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手机射频模块驱动程序浅谈手机射频芯片的作用本文主要是关于手机射频的相关介绍，并着重对手机射频的原理及其作用进行了详尽的阐述。
手机射频手机射频是指接收、发送和处理高频无线电波的功能模块，我国依据ITU的规范。
对3G的频率规划如下：中国移动TD-SCDMA是1880--1900MHz和2010—2025MHz；中国电信CDMA2000是1920一1935MHz和2110一2125MHz：中国联通WCDMA是1940一1955MHz和2130—2145MHz。
电波需要发射出去，必须频率高到一定程度才行，如GSM的900MHZ和1800MHZ。
声音的频率很低，只有20HZ-20KHZ，这种频率的信号是无法直接发射的，必须将其调制到高频上也是就是射频上才能发射，这就是射频的意思。
为了达到手机和基站的良好通讯，要求手机发射的射频必须有足够的强度才行，当手机与基站距离较近时，可以用较小功率就可以维持通信了，当手机与基站距离很远时，手机必须加大自身的发射功率，才能维持良好通信水平。
所以，手机中射频的功率是自动可调的。
影响因素1.天线的集成度，手机为了外观小巧，很多天线集成在手机内部，对射频有影响，为了达到良好的效果，手机要更大的射频功率以维持正常工作，这样的话，会对人体产生一定的影响2.接收机的特性对手机射频也有影响，差的接收机会让用户收听到低质量的声音，使用户丢失基站信息并且造成呼叫断线。
差的接收机灵敏度经常是由于发射机发射的内部噪声和杂散信号回馈到接收机内部造成的。
因此，CTIA标准要求：在发射机最大发射功率下测量接收机灵敏度。
进入移动互联网时代，手机集成了越来越多的RF技术，比如支持LTE、TD-SCDMA、WCMDA、CDMA2000、HSDPA、EDGE、GPRS、GSM中多个标准的双模/多模手机，可实现V oIP、导航、自动支付、电视接收的Wi-Fi、GPS、RFID、NFC手机。
采用多种RF技术使手机的设计变得越来越复杂。
射频接收前端的ADS设计与仿真贾锋;杨瑞民【摘要】As an important part of the Radio Front(RF)signal analyzer, the RF receiver front-end plays a decisive role in the measurement of the RF signal. This paper builds one kind of 860~960 MHz RF receiver front-end system simulation platform of RF signal analyzer using the Advanced Design System(ADS)software. The pre-LNA is used to reduce system noise, and AGC is used to achieve a large dynamic range of the RF receiver front-end in the design. The gain, noise figure, sensitivity, dynamic range and other indicators of RF front-end of the design are calculated, and simulated by the software simulation tools. The simulations show that the RF front-end designed in the paper meets the requirements of the design.%射频接收前端作为射频信号分析仪的重要组成部分，对射频（RF）信号的测量起着决定性的作用。
使用ADS软件，构建了一种860~960 MHz的射频信号分析仪射频接收前端系统仿真平台。
射频电路篇本次培训内容：手机各级电路原理及故障检修1，基带电路发话电路、受话电路、蜂鸣电路、耳机电路、 背光电路、马达电路、按键电路、充电电路、开 关机电路、摄像电路、蓝牙电路、FM电路、显示 电路、SIM卡电路、TF卡电路2，射频电路接收电路、发射电路一、手机通用的接收与发射流程天线：ANT 声表面滤波器：SAWfilter 低噪声放大器：LNA 功放：PA手机通用的接收与发射流程1、信号接收流程： 天线接收——天线匹配电路——双工器——滤波（声 表面滤波器SAWfilter）——放大（低噪声放大器 LNA）——RX_VCO混频（混频器Mixer）——放大 （可编程增益放大器PGA）——滤波——IQ解调（IQ 调制器）——（进入基带部分）GMSK解调——信道均 衡——解密——去交织——语音解码——滤波—— DAC——放大——话音输出。
手机通用的接收与发射流程2、信号发射流程： 话音采集——放大——ADC——滤波——语音编码——交织——加密——信道均衡——GMSK调制—— （进入射频部分）IQ调制（IQ调制器）——滤波—— 鉴相鉴频（鉴相鉴频器）——滤波——TX_VCO混频 （混频器Mixer）——功率放大（PA）——双工器—— 天线匹配电路——天线发射。
手机通用的接收与发射流程3、射频电路原理框图：二、射频电路的主要元件及工作原理天线：ANT 声表面滤波器：SAWfilter 低噪声放大器：LNA 功放：PA射频电路的主要元件及工作原理1、天线、匹配网络、射频连接器： • 天线（E600）：作用是将高频电磁波转化为高频信号电流。
射频电路的主要元件及工作原理• 天线匹配网络（L604、C611、C614）：主要是完成主板与 天线之间的功率匹配，以使天线的效率尽可能高。
射频连接器（J600）：又叫同轴连接器或射频开关，作 用主要是为手机的测试提供端口。
其内部是簧片的接触结 构，相当于一个机械开关，通常状态下开关处于闭合状态， 当射频线探头插入射频连接器时，簧片一端将与主板的天线 通路断开，而与射频线探头接触，此时手机与测试仪器之间 就通过射频连接器与射频线进行信号的传输。
超宽带 ( UWB ) 系统具有高传输速率、低功耗、探测精度高、穿透性强、安全性高等优势，在军事、雷达、生物探测、短距通信及室内室外高精度定位等场景有着广泛的应用。
并且随着半导体技术的发展，基于 CMOS 的 UWB 雷达芯片成为研究热点。
国内外众多学者及商业公司提出各具优势的 UWB 芯片及系统。
来自西安电子科技大学与军事科学院的研究团队在《电子与信息学报》发表最新文章，从UWB 系统、UWB 芯片架构中关键电路和关键技术的研究现状和发展进行综述。
什么是超宽带雷达（UWB）20 世纪 60 年代超宽带 ( Ultra-Wide Band，UWB ) 的构想首次在 "time-domain electromagnetics" 中被提出，采用一种无载波的窄脉冲信号进行通信。
由于其具有较好的安全性，高传输速率以及高距离分辨率，使其在军事及雷达等领域有着重要的应用价值。
2002 年 2 月，美国联邦通信委员会（Federal Communications Commission，FCC）正式批准超宽带民用，规定超宽带的工作频率为 3.1~10.6 GHz，发射带宽大于 500 MHz，但为了防止超宽带与其他通信带宽产生干扰，对发射机发射功率进行了限制，即有效全向辐射功率小于– 41.2 dBm/MHz。
因此超宽带技术的高速传输速率是以非常宽的带宽为代价，同时超宽带脉冲雷达技术是发射机发射持续时间极短的脉冲信号，而收发机的重频周期较长，因此单位时间内消耗的功耗极低，适合今后低功耗的应用场景要求。
UWB 系统在军事雷达领域应用之外，在生物探测、室内定位等商业应用场景的得到重要的应用。
图 1 展示的是 UWB 系统的优势和应用场景。
图 1 UWB 系统的优势与应用场景UWB 雷达芯片中的关键技术UWB 雷达芯片关键技术主要包括了信号产生技术、超宽带功率放大器、超宽带低噪声放大器、高速量化技术等。
Noise Figure所谓灵敏度，指的是在SNR能接受的情况下，其接收机能接收到的最小讯号[1-2]，其公式如下:第二项是所谓的Noise Figure，理想上SNR当然是越大越好，最好是无限大(表示都没有噪声)，但实际上不可能没有噪声，因此，由[3-4]可知，所谓Noise Figure，衡量的是当一个讯号进入一个系统时，其输出讯号的SNR下降多寡，亦即其噪声对系统的危害程度，示意图与定义如下:而接收机整体的Noise Figure，公式如下:由上式可知，越前面的阶级，对于Noise Figure的影响就越大，而一般接收机的方块图如下[5] :因此，从天线到LNA，包含ASM、SAW Filter、以及接收路径走线，这三者的Loss 总和，对于接收机整体的Noise Figure，有最大影响，因为由[5]可知，若这边的Loss多1 dB，则接收机整体的Noise Figure，就是直接增加1 dB，因此挑选ASM 时，要尽量挑选Insertion Loss较小的[7]。
而由[8]可知，SAW Filter可以抑制带外噪声，因此原则上须在LNA输入端，添加SAW Filter，避免带外噪声劣化接收机整体性能。
但有些接收机，其SAW Filter 会摆放在LNA与Mixer之间，如下图[9] :前述说过，LNA输入端的Loss，对于接收机整体的Noise Figure，有最大影响，因此上图的PCS与WCDMA，之所以将SAW Filter摆放在LNA之后，主要也是为了Noise Figure考虑，假设SAW Filter的Insertion Loss为1 dB，LNA的Gain 为10 dB，若将SAW Filter摆放在LNA之前，则接收机整体的Noise Figure，便是直接增加1 dB，但若放在LNA之后，则接收机整体的Noise Figure，只增加了1/10 = 0.1 dB。
而在Layout时，其接收路径走线要尽可能短，线宽尽可能宽，这样才能将其Insertion Loss降低，甚至必要时，可以将走线下层的GND挖空，如此便可以在阻抗不变的情况下，进一步拓展线宽，使其Insertion Loss更为降低[10]。
第一章1、理解常见无线电技术中的LNA技术,AGC技术,超外差接收技术和双工技术。
1)接收灵敏度影响因素:外部噪声、内部噪声和电路系统的非线性失真等提高接收灵敏度的方法: 在接收机前端增加一个射频放大器,并使其噪声系数尽可能小, 一般采用低噪声放大器2）为使接收机输出信号的强度相对稳定, 接收机的增益就应随着输入信号强度的大小自动调整,这一技术即为自动增益控制3)超外差技术: 通过混频器本振频率fL和选频滤波器中心频率f0= fRF同步改变来实现中频频率fIF固定不变.（中频频率fIF是射频频率和本振频率差拍的结果）4）常见的收/发双工技术: 时分双工、频分双工和环形器双工2.无线模拟通信系统、无线数字通信系统、数字无线电技术比较、软件无线电比较。
除调制/解调外, 无线数字通信系统与无线模拟通信系统相同无线数字通信系统与无线模拟通信系统的根本区别:（1)信源的数字化;（2）调制/解调：传输信道中其它各环节仍相同, 如信道分离、混频和滤波等, 但模拟信道技术结构复杂、集成度低、体积功耗大,运用不灵活。
模拟无线电技术中, 信号处理大多采用实信号处理技术, 而数字无线电则多采用复信号处理技术, 即采用正交双通道技术3.实现正交双通道的关键 .4、实现正交双通道的关键有两个 1）需要产生两个正交本振 2）需要严格保证两通道的幅度平衡 , 若上述条件无法满足,则会产生镜像信号, 造成镜像干扰5、硬件无线电与软件无线电的主要区别。
6、硬件无线电是指无线电设备的功能由硬件结构确定, 系统的工作很少或没有软件参与, 在功能上是固定的。
软件无线电技术可以多频带/多模式/多功能工作,具有可重编程、可重配置能力。
模拟无线电和数字无线电都属于硬件无线电；数字无线电+软件无线电和重配置技术构成软件无线电。
7、数字无线电常见结构.8、据A/D转换在数字无线电系统中所处的位置分类: 零中频数字基带的结构:中频频率为零, 不存在一般超外差接收机中的镜频干扰问题；超外差式数字基带的结构:中频频率固定;超外差式数字中频的结构:中频频率固定9、软件无线电的定义、特点及软件无线电的中心思想。
lna的原理低噪声放大器（Low Noise Amplifier，简称LNA）是一种用于放大电信号并且尽量不引入噪声的电子元件。
它可以被广泛应用于无线通信系统中，如手机通信、卫星通信、射频识别（RFID）等。
LNA的主要原理是通过提供高增益且低噪声的放大器来放大输入信号。
为了实现这个目标，LNA通常需要具备以下几个关键特点：1. 低噪声系数：LNA需要具备尽可能低的噪声系数，以确保输入信号的有效性。
噪声系数是指输入与输出之间噪声功率的比值。
通常，噪声系数越低，LNA越能够保持信号的纯净性。
2. 高增益：LNA需要提供足够的增益来保证信号的强度能够达到足够的水平，使其能够被后续电路捕获和处理。
增益是指输出信号与输入信号的功率比值。
一般来说，LNA的增益应该较高，但也要避免引入过多的噪声。
3. 宽带：因为不同应用场景下的输入信号频率有所不同，LNA需要具备宽带性能，以适应不同频段的信号放大需求。
宽带特性可以通过采用设计优化的无源元件和匹配网络来实现。
为了满足上述要求，LNA通常采用低功耗的晶体管作为放大器的放大元件。
晶体管可以通过适当的偏置方式来实现低噪声放大。
常用的晶体管类型包括二极管结型晶体管（JFET）和金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。
这些晶体管具有较低的内部噪声，可以提供高增益和宽带特性。
基于晶体管的LNA通常包括以下几个关键组件：1. 输入匹配网络：输入匹配网络用于保证输入电路与信号源的匹配，以最大程度地转移并放大输入信号。
这个网络通常由电容、电感和变压器组成。
2. 稳定偏置电路：稳定偏置电路通过提供适当的偏置电压和电流来确保晶体管在工作过程中的稳定性。
它通常由电源、电阻和电容组成。
3. 输出匹配网络：输出匹配网络用于匹配放大电路与负载之间的特性阻抗，以最大限度地转移功率。
输出匹配网络通常由电容和电感组成。
通过合理地设计和优化以上组件，LNA可以实现高增益、低噪声、宽带的特性，从而有效地放大输入信号并尽量减小噪声的引入。
Introduction在手机射频中，最常额外添加LNA的RF应用，应该莫过于讯号极为微弱的GPS，如下图[18] :然而随着手机射频越来越复杂，其他RF应用，也开始出现额外添加LNA的需求，如下图[9]。
故本文件将探讨外加LNA，对于接收机性能的影响。
Noise Figure所谓灵敏度，指的是在SNR能接受的情况下，其接收机能接收到的最小讯号[17]，其公式如下:然而对于手机射频工程师而言，能着手改善灵敏度的，只有Noise Figure一项。
Noise Figure的定义如下[17] :理想上SNR当然是越大越好，最好是无限大(表示都没有噪声)，但实际上不可能没有噪声，因此所谓Noise Figure，衡量的是当一个讯号进入一个系统时，其输出讯号的SNR下降多寡，亦即其噪声对系统的危害程度，示意图如下[17] :假设信号经过一组件，其SNR下降1 dB，那么我们可以说，该组件的Noise Figure 为1 dB。
而由下图可知，Noise Figure最小为零，亦即输出信号的SNR完全不变。
同时也由下图可知，信号经过任何组件，不管是有源还是无源，其SNR都只会变小，再怎样都不会变大，所以Noise Factor最小是1[14]。
因此，若信号经过越多组件，则SNR会下降越多[3]。
而不论是有源还是无源组件，其Noise Figure主要是来自其Insertion Loss。
当然，放大器在启动状态下，只有Gain，没有Insertion Loss，但即便如此，信号经过放大器，其SNR依旧只会下降，毕竟如前述所言，信号经过一组件，其SNR再怎样都不可能放大，因为Noise Figure最小为零，没有负的。
由上图可知，当信号经过一个LNA时，理论上SNR不变，因为信号与噪声会一起放大，且放大倍数一致。
但由于LNA会有自身的Additive Noise[3]，提升了信号的Noise Floor，故输出信号的SNR会下降。
因此，以RFMD的RF2815为例，其Noise Figure为0.85 dB，意味着其Additive Noise为0.85 dB，同时也表示信号经过该LNA，其SNR会下降0.85 dB[16]。
Noise Figure and Sensitivity然而，信号经过LNA，其SNR依旧只会下降，那为何添加额外的LNA，可以增加灵敏度呢? 我们实际举个例子来说明。
接收机整体的Noise Factor，公式如下[17] :我们计算一下，下图接收机，未加额外LNA时的Noise Figure:值得一提的是，除了Stage 3之外，其他Stage的Gain(ratio)，需利用下式算出:因为除了Stage 3的iLNA (Internal LNA)之外，其它Stage皆只有Insertion Loss，不会有Gain，而在Noise Factor的计算时，分母要带入的是放大/衰减倍数，以Stage 1为例，我们必须透过上式，得知3 dB的Insertion Loss，亦即G1(dB) = -3 dB时，其讯号会衰减为原来的0.5倍，最后再将整体Noise Factor的G1，用0.5带入。
接着我们计算一下，额外添加LNA后的Noise Figure :由[1,10,12]与前述灵敏度公式可知，Noise Figure的增减，会直接反应在灵敏度上，因此，加了额外的LNA后，其Noise Figure下降了3 dB (5.04 – 2 = 3.04)，意味着其灵敏度，也提升了3 dB。
而eLNA，亦即External LNA，故以下我们皆以eLNA来称呼已由前述得知，任何组件，不论有源还是无源，甚至是走线，都有其Noise Figure[14]，都会使SNR下降，因此接收信号从天线到接收机的传送过程中，其SNR下降是必然的，所以在计算灵敏度时，才会需将整体接收机Noise Figure纳入计算。
因此我们将上述例子，化简为下图:而虽然eLNA，因其自身的Noise Figure，也会使SNR下降，但至少可以让接收信号从天线到接收机的传送过程中，其SNR的下降程度少一些。
换言之，加了eLNA，其SNR当然还是会下降，但若不加，其SNR会下降更多，如上例，加了就是SNR会下降2 dB，但若不加，SNR会下降5.04 dB。
所以，加了eLNA后，SNR由下降5.04 dB，变成下降2 dB，等同于提升了3 dB。
因此由此可知，加了eLNA，确实有助于灵敏度的提升。
在上述Noise Figure的计算过程中，我们发现，LNA之后的Stage，因为分母会有LNA的Gain，其值会变的非常小，几乎可忽略不计，换言之，LNA的Gain，会稀释了后方电路对整体Noise Figure的贡献，因此我们若将上例，省略LNA后方的Stage，并重新计算，可得到下表:我们由上表看到，与原来的计算结果，差异不大，因此为方便计算，LNA后方的Stage可忽略不计，只需考虑LNA输入端的Stage，与LNA自身即可[7,12,14]。
而若我们进一步，直接将LNA输入端Stage的Noise Figure总和，与LNA自身的Noise Figure，两者相加，可得到下表:由上表得知，其计算结果几乎完全一致。
而前述已知，不论是有源还是无源组件，其Noise Figure，主要是来自其Insertion Loss，因此我们可将接收机整体Noise Figure，化简为下式:Noise Figure(dB) = LNA Pre-loss(dB) + LNA Noise Figure (dB)亦即得知LNA输入端的Insertion Loss总和，以及LNA本身的Noise Figure后，两者相加便可求出接收机整体的Noise Figure。
而LNA全名为Low Noise Amplifier，顾名思义，其Noise Figure多半很低，例如RFMD的RF2815，其Noise Figure只有0.85 dB[16]，而Infineon的BGA7L1N6，更是只有0.6 dB[10]。
因此我们得到一个结论，接收机整体的Noise Figure，几乎来自于LNA输入端的Insertion Loss[2,7,14]。
而已由前述得知，Noise Figure 的增减，会直接反应在灵敏度上，换言之，若LNA输入端的Insertion Loss多1 dB，则其灵敏度就是直接劣化1 dB[17]。
因此上例中，加入eLNA，之所以能提升灵敏度，是因为直接将其摆放位置，紧邻在ASM之后，如此便可省略过长的走线，其Insertion Loss对接收机整体Noise Figure的影响，亦即减少了LNA输入端的Insertion Loss总和，进而减少接收机整体Noise Figure，提升灵敏度，如下图:11因此，回到上述例子，倘若 eLNA，摆放位置如下图 :那么灵敏度不会有任何改善，因为 LNA 输入端的 Insertion Loss 并未减少，除非 iLNA 的 Noise Figure， 远大于 eLNA， 这样或许还会因省略了 iLNA 其 Noise Figure 的影响(因为 iLNA 在 eLNA 的后方)，使得灵敏度有所提升。
因此 eLNA 的摆放位 置，会决定其灵敏度的改善程度，原则上当然是离天线越近越好，这样可以将 LNA 输入端的 Insertion Loss 降到最低，使灵敏度的改善程度提升至最大。
12而在手机应用中，有可能为了避免 GPS 讯号被其他 RF 讯号干扰，会将 GPS 天线 位置，远离 2G/3G/4G 的主天线，如下图[53] :亦即其天线位置会离收发器很远，故在摆放 GPS 的 eLNA 时，应离 GPS 天线越 近越好，否则其过长走线，会使其 C/N 值非常非常差，失去了 eLNA 改善灵敏度 的作用，如下图:13当然，倘若天线离接收机非常近，且途中并未经过任何器件，原则上其接收机的 整体 Noise Figure 几乎为零(iLNA 本身的 Noise Figure 姑且忽略不计)， 亦即讯号 从天线到接收机的传送过程中，其 SNR 几乎没有劣化，在此情况下，当然不需 要 eLNA 来减缓 SNR 恶化程度，提升灵敏度，因为已无任何改善空间，如下图:但实际上不可能，我们以 Qualcomm 的 WTR1625L 作说明[15] :14如前述所言，手机射频越来越复杂，且 PCB 空间越来越小，在 Placement 时， 可能为了考虑空间利用率，其收发器的位置，会离天线很远，再加上要考虑 Co-existence 与 CA(Carrier Aggregation)的情况下， 其收发器前端会有许多组件， 例如 Switch, SAW Filter, Duplexer, Diplexer……等，这些都会造成灵敏度的劣化 [15]，因此才会越来越需要 eLNA，来提升灵敏度。
15我们已由前述公式得知，LNA 输入端的 Insertion Loss，以及 LNA 本身的 Noise Figure 后，两者相加便可求出接收机整体的 Noise Figure。
虽然接收机整体的 Noise Figure，几乎由 LNA 输入端的 Insertion Loss 主宰，但倘若我们能进一步 降低 LNA 本身的 Noise Figure，对整体灵敏度，依旧有些许的帮助。
首先是电源，我们由下图看到，若 LNA 的 Vcc 越大，其 Noise Figure 会越低[23]:而一般而言，LNA 的 Vcc，会串联电感或磁珠，充当 RF Choke，目的是要抑制电 源的高频噪声[24,25]。
但须注意其内阻值不宜过大，而 Layout 时，其 Vcc 走线 也不宜过长，线宽过细，或是换层时 Via 打太少，因为这些都会导致 IR Drop， 使得供给 LNA 的 Vcc 变低，进而导致 Noise Figure 升高。
16另外是匹配，可以靠调 Source-pull 的方式，将 LNA 的输入阻抗，调整至 Noise Figure 最小的位置[26,27]，当然一般而言，为方便起见，单端的接收路径，主要还是调至 50 奥姆附近，除 非是真的需要靠调 Source-pull 的方式来优化灵敏度。
17Data Rate由 Shannon Theorem 得知，其信道容量可由下式计算:由上式可知若带宽拓展，其 Data Rate 会增加，如下图[19] :前述提到的 CA，载波聚合，也是为了拓展带宽，进而提升 Data Rate。
另外上图 的 MIMO (Multi input Multi Output)， 则是为了可以提升 SNR， 进而提升 Data Rate。
