手机原理与维修教案.doc
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《手机原理与维修》
课程教案
2008—2009学年第一学期
编写:
黄保
茂名市南粤科技学校
第二章、移动电话机的基本原理
2、1移动通信发展概况与移动通信网络组成
教学目的：
了解手机发展的概况。
掌握移动通信网络的基本组成及功能。
教学重点：
掌握移动通信网内各大部分的组成及其功能
教学难点：
VLR和HLR的功能
教学方法：
讲授法
教学课时：
2课时
教学过程：
1、手机发展概况
（1）移动通信的优点和缺点
（2）移动通信系统涵盖技术因素
（3）无线通信技术发展阶段
（4）移动通信系统发展历程
2、移动通信网络的基本组成：
（1）一个数字移动通信系统主要由交换网络子系统NSS、基站子系统BSS和手机MS组成。
移动台MS手机
车载台
便携机
移动通信系统基站系统基站收发器BTS
BSS基站控制器BSC
移动交换中心MSC
网络交换系统访问位置寄存器VLR
NSS身份鉴定中心AUC
归属位置寄存器HLR
①手机MS
终端设备就是移动客户设备部分，它由两部分组成：
移动终端（MS）和客户识别模块（SIM）。
移动终端在早期是以车载台、便携台形式出现的，现在多为大众化的移动电话机——手机所取代，车载台仍有少量生产，主要用于通信部门和军事上。
②基站收发信台BTS
BTS完全由BSC控制，主要负责无线传输，完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。
③基站控制器BSC
基站控制器是基站的智能控制部分，负责本基站的收发信机的运行、呼叫管理、信道分配、呼叫接续等。
一个基站控制器可以控制管理最多可达256个基站收发器。
④交换网络子系统NSS
交换网络子系统（NSS）主要完成交换功能和客户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。
交换网络子系统NSS能在任意选定的两条用户线（或信道）之间建立和（而后）释放一条通信链路，并实现整个通信系统的运行、管理。
⑤.移动交换中心MSC
MSC是计算机控制的全自动交换系统。
MSC与基站以光缆相连进行通信，一个MSC可以管理数十个基站，并组成局域网。
MSC支持的呼叫业务是：
（A）本地呼叫、长途呼叫和国际呼叫。
（B）通过MSC进行移动用户与市话、长话之间的联系，控制不同蜂窝小区的运营。
（C）支持移动电话机的越区切换、漫游、入网登录和计费。
⑥访问位置寄存器VLR
访问位置寄存器VLR是一个用于存储来访用户信息的数据库。
一个VLR通常为一个MSC控制区服务，也可以为几个相邻的MSC控制区服务。
移动台MS的不断移动导致了其位置信息的不断变化，这种变化的位置信息在VLR中进行登记。
⑦.归属位置寄存器HLR
HLR是一种用来储存本地用户位置信息的数据库。
当一个移动用户购机后首次使用SIM卡加入蜂窝系统时，必须通过MSC在该地的HLR中登记注册，把其有关参数存放在HLR中。
⑧鉴权中心AUC
鉴权中心AUC的作用是可靠地识别用户的身份，只允许有权用户接入网络并取得服务。
⑨设备号识别寄存器EIR
设备号识别寄存器EIR存放设备类型信息，每个移动电话机都有一个国际移动设备识别码IMEI，EIR用来监视和鉴别移动设备，并拒绝非法移动
终端设备就是移动客户设备部分，它由两部分组成：
移动终端（MS）和客户识别模块（SIM）。
移动终端在早期是以车载台、便携台形式出现的，现在多为大众化的移动电话机——手机所取代，车载台仍有少量生产，主要用于通信部门和军事上。
（2）基站子系统BSS
基站又称基地台，它是一个能够接收和发送信号的固定电台，负责与手机进行通信。
基站（BSS）系统是在一定的无线覆盖区中由MSC控制
3、蜂窝网基本原理（见书本60页）
4、思考题：
（1）移动通信终端设备由哪两部分组成？
（2）手机的入网是系统找手机而不是手机找系统。
（3）数字式手机我国现有GSM、CDMA两种制式。
2、2移动通信系统多址接入技术
教学目的：
理解多址接入技术的概念及其分类，掌握三种多分技术作用及特点。
教学重点：
频分多址（FDMA）技术及其特点。
时分多址（TDMA）技术及其特点
教学难点：
时分多址技术及其特点
教学方法：
讲授法
教学课时：
1
教学过程：
一、提问：
移动通信终端设备是什么？
主要由哪向几部分组成？
二、新授：
1、什么叫多址：
就是每一台设备都有一个专用的移动用户识别码。
2、频分多址（FDMA）技术与特点
将通信系统的总频段划分为若干个频道（信道）分配给正在通话的不同用户使用。
但资源利用率低，用户容量极为有限。
2时分多址（TDMA）技术及其特点
在同一条信道的使用过程中，把时间分割成周期情的时帧，每个时帧又分割成若干个时隙，然后根据一定的分配原则，手机只能在每帧内指定的时隙中接收事发射信号（如图见书本P62页）。
每条信道的频率资源可以供多个用户使用，系统用户容量大大提高。
3、码分多址（CDMA）
不同用户的信息用各不相同的编码序列来区分，接收机靠“相关器”从CDMA重叠信号中选出属于自己的预定码型的信号。
4、作业布置
2、3手机的概述及信号传输的基础知识
教学重目的：
初步认识手机信号收发过程
教学重点：
手机接收与发射基本过程
教学难点：
理解RXIQ信号
教学方法：
讲授法
教学课时：
1课时
教学过程
一、概述：
说明手机的学习方法与维修工具投资方式。
二、手机机械结构大致可分为：
直板式、翻盖式，它们都是由机壳、LCD显示屏、麦克风、按键胶片、受话器、蜂鸣器、振动器、电路板等组成。
三、手机的网络知识
手机的机站使用蜂窝网（如图1）
四、手机工作流程：
从机站发出的高频信号，其频率范围为935MHz——960MHz，经手机天线接收，然后经射频信号处理器处理，输出RXIQ信号（所谓IQ信号就是输出两种信号同相、但相位相差90度），经音频信号处理输了模拟音频信号推动耳机发出声音。
当我们对着话筒说话时，话筒声音变成电信号，然后输入音频信号处理电路进行处理，输出TXIQ信号，加到视频处理电路进行处理，然后从手机天线输出射频信号。
其频率范围880——915MHz。
五、作业布置
2、4手机电路组成
教学目的：
①掌握手机的基本方框图组成②掌握手机的简要工作过程
教学重点：
讲解手机基本组成方框图和工作过程。
教学难点：
手机的通话过程
教学方法：
讲授法
教学课时：
2
教学过程：
一、复习提问：
RX、BS、TX、分别表示什么意思？
二、新授：
1、手机电路基本组成及组成方框图
不管是什么牌子的手机，它们的基本组成与结构是一致的，主要由接收部分（包括高频、中频及音频等单元）、发射部分（包括音频、中频及高频等单元）、逻辑控制部分、电源部分等组成。
如图（1——1）。
2、各部分作用：
（1）开线开关：
对发射信号和接收信号进行转挽
（2）逻辑控制部分：
其主要作用是根据从射频收、发电路检测到的数据，按GSM规范监测，控制收发电路运作。
同时接收、收发电路送来的数据及信号，并将用户需要发送到基站的信息送到收发电路，从而实现手机与移动电话GSM系统的数据信息交换及通话
（3）电源部分：
为手机各部分电路提供所需不同电压。
（4）接收部分：
将基站送来的元线电波高频信号进行处理，还原出模拟音频信号。
（5）发射部分：
将说话的声音转化为高频无线电波信号发送到基站。
3、手机简要工作过程
按下手机的接收按键，逻辑电路控制天线开关处于接收状态。
基站发射935—960MHz的RX信号由手机天线感应接收后，经天线开关然后送到高频放大器放大、再经中频放大和音频处理电路处理得到模拟音频信号推动喇叭发出声音，这样可以清晰听到对方说话声音。
当我们对着手机话筒说话时候，逻辑电路控制天线开关转换到发射状态。
话简把声音变成电信号，再经音频处理电路、中频放大、高频放大、天线开关。
把信号送到基站，然后再由基站把信号送给对方接收。
4、作业布置
2、5接收电路
2、5、1接收电路基本组成方框图
教学目的：
掌握手机接收电路组成方框图及作用
教学重点：
接收电路方框图作用及信号流程
教学难点：
掌握方框图信号流程。
教学方法：
讲授法
教学课时：
2课时
教学过程：
一、提问：
手机主要由哪几部分组成
二、新授：
1、接收部分：
GSM手机接收部分电路只要由：
天线开关电路、高频放大电路、一混电路、一本振电路、中频放大电路、二混频电路二本振电路、正交解调电路、GMSK解调电路、信道解调电路、RPE-LTP解码电路、PCM解码电路及音频放大电路等组成。
（如图1——2）
2、方框图各部分作用：
（1）天线开关的作用：
是对手机的收、发切换以及外置天线和内置天线进行切换。
（2）滤波器的作用：
只能允许935——960MHz的高频信号。
（3）高频放大电路的作用：
主要是对经天线及阻抗匹配网络、滤波器之后的微弱信号低噪声放大，其放大量一般为12db—20db，以保证手机接收的灵敏度。
（4）混频电路作用：
对接收信号和本机振荡信号混频，产生所需要的中频信号（400MHz）
（5）本振电路作用：
受控产生相应的GSM本振频率。
（6）中放电路作用：
对接收中频信号进行10db左右的放大处理，以提高手机的接收灵敏度。
（7）中频处理电路作用：
是对中频信号进行调频正交解调处理，以产生67.708KHzRXI、RXQ基带信号。
（8）GMSK解调作用：
是对接收模拟基带信号RXIQ进行GMSK解调，形成270.83kbit/S的数字比特流。
（9）信道解码作用：
对接收的数字比特流进行信道解码，去掉纠错码元及取出控制信息，形成13kbit/s语音数据流。
（10）RPE-LTP编码作用：
是对语音数据流进行RPE-LTP混合解码、形成64kbit/s的语音数字信号。
（11）PCM解码作用：
是对接收语音数字信号进行PCM解码，把数字信号还原成模拟的语音信号。
（12）音频放大电路作用：
是对模拟语音信号进行功率放大处理，推动听筒发出声音。
3、接收部分方框图信号流程：
基站发射935——960MHz的RX信号由手机天线接收后，经天线开关、滤波器送到高频放大器进行放大，然后送到一混频器进行混频，经滤波器选频后输出中频信号（RX－IF）、送中频放大，放大后的中频信号经中频处理电路解调，输出RXIQ基带信号，然后送到音频数字电路作数字解调、语音解码等处理后、最后转换成音频信号并经放大，推动听筒发出声音。
4、作业布置
2、5、2接收部分基本电路
教学目的：
掌握基本电路组成及功能
教学重点：
基本电路作用及工作过程
教学难点：
基本电路工作过程
教学方法：
讲授法
教学课时：
2
教学过程：
一、提问：
接收电路由哪几部分组成
二、新授
（1）天线开关：
（它是一个电子开关路，其转换状态是受CPU控制，一般由二极管等元件组成。
也有由电阻、电容、电感线构成。
）称合路器或双工器（如图）见书本77页
工作原理：
在CPU送来的VC1、VC2、VC3三个控制信号作用下，实现对GSM或DCS频段选择，频段选择好后然后再选择是接收通道还是发射通道。
由于使用时分多址接收方式，在接收时是不发射的，同样在发射时不接收的。
所以能共用一根天线。
（2）高放电路（低噪声放大电路）如图（见书本79页）
电路分析：
（3）频率合成器电路（即本振电路、如图见书本77页）
（A）频率合成电路组成：
频率合成电路是由频率合成器、VCO、低通滤波器等组成。
（B）压控振荡器（VCO）结构：
是属于电容三点式振荡，由变容二极管、振荡线圈、电容、三极管等组成，通常为集成封装，一般引出四个脚：
供电、接地、输入、输出。
（如图见书本76页）
（C）频率合成电路（频合锁相环、PLL）工作过程：
频率合成器是通过时钟线和数据线与以CPU进行数据交换，在CPU控制下、频合器开始工作，同时供电送到VCO，VCO起振后，从输出信号中取出一路样本送回频合器内，与13MHz分频后得到参考频率信号比较（鉴相），得出误差电压经低通滤波器滤波为AFC电压，送去控制VCO振荡频率，直到与参考频率信号相位一致时锁定。
13MHz分频器的分频倍数依据CPU送来的指令参数而定，从而使电路产生所需频率的本振信号。
（4）中放电路与中放处理电路
电路分析：
从混频级输送来的中频信号（400MHz），经外接滤波器滤波后送到中频IC内部放大，解调出基带信号RXIQ，然后送到音频数字处理电路。
为了解调出正确的RXIQ基带信号，二本振荡器的频率必须正确，因此要设置锁相环电路。
锁相原理是：
二本振荡器（VCO）输出的信号与接收中频信号在鉴相器内进行鉴相，当两者频率（相位）不到致时产生误差电压，误差电压通过低通滤波器输出直流控制电压（AFC）加到VCO控制调整其频率、相位使之与接收中频（RX—IF）一致，直到锁定相位（即同步）。
解调原理：
接收中频信号为调频信号，VCO的振荡频率必须与中频信号同步，则VCO的控制电压就得跟随接收中频信号频率变化而变化。
这个控制电压正好与发送端原信号变化相同，也就是说这个电压还原了原来的信息，这样达到解调的目的。
（5）RXIQ信号产生：
鉴相器解调出的信号再经移相，形成两路接收带信号（RX/I、RX/Q），RXIQ信号是由四根线来传输，送到音频数字IC作如下处理：
RXIQ→GMSK解调→信道解码→语音解码→D/A转换→音频放大→听筒。
三、思考题：
2、6发射部分：
2、6、1发射电路基本组成方框图
教学目的：
1、掌握框图的基本组成及作用。
2、发射信与流程
教学重点：
方框的作用及信流号流程
教学难点：
掌握信号流程
教学方法：
讲授法
教学课时：
2
教学过程：
一、提问：
发射部分作用
二、新授：
1、发射部分方框图：
由音频放大电路、PCM编码电路、RPE-LTP编码电路、信道编码电路、GMSK调制电路、发射中频产生电路、发射二本振电路、发射转换电路、发射一本振电路、激励放大电路、预放电路、功率控制电路及天线开关电路。
如图1—3
2、方框图各部分作用：
（1）音频放大电路作用：
对话筒送来的微弱信号进行放大。
（2）PCM电路作用：
以模拟信与进行抽样、量化、编码、形成64kbit/s的音频数字信号。
（3）PRE-LTP编码作用；是对发送的音频数字信号进行混合编码，形成13Kbit/S的语音数据流。
（4）信道编码主要作用：
是对发送的语音数据流进行信道编码，加上9.8kbit/s的纠错码元及手机要传送给系统的控制指令形成270.833kbit/s的数字比特流（数字基带信号）。
（5）GMSK调制电路作用：
是对发送的数字比特流进行加密、D/A转换、GMSK调制，产生67.708kHz的模拟I、Q发射基带信号。
（6）发射中频电路作用；是将发射基带信号TXI、TXQ调制到相应的载波上以产生发射中频，并对其进行放大。
（7）发射二本振作用：
主要产生发射中频载波。
（对于将基带信号直接变换到射频频道的手机、没有此电路）
（8）发射转换电路作用：
是将接收一本振信号、发射本振信号、发射中频信号进行混频和鉴相、以产生相应频率误差控制电压、去控制发射一本振振电路的发射频率信号。
（9）激励放大电路、预放电路及功放电路的主作用：
是对发射信号进行功率放大，以达到一定的功率电平。
其中激励放大电路与预放电路还有减轻功率放大器负担作用。
（10）功率控制电路作用：
主要是按逻辑控制电路的要求，控制功率放大器按相应的功率级别进行发射，以保证发射功率满足手机与基站通信的要求。
3、方框图信号流程：
声音经送话器转换成电压信号送音频数字处理器（DSP）进行PCM编码，把模拟音频信号变数字信号，经语音编码、信道加密、数字调制等处理后成为发射基带信号（TXIQ）、送到发射中频放大电路与发射二本振信号进行FM调制、成为发射中频信号（TX—IF），然后再经发射转换电路变频，其频率是890——915MHz的发射信号，再经前置放大和功率放大后发射出去。
4、作业布置
2、6、2发射电路基本分析（如图见书本79页）
教学目的：
（1）掌握电路的基本功能及作用。
（2）掌握信号流程
教学重点：
信号流程分析
教学难点：
掌握信号流程
教学方法：
讲授法
教学课时：
2
教学过程：
一、提问：
发射电路由哪几部分组成？
各部分有什么作用？
二、新授：
工作过程：
由音频数字电路（DSP）送来的发射基带信号TXIQ在中频内的FM调制器中调制，即把基带信号装载在二本振信号VHF上，成为已调中频载波信号（TXIF），然后加到鉴相器和VCO进行变频，变频后TX—VCO输出的信号分两路，一路经取样送回中频IC内一本振（UHF）信号混频、差出发射取样中频信号，取样中频信号再与已调中频信号同时输入鉴相器进行比较，输出误差控制电压，控制TX—VCO输出频率的变化。
另一路送前置放大和功率放大发射出。
4、功率放大与功率控制基本电路分析：
（见书本80页，把两个图联接起来）
功率放大器分单频和双频功放两种，都是集成封装，其供电电源直接由电池提供、为了达到输出的功率稳定，加入了功率控制电路。
三、思考题
2、7逻辑控制部分
教学目的：
掌握手机逻辑控制电路组成。
教学重点：
手机逻辑控制电路组成及作用。
教学难点：
掌握各部分方框图的作用
教学方法：
讲授法
教学课时：
2
教学过程：
一、提问：
逻辑电路作用
二、新授：
1、逻辑控制部分电路主要由中央处理器、电可擦写存储器（EEPROM）闪速（flash）存储器及静态存储器（SRAM）等组成。
其主要作用是根据从射频收、发电路检测到的数据，按GSM规范监测，控制收发电路运作。
同时接收、收发电路送来的数据及信号，并将用户需要发送到基站的信息送到收发电路，从而实现手机与移动电话GSM系统的数据信息交换及通话。
其中CPU的主要作用、是执行程序，完成基本的收、发处理及其它特殊功能处理。
电可擦写存储器（EEPROM），常称码片，其主要作用是存储手机的运行软件，如IMEI码、锁机码等。
闪速存储器（flash），常称为版本字库，其主要作用是存储手机的系统软件。
静态存储器（SRAM），又称随机存取存储器，其主要作用为中央处理器提供运算的临时存储空间，关机后内容全部消失。
（如图1—4）。
DSP在CPU控制下完成语音数据处理和A/D、D/A转换及音频信号放大。
（图1——4）
2、SIM卡；SIM卡通过卡座和一些电阻与CPU连接，供电一般为5V（如图1—5）
（图1——5）
（1）SIM卡内部组成；SIM卡带有微处理器的芯片，内有5个模块，每个模块对应一个功能。
这5个模块是：
CPU（8位）、程序存储器、工作存储器、数据存储器和串行通信单元。
SIM卡座上有6个触点（C1—C6），其功能分别为：
C1：
CLK时钟端；。
C2：
REST复位端；C3：
VCC电源端；C4：
DAT串行数据端；C5：
VPP编程电压端、C6：
接地端；SIM卡在与手机联接时，最少要5根连接线，即：
电源、时钟、数据、复位、接地。
（2）SIM卡的工作状态参：
SIM卡的工作状态有两种：
即工作方式和空闲方式。
当处于工作方式时，完成与手机之间的信息传输；当处于空闲方式时，将保持所有相关数据，并支持其内部处于全休眠、以有效地节省电能。
（3）SIM卡应用：
GSM系统通过SIM卡识别GSM手机用户，实现了“认人不认机”。
达到电信部门智能收费的目的。
3、显示屏（LCD）——液晶显示器
液晶——液态晶状物质，可在电压作用下改变晶状排列而折射光线，从而显示信息。
所以一般需要背光源、如背光灯等。
如图
（1）LCD分为并行总线和串行总线两种不同制式接口的LCD，分别称为串口LCD和并口LCD，不管哪种，都由CPU经总线输出驱动信号（时钟信号、控制信号、数据信号等）
（2）驱动IC一般与液晶板组装在一起，主要将数据转换成横线（X）和纵线（Y）的行扫描驱动电压，使液晶板显示文字和图像。
（3）为了使手机屏幕上的亮度能调整，所以在驱动IC周边还设有亮度电压发生器（多数为负压）供亮度控制作用。
4、CPU与各模块的连接总线名词解释
总线——两个或两个以上设备之间传送数据信息的通道。
串行总线——数据是一位一位地传输。
并行总线——数据是几位一起传输的
I2C总线——就是串行总线，只使用两根线，其中一根为串行时钟线（SCL）、另一根为串数据线（SDA）。
字库、暂存器和DSP信号传输使用并行总线、码片、显示屏信号传输一般使用I2C总线。
（说明：
时钟线（CLK）、控制总线（CB）、地址总线（AB）和数据总线（DB）
把这些称为总线。
△：
手机电路中三种线：
电源线、控制线、信号线。
所有电路基本上是由这三种线构成。
5、作业布置
2．8手机电源电路
教学目的：
（1）掌握手机电源电路基本工作过程。
（2）了解手机电充电过程
（3）升压电路工作原理
教学重点：
手机电源电路基本工作过程。
升压电路
教学难点：
升压电路工作原理
教学方法：
讲授法
教学课时：
4课时（手机电源基本作过程2课时；充电电路与升压电路共2课时）
教学过程：
一、提问：
手机电源有什么作用？
二、新授
（一）手机电源电路基本工作过程。
1电源模块分类：
（1）整机电源模块——各路稳压电源由一块IC不同脚位输出；
（2）独立电源模块——每一路供电采用一块独立稳压模块；（3）音频电源混合模块——音频数字处理器与电源IC二合一（如图1——8A、B）
开机触发分高电平触发开机和低电电平触发开机，
（图1——8）
开机工作流程：
开机触发/维持、电压调节、逻辑时钟、复位、软件运行等；
如图A为低电平触发，在没有按下开机按键时，A的点的电压3V，电源电路没有电压输出，当按下开机按键在规定时间，A点为低电平，电源电路输入控制端为低电平，这时电源路输出有关电路工作电压，当电路工作电压正常，CPU输出3V维持电压，使电源电路正常工作。
这时断开按键对电源电路没有影响。
如图B是高电平触发开机，在没有按下开机按键时，B点电压为OV，当按下开机按键时，B点为高电位，电源电路输入控制端为高电位，电源电路工作，输出有关电路的工作电压，在按键规定时间内当电路工作电压正常时，CPU输出开机维持电压加到电源调节电路，使其工作。
断开按键时对电路没有影响。
1、电池触脚与带机充电电路
（1）电池触脚：
一
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