从基频中频和射频零部件来解读手机芯片是什么样的设计应用

出处:电子发烧友网发布于:2018-04-2114:29:33

一、基频、中频和射频概述基音的频率即为基频,决定整个音的音高。电机中的基频指电机在额定扭矩时的频率。基频(Baseband),又叫基带。在声音中,基频是指一个复音中基音的频率。在构成一个复音的若干个音中,基音的频率,强度。基频的高低决定一个音的高低。平常所谓语音的频率,就是指基音的频率。基频用符号FO表示。

射频(RF)是RadioFrequency的缩写,表示可以辐射到空间的电磁频率,频率范围从300KHz~300GHz之间。射频简称RF射频就是射频电流,它是一种高频交流变化电磁波的简称。每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流,大于10000次的称为高频电流,而射频就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。

工程师研发出许多“调变技术”(ModulaTIon)与“多工技术”(MulTIplex),来增加频谱效率,因此才有了3G、4G、5G不同通讯世代技术的发明,那么在我们的手机里,是什么元件负责替我们处理这些技术的呢?下面一起来看看。

首先我们要了解“调变技术(ModulaTIon)”与“多工技术(MulTIplex)”是完全不一样的东西,让我们先来看看它们到底有什么不同?

数码讯号调变技术(ASK、FSK、PSK、QAM):将类比的电磁波调变成不同的波形来代表0与1两种不同的数码讯号。ASK用振幅大小来代表0与1、FSK用频率大小来代表0与1、PSK用相位(波形)不同来代表0与1、QAM同时使用振幅大小与相位(波形)不同来代表0与1。

值得注意的是,不论数码讯号调变技术或多工技术,都是在数码讯号(0与1)进行运算与处理的时候就一起进行,一般是先进行多工技术再进行数码讯号调变技术(OFDM除外),所以多工技术与调变技术必定是同时使用。

现在的手机是属于“数码通讯”,也就是我们讲话的声音(连续的类比讯号),先由手机转换成不连续的0与1两种数码讯号,再经由数码调变转换成电磁波(类比讯号载着数码讯号),从天线传送出去,原理如图一所示。

图一:数码通讯示意图

图二:通讯系统架构示意图

接下来经由“基频芯片(BB)”进行解调(De-modulation)、解多工(De-multiplexing)、解格式化(De-formatting)、解密(De-ciphering)、解交错置(De-inter-leaving)、频道解码(Channeldecoding)、解循环式重复检查码(CRC)、资料解压缩(Decoding)等数码讯号处理,再经由低频数码类比转换器(DAC)转换为低频类比讯号(声音)由麦克风播放出来。

资料通信(上网):基本上资料通信不论上传或都是数码讯号,所以直接进入基频芯片(BB)处理即可,其他流程与语音通信类似,在此不再重复描述。

注:通讯的原理就是一大堆的数学,由于手机是我们天天都在用的东西,一般人对通讯感多感少都有些好奇想要进一步了解,但是往往走进教室堂课看到的就是一大堆复杂的数码:傅立叶转换(FourierTransform)、拉普拉斯转换(LaplaceTransform)、离散(Discrete),立刻就打退堂鼓,为了简化复杂度让大家容易看懂,上面对于数码通讯系统的介绍只是示意,与实际的情况会有落差,建议有兴趣进一步了解的人可以立足于上面的概念,来进一步了解技术细节。

基于前面的介绍,我们来看看智能手机里几个重要的集成电路(IC),主要包括:基频(BB)、中频(IF)、射频(RF)三个部份,如图三所示,每个部分都可能有一个到数个集成电路(IC),也有可能是把数个集成电路(IC)封装成一个,称为“系统单封装(SysteminaPackage,SiP)”,或把数个芯片整合成一个,称为“系统单芯片(SystemonaChip,SoC)”。

图三:无线通讯系统架构示意图

调变器(Modulator):将基频芯片处理的数码讯号转换成高频类比讯号(电磁波),才能传送很远,想要进一步了解通讯原理的人可以参考这里。

混频器(Mixer):主要负责频率转换的工作,将调变后的高频类比讯号(电磁波)转换成所需要的频率,来配合不同通讯系统的频率范围(无线频谱)使用。

合成器(Synthesizer):提供无线通讯电磁波与射频集成电路(RFIC)所需要的工作频率,通常经由“相位锁定回路(PLL:PhaseLockedLoop)”与“电压控制振荡器(VCO:VoltageControlledOscillator)”来提供精准的工作频率。

带通滤波器(BandPassFilter,BPF):只让特定频率范围(频带)的高频类比讯号(电磁波)通过,将不需要的频率范围滤除,得到我们需要的频率范围(频带)。

功率放大器(PowerAmplifier,PA):高频类比讯号(电磁波)传送出去之前,必须先经由功率放大器(PA)放大,增强讯号才能传送到够远的地方。

传送接收器(Transceiver):负责传送(Tx:Transmitter)高频类比讯号(电磁波)到天线,或是由天线接收(Rx:Receiver)高频类比讯号(电磁波)进来。

低杂讯放大器(LowNoiseAmplifier,LNA):接收讯号时使用,天线接收进来的高频类比讯号(电磁波)很微弱,必须先经由低杂讯放大器(LNA)放大讯号,才能进行处理。

解调器(Demodulator):接收讯号时使用,将高频类比讯号(电磁波)转换成数码讯号,再传送到基频芯片(BB)进行数码讯号处理工作

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