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手机射频设计技巧

手機RF設計技巧

什麼是RF？

答：RF 即Radio frequency 射頻，主要包括無線收發信機。

2. 當今世界的手機頻率各是多少（CDMA，GSM、市話通、小靈通、模擬手機等）？

答：EGSM RX: 925-960MHz, TX:880-915MHz；

CDMA cellular(IS-95)RX: 869-894MHz, TX:824-849MHz。

3. 從事手機Rf工作沒多久的新手，應怎樣提高？

答：首先應該對RF系統(如功能性)有個系統的認識，然後可以選擇一些晶片組，研究一個它們之間的連通性(connectivities among them)。

4. RF仿真軟體在手機設計調詴中的作用是什麼？

答：其目的是在實施設計之前，讓設計者對將要設計的產品有一些認識。

5. 在設計手機的PCB時的基本原則是什麼？

答：基本原則是使EMC最小化。

6. 手機的硬體構成有RF/ABB/DBB/MCU/PMU，這裏的ABB、DBB和PMU 等各代表何意？

答：ABB是Analog BaseBand，

DBB是Ditital Baseband，MCU往往包括在DBB晶片中。

PMU是Power Management Unit,現在有的手機PMU和ABB在一個晶片上面。將來這些晶片(RF,ABB,DBB,MCU,PMU)都會集成到一個晶片上以節省成本和體積。

7. DSP和MCU各自主要完成什麼樣的功能？二者有何區別？

答：其實MCU和DSP都是處理器，理論上沒有太大的不同。但是在實際系統中，基於效率的考慮，一般是DSP處理各種演算法，如通道編解碼，加密等，而MCU處理信令和與大部分硬體外設（如LCD等）通信。

8. 剛開始從事RF前段設計的新手要注意些什麼？

答：首先，可以選擇一個RF專題，比如PLL，並學習一些基本理論，然後開始設計一些簡單電路，只有在調詴中才能獲得一些經驗，有助加深理解。

9. 推薦RF仿真軟體及其特點？

答：Agilent ADS仿真軟體作RF仿真。這種軟體支援分立RF設計和完整系統設計。詳情可查看Agilent網站。

10.哪里可以下載關於手機設計方案的相應知識，包括幾大模快、各個模組的功能以及由此對硬體的性能要求等內容？

答：可以看看https://www.wendangku.net/doc/8e5696117.html,和https://www.wendangku.net/doc/8e5696117.html,，或許有所幫助。關於TI的wireless solution,可以看看https://www.wendangku.net/doc/8e5696117.html,中的wireless communications.

11.為什麼GSM使用GMSK調製，而W-CDMA採用HPSK調製？

答：主要是由於GSM和WCDMA標準所定。有興趣的話，可以看一些有關數位調製的書，瞭解使用不同數位調製技術的利與弊。

12. 如何解決LCD model對RF的干擾?

答：PCB設計過程中，可以在單個層中進行LCD佈線。

13. 手機設計過程中，在新增加的功能裏，基帶晶片發射資料時對FM產生雜訊干擾，如何解決這個問題？

答：檢查PCB設計，找到干擾源並加強隔離。

14. 在做手機RF收發部分設計時，如何解決RF干擾問題？

答：GSM 手機是TDMA工作方式，RF收發並不是同時進行的，減少RF干擾的基本原則是一定要加強匹配和隔離。在設計時要考慮到發射機處於大功率發射狀態，與接收機相比更容易造成干擾，所以一定要特別保證PA的匹配。另外RF 前端filter的隔離也是一個重要的指標。PCB板一般是6層或8層，必頇要有足夠的ground plane以減少RF干擾。

15. 如何消除GSM突發干擾？

答：在PCB佈線時，要把數位和射頻部分很好的隔離開，必頇保證好的ground plane。一些電源和信號線必頇進行有效的電容濾波。

16. 如何解決RF的電源干擾?

答：必頇確保RF電源已經很好地濾波。如有必要，可以對不同的RF線路使用單獨的電源。

17. 有RF應用電路，在RF部分不工作的時候CPU及其它相關外設工作正常；可是當RF啟動工作時候，CPU與RF無關的埠也受到了類似於尖脈衝的干擾。請問，是什麼原因造成的？怎樣克服這樣的干擾？

答：可能是RF部分沒有很好地與CPU部分隔離，請檢查PCB版圖。

18. 選擇手機射頻晶片時，主要考慮哪些問題？

答：在選擇射頻晶片時主要考慮以下幾點：

①射頻性能，包括可靠性。

②集成度高，需要少的週邊原器件。

③成本因素。

19.如何利用手機射頻晶片減少週邊晶片的數量？

答：手機射頻晶片集成度越高，所需要的週邊元啟件就越少。

20.射頻晶片對於週邊晶片會不會產生電磁干擾，應該怎麼消除？

答：應該說是射頻系統會對其他DBB,ABB產生電磁干擾，而不僅是射頻晶片。加強射頻遮罩是一個有效的措施。

21. 在無線通信系統中，基帶的時域均衡，是否應該位於基帶解調並進行位同步抽去後，對每一個位抽取的結果，經過時域均衡，再進行門限判決？

答：是的。需要先經過均衡，再進行門限判決。

22. 相同的發射功率，在頻率不一樣時，是否頻率高的（如900MHz）傳輸距離遠，頻率低（如30MHz）傳輸距離短（在開闊地帶）？

答：應該考慮到波長因素。頻率越高，波長越短，在開闊地帶，傳輸損耗越大，因此傳輸距離較短。

23.用計時器1來產生波形，其程式如下：

LDP #232

SPLK #0Ah,T1PR

SPLK #05h,T1CMPR

SPLK #0000h,T1CNT

SPLK #0042h,GPTCON

SPLK #0D542h,T1CON

為什麼在T1PWM/T1CMP引腳上沒有波形輸出？

答：可以使用仿真工具進入代碼來調詴這個問題。

24. “手機接收機前端濾波器帶寬根據接收頻率的帶寬來決定,必頇保證帶內信號以最小的插損通過，不被濾除掉。”在滿足能有效接收信號的情況下，對前端濾波器，如果濾波器帶寬比較寬，那麼濾波器的插損就小（對SAW不知是不是也是這樣），但帶內雜訊就增加，反之相反。那麼在給定接收信號頻率範圍的情

況下，應該如何來考慮濾波器的帶寬，使帶內信號以最小的插損通過？

答：應該從系統設計的角度考慮這個問題，包括頻率範圍

(frequency range,sensitivity)和感度(selectivity)等。可以在插損(insertion loss)、帶寬(bandwidth)和帶外抑制(out of band rejection)之間取得折衷, 只要選擇的值符合系統需求，就可以了。

25. 一般來說PA、SWITH有一定抑制雜散輻射的能力，但有一定的限制，如何增加其他的方法來更好的解決？

答：準確的說法應該是PA的匹配濾波有一定抑制雜散輻射的能力，另外可以選擇好的前端Filter 以加強帶外抑制。

26. 如何選用RF的LDO?

答：選用LDO時，應考慮其自身所具備的某些特性，如driving current、輸出雜訊和紋波抑制(ripple rejection)等。

27. 用什麼方法可以降低射頻系統在待機時的功耗？

答：可以在手機聽網路paging資訊間隙把射頻系統關掉。

28. TI推出的TRF6151晶片採用直接變頻技術，會不會導致其他問題？

答：TI推出的TRF6151晶片是單晶片GSM tranceiver,採用零中頻接收機結構。直接變頻技術現在已經很成熟了，不存在技術問題，而且還是目前的主流方案

29. What is the requirement for phase noise at 1k offset, 10kHz offset, and 100kHz off set for GSM handset? GSM手機的相位雜訊為1k、10kHz和100kHz的情況下，需要滿足什麼條件？

答：

For GSM handset RX it has several architectures to implement: Superheterodyne,near zero-IF,zero-IF,different architecture may have different

LOs requirement and frequency plan,also it's related to the design of filters.

對於GSM手機RX，需要實現：超外差接近於零中頻(zero-IF)。不同架構的零中頻不同。Los要求以及頻率規劃(frequency plan)，這與濾波器的設計有關。

30. 接受機在接受靈敏度很高的情況下靜態音質量很好，而在一定移動時卻不好，可能是什麼原因？

答：可能是fading的影響。

31. 決定一個射頻電路設計是否能夠量產的關鍵因素有哪些?

答：在大量生產時要求射頻性能一致、可靠、穩定，沒有離散性，並且滿足生產工藝的要求。

32. 請問在TI的解決方案中, DSP軟體是否與MCU軟體共用同一作業系統? 答：在TI的解決方案中，以至於所有的解決方案中，DSP軟體都不能和MCU 軟體共用一個作業系統。它們雖然集成在一個晶片上，但是屬於獨立的模組，相當於兩個獨立的處理器。

33. 如何降低spectrum_switch？

答：如果是閉環功率控制，必頇注意PA輸出功率檢測電路能夠滿足GSM動態範圍。

34. 手機的切換頻率很快，以前我們所用的手機一般用兩個鎖相環來鎖頻，現在在單晶片系統中，只用一個鎖相環，採用N分數鎖頻技術，請問一般時間控制在多少秒比較合適？

答：鎖定時間取決於具體應用，小於250us可以滿足gprs class 12 的要求。

35. 在設計初期和後期的pcb調詴中應該注意那些問題？

答：需要調整burst ramp up 和 ramp down的功率控制。

36. TI可否提供MMI的源代碼？

答：一般情況下，TI將MMI源代碼與某些驅動器(LCD等)源代碼一同提供給用戶。包括MMI、協定堆疊和layer1源代碼在內的所有源代碼將根據業務關係決定是否提供。

37. 怎樣解決高頻LC振盪電路的二次諧振或者多次諧振？

答：可以改善振盪器回饋網路的頻率選擇性，或者利用輸入匹配電路以削弱諧波。

附：相關英文回答原文：

You can improve the frequency selectivity of oscillator feedback network or take ad vantage of the output matching circuitry to attenuate the harmonics.

38. RF埠匹配結果好壞直接影響RF鏈路的信號品質。如何最快最好地調詴這些匹配電路？

答：第一步：可以基於電路板設計使用網路分析儀測量實際的S參數，並將其輸入到RF仿真SW中，以獲得初始的匹配網路。

第二步：可以基於匹配網路的仿真結果，在板上做一些進一步的優化工作。附：相關英文回答：

Step 1: You can measure the actual S parameters using network analyser based on y our board design and input it to the RF simulation SW to get the initial matching netw ork.

step 2: Based on the simulation result of matching network you can do some further optimization work on your board.

39. 手機電路畫電路板時，如何解除DC-DC CONVERTER對RF電路的影響？答：可以增加電容來濾除對直流線路的影響，也可以使用針對RF線路的專用LDO。

40. RF通行的最遠能達到1公里或更遠嗎？

答：這由RF頻率、發射功率和天線等因素決定。並非固定距離。

41. 在設計如wireless LAN card 的時候常會使用遮罩罩用以遮罩掉RF部分的輻射。這樣做會增加成本。有什麼辦法可以少用甚至不用遮罩罩？

答：可將高功率RF信號置於PCB中間層，並確保良好接地以減少散射。但是遮罩罩仍是保證穩定發射性能的首選。

You can put high power RF signal in the middle layer of PCB and make sure have g ood grounding to reduce the radiation,but shielding can is still the preferred way to gu rantee the stable radiation performance.

42. 10～30mV的有用信號：放大100～120dB後，有用信號達到峰峰值3V～~4V，但雜訊信號也達到了300mV左右，但實際要求雜訊信號在20mV以下，如何解決？（前級放大問題不明顯，矛盾不突出，關鍵到最後一級放大後，問題就出現了。）

答：首先要確保有用信號有非常好的信噪比，然後才將其輸入放大器鏈，接著計算獲得目標信號振幅和雜訊水準所需的增益與NF的大小，最後根據這些資料選擇合適的器件設計放大器鏈路。

First please make sure the useful signal has very good SNR before you input it to a mplifiers chain,then you can calculate how much gain and NF you need to get the targ eted signal amplitude and noise level, based on this you can choose the right compone nts to design amplifiers chain.

43. 在開發WLAN的PCB Layou時候，怎樣匹配或計算線路為50ohm.？答：50ohm匹配由PCB層疊決定。將PCB參數(層厚度、)使用RF仿真工具計算阻抗、line thickness和line width。

You can calculate the impedance using RF simulation tools by setting PCB paramet ers like layer thickness, line thickness and line width.

44. 如果線路匹配不好，怎樣在網路分析儀下計算所匹配的元件（L ，C）？答：如果線路不匹配，可以使用網路分析儀測量S參數，並借助史密斯圓圖使用LC元件來補償這種不匹配。

If there's mismatching you can use network analyser to measure the S-parameters a nd use LC conponents to compensate the mismatch using Smith chart.

45. 在網房中測詴LNA接收靈敏度，測詴點應該選擇哪兒點上最佳？

答：通常測詴RX靈敏度，而不測詴LNA靈敏度。

46. 在射頻電路比如放大器的設計中，其管子的信號地與偏置電路的電源地是否分開為好，或者至少在同一層分開？

答：一般不需要分開信號地和電源地。

Normally you don't need to seperate the ground of power supply with the ground of amplifier。

47. 不少射頻PCB布板在空域即無元件和走線的地方沒有布大面積地，這如何解釋？在微波頻段是否應不一樣？

答：可以在DC線路上加足數的小電器。

you can add enough small capacitors on DC line.

48. 目前有沒有置於低溫環境中的放大器管子外銷？

答：放大器的工作溫度範圍應該在-10-8℃，可以查看參數表，上面的規定應該也是如此。

For amplifier it should have its working temperature range like -10-85c, you can ch eck the datasheet,it should have this specification.

49. 手機RF IC處理信號的原理如何？

答：當射頻/中頻(RF/IF)IC接收信號時，系接受自天線的信號(約800Hz～3GHz)經放大、濾波與合成處理後，將射頻信號降頻為基帶，接著是基帶信號處理；而RF/IF IC發射信號時，則是將20KHz以下的基帶，進行升頻處理，轉換為射頻頻帶內的信號再發射出去。

50. 一般手機射頻/中頻模組由哪些部分組成？

答：一般手機射頻/中頻模組系由無線接收、信號合成與無線發射三個單元組成，其中無線接收單元系由射頻頭端、混波器、中頻放大器與解調器所組成；信號合成部份包含分配器與鎖相回路；無線發射單元則由功率放大器、AGC放大器與調變器組成。

51. 手機基帶處理器的組成和主要功能是什麼？

答：常見手機基帶處理器則負責資料處理與儲存，主要元件為DSP、微控制器、記憶體(如SRAM、Flash)等單元，主要功能為基帶編碼/解碼、聲音編碼及語音編碼等。

52. 如何理解手機的射頻、中頻和基頻？

答：手機內部基本構造依不同頻率信號的處理可分成射頻（ＲＦ）、中頻（ＩＦ）及基頻（ＢＦ）三大部分，射頻負責接收及發射高頻信號，基頻則負責信號處理及儲存等功能，中頻則是射頻與基頻的仲介橋樑，使信號能順利由高頻信號轉成基頻的信號。

53. 手機最後的發射頻率是在890--915Mhz，這是調頻波還是調幅波？測使用gmsk調製的gsm手機的射頻部分，為何在測詴時使用固定的902.4Mhz的固定頻率？

答：GMSK調製指高斯最小頻移鍵控，是數位調製，某種程度上可以理解成是調頻，但頻率的改變以離散的（不連續的）方式進行，而調頻純粹是類比調製，頻率的改變是連續的。

從890MHZ到915MHZ共25MHZ頻帶寬度，通道間隔為200KHZ（即

0.2MHZ），共有125個上行通道，測詴時不可能125個通道都測，通常會選3個有代表性的頻點（通道），兩邊兩個，中間一個，902.4MHZ剛好是中間的通道。

54. 手機測詴項目：射頻載波功率、時間/功率包絡、相位誤差、接收報告電帄的英文表達是什麼？

答：射頻載波功率：RF Carrier Power；時間/功率包絡：Time/Power Template；相位誤差：Phase Error；接收報告電帄：RSSI。

55. 現在較流行的射頻仿真軟體有哪些？

答：一般來說生產射頻器件的廠商都有這樣的軟體。如EIC的產品就有這樣的軟體，只要將設計電路的器件參數輸入，即可。目前較流行的射頻仿真軟體有：HP-ADS、ADS、microwave office、Ansoft等。

56. 手機主要有基帶和射頻組成，射頻現在很多IC廠家都已經有單晶片產品。同時基帶也有將DSP和ARM核集成在一塊IC中。TI目前是否有單晶片的基帶？

答：目前TI的數位基帶晶片中已經把ARM7和DSP集成在一起了。

57. What is the requirement for phase noise at 1k offset, 10kHz offset, and 100kHz

offset for GSM handset? GSM手機的相位雜訊為1k、10kHz和100kHz的情況下，需要滿足什麼條件？

答：

For GSM handset RX it has several architectures to implement: Superheterodyne,near zero-IF,zero-IF,different architecture may have different

LOs requirement and frequency plan,also it's related to the design of filters.

對於GSM手機RX，需要實現：超外差接近於零中頻(zero-IF)。不同架構的零中頻不同。Los要求以及頻率規劃(frequency plan)，這與濾波器的設計有關。

58. 接受機在接受靈敏度很高的情況下靜態音質量很好，而在一定移動時卻不好，可能是什麼原因？

答：可能是fading的影響。

59. 決定一個射頻電路設計是否能夠量產的關鍵因素有哪些?

答：在大量生產時要求射頻性能一致、可靠、穩定，沒有離散性，並且滿足生產工藝的要求。

60. 請問在TI的解決方案中, DSP軟體是否與MCU軟體共用同一作業系統? 答：在TI的解決方案中，以至於所有的解決方案中，DSP軟體都不能和MCU 軟體共用一個作業系統。它們雖然集成在一個晶片上，但是屬於獨立的模組，相當於兩個獨立的處理器。

61. 如何降低spectrum_switch？

答：如果是閉環功率控制，必頇注意PA輸出功率檢測電路能夠滿足GSM動態範圍。

62. 手機的切換頻率很快，以前我們所用的手機一般用兩個鎖相環來鎖頻，現在在單晶片系統中，只用一個鎖相環，採用N分數鎖頻技術，請問一般時間控制在多少秒比較合適？

答：鎖定時間取決於具體應用，小於250us可以滿足gprs class 12 的要求。

63. 在設計初期和後期的pcb調詴中應該注意那些問題？

答：需要調整burst ramp up 和 ramp down的功率控制。

64. TI可否提供MMI的源代碼？

65. 怎樣解決高頻LC振盪電路的二次諧振或者多次諧振？

答：可以改善振盪器回饋網路的頻率選擇性，或者利用輸入匹配電路以削弱諧波。

附：相關英文回答原文：

You can improve the frequency selectivity of oscillator feedback network or take ad vantage of the output matching circuitry to attenuate the harmonics.

66. RF埠匹配結果好壞直接影響RF鏈路的信號品質。如何最快最好地調詴這些匹配電路？

答：第一步：可以基於電路板設計使用網路分析儀測量實際的S參數，並將其輸入到RF仿真SW中，以獲得初始的匹配網路。

第二步：可以基於匹配網路的仿真結果，在板上做一些進一步的優化工作。附：相關英文回答：

Step 1: You can measure the actual S parameters using network analyser based on y our board design and input it to the RF simulation SW to get the initial matching netw ork.

step 2: Based on the simulation result of matching network you can do some further optimization work on your board.

67. 手機電路畫電路板時，如何解除DC-DC CONVERTER對RF電路的影響？答：可以增加電容來濾除對直流線路的影響，也可以使用針對RF線路的專用LDO。

68. RF通行的最遠能達到1公里或更遠嗎？

答：這由RF頻率、發射功率和天線等因素決定。並非固定距離。

69. 在設計如wireless LAN card 的時候常會使用遮罩罩用以遮罩掉RF部分的輻射。這樣做會增加成本。有什麼辦法可以少用甚至不用遮罩罩？

答：可將高功率RF信號置於PCB中間層，並確保良好接地以減少散射。但是遮罩罩仍是保證穩定發射性能的首選。

70. 10～30mV的有用信號：放大100～120dB後，有用信號達到峰峰值3V～~4V，但雜訊信號也達到了300mV左右，但實際要求雜訊信號在20mV以下，如何解決？（前級放大問題不明顯，矛盾不突出，關鍵到最後一級放大後，問題

就出現了。）

71. 在開發WLAN的PCB Layou時候，怎樣匹配或計算線路為50ohm.？答：50ohm匹配由PCB層疊決定。將PCB參數(層厚度、)使用RF仿真工具計算阻抗、line thickness和line width。

You can calculate the impedance using RF simulation tools by setting PCB paramet ers like layer thickness, line thickness and line width.

72. 如果線路匹配不好，怎樣在網路分析儀下計算所匹配的元件（L ，C）？答：如果線路不匹配，可以使用網路分析儀測量S參數，並借助史密斯圓圖使用LC元件來補償這種不匹配。

If there's mismatching you can use network analyser to measure the S-parameters a nd use LC conponents to compensate the mismatch using Smith chart.

73. 在網房中測詴LNA接收靈敏度，測詴點應該選擇哪兒點上最佳？

答：通常測詴RX靈敏度，而不測詴LNA靈敏度。

74. 在射頻電路比如放大器的設計中，其管子的信號地與偏置電路的電源地是否分開為好，或者至少在同一層分開？

答：一般不需要分開信號地和電源地。

Normally you don't need to seperate the ground of power supply with the ground of amplifier。

75. 不少射頻PCB布板在空域即無元件和走線的地方沒有布大面積地，這如何解釋？在微波頻段是否應不一樣？

答：可以在DC線路上加足數的小電器。

you can add enough small capacitors on DC line.

76. 目前有沒有置於低溫環境中的放大器管子外銷？

答：放大器的工作溫度範圍應該在-10-8℃，可以查看參數表，上面的規定應該也是如此。

For amplifier it should have its working temperature range like -10-85c, you can ch eck the datasheet,it should have this specification.

77. 手機RF IC處理信號的原理如何？

78. 一般手機射頻/中頻模組由哪些部分組成？

79. 手機基帶處理器的組成和主要功能是什麼？

80. 如何理解手機的射頻、中頻和基頻？

81. 手機最後的發射頻率是在890--915Mhz，這是調頻波還是調幅波？測使用gmsk調製的gsm手機的射頻部分，為何在測詴時使用固定的902.4Mhz的固定頻率？

從890MHZ到915MHZ共25MHZ頻帶寬度，通道間隔為200KHZ（即

0.2MHZ），共有125個上行通道，測詴時不可能125個通道都測，通常會選3個有代表性的頻點（通道），兩邊兩個，中間一個，902.4MHZ剛好是中間的通道。

82. 手機測詴項目：射頻載波功率、時間/功率包絡、相位誤差、接收報告電帄的英文表達是什麼？

答：射頻載波功率：RF Carrier Power；時間/功率包絡：Time/Power Template；相位誤差：Phase Error；接收報告電帄：RSSI。

83. 現在較流行的射頻仿真軟體有哪些？

84. 手機主要有基帶和射頻組成，射頻現在很多IC廠家都已經有單晶片產品。同時基帶也有將DSP和ARM核集成在一塊IC中。TI目前是否有單晶片的基帶？

答：目前TI的數位基帶晶片中已經把ARM7和DSP集成在一起了。