודים של כל רכיב
1). מודולטור שידור:מבנה youמודולטור השידור נמצא בתוך ה-IF, שהוא שווה ערך ל-MOD ברשת פס רחב.השפעה:במהלך השידור, מידע פס הבסיס של השידור (TXI-P; TXI-N; TXQ-P; TXQ-N) המעובד על ידי המעגל הלוגי ואות המתנד המקומי מווסת לתדר ביניים של שידור.

2). מתנד מבוקר מתח שידור (TX-VCO):מבנה youמתנד מבוקר מתח השידור הוא מעגל מתנד קיבולי בעל שלוש נקודות שתדר המוצא שלו נשלט על ידי מתח; הוא משולב בלוח מעגל קטן במהלך הייצור ומוביל לחמישה פינים:פין ספק כוח, פין הארקה, פין פלט, פין בקרה, פין מיתוג פס תדרים 900M/1800M.כאשר יש מתח עבודה מתאים, הוא יתנדנד ויפיק אות תדר מתאים.

השפעה:המר את אות ה-IF המשודר, המווסת על ידי מודולטור ה-IF, לאות בתדר 890M-915M (GSM) שתחנת הבסיס יכולה לקלוט.

עִקָרוֹן:כידוע לכולנו, תחנת הבסיס יכולה לקלוט רק אותות תדר של 890M-915M (GSM), אך תחנת הבסיס אינה יכולה לקלוט את אות ה-IF המווסת על ידי מודולטור ה-IF (כמו למשל סמסונג שמשדרת אות IF של 135M). לכן, נעשה שימוש ב-TX-VCO כדי לשנות את תדר אות ה-IF המשודר לאות תדר של 890M-915M (GSM).

בעת השידור, מדור ספק הכוח שולח מתח 3VTX כדי לגרום ל-TX-VCO לעבוד, ויוצר אות תדר של 890M-915M (GSM) בשתי דרכים:
א) הדגימה נשלחת חזרה ל-IF הפנימי, מעורבבת עם אות המתנד המקומי כדי לייצר אות הבחנה בתדר שידור השווה לתדר הביניים של השידור, ונשלחת לגלאי הפאזה להשוואה עם תדר הביניים של השידור; אם תדר התנודה של ה-TX-VCO אינו תואם את ערוץ העבודה של הטלפון הנייד, גלאי הפאזה ייצור מתח קפיצה של 1-4V (מתח DC עם מידע שידור AC) כדי לשלוט בקיבול של דיודת הווארקטור בתוך ה-TX-VCO כדי להשיג את מטרת התאמת דיוק התדר.

ב) לאחר שהוא מוגבר על ידי מגבר ההספק, הוא מומר לגלים אלקטרומגנטיים ומוקרן החוצה על ידי האנטנה.
ניתן לראות מהאמור לעיל:התדר שנוצר על ידי TX-VCO נדגם ונשלח חזרה ל-IF, ולאחר מכן נוצר המתח כדי לשלוט בפעולת ה-TX-VCO. הוא פשוט יוצר לולאה סגורה ושולט על פאזת התדר, ולכן מעגל זה נקרא גם מעגל לולאה נעולת פאזה של שידור.

3), מגבר כוח (מגבר כוח):
מבנה youכיום, מגבר ההספק של טלפונים ניידים הוא מגבר הספק דו-פס (מגבר הספק 900M ומגבר הספק 1800M משולבים באחד), המחולקים לשני סוגים: מגבר הספק ויניל ומגבר הספק ברזל; לא ניתן להחליף דגמים שונים של מגברי הספק.

השפעה:הגבירו את אות התדר שמתנודד על ידי ה-TX-VCO כדי להשיג זרם חשמל מספיק, אשר מומר לגלים אלקטרומגנטיים על ידי האנטנה ומוקרן החוצה.

לא שווה כלום:מגבר ההספק מגביר את משרעת אות התדר המשודר, ולא את התדר שלו.

תנאי עבודה של מגבר הספק:
א), מתח עבודה (VCC):מגבר הטלפון הנייד מופעל ישירות על ידי הסוללה (3.6V);
ב), מסוף הארקה (GND):גורם לזרם ליצור לולאה;
ג), אות המרת הספק דו-תדר (BANDSEL):שלוט במגבר ההספק לעבודה ב-900M או 1800M;
ד), אות בקרת הספק (PAC):שלוט על כמות ההגברה (זרם הפעולה) של מגבר ההספק;
ה), אות קלט (IN); אות פלט (OUT).

4). שנאי שידור:מבנה youשני סלילים בעלי קוטר חוט ומספר סיבובים שווים ממוקמים קרוב זה לזה ומורכבים באמצעות עקרון ההשראות ההדדית.השפעה:שלח את דגימת זרם הספק השידור של מגבר ההספק לבקרת ההספק.עִקָרוֹן:כאשר זרם ההספק של המשדר של מגבר ההספק עובר דרך שנאי המשדר במהלך השידור, מושרה זרם בגודל זהה לזרם ההספק בצד המשני שלו, אשר מזוהה (מתוכנת בתדר גבוה) ונשלח לבקרת ההספק.

5), אות רמת הספק:רמת ההספק, המכונה "רמת הספק", פירושה שמהנדסים מחלקים את האות הנקלט לשמונה רמות בעת תכנות הטלפון הנייד. כל רמת קליטה מתאימה לרמת הספק שידור (כפי שמוצג בטבלה שלהלן). כאשר הטלפון הנייד פועל, המעבד קובע את המרחק בין הטלפון הנייד לתחנת הבסיס בהתבסס על עוצמת האות הנקלט, ושולח אות רמת שידור מתאימה כדי לקבוע את כמות ההגברה של מגבר ההספק (כלומר, כאשר הקליטה חזקה, השידור חלש).

מצורפת טבלת רמות העוצמה:

6), בקר צריכת חשמל (בקרת צריכת חשמל):מבנה youהוא מגבר השוואה תפעולית.
השפעה:השווה את אות דגימת זרם הספק השידור עם אות רמת ההספק כדי לקבל אות מתח מתאים לשליטה בכמות ההגברה של מגבר ההספק.

עִקָרוֹן:כאשר זרם החשמל עובר דרך שנאי המשדר במהלך השידור, הזרם המושרה במשני שלו מזוהה (יישור בתדר גבוה) ונשלח לבקרת ההספק; במקביל, אות רמת ההספק שנקבעה מראש במהלך התכנות נשלח גם לבקרת ההספק; שני האותות מושווים באופן פנימי כדי לייצר אות מתח לשליטה על כמות ההגברה של מגבר ההספק, כך שזרם העבודה של מגבר ההספק יהיה מתון, מה שלא רק חוסך באנרגיה אלא גם מאריך את חיי השירות של מגבר ההספק (ככל שמתח בקרת ההספק גבוה יותר, כך הספקו של מגבר ההספק גדול יותר).

3. תהליך שידור אותות
בעת השידור, מידע פס הבסיס של השידור (TXI-P; TXI-N; TXQ-P; TXQ-N) המעובד על ידי מעגל הלוגיקה נשלח למאפנן השידור בתוך תדר הביניים, ומווסת עם אות המתנד המקומי לתדר הביניים של השידור.אם תחנת הבסיס בתדר הביניים אינה יכולה לקלוט אותו, יש להשתמש ב-TX-VCO כדי להגדיל את תדר אות התדר הביניים המשודר ל-890M-915M (GSM) על מנת שתחנת הבסיס תוכל לקלוט אותו.כאשר ה-TX-VCO פועל, אות התדר שנוצר מ-890M-915M (GSM) עובר בשתי דרכים:

א) ערוץ דגימה אחד נשלח חזרה ל-IF הפנימי, מעורבב עם אות המתנד המקומי כדי לייצר אות הבחנה בתדר שידור השווה לתדר הביניים של השידור, ונשלח לגלאי הפאזה להשוואה עם תדר הביניים של השידור; אם תדר התנודה של ה-TX-VCO אינו תואם את ערוץ העבודה של הטלפון הנייד, גלאי הפאזה ייצור מתח קפיצה של 1-4V כדי לשלוט בקיבול של דיודת הווארקטור בתוך ה-TX-VCO כדי להתאים את התדר.
ב). מגבר ההספק הדו-כיווני מוגבר ומומר לגלים אלקטרומגנטיים על ידי האנטנה לצורך קרינה.על מנת לשלוט בכמות ההגברה של מגבר ההספק, כאשר זרם ההספק עובר דרך שנאי השידור במהלך השידור, הזרם המושרה במשני שלו מזוהה (יישור בתדר גבוה) ונשלח לבקרת ההספק; במקביל, אות רמת ההספק שנקבע מראש במהלך התכנות נשלח גם לבקרת ההספק; שני האותות מושווים באופן פנימי כדי לייצר אות מתח לשליטה בכמות ההגברה של מגבר ההספק, כך שזרם העבודה של מגבר ההספק יהיה מתון, מה שלא רק חוסך חשמל אלא גם מאריך את חיי השירות של מגבר ההספק.

המצב הנוכחי של שרשרת תעשיית שבבי RF מקומית
בתחום שבבי תדר הרדיו, השוק נשלט בעיקר על ידי ענקיות מחו"ל. מבחינת שבבי תדר רדיו מקומיים, אף חברה לא יכולה לתמוך באופן עצמאי במודל ההפעלה של IDM, בעיקר חברות עיצוב Fabless; חברות מקומיות יצרו מודל הפעלה של "IDM רך" באמצעות שיתוף פעולה בתחומי העיצוב, היציקה והאריזה.

מבחינת תכנון שבבי תדר רדיו, חברות מקומיות השיגו הישגים בשבבי 5G ויש להן יכולות משלוח מסוימות.לתכנון שבבי RF יש סף דרישות גבוה. ניסיון בפיתוח RF יכול להאיץ את פיתוחם של שבבי RF מתקדמים נוספים.

מבחינת אריזת שבבי RF, מצד אחד, תדירות שבבי ה-RF של 5G עולה, מה שגורם לחוטי החיבור במעגל להיות בעלי השפעה גדולה יותר על ביצועי המעגל. בעת האריזה, יש צורך להפחית את אורך חוטי חיבור האות; מצד שני, יש לארוז את מגבר ההספק, מגבר הרעש הנמוך, המתג והמסנן לתוך מודול. מצד אחד, זה מפחית את הגודל ומצד שני, זה נוח לשימוש עבור יצרני מסופים במורד הזרם.על מנת להפחית את הטפילים של פרמטרי RF, יש להשתמש בטכנולוגיות אריזה מסוג Flip-Chip, Fan-In ו-Fan-Out.

כאשר Flip-Chip נארז בתהליכי Fan-In ו-Fan-Out, אין צורך בחיבורי אותות דרך חוטי חיבור זהב, מה שמפחית את ההשפעות החשמליות הטפיליות הנגרמות על ידי חוטי חיבור זהב ומשפר את ביצועי תדר ה-RF של השבב. בעידן ה-5G, טכנולוגיית Flip-Chip/Fan-In/Fan-Out בעלי ביצועים גבוהים בשילוב עם טכנולוגיית אריזת Sip יהיו טרנד האריזות העתידי.

אריזות Flip-Chip/Fan-In/Fan-Out ו-Sip הן אריזות מתקדמות, והרווחיות שלהן גבוהה בהרבה מאריזות מסורתיות.חברות מקומיות רשומות בבורסה פיתחו יכולות אריזה מלאות בטכנולוגיית FlipChip+Sip.

תוכן זה מגיע מהאינטרנט/לסנןאתר זה מספק רק הדפסה חוזרת. הדעות, העמדות, הטכנולוגיה וכו' של מאמר זה אינם קשורים לאתר זה. אם ישנה הפרה כלשהי, אנא צרו עמנו קשר כדי למחוק אותה!

רשימה מלאה של ממשקי מוצרים אלקטרוניים נפוצים (מאוד מלאה, שווה איסוף)

מהם המאפיינים הייחודיים של מערכת מיקום GPS? האם ניווט ומיקום יעילים?