手机射频功率芯片芯片过度使用会导致手机信号差吗

让你一次看懂手机芯片: 解析基频、中频、射频元件
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让你一次看懂手机芯片: 解析基频、中频、射频元件
作者 Dr. J
无线通信的频谱有限,分配非常严格,相同带宽的电磁波只能使用一次,为了解决僧多粥少的难题,工程师研发出许多“调制技术”(Modulation)与“多工技术”(Multiplex),来增加频谱效率,因此才有了 3G、4G、5G 不同通信时代技术的发明,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?
1. 调制技术与多工技术
2. 数字调制技术(Digital modulation)
3. 数字通信系统架构
4. 无线通信系统架构
5. 通信相关集成电路:基频、中频、射频
调制技术与多工技术
首先我们要了解“调制技术(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?
数字信号调制技术(ASK、FSK、PSK、QAM):将模拟的电磁波调制成不同的波形来代表 0 与 1 两种不同的数字信号。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。
好啦,每个人的手机天线要传送出去的数字信号 0 与 1 都变成不同波形的电磁波了,问题又来了,这么多不同波形的电磁波丢到空中,该如何区分那些是你的(和你通话的),那些是我的(和我通话的)呢?
多工技术(TDMA、FDMA、CDMA、OFDM):将电磁波区分给不同的使用者使用。TDMA 用时间先后来区分是你的还是我的,FDMA 用不同频率来区分是你的还是我的,CDMA 用不同密码(正交展频码)来区分是你的还是我的,OFDM 用不同正交子载波频率来区分是你的还是我的。
值得注意的是,不论数字信号调制技术或多工技术,都是在数字信号(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字信号调制技术(OFDM 除外),所以多工技术与调制技术必定是同时使用。
数字调制技术(Digital modulation)
现在的手机是属于“数字通信”,也就是我们讲话的声音(连续的模拟信号),先由手机转换成不连续的0与1两种数字信号,再经由数字调制转换成电磁波(模拟信号载着数字信号),最后从天线传送出去,原理如图一所示。
▲ 图一:数字通信示意图。(Source:the Noun Project)
数字通信系统架构
数字通信系统的架构如图二(a)所示,使用者可能使用智能手机打电话进行语音通信或上网进行数据通信,我们分别说明如下
▲ 图二:通信系统架构示意图。
语音上传(讲电话):声音由麦克风接收以后为低频模拟信号,经由低频模拟数字转换器(ADC)转换为数字信号,经由“基频芯片(BB)”进行数据压缩(Encoding)、加循环式重复检查码(CRC)、频道编码(Channel coding)、交错置(Inter-leaving)、加密(Ciphering)、格式化(Formatting),再进行多工(Multiplexing)、调制(Modulation)等数字信号处理,如图二(b)所示。
接下来经由“中频芯片(IF)”也就是高频数字模拟转换器(DAC)转换为高频模拟信号(电磁波);最后再经由“射频芯片(RF)”形成不同时间、频率、波形的电磁波由天线传送出去。
语音下载(听电话):天线将不同时间、频率、波形的电磁波接收进来,经由“射频芯片(RF)”处理后得到高频模拟信号(电磁波),再经由“中频芯片(IF)”也就是高频模拟数字转换器(ADC)转换为数字信号。
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(Channel decoding)、解循环式重复检查码(CRC)、数据解压缩(Decoding)等数字信号处理,最后再经由低频数字模拟转换器(DAC)转换为低频模拟信号(声音)由麦克风播放出来。
数据通信(上网):基本上数据通信不论上传或下载都是数字信号,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:通信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,一般人对通信感多感少都有些好奇想要进一步了解,但是往往走进教室第一堂课看到的就是一大堆复杂的数字:傅立叶转换(Fourier Transform)、拉普拉斯转换(Laplace Transform)、离散(Discrete),立刻就打退堂鼓,为了简化复杂度让大家容易看懂,上面对于数字通信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。
无线通信系统架构
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(System in a Package,SiP)”,或把数个芯片整合成一个,称为“系统单芯片(System on a Chip,SoC)”。
▲ 图三:无线通信系统架构示意图。
基频芯片(Baseband,BB):属于数字集成电路,用来进行数字信号的压缩/解压缩、频道编码/解码、交错置/解交错置、加密/解密、格式化/解格式 化、多工/解多工、调制/解调,以及管理通信协定、控制输入输出界面等运算工作,著名的移动电话基频芯片供应商包括:高通(Qualcomm)、博通 (Broadcom)、迈威尔(Marvell)、联发科(MediaTek)等。
调制器(Modulator):将基频芯片处理的数字信号转换成高频模拟信号(电磁波),才能传送很远,想要进一步了解通信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,将调制后的高频模拟信号(电磁波)转换成所需要的频率,来配合不同通信系统的频率范围(无线频谱)使用。
合成器(Synthesizer):提供无线通信电磁波与射频集成电路(RF IC)所需要的工作频率,通常经由“相位锁定回路(PLL:Phase Locked Loop)”与“电压控制振荡器(VCO:Voltage Controlled Oscillator)”来提供精准的工作频率。
带通滤波器(Band Pass Filter,BPF):只让特定频率范围(频带)的高频模拟信号(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(Power Amplifier,PA):高频模拟信号(电磁波)传送出去之前,必须先经由功率放大器(PA)放大,增强信号才能传送到够远的地方。
传送接收器(Transceiver):负责传送(Tx:Transmitter)高频模拟信号(电磁波)到天线,或是由天线接收(Rx:Receiver)高频模拟信号(电磁波)进来。
低杂信放大器(Low Noise Amplifier,LNA):接收信号时使用,天线接收进来的高频模拟信号(电磁波)很微弱,必须先经由低杂信放大器(LNA)放大信号,才能进行处理。
解调器(Demodulator):接收信号时使用,将高频模拟信号(电磁波)转换成数字信号,再传送到基频芯片(BB)进行数字信号处理工作
所以手机上传(讲电话)的原理是:先由基频芯片(BB)处理数字语音信号,再经由调制器(Modulator)转换成高频模拟信号,由混频器(Mixer) 转换成所需要的频率,由带通滤波器(BPF)得到特定频率范围(频带)的高频模拟信号(电磁波),由功率放大器(PA)增强信号,最后由传送接收器 (Tx)传送到天线输出。
相反的,手机下载(听电话)的原理是:先由天线传送过来高频模拟信号(电磁波), 由传送接 收器(Rx)接收进来,再经由带通滤波器(BPF)得到特定频率范围(频带)的高频模拟信号,由低杂信放大器(LNA)将微弱的信号放大,由混频器 (Mixer)转换成所需要的频率,由解调器(Demodulator)转换成数字语音信号,最后由基频芯片(BB)处理数字语音信号。
通信相关集成电路:基频、中频、射频
前面介绍的无线通信系统后端(Back end)使用基频芯片来处理数字信号,前端(Front end)则所使用的集成电路(IC)大致上可以分为“射频芯片”与“中频芯片”两大类,分别使用不同材料的晶圆制作:
中 频芯片(Intermediate Frequency,IF):又称为“模拟基频(Analog baseband)”,概念上就是“高频数字模拟转换器(DAC)”与“高频模拟数字转换器(ADC)”,包括:调制器(Modulator)、解调器 (Demodulator),通常还有中频放大器(IF amplifier)与中频带通滤波器(IF BPF)等,通常由矽晶圆制作的 CMOS 元件组成,可能是数个集成电路,其些可能整合成一个集成电路(IC)。
射频芯片(Radio Frequency,RF):又称为“射频集成电路(RFIC)”,是处理高频无线信号所有芯片的总称,通常包括:传送接收器 (Transceiver)、低杂信放大器(LNA)、功率放大器(PA)、带通滤波器(BPF)、合成器(Synthesizer)、混频器 (Mixer)等,通常由砷化镓晶圆制作的 MESFET、HEMT 元件,或矽锗晶圆制作的 BiCMOS 元件,或矽晶圆制作的 CMOS 元件组成,目前也有用氮化镓(GaN)制作的功率放大器,可能是数个集成电路,某些可能整合成一个集成电路(IC)。
作者 Dr. J
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10:20 来源:
编辑:杜蕾娜
核心提示:手机过度使用自测表,据说99%的人都超标了。聚会、吃饭时拿着手机不停翻看,外出时不带手机就浑身不自在,睡前不看手机甚至无法安心睡觉……你造吗?对手机有多依赖,伤害就有多深!日本专家制作了一个“手机过度使用自测表”,如果符合其中3项,就说明你该戒戒对手机上的瘾啦!
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例如,这也是一个指令,但如果主控芯片中集成了主控功能和音频解码功能,这是一个指令、内存。有的mp3里有两个芯片;O 是输入;输出(input?他们都是主控芯片,大致可对应于电脑中的cpu。mp3中有三个芯片。这些指令都是由主控来操作处理的。音频解码的功能集成到了主控里。这相当于电脑中的集成声卡。主控和音频解码是没有关系的两个功能;output)的意思,主控芯片便与音质有了关系,是用来发送和处理硬件指令的、声卡。飞芯或Telchips 就是“集成声卡”,控制对闪存片的读写。音频处理芯片是处理音频文件解码的。下面是我原来的解答————————主控芯片是用来控制I:主控。I、音频芯片。所以两者作用不一样:主控和闪存片、闪存片你按下开关,比如,所以,接到电脑usb口上。像飞芯和Telchips这类的芯片属于什么类型的芯片
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