第3章 手机维修基础

良好的维修基础是深入维修之本。

手机维修的基础包括很多方面，这里并不准备详细讨论，只是介绍一些概念上的知识（有关这方面的详细内容可参阅电子工业出版社出版的《手机维修快速入门》一书）。

3.1 手机理论基础

懂理论，能进行图纸分析对于一个手机维修人员是至关重要的。

从维修的角度上看，理论基础应注意电路结构、单元电路、识图和理论分析能力等方面。

3.1.1 电路结构

对于手机维修基础理论，除了掌握必要的一般电子基础知识外，掌握手机电路的结构是首要的。

整个手机的硬件结构包括两大系统——射频系统（RF）与基带系统（BB）。

射频系统包括接收与发射两个子系统。基带系统则包括数字基带（DBB）、模拟基带（ABB）与电源管理单元（PMU）3部分。这里主要介绍手机的射频电路结构。

1. 接收机电路结构

无线电接收机有两大类：外差式接收机和直接变换的接收机。

总结手机的接收机，可将它们分为4种基本的框架结构：第一种是超外差一次变频接收机；第二种是超外差二次变频接收机；第三种是直接变换的线性接收机；第四种是低中频接收机。

从图3.1中可以看到，该类射频系统包括天线电路（ANT）、低噪声放大器（LNA）、混频器（MIX）、中频放大器（IFAMP）及解调（DEMOD）、本机振荡（Lo）等单元电路。

低噪声放大器在不造成接收机线性度恶化的前提下提供一定的增益，对天线感应接收到的射频信号进行放大，以满足接收混频电路对输入信号幅度的要求。

在混频电路中，低噪声放大电路输出的接收射频信号与本机振荡信号进行混频，得到接收机的中频信号（IF）。混频电路与本机振荡电路之间的滤波器被称为Injection Filter，滤除来自本振的杂散信号。

中频放大器将接收中频信号放大到一定的幅度供后续电路处理。中频放大器通常需要较大的增益，接收机的增益控制多通过中频放大器及基带信号放大器实现。

接收中频信号被送到解调电路。数字移动电话中的这个解调电路通常采用的是正交混频器，支持正交解调及下变频。第二本振电路产生的信号经分频&移相电路处理后，为解调电路提供正交本机振荡信号，该信号的频率与接收中频信号的中心频率一致。两个信号在解调电路中混频，还原出模拟的接收基带信号（RXI/Q信号）。

解调输出的接收基带信号经放大、滤波后被送到基带电路。接收机基带信号在基带电路经一系列处理后，还原出模拟的语音信号。

超外差二次变频接收机与超外差一次变频接收机相比，最大的区别在于多了一级频率变换单元（下变频）。由于当前的手机基本上都不采用超外差二次变频接收机，这里不再赘述。

Lo电路产生的信号是接收射频载波信号的几倍，Lo电路产生的信号经分频&移相电路处理后，为混频电路提供本机振荡信号。

比如在诺基亚的大多数GSM手机中，Lo电路（SHFVCO）产生3GHz以上频率的信号。当接收机工作在GSM模式时，SHFVCO电路产生的信号被4分频，得到GSM接收本机振荡信号；当接收机工作在DCS模式时，SHFVCO电路产生的信号被2分频，得到DCS接收本机振荡信号。

低中频接收机又被称为近零中频接收机（Near-Zero IF），具有类似“零中频接收机”的优点，同时避免了“零中频接收机”的直流偏移（DC Offset）导致的低频噪声的问题。

与超外差一次变频接收机所不同的是，一次变频接收机的中频信号的频率通常是很高的，如摩托罗拉GSM手机V998的接收机是一次变频接收机，其接收中频信号的频率是400MHz；而低中频接收机则不同，混频电路输出的接收机中频频率很低（接近基带信号的频率），如三星的GSM手机T408，其接收混频电路输出的中频信号的频率是100kHz（而GSM接收基带信号的频率是67.707kHz）。

大多数低中频接收机实际上通常是采用了数字中频方案。从图3.3中可以看出，混频电路输出的低中频信号是模拟信号，该信号经PAG（可编程增益放大器）电路放大后，经ADC单元变换，转换为数字低中频信号，然后被送到I/Q解调电路。

在I/Q解调电路，采用两个正交的数字正弦信号作为本振，与数字低中频信号进行混频，还原出基带信号。I/Q解调电路输出的信号经滤波、放大后，由DAC单元转换为模拟的接收基带信号（RXI/Q），输出到基带电路。

2. 发射机电路结构

发射机有直接上变频的发射机、外差式的发射机及直接调制的发射机三大类。

移动电话的发射电路大致有三种框架结构：带发射上变频的发射机、带偏移锁相环的发射机、直接调制的发射机。这三种结构的发射机最大的不同在于送往功率放大器的最终发射信号的产生方式不同。其他的发射机可分别参考这三种结构的发射机。

带偏移锁相环的发射机包含功率放大器（PA）、发射VCO、偏移混频、发射鉴相器（PD）及发射I/Q调制等电路。

需要注意的是，由不同厂商的复合射频集成电路所组成的发射机的OPLL可能有所不同。但是，尽管不同的实现有其各自复杂的内部细节问题，但它们基本的结构还是相同的。

发射偏移锁相环也被称为发射调制环路，它由偏移混频电路、发射鉴相器（PD）及外接的环路滤波电路（LPF）、发射VCO电路组成，即图3.4中虚线框中的单元电路。

发射偏移锁相环将调制信息加载到发射VCO电路所产生的射频信号上，使偏移锁相环更像一个跟踪滤波器。偏移锁相环的最佳带宽将使发射VCO频率合成获得最小的动态相位误差及最小锁定时间。

对带偏移锁相环的发射机做如下表述。

（1）模拟的语音信号经送话器转换得到模拟的语音电信号。语音电信号在基带电路中经一系列处理后得到发射机的基带信号（TXI/Q）。TXI/Q信号被送到发射射频系统的调制电路（I/Q调制）。

（2）发射机的基带信号被调制到发射中频载波上，得到发射已调中频信号，发射已调中频信号被送到发射鉴相器单元。通常情况下，中频VCO电路并不直接给调制电路提供发射中频载波，中频VCO电路产生的信号经分频后才得到发射中频载波信号。发射中频载波信号除可以由中频VCO电路产生外，也可以由其他方式产生。

（3）在发射机启动时，发射VCO电路开始工作，发射VCO电路所产生的信号被送到偏移混频电路，与射频VCO电路产生的信号进行混频，得到偏移锁相环中发射鉴相器的反馈输入信号。

（4）偏移混频电路输出的反馈信号及I/Q调制电路输出的发射已调中频信号被送到发射鉴相器电路。在这里，发射I/Q调制器输出的信号相当于偏移锁相环电路的参考信号。

（5）在发射鉴相器内，反馈信号与I/Q调制器输出的信号进行比较，得到相位误差信号。相位误差信号经泵电路转换、二阶低通滤波器滤波，得到一个电压控制信号（该信号与GMSK调制信息及发射机电路的工作信道相关），去控制发射VCO电路，使发射VCO电路输出信号的频率发生变化，直到偏移混频电路输出的反馈信号与I/Q调制电路输出的信号一样为止，此时就完成了发射VCO电路的信道锁定。

（6）由于PLL的带宽合适，在鉴相器进行反馈信号及已调中频信号的处理时，发射信息仍然包含在鉴相器的输出信号中。这些发射信息被调制到发射VCO射频信号上，使发射VCO电路输出最终发射射频信号。

（7）发射VCO电路输出的信号经滤波后，被送到功率放大器电路。功率放大器被用来对最终发射信号进行功率放大，以使发射信号有足够的功率经天线辐射出去。

比较图3.4、图3.5可以看出，图3.5所示的发射机用发射上变频取代了图3.4中的发射偏移锁相环电路。图3.5所示的发射机电路的最终发射信号的产生方式不同，最终发射信号由发射上变频电路产生。其他电路与图3.4中的发射机电路是完全一样的。

在如图3.5所示的电路中，发射I/Q调制电路输出的发射已调中频信号被送到发射上变频电路。在发射上变频电路中，发射已调中频信号与射频VCO信号进行混频，得到最终发射信号。

在这种发射机中，发射基带信号TXI/Q不再是调制发射中频信号，而是直接调制在发射机射频载波上。I/Q调制器（图3.6中的上变频）直接输出最终发射信号。

3.1.2 单元电路

手机电路是由许多单元电路组成的，掌握了手机电路的结构，接下来就需要对手机电路进行分解。掌握手机电路的结构可以对手机电路的分解进行“宏观”指导，只有掌握、理解了单元电路才能对其进行深入、细致的分析。

在学习、理解单元电路时，应注意以下几方面。

（1）这个电路的基本电路形式是怎样的？（特别是分立元件电路更应多注意）

（2）该电路在整个手机电路中的什么位置？

（3）该电路在手机电路中起什么作用？

（4）若该电路工作不正常，会导致手机出现什么故障？

（5）若该电路工作不正常，应如何检修？

下面对手机中的一些常见的单元电路进行一些简单的介绍。

1. 天线电路

天线（ANT）电路是接收机的第一级电路，它是接收机与发射机的公共电路。

简单的说，天线电路是为了给有用信号（接收信号与发射信号）提供正确的信号通道，并抑制无用信号。在接收方面，天线电路被用来防止无用的射频信号、发射信号串入接收机电路；在发射方面，天线电路用于防止发射机产生的杂散信号被天线辐射出去。

在接收机方面，天线电路连接到接收机的低噪声放大电路的输入端；在发射方面，天线电路连接到发射机的功率放大电路的输出端。

在GSM手机中，通常采用天线开关、天线开关模组电路；在CDMA手机中，通常采用双工滤波器电路；在3G手机中，通常采用天线开关与双工滤波器结合的天线电路。

以双工滤波器为主的天线电路比较简单。在包含天线开关的天线电路中，射频信号通道受到基带电路输出的信号控制。

2. 低噪声放大器

低噪声放大器（LNA）位于天线电路之后，是接收机的第一级放大电路。

低噪声放大器主要是对天线感应到的微弱的射频信号进行放大，以满足混频器对输入信号的幅度的要求。采用低噪声放大器可改善接收机的总噪声系数。低噪声放大器具有一定的选频功能，能抑制带外与镜像频率的干扰，还能防止RXVCO信号从天电路径辐射出去。

分立元件的低噪声放大电路通常是共发射极电路。当前手机中的LNA电路通常被集成在射频芯片中。

3. 混频电路

在无线通信中，常需要将信号频段内某一个频率变换成另一个频率，以满足电路的需要，这样的功能通常是由混频电路来实现的。

简单的说，混频就是将两个不同的信号（输入信号与本机振荡信号）加到非线性器件上，进行频率组合后，取其差频或和频（在手机中，都是取两个输入信号频率之差）。

混频电路多种多样，有采用分立元件电路的，也有采用集成电路的。

分立元件的混频电路有二极管混频器、三极管混频器等。三极管混频电路的电路形式与三极管放大电路的电路形式很相似，它们的区别主要在于三极管的工作状态不同——放大电路中的三极管工作在线性区，而混频电路中的三极管工作在非线性区。

除诺基亚与摩托罗拉早期的部分手机（如诺基亚8110手机、摩托罗拉的CD928D手机等）外，采用分立元件混频电路的手机并不多。绝大多数手机的混频电路都被集成在射频芯片内。

集成的混频电路有如下几种情况。

（1）芯片内的混频器有信号输入端和信号输出端。

（2）芯片内的混频器有信号输入端，没有信号输出端。

（3）芯片内的混频器没有信号输入端与信号输出端。

（4）采用一个独立的混频器芯片，这种情况很少见。

4. 中频放大器

中频放大器位于混频电路之后，它对接收机中频信号进行放大。

中频放大器最主要的作用如下。

（1）获取高增益。与射频放大部分相比，由于中频频率固定，并且频率较低，可以很容易得到较高的增益，因而可以为下一级提供足够大的输入。整个接收机的增益大部分都由中频放大器提供。

（2）提高选择性。接收机的邻近频率的选择性一般由中频放大器的通频带宽决定。

中频放大器有分立元件的，也有被集成在芯片中的。

分立元件的中频放大器电路形式与低噪声放大器的电路形式很相似，也是一个共发射极的三极管放大电路。所不同的是，低噪声放大器是宽带放大器，中频放大器则通常是窄带放大器。

在当前绝大多数的新型手机中，已经没有了中频放大器，或中频放大器被集成在射频芯片内。射频芯片内的中频放大器通常都设有外接的信号输出接口。

接收中频放大电路通常在中频滤波器的输出端，中频放大电路只能接收中频信号，且信号很纯净。中频信号的频率通常有45MHz、225MHz、400MHz、100kHz等。

5. I/Q解调与基带信号处理

在数字手机中，接收I/Q解调电路对接收中频信号（或接收射频信号）进行解调，得到接收机基带信号（RXI/Q）。

I/Q解调电路输出的基带信号并不被直接输出到基带电路。基带信号还要经滤波器、放大电路等处理，然后才被送到基带部分的模拟基带单元。

在模拟基带单元，接收基带信号被转换为数字基带信号。数字基带信号被送到数字基带单元，经解密、解码等一系列处理，得到数字音频信号。

数字音频信号被送到模拟基带单元，经解码、滤波、放大，得到模拟的语音信号。

6. 基带信号处理与I/Q调制

在发射方面，送话器将声音信号转换为模拟的语音信号。语音信号经模拟基带部分的发射音频电路处理，得到数字音频信号。

数字音频信号被送到数字基带单元，经加密、编码等一系列处理，得到数字发射基带信号。数字发射基带信号被送到模拟基带部分的基带接口单元，经数字调制（如GMSK、QPSK等）、DAC变换等一系列处理，得到模拟的发射基带信号（TXI/Q）。

TXI/Q信号被送到射频部分的I/Q调制电路，进行I/Q调制。

逻辑音频电路输出的TXI/Q信号在该部分电路中，被调制到发射中频载波上，得到发射已调中频信号。

不论是GSM手机、CDMA手机还是WCDMA、TD-SCDMA手机，都有TXI/Q调制电路。不论发射机的电路结构如何变化，手机中I/Q调制电路的结构是基本一样的。

若发射机是直接变换的发射机，发射基带信号被调制到发射射频载波上，得到发射射频信号；若发射机是其他结构的发射机，发射基带信号被调制到发射中频载波上，得到发射中频信号。

在发射机中，发射上变频电路或偏移锁相环的大部分电路都被集成到射频芯片中，这里不准备介绍，读者可参阅“发射机电路结构”方面的内容。

7. 发射VCO电路

发射VCO（TXVCO）电路被用来产生最终发射射频信号。对于数字手机来说，发射VCO电路只见于GSM手机，它是发射偏移锁相环中的一个单元电路。偏移锁相环中的泵电路输出控制信号，控制发射VCO电路工作在合适的信道上，并将发射信息调制到射频载波上。

TXVCO有采用分立元件电路的，也有采用VCO模组电路的。分立元件的TXVCO电路通常是三极管的电容三点式电路。目前，发射VCO电路通常采用VCO模组，或是被集成在射频芯片内。

8. 功率放大

发射VCO电路输出的最终发射射频信号，或发射上变频电路与直接变换的发射机中的I/Q调制电路输出的、经平衡-不平衡变换后得到的最终发射射频信号都可以通过天线辐射出去。但是，它们的信号幅度很低，没有足够的功率，不足以进行远距离传输，这就需要高频功率放大器将最终发射射频信号进行功率放大，以得到所需要的功率值，送到天线发射，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平。

发射机功率放大器（PA）用于发射机的末级，它输出的信号经匹配电路传输到天线，由天线将高频信号转换为高频电磁波辐射出去。

功率放大器与前面所阐述的低噪声放大器、中频放大器等不同，低噪声放大器等属于小信号放大器，而功率放大器属于大信号放大器。由于功率放大器在大信号条件下工作，需要功率放大器具有足够的电流驱动能力与击穿电压。

手机中完整的功率放大电路通常包含发射缓冲放大器、驱动放大器和功率放大器等。发射缓冲放大器位于发射VCO或发射上变频电路后面；而发射驱动放大器属于功率放大器，它是末级功放的激励级，也称为推动电路，它给功率放大器提供幅度合适的发射射频信号。

早期手机中的功率放大器有采用分立元件电路的，如果单是从维修角度上看，它们的检修方法与三极管放大电路的检修没有太大的区别。

绝大多数手机都是采用集成的功率放大器模组（PA、PAM）来组建功率放大电路的，其电路结构简单，各种不同的功率放大器模组外围电路也是大同小异。

功率放大器模组有信号输入/输出端，有电源接口，有使能（启动控制）、功率控制信号接口。若是双频或多频功率放大器模组，还有频段切换控制接口。

功率控制是指在一定范围内，用无线方式改变手机或基站的传输功率。功率控制的运用是为了提高频谱效率，并延长手机电池的使用寿命。当手机接收质量很好时，适当降低发射功率可减小对周围区域内其他呼叫的干扰。目前，手机中功率控制电路通常被集成到功率放大器模组或射频芯片内。

9. 射频VCO电路

手机中的射频VCO电路通常被用于接收混频、接收I/Q解调、发射I/Q调制、发射上变频等。

手机中射频部分的振荡电路都是VCO（压控振荡器）。

压控振荡器（VCO）是一个电压-频率转换电路。顾名思义，VCO电路是一个电压控制电路，由输入的控制电压来控制其输出信号的频率。电压-频率转换控制功能的完成是通过变容二极管来完成的。

变容二极管在VCO电路中实际上是相当于一个可变电容器。当加载到变容二极管两端的反偏压（控制信号）发生变化时，变容二极管的结电容会发生改变，VCO振荡回路改变， VCO输出频率也随之改变。

VCO可能是一个分立元件的电路，也可能是一个集成的VCO模组，还可能作为一个电路单元被集成到射频信号处理器内。

从VCO电路的组成看，无论是分立元件的电路还是集成的VCO模组，基本上都是采用电容三点式的振荡电路。目前，手机中的VCO大多采用集成组件，或被集成到射频芯片内。

3.1.3 识图与分析

对于手机维修人员来说，识图是一项基本技能。要能对手机电路进行深入的分析，就需要能识别各种手机电路图。

关于识图技巧，《手机维修识图快速入门》（电子工业出版社出版）一书中有详细的论述。总的来说，应注意以下几点：

（1）掌握手机电路结构。能熟练绘制手机电路框图。

（2）掌握各种电子元器件的电路图形符号。

（3）掌握手机单元电路的功能及特点。

（4）掌握手机电路中的英文缩写，这一点对识别手机电路图非常重要。

（5）掌握手机电路的一般工作原理。

只有掌握了以上几方面，才能对手机电路图进行快速的识别。

下面，以开机触发信号电路的识别为例进行说明（这部分内容节选自《手机维修识图快速入门》）。

图3.7是LG-KE820手机的开机触发信号电路，它们其实是分布在LG-KE820手机原厂资料的多张电路图上，这里将它们集中在一起。

从图3.7中可看出，LG-KE820手机的开机触发信号电路比较复杂。

（1）通过END KEY、END、VBAT标注可以确定图3.7（c）是电源开关键电路。由于电源开关键连接到电池电源，其开机触发属于高电平触发开机。当电源开关键被按下时，产生一个高电平信号“END KEY”。

（2）三极管VT302的KP OUT（1）标注与KP IN（5）标注是手机按键阵列的标注，说明它不属于开机触发。既然“END KEY”信号被送到该电路，说明该电路属于电源开关键的功能操作电路：当电源开关键被按下时，高电平信号END KEY使三极管饱和导通， KP OUT（1）与KP IN（5）短路，相当于按键被按下。

（3）“PWRON”是开机触发信号的标注。U204电路既输入END KEY信号，又输出PWRON信号，说明U204属于开机触发电路。

（4）从U204的内部结构图来看，U204属于一个电子开关电路。U204还输入遥控开机触发信号“RPWRON”，说明它被用来提供不同开机触发信号通道的切换。

（5）从图3.7（a）中可知，“RPWRON”信号由U403电路输出，说明U403电路属于遥控开机触发电路。

（6）由于U403有一个使能（CE）接口，因此，可以确定：当手机没有附件连接时，由于没有“RPWRON”信号输入，U403电路没有输出，为低电平，U204的4、5引脚导通；当手机连接充电器等附件时，“RPWRON”为高电平，U204的5、6引脚导通，电池电源经R215与U204的5、6引脚输出PWRON信号。

（7）图3.7（a）中的“RPWRON EN”来自手机的系统连接器电路，经R116连接到手机系统连接器CN100的11引脚。

对于手机维修，理论分析要注意以下几方面。

（1）这种故障一般是什么原因引起？

（2）与其相关的电路有哪些？

（3）如何快速将与其相关的电路分离出来？

（4）分离出来的电路在这种手机中有什么特点？

（5）与该电路相关的电源、控制及其输入/输出信号电路有哪些？

（6）考虑该电路的检测手段。