手机频率合成器的工作原理及原理图介绍

利用一块或少量晶体及采用综合或合成技术，可获得大量的不同的工作频率，而这些频率的稳定度和准确度接近石英晶体的稳定度和准确度，所采用的技术称为频率合成技术。频率合成的方法主要有直接频率合成、直接数字频率合成和锁相环频率合成，在手机中主要采用后者。

1.锁相环频率合成器

锁相环频率合成技术是利用锁相环路（Phase-lockedLoop，PLL）的特性，使VCO输出频率与基准频率保持严格的比例关系，并得到相同的频率稳定度。锁相环路是一种以消除频率误差为目的的反馈控制电路。

（1）作用

使压控振荡电路输出的振荡频率与基准频率相同，并且相位一致（即同步）。

（2）组成

它由鉴相器（PD）、低通滤波器（LPF）、压控振荡器（VCO）三部分组成。锁相环频率合成器框图如图4-28所示。

图4-28 锁相环频率合成器框图

其中鉴相器（PD）是一个相位比较器，VCO输出的振荡频率送回一个取样信号与基准频率进行鉴相，使鉴相器送出一个与相位误差成比例的误差校正电压信号，此误差电压信号经低通滤波器（LPF）滤波得到纯净的直流电压信号去控制VCO的输出频率。

2.手机中的频率合成

手机采用锁相环频率合成器为接收电路提供本振信号和为发射电路提供载波信号。

手机入网、通话均要进入相应信道，至于进入哪个信道，完全听命于基站的指令，这就要求手机的收信、发信频率不断地发生变化，并且无论是本振信号还是载波信号，都要求其频率要足够稳定和准确，即手机中频率合成器必须满足下列条件，以实现信道的自动搜索和锁定。

1）能够自动产生“所需频率”，频点数目多，频率可变。每个频率都与每一通信信道的射频中心频率有关，二者同步变化，在接收电路中二者实现混频和解调。如手机接收的是基站第62信道发送的信号，接收频率为947.4MHz，则RXVCO输出频率为中频频率f_IF加上947.4MHz。当接收到的是第37信道的射频信号时，RXVCO输出频率必须变成f_IF加上942.4MHz。

2）“所需频率”产生后要保持，频率变化必须经过软件程序控制才能进行。在接收过程中，当接收频率不变时，RXVCO输出频率必须保持不变，并且频率必须足够准确，其允许误差上下限为-90～90Hz（以GSM频段为例）。频率误差由当前接收信号的所属频段决定。

注：DCS1800MHz频段和PCS1900MHz频段射频信号允许误差分别为-180～180Hz和-190～190Hz。

为了满足条件1），手机能够根据需要，按照系统的控制变化自己的工作频率，如果同时使用多个振荡器是不切实际的，因此手机采用压控振荡器（VCO）来作为振荡器。

为了满足条件2），VCO输出的频率还要能够保持要求的确定值，并足够精确和稳定，所以VCO必须受控，因此采用了带有锁相环控制的VCO，英文简称为PLLVCO，我们称之为锁相环频率合成器，简称频率合成器。

手机频率合成器包括接收频率合成器和发射频率合成器，它们可以实现信道的自动搜索和信道锁定。根据手机接收电路和发射电路的结构形式，接收频率合成器又包括接收第一本振（摩托罗拉手机称为RXVCO，诺基亚称为UHFVCO，三星称为RX-LO）和第二本振（摩托罗拉手机称为IFVCO，诺基亚称为VHFVCO，三星称为IF-LO）；发射频率合成器（TXVCO）也包括发射载波和中频载波频率合成器。

手机频率合成器原理如图4-29所示。(www.zuozong.com)

图4-29 手机频率合成器原理图

频率合成器实现了三方面的控制：

第一，信道搜索和锁定控制。当射频信号进入某一信道时，接收第一本振输出的高频振荡信号必须马上跟踪进入该信道才能得到固定的中频频点。来自逻辑电路的SYS-EN、SYS-CLK、SYS-DAT三路信号控制完成这项任务，通过逻辑电路提供的合成器分频比数值SYS-DAT对VCO输出的高频振荡信号进行分频来实现。

第二，VCO振荡频率精度的控制。

第三，对工作频段的切换控制。

除了射频电路中采用锁相环频率合成器外，手机中的实时时钟和系统时钟也采用了锁相环频率合成器电路。

在摩托罗拉V60手机的接收本振（频率合成器）RXVCO实际电路原理图中，如图4-30所示，鉴相器（PD）和分频器（1/F）均被集成在射频芯片U201中。

U300表示RXVCO模块，第11引脚输出RFOUT送至混频电路与射频接收信号进行混频。V60手机是一款三频手机，能接收三种频段射频信号，变频器和频率合成器都是共用的，VCO输出与这三种频段相对应的三组频率，作为本振信号。这些频段和频率范围分别为：

1）GSM900MHz：1335.2MHz至1359.8MHz。

2）DCS1800MHz：1405.2MHz至1479.8MHz。

3）PCS1900MHz：1530.2MHz至1589.8MHz。

手机接收信号时，VCO会根据当前接收的射频信号所处频段来调整输出的频率范围，进而再根据接收信道来确定并输出当前频率值。其实，VCO本身并不能判断当前接收的频段，而是通过接收来自CPU的控制指令，根据指令数据，来决定当前输出频率频段。在图4-30中，RXVCO的1、2、9三个引脚就是用来接收CPU发出的指令数据的。

环路滤波器是一个RC低通滤波器，电路原理图如图4-31所示。通过选择合适的电阻和电容参数，来对鉴相器输出的脉动电压进行滤波，从而防止高频谐波对压控振荡器VCO造成干扰。

图4-30 摩托罗拉V60手机接收本振（频率合成器）RXVCO电路原理图

通过对手机射频电路的接收电路和发射电路组成和结构的介绍，相信大家对手机射频电路的工作原理有了简单的认识。手机完整的语音收发处理是由射频电路和音频电路两大功能模块完成的，二者之间，既独立又互相联系。从维修角度来说，射频电路的相关故障我们统称为射频故障，包括接收和发射两大类。不开机故障、用户接口故障等统称为基带电路故障。

图4-31 环路滤波器电路原理图