Telefonos celulares

Le proponemos el estudio de un curso que le ensea el funcionamiento de las diferentes etapas que constituyen a los telfonos celulares de tecnologa GSM. Nuestra idea es proporcionar conocimientos para que los estudiantes, tcnicos e ingenieros puedan solucionar diferentes problemas que involucren a estos aparatos. Es necesario aclarar que para realizar este trabajo nos basaremos en los manuales de servicio de equipos de diferentes marcas, comenzando con el diagrama en bloques de un telfono Sony y prosiguiendo con anlisis detallados de unidades Motorola, dado que los desarrolladores de dicha empresa han tomado un cuidado especial en la elaboracin de manuales, incluyendo etiquetas y diferentes colores para el seguimiento de las seales en los circuitos de las distintas etapas. Empezamos explicando cada uno de los bloques que integran a un telfono celular, desde el circuito de antena hasta el sistema de apoyo del microcontrolador final que le permite comunicarse con el exterior. Para la explicacin elegimos un telfono Motorola de Nivel 3 porque puede operar tanto con tecnologa GSM como CDMA y porque tambin puede operar en la banda de 2.1GHz en UMTS. Para la comprensin de este texto es preciso que el lector posea conocimientos de telefona y de tecnologas utilizadas para telefona celular, temas que fueron desarrollados en otras ediciones de Saber Electrnica y del Club Saber Electrnica y que Ud. puede bajar sin cargo de nuestra web www.webelectronica.com.ar, haciendo click en el cono password e ingresando la clave: c u r s o c e l. Ud. debe ser socio del Club SE, lo cual es gratuito y puede concretar en la misma web. Por qu es un curso? Porque Ud. tiene la oportunidad de ampliar cada tema expuesto en este tomo de coleccin y hasta inscribirse (o registrarse) como alumno regular y as poder hacerme consultas sobre telefona celular de modo que cuando est seguro de haber aprendido lo suficiente pueda rendir un test de evaluacin (tambin por Internet) y al aprobarlo bajarse un Diploma que certifica que aprob este curso. Cabe aclarar que en la seccin a la que ingresa con la clave cursocel posee adems un curso sobre mantenimiento, reparacin, flasheo y liberacin de telfonos celulares y hasta un apartado con notas y videos sobre liberacin de telfonos celulares de diferentes marcas y modelos. Por ltimo, en el tomo 41 de la coleccin Club Saber Electrnica habamos mencionado que este ejemplar describira la forma de trabajar con telfonos celulares Sony Ericsson y Alcatel entre otras marcas pero decidimos reprogramar el contenido para que pueda conocer mejor a los telfonos celulares por dentro; sin embargo, Ud. puede descargar todo ese material de nuestra web y hasta videos que lo guiarn paso a paso en el servicio de dichos aparatos.Club Saber Electrnica N 44. Fecha de publicacin: AGOSTO de 2008. Publicacin mensual editada y publicada por Editorial Quark, Herrera 761 (1295) Capital Federal, Argentina (005411-43018804), en conjunto con Saber Internacional SA de CV, Av. Moctezuma N 2, Col. Sta. Agueda, Ecatepec de Morelos, Mxico (005255-58395277), con Certificado de Licitud del ttulo (en trmite). Distribucin en Argentina: Capital: Carlos Cancellaro e Hijos SH, Gutenberg 3258 - Cap. 4301-4942 - Interior: Distribuidora Bertrn S.A.C. Av. Vlez Srsfield 1950 - Cap. Distribucin en Uruguay: Rodesol SA Ciudadela 1416 Montevideo, 901-1184 La Editorial no se responsabiliza por el contenido de las notas firmadas. Todos los productos o marcas que se mencionan son a los efectos de prestar un servicio al lector, y no entraan responsabilidad de nuestra parte. Est prohibida la reproduccin total o parcial del material contenido en esta revista, as como la industrializacin y/o comercializacin de los aparatos o ideas que aparecen en los mencionados textos, bajo pena de sanciones legales, salvo mediante autorizacin por escrito de la Editorial.Revista Club Saber Electrnica, ISSN: 1668-6004

COMO FUNCIONAN GENERALIDADESY

LOS

TELEFONOS CELULARES.EN

Funcionamiento de este integrado MAX2309 .....31

DIAGRAMA

BLOQUES

DE UN

MOVIL ..............................................................3Diagrama en bloques de la seccin de RF de un telfono celular Sony .............................................3 Diagrama en bloques de sistema de banda base .5 Diagrama en bloques de la etapa de audio...........6

PROCESAMIENTO

DE

SEALES. PROCESAMIENTO

DE LAS SEALES WCDMA EN BANDA BASE

HARMONY LITE. EL SINTETIZADOR. BLOQUE TRANSMISOR DEL HARMONY LITE.....................35Introduccin..........................................................35 El sintetizador de seales WCDMA.....................38 El transmisor del Harmony Lite............................38 El MAX2363 .........................................................41

EL CIRCUITO

DE

ANTENA ..................................7

Introduccin............................................................7

CIRCUITO DE RECEPCION GSM DE UN MOVIL. CIRCUITOS FRONT END Y BACK END ................10Introduccin..........................................................10 El circuito FRONT END .......................................10 El circuito BACK END. Funcionamiento del U500 Magic LV ..............................................................13

MAX 2363 - TRANSMISOR WCDMA. EL MODULADOR DE TRANSMISION DE UN CELULAR 44Introduccin..........................................................44

PA AMPLIFICADOR DE POTENCIA DE TRANSMISION WCDMA.......................................................48Introduccin..........................................................48 El Amplificador de salida TX................................48

FUNCIONES DEL CONTROL DEL CIRCUITO DE PROCESAMIENTO DE SEALES (MAGIC LV) ......17Introduccin..........................................................17

CARGA

DE

BATERIA AUDIO

DE UN

TELEFONO CELULAR51

El Regulador de voltaje........................................52

SISTEMA

DE

DE UN

TELEFONO CELULAR 55

EL SINTETIZADOR / TRANSMISOR DEL CIRCUITO DE PROCESAMIENTO DE SEALES .........................21Introduccin..........................................................21

Introduccin..........................................................55 La Recepcin de audio ........................................55 La Transmisin de audio .....................................57 Etapa de audio de potencia & PCAP ..................60 Procesador de banda base..................................60

EL CIRCUITO DE VCO Y EL AMPLIFICADOR FINAL GSM.............................................................24Descripcin del oscilador controlado por tensin de un telfono celular................................................24 Descripcin del Amplificador PA GSM ................24

BLUETOOTH

EN LOS

TELEFONOS CELULARES ....65

Introduccin..........................................................65 Ms sobre Bluetooth ............................................68

GPS

EN LOS

TELEFONOS CELULARES .............69

EL CIRCUITO CONVERSOR WCDMA MAX 2388 .27Introduccin..........................................................27 Que es WCDMA? ................................................27

Introduccin..........................................................69 GPS en los telfonos celulares............................73 Pngale GPS a su celular....................................74

LA CAMARA Y EL PROCESADOR DE MANEJO DE PUERTOS .......................................................75Introduccin..........................................................75 El patrn RGB de Bayer ......................................75 Helen: El procesador de apoyo ...........................78Director Club Saber Electrnica: Luis Leguizamn Responsable de Atencin al Lector: Alejandro A. Vallejo Coordinador Internacional Jos Mara Nieves Publicidad Argentina: 4301-8804 - Mxico: 5839-5277 Staff Vctor Ramn Rivero Rivero Olga Vargas Liliana Vallejo Mariela Vallejo Javier Isasmendi Ramn Mio Fernando Ducach Areas de Apoyo Teresa Ducach Disprof Fernando Flores Paula Vidal Ral Romero Internet: www.webelectronica.com.ar Web Manager: Luis Leguizamn

EL SISTEMA

DE

FI

PARA

WCDMA MAX2388 .31Editor Responsable en Argentina y Mxico: Ing. Horacio D. Vallejo Administracin Argentina: Teresa C. Jara Administracin Mxico: Patricia Rivero Rivero Comercio Exterior Argentina: Hilda Jara Comercio Exterior Mxico: Margarita Rivero Rivero

Introduccin..........................................................31Director de la Coleccin Club SE Ing. Horacio D. Vallejo Jefe de Redaccin: Pablo M. Dodero Autor de esta edicin: Ing. Horacio D. Vallejo Club Saber Electrnica es una publicacin de Saber Internacional SA de CV de Mxico y Editorial Quark SRL de Argentina

Vallejo, Horacio - Un telfono celular por dentro / dirigido por Horacio Vallejo. - 1a ed. - Buenos Aires : Quark, 2008. 80 p. ; 28x20 cm. ISBN 978-987-623-074-2 1. Electrnica. I. Vallejo, Horacio, dir. II. Ttulo CDD 621.3 Fecha de catalogacin: 30/06/2008

2

Diagrama en Bloques de la Seccin de RF de un Telfono Celular Sony La figura 1 muestra el diagrama en bloques del sistema de transmisin y de recepcin de un telfono celular Sony de banda dual que opera con tecnologa GSM. Note que el telfono opera en las bandas de 900MHz y 1.8GHz; es decir, se trata de un equipo que no va a funcionar en determinados pases de la regin, pero la explicacin que brindamos es vlida para todos los telfonos de caractersticas similares. La antena se acopla mediante un interruptor mecnico (se trata del sistema de encastre de la antena) y luego por medio de una llave electrnica recibe la seal desde el transmisor o enva la seal hacia el receptor. Sobre la lnea de transmisin, entre la antena y el interruptor mecnico se coloca un conector para poder colocar una antena externa cuando su uso sea necesario. El interruptor es tal, que al colocar la antena externa se desconecta la antena fija. El receptor consiste entonces, en dos etapas de RF separadas para funcionar en E-GSM y DSC, por medio de un filtro de superficie (SAW) para la banda de 900MHz y por medio de un filtro cermico para la banda de 1800MHz. Un primer filtro GMSK (Gaussian-filtered minimum shift keying, filtro gaussiano de mnimo ruido) lleva las seales, ya sea de 1800MHz o 900MHz, a un valor de frecuencia intermedia de 440MHz. La seal de FI de 440MHz es amplificada y nuevamente convertida por un demodulador IQ (demodulador de fase o de cuadratura) de modo que las seales resultantes son detectadas y filtradas para obtener las seales I (fase) y Q (cuadratura) que sern procesadas por las etapas de voz, de acuerdo con las indicaciones dadas por el microcontrolador. Para poder realizar estas tareas con xito, se emplea un oscilador a cristal de 13MHz VCTCXO

Club Saber Electrnica 3

Figura 1

4 Club Saber Electrnica

(voltage-controlled-temperature-compensated crystal oscillator, oscilador a cristal controlado por tensin con compensacin de temperatura). Dicho oscilador genera la seal de clock para el PLL y las etapas de banda base. En la etapa transmisora, la seal que llega en banda base se modula en una etapa ModuladoraGMSK para llevarlas a portadoras de las bandas de 900MHz y 1800MHz. Vea que la modulacin se realiza por medio de dos osciladores controlados por tensin (VC0), uno de 195MHz para GSM y otro de 325MHz para DCS 1800. Estas conversiones se realizan por medio de moduladores balanceados IQ y un posterior bloque sumador (APC

Loop). Cabe aclarar que todas las seales IQ y de RF son tratadas en moduladores balanceados para disminuir interferencias (crosstalk effects). De acuerdo con las recomendaciones para GSM, el transmisor y el receptor nunca son activados al mismo tiempo.

Diagrama en Bloques del Sistema de Banda Base El sistema de banda base consiste en dos circuitos integrados, uno digital (IC1) y otro analgico (IC2), figura 2. La memoria externa que se puede

Figura 2


Figura 3

manejar es de 36 MBits, 32MBits para la Flash ROM y 4MBits para la memoria SRAM. El circuito integrado digital IC1 se encarga de procesar la seal GSM que ya est en banda base, de acuerdo con los protocolos de comunicaciones establecidos en el estndar ETSI. Este circuito integrado digital se encarga de procesar las seales por medio de un proceso digital DSP (Digital Signal Processing) de acuerdo a un programa interno y a los datos que se encuentran en la memoria. Para efectuar todas estas tareas, este circuito integrado posee al corazn del telfono, que es el microcontrolador que efecta las diferentes operaciones, apoyndose en una memoria RAM interna. El circuito integrado digital tambin posee el circuito de reloj y varios puertos y compuertas CMOS para comunicarse con otros elementos. En definitiva, es un integrado que realiza las tareas de codificacin y decodificacin necesarias para establecer las diferentes seales de transmisin y recepcin. El integrado analgico IC2 posee un sistema A/D-D/A (conversor analgico/digital y digital/analgico) que permite el procesamiento de las seales IQ y de las seales de voz. Este integrado posee todas las etapas que permiten el procesamiento de las seales de voz, las inter-

fases para procesar los seales I (fase) y Q (cuadratura) que pueden soportar los modos single slot y multi slot. Tambin posee circuitos auxiliares para el control de RF, un regulador de tensin (provee una tensin regulada), el control de carga de la batera y el sistema de anlisis de encendido del telfono. Este circuito integrado tambin posee un sistema que genera la tensin de alimentacin y la tensin de reset. Para comunicarse con IC1 posee un puerto serial en banda base (BSP) y un puerto para comunicaciones de voz (VSP), ambos permiten comunicarse con el DSP. Tambin posee un puerto serial UPS para comunicarse con el microcontrolador de IC1 y un puerto serial TSP para comunicarse con la unidad de procesamiento de tiempo real (con el reloj), para que ambas etapas estn en sincronismo.

Diagrama en Bloques de la Etapa de Audio En la figura 3 se muestra este bloque, que es un sistema multitarea que se encarga de activar el micrfono, los parlantes (bocinas) y el timbre del vibrador. En este caso, la frecuencia de vibracin es de 130Hz. *********


I n t roduccin La recepcin de seales en todas las bandas por medio de un telfono celular comienzan en la antena del mvil, ya sea externa o interna. En la figura 1 podemos apreciar un diagrama en bloques de la etapa de antena de un telfono Motorola Nivel 3 (en este caso hacemos referencia a un equipo A920 que adems de las bandas normales de trabajo, tambin opera en UMTS en 2.1GHz). M001 es un interruptor mecnico que une a la antena con el circuito interno y que desconecta a la antena del telfono del circuito interno cuando se conecta una antena externa. El camino de la seal de RF cambiar entonces, cuando se conecte una antena externa al conector macho del tipo SMA. La seal (ya sea proveniente de la antena del telfono o de una antena externa) llega a un FEM (Front End Module o mdulo de salida) que se encarga de seleccionar el sistema de trabajo y proveer las condiciones de operacin para dicha banda (seleccionar entre EGSM, DCS, PCS Y WCDMA). La seleccin para trabajar con tecnologa GSM se realiza mediante lneas de control que en el diagrama en bloques tienen el N_BAND_1 y N_BAND_0_G. La seleccin de modo es hecha por lneas de control (HL_TX_EN, RX_EN_LIFE, N_GSM_EXC_EN, y GSM_EXC_EN). Note la forma en que se recepcionan seales WCDMA. Existe un arreglo circuital que permite que mientras que el telfono est trabajando en un sistema GSM en cualquier banda, ste pueda descubrir seales de una estacin de base de WCDMA. El microcontrolador podr tomar la decisin de sincronizarse con sistema WCDMA, en funcin de cmo est programado. De la misma manera, si el mvil est operando en WCDMA y se detecta una estacin base EGSM se podr tomar la decisin de emigrar de WCDMA hacia EGSM para que el celular siga funcionando


(ahora con otro sistema, de acuerdo con lo detectado de la estacin base). Esto no ser posible para seales de estaciones base que operen en las bandas PCS y DCS. Las seales recibidas en la antena entre 2110 y 2170MHz vern el interruptor de RF como un circuito abierto en cualquier posicin. Por consiguiente, las seales de RX WCDMA (WCDMA_RX) sern enviadas hacia el receptor WCDMA a travs del bloque FL010. Este bloque debera tener una prdida de insercin mxima de ~0.5dB. Para otra banda que no sea WCDMA, FL010 se comporta como un circuito abierto, impidiendo a las seales llegar hasta el receptor WCDMA. Q902 es un dispositivo FET dual que se emplea para seleccionar la funcin N_BAND_) o la seal proveniente del bloque MAGIC LV a la funcin mltiple de la seal de control de N_BAND_0 que viene de la Magic LV. Con el empleo de Q902, N_GSM_EXC_EN seguir a la banda N_BAND_0. Q906 es otro sistema de seleccin tipo FET dual para la seleccin entre GSM y WCDMA durante la Figura 1

transmisin. Durante condiciones de transmisin WCDMA, HL_TX_EN estar en un estado alto. Esto abrir los interruptores FETs en Q906, incapacitando cualquier funcin de seal de lneas de control NB_EXC_EN como N_BAND_0. Q901 es usado para invertir la seal de control que viene de Q906. Evidentemente, si Ud. no est familiarizado con sistemas de transmisin y no conoce los principios de funcionamiento tanto de la tecnologa CDMA como de GSM, seguramente no va a poder comprender las funciones recin especificadas pero tendr una idea de cmo es el procesamiento de las seales en torno de la antena del celular. En la figura 2 se reproduce el circuito elctrico del circuito de antena de un mvil Motorola 920 en el que podr encontrar en qu consiste cada uno de los bloques nombrados. Cabe aclarar que estamos empleando una serie de trminos que el lector debera conocer para comprender la explicacin que se est brindando y que ms adelante encontrar un vocabulario que lo podr ayudar cuando se le presenten dudas sobre algn trmino. ********************


Figura 2


I n t roduccin Es evidente que todos los telfonos celulares hacen lo mismo (desde el punto de vista de comunicaciones) y por ello lo explicado sobre la etapa de un mvil puede extenderse a todos los aparatos. Continuando con la descripcin de las diferentes etapas que componen a un telfono celular, en este apartado describiremos el diagrama en bloques de la etapa de recepcin para la tecnologa GSM. Veremos la etapa final y luego la descripcin del sistema que controla a este circuito, cmo se realiza la conversin de seal para obtener informacin digital que pueda ser procesada por el microcontrolador del telfono. La explicacin la haremos en base al denominado Magic LV, circuito integrado (denominado como U500 en celulares Motorola) que, como veremos, es el corazn del sistema.

El Circuito Fro n t E n d Una vez que una seal es detectada en la antena de un mvil, ya sea EGSM, PCS o DCS, primero pasa por circuitos tipo balun (balanced-unbalanced) que convierten a dicha seal en balanceada respecto de un punto de referencia (convierte una seal desequilibrada a la condicin de lnea equilibrada, tal como sucede en un sintonizador de un receptor de televisin) para luego ser conducida al circuito integrado, que realiza su tratamiento y que en el diagrama en bloques de la figura 1 corresponde al LIFE U625. Al respecto, reiteramos que hacemos la descripcin de cada etapa basndonos en un telfono Motorola Nivel 3 A920, pero que lo explicado se aplica para saber cmo funciona cualquier telfono celular con similar tecnologa. Los balunes suelen introducir prdidas del orden de 1dB.


El circuito integrado U625 posee un amplificador de bajo ruido (LNA) que le da a la seal el nivel apropiado para su tratamiento, un oscilador controlado por tensin (VCO) y una etapa mezcladora convertidora para llevar a la seal recibida a banda base. Dentro del integrado, la seal recibida es mezclada con una seal para obtener una Frecuencia Intermedia Muy Baja (VLFI) del orden de los 100kHz. Se emplea esta configuracin para mejorar la salida del oscilador local (LO) cuya seal ser mezclada con la recepcionada por la antena y que ingresa al integrado luego de ser equilibrada por el balum. En esta etapa se realizan compensaciones de corriente continua, con el objeto de obtener una seal menos ruidosa. En el diagrama en bloques de la figura 1, se obtienen diferentes conversiones segn que la seal sea GSM, DCS o PCS. Luego del tratamiento de la seal recepcionada tenemos, a la salida del integrado U625, las seales de fase (I) y cuadratura (Q).

Para que el circuito integrado LIFE funcione sincrnicamente, se envan seales SPI de datos y reloj desde una etapa MAGIC (regulador de tracking y tensin de aislacin del VCO). El integrado de tratamiento de seal de RF (U625 LIFE) posee cuatro amplificadores de bajo ruido (de los cuales slo se emplean tres) con dos caminos en cuadratura para la seal: uno que puede ser usado para la banda baja de 850MHZ 900 MHz (GSM de 850MHz 900MHz) y otro para la banda alta en DCS de 1800MHz (1805MHz a 1880MHz) en PCS de 1900MHz (1930MHz a 1990MHz). Todos los amplificadores son programables mediante interfase SPI (Serial To Parallel Interface, interfase serie a paralelo). Un bus SPI consiste en tres seales: SPI_DATA SPI_CLOCK SPI_LATCH

Figura 1


Figura 2


Generalmente a esta interfase se la emplea para controlar una seal interna por medio de un controlador externo, que es lo que ocurre con los VCOs del LIFE que deben ser controlados por el bloque MAGIC_LV. La seal RX_VCO es reenviada al prescaler de entrada con una frecuencia que depender del canal seleccionado. La seal en este canal tiene una amplitud de 30dB. LIFE contiene tres osciladores controlados por tensin (RX_VCO) los cuales operan a frecuencias del orden de los 4GHz. Los tres osciladores internamente se tratan para que provean seales en perfecta cuadratura segn la banda seleccionada (en este ejemplo empleamos las bandas GSM = 900MHz, DSC = 1800MHz y PCS = 1900MHz). La seal de entrada de RF de sintona (RX_TUNE) proveniente del procesador de entrada (MAGIC_LV) selecciona la frecuencia de oscilacin del VCO a travs de la aplicacin de una tensin comprendida entre 0,5V y 4,5V. De esta manera, las frecuencias de oscilacin de cada VCO local depender de cada tecnologa o banda y ser: DCS: 3610MHz - 35759MHz, EGSM: 3700MHz - 3838MHz, PCS: 3859 - 3980MHz. La seal de AGC (control automtico de ganancia) es provista por un amplificador (comn a las tres bandas) y compartida por los cuatro amplificadores. La ganancia del amplificador de AGC se controla por medio de la tensin presente en un pin, utilizando un conversor DA de 6 bits. El seteo del AGC se realiza mediante las lneas de programacin SPIDATA, SPI_CLK y SPI_CE (figura 2). El integrado LIFE tiene un detector de RF interno en la entrada del amplificador de AGC. El nivel de salida de corriente continua detectado ser comparado contra una seal de referencia, que es seleccionable por medio del bus SPI, de modo que el umbral pueda ser puesto a 0dB, 3dB, 6dB, o 9dB debajo del nivel, que causa el mal funcionamiento de mezclador.

Si el nivel de la seal detectada es superior al nivel de referencia, la lnea AGC_GLAG ir a 1 lgico, el MAGIC_LV recibir este cambio de nivel en la lnea y cambia la ganancia del AGC hasta el nivel necesario que haga que desaparezca ese 1 en AGC_FLAG y vuelva a 0. Aclaremos nuevamente que tanto las seales de fase (I/IX) como las de cuadratura (Q/QX), tienen una frecuencia del orden de los 100kHz y representan valores bajos de frecuencia intermedia (VLIF). El pin de entrada RX_EN_LIFE controla el estado ON/OFF del receptor y del circuito PLL. Para amplitudes de la seal presente en la antena del orden de 50dB, se espera tener una seal de VLFI de salida pico a pico del orden de 1mVpp.

El Circuito Back - End Funcionamiento del U500 Magic LV En la figura 3 podemos ver el diagrama en bloques del sistema back end de recepcin de un telfono celular. Note que el primer bloque es la etapa Front End (GSM RX Front End). El circuito integrado Magic LV, entre otras cosas, procesa las seales para las bandas EGSM, DCS Y PCS (VLIF: RX_I, RX_I_X, RX_Q, Y RX_Q_X) que son recibidas y enviadas a un primer bloque de recepcin (un circuito integrado llamado LIFE). Simplemente, el MAGIC_LV realiza una conversin analgica a digital de las seales de fase y cuadratura (I/Q), y enva los datos al procesador (POG) a travs de una interfase SSI (interfase serie sincrnica)). El MAGIC_LV tambin tiene un amplificador de FI digital programable, capaz de mejorar el rechazo de la frecuencia imagen. En este circuito integrado, cada canal posee un Amplificador Mezclador (PMA), un filtro pasivo de dos polos integrado (IFA), un amplificador adicional seguido de un filtro activo programable de dos polos antisolapamiento (principalmente requerido para encontrar seales interferentes, Anti Aliasing Filter). Luego se tiene un conversor ADC pasabajo tipo sigma-delta, con un oscilador (clock) programable de sobremuestreo OVSCLK (sacado del oscilador de referencia) igual a 13MHz para un espacia-


do de canal (ancho de banda) de 200kHz, con una seal de 13 bits. Luego de los conversores sigma - delta, en cada canal se colocan detectores digitales y fitros. De esta manera, las seales resultantes se comparan con un nivel definido por un detector de nivel (DET_LVL). Si cualquiera de los niveles detectados excede el umbral programado, entonces el pin DET_FLAG es puesto en alto. Esto indica que el nivel de seal es muy alto para el modulador de delta sigma. DET_FLAG es ledo por el procesador, que responder programando o

ajustando el nivel de AGC (control automtico de ganancia) de modo que la seal vaya bajando, proceso que contina hasta que el pin DET_FLAG tome nuevamente un nivel bajo. Las salidas de los moduladores de sigma-delta son procesadas digitalmente a travs de un circuito de cancelacin de ruido y filtros. Un segundo oscilador local digital programable (LO), basado en datos ledos desde la memoria ROM, genera oscilaciones digitales en cuadratura, con correccin programable de ganancia/fase (llamado multiplicador balanceado complejo, Balanced Complex Mod) que

Figura 3


Figura 4


llevan a las seales I/Q (fase y cuadratura) a banda base por medio de cuatro mezcladores de cuadratura, que proporcionan el rechazo de imagen de los canales adyacentes. Un oscilador digital de cuadratura (Dig Quad Osc) se encarga de realizar la correccin de ganancia y de fase, para compensar los desajustes de las seales fase y cuadratura que se producen durante su procesamiento. Luego de la conversin a banda base y de la reduccin de la seal imagen, las seales de fase y cuadratura son procesadas por filtros digitales encargados de dar selectividad al canal (lo que significa que estos filtros son de alto factor de mrito) y un fuerte rechazo al ruido. Un bus serie que consiste en SDFS Y SDRX, transmitir los datos RXI y RXQ en un formato de 2 seales complementarias. BDR y BFSR son salidas del

MAGIC LV. BFSR es una seal de formacin que marca el principio de transferencia de las seales de fase y cuadratura I/Q. BDR es el conjunto de datos seriales. El reloj usado para la transferencia serial es BCLKR. Cuando NB_RX_ACQ toma el estado alto, MAGIC LV activar la interfaz SSI en la seccin de receptor digital. De esta manera comenzar la transmisin de informacin sobre el bus serial como una sucesin normal de datos I y Q que son reconocidos y procesados internamente por el receptor digital. Por ltimo, en la figura 4 se tiene el diagrama en bloques de las etapas intervinientes en este proceso, razn por la cual deberemos analizar los bloques FL500 y FL510, tema que desarrollaremos ms adelante. ************************


I n t roduccin Hemos visto que en los telfonos Motorola Series 920/925, el procesamiento final de las seales de RF para las bandas EGSM, DCS y PCS que est a cargo de un sistema funcional llamado MAGIC LV. Vimos cul es el proceso de la seal durante la recepcin y qued establecido que las diferentes funciones deben ser controladas para el establecimiento de una comunicacin. Ahora veremos cmo se realiza el control de estas funciones en el MAGIC LV. El circuito MAGIC LV contiene 4 reguladores de tracking (rastreo) y un superfiltro, que generar las tensiones de referencia para la mayor parte del IC as como para el circuito front end y del VCO principal. Los reguladores de tracking se alimentan a travs de los pines REG_REF (vea en la figura 2 la relacin de estos pines con U510 y C514). Los voltajes de referencia son filtrados y conducidos adecuadamente (buffereados) para el empleo sobre el circuito integrado. Estas tensiones deben realizar el tracking (el rastreo) dentro de un rango de 1.5%. La tensin de alimentacin se aplicar a los reguladores de tracking, de modo que provocar un aumento sobre la lnea REG_REF a los efectos de que se realice el rastreo correcto de la seal hasta que este valor baje a su potencial normal. Ahora bien, para la fuente externa del VCO se emplea un superfiltro. Este superfiltro est en cascada con un regulador externo y cualquier filtracin o interferencia con el IC tendr que proporcionar un rechazo de 80dB, de modo que por cada 0,1V en el VCO habr un corrimiento de frecuencia de 217Hz con un risetime (tiempo de subida) de 20s. Esto significa que la tensin de alimentacin de la batera se incrementar en 0,1V por cada 217Hz de


variacin con un tiempo de subida de 20s y un ciclo de actividad de 0,125V. Este superfiltro usa un transistor de paso interno, que es capaz de conducir una corriente de 30mA con una diferencia de tensin menor de 0.4V entre los pines SF_SPLY y SF_OUT. En el pin SF_SPLY se debe colocar un capacitor de 1F. Como el superfiltro rastrear la seal sobre SF_SPLY, se tendr que sensar la energa durante el reset para eliminarla cuando sea necesario, an cuando la tensin de alimentacin permanezca activa. Todas las tensiones de alimentacin dentro del IC deben estar dentro del 5% de sus valores finales despus de transcurridos 5 milisegundos de detectado un evento en el POR_LB. Para esta finalidad se usa la tensin sobre el circuito de reset dentro del oscilador a cristal de referencia. El MAGIC_LV tiene dos juegos de interfaces SPI; un juego es para manejar la interfaz de control para el integrado LIFE (lneas AUXSPI) y otra como interfaz con POG (lneas SPI). AUX_SPI_DX es la lnea de entrada de datos serial. AUX_SPI_CLK es la lnea de entrada de reloj, de modo que los datos que cambian ocurren en el flanco (borde) creciente de esta seal. LIFE_CE es la lnea de habilitacin del reloj que se activa con un nivel alto para el integrado LIFE. MAGIC_LV integra un sistema conversor digital analgico (D/A) y controla la lgica para generar las

rampas de control del amplificador de potencia. Adems, MAGIC_LV integra los amplificadores operacionales y comparadores que reciben la salida detectada del amplificador de potencia y crea el voltaje de control necesario para manejar el puerto de control del amplificador de potencia basado en las rampas de control. Cuando TX_KEYM va a estado alto, el regulador de rampa recibe una entrada positiva. Esto har que el pin AOC_DRIVE directamente se eleve, lo que a su vez causar que la salida PA tambin se eleve. El aumento de la tensin de salida PA har que DET_AOC comience a elevarse hasta que el nivel de corriente continua sobre DET_AOC exceda el nivel de corriente continua sobre DET_REF por la compensacin del detector de RF, que har una comparacin con el nivel de referencia. En este punto el comparador "Detector Activo" pasar al nivel bajo y comparar el nivel de voltaje de entrada al integrador con el regulador de rampa. Esto causar que el nivel PA deje de elevarse, manteniendo el nivel presente como determinado por la comparacin de los 8 bits del regulador de rampa. El lazo de control de PA necesita ahora una tensin mnima para mantener el sistema de control en un lazo cerrado. El circuito MAGIC LV utiliza dos lneas SPI - GPO que son usadas para controlar las bandas de operaFigura 1


cin de los circuitos de RF GSM. Ellos son N_BAND_0 y N_BAND_1. Cuando MAGIC LV va hacia el estado ahorro de batera deja de alimentar las secciones de recepcin analgica (va RX_EN_LIFE), El AOC, el sintetizador Figura 2

principal y el superfiltro. Con esto nos aseguramos que, en condiciones de reposo, el telfono tendr un consumo mnimo, permitiendo una mayor duracin de la carga de la batera. **********


I n t roduccin En los telfono Motorola 920/925, hay un bloque funcional encargado de realizar el procesamiento de las seales llamado MAGIC LV. Ya hemos explicado el procesamiento de las seales de RF para las bandas EGSM, DCS y PCS durante la recepcin y cmo se realiza el control de estas funciones. A continuacin veremos la seccin del sintetizador de frecuencias para la transmisin. El Circuito de Procesamiento de Seales (MAGIC_LV) interacta con el procesador de banda base (POG), recibiendo datos SSI para la transmisin en DMCS (la entrada digital para comenzar la modulacin Tx: lnea DMCS_MAGIC LV, en el diagrama en bloques de la figura 1). Tambin recibe la seal de reloj para una transferencia serial o sucesiva en la lnea TXCLK y los datos propiamente dichos en la lnea SDTX (Tx datos en serie) de POG. Tanto el bit actual de los datos seriales como los tres bits sucesivos, se usan para establecer una de 16 formas de onda posibles basadas en la suma de pulsos Gaussianos almacenados en la memoria ROM. La seal resultante ser transmitida a una tasa superior a 16x. Estos datos ingresan a un sintetizador (three-accumumalator fractional N synthesizer ) con una resolucin de 24 bits. Las lneas de control del VCO deben efectuar todo el desplazamiento de frecuencias para una gama de tensiones de control comprendidas entre +0,3V y -0,3V de corriente continua. Los circuitos de carga tendrn su propio pin de alimentacin. La tensin tpica en este Terminal debe ser de 2.775V para que cada etapa cumpla satisfactoriamente con su funcin. Esto, a su vez, permitir el control o manejo de filtros externos que operan en lazo, que a su vez


permitirn el manejo de otros osciladores controlados por tensin (VCOs). Tambin se obtiene un modo de modulacin de puerto dual con un conversor digital - analgico de 9 bits que realiza la modulacin de la seal que se obtiene sobre el pin GPO3. Esta seal, entonces, se acopla al filtro de lazo para aadirla en los componentes de alta frecuencia de la modulacin que pueden haber sido atenuadas en el camino del PLL. Esto permitir el empleo de un ancho de banda menor para el PLL principal para mejorar la pureza espectral de la seal a transmitir. Para la banda EGSM la salida de sintetizador es de 880MHz a 915MHz, en DCS es de 1710MHz a 1785MHz con la modulacin GMSK y directamente es amplificado a la salida de transmisor. El prescaler para el oscilador local (LO) principal es capaz de aceptar frecuencias de entrada superiores a 2.0GHz. El nivel de esta seal estar entre 20dbm y -10dbm. Hay dos entradas de prescaler a este punto, y cada uno tiene una resistencia de

100 en serie entre el pin de entrada y el prescaler real. El oscilador de referencia es un oscilador a cristal de 26MHz. Tambin se provee un control automtico de frecuencia (AFC) por el autobs SPI para efectuar compensaciones a travs del sistema de divisin de N fraccionario. La divisin no se toma directamente del cristal de 26MHz. Hay un segundo sistema divisor que permite obtener fracciones de compensacin de 200kHz que se sumarn o restarn a la frecuencia de la seal en funcin de los datos provistos por el AFC. Esta referencia entonces, es multiplicada en un PLL a 13MHz para el empleo como un reloj exacto en las secciones lgicas del transceptor. Recuerde que en este tomo de coleccin estamos explicando el funcionamiento de las diferentes etapas que constituyen a los telfonos celulares de tecnologa GSM. Nuestra idea es proporcionar conocimientos para que los estudiantes, tcnicos e ingenieros puedan solucionar diferentes problemas que involucren a estos aparatos. ******* Figura 1


Figura 2


Descripcin del Oscilador Contro l a d o por Tensin de un Telfono Celular Prosiguiendo con la explicacin de los circuitos que componen un telfono celular, veremos cules son los bloques que intervienen en la seleccin de bandas GSM, ya sea el VCO o el amplificador PA. Las frecuencias del oscilador controlado por tensin (VCO) van desde 897 a 1880MHz, que cubren las bandas de las tres tecnologas (EGSM, DCS y PCS). Las bandas para las diferentes tecnologas son controladas por el MAGIC LV a travs de las lneas de datos: N_ BAND_ 0 y N_ BAND_ 1. Las lneas CP_ TX y GPO3 (vea el diagrama en bloques de la figura 1) determinan el tipo de modulacin del transmisor cuya frecuencia es controlada por tensin (TXVCO). Las lneas GSM_ EXC_ EN y N_ GSM_ EXC_ EN controlarn la habilitacin del buffer U570. La lnea TX_ EN se activa antes de establecer la comunicacin con el decodificador (llave Q700 en la figura 1). TX_ VCO_ PRSC es una realimentacin al MAGIC LV que permite la operacin apropiada del lazo enganchado en fase (PLL). La frecuencia de salida para GSM se obtiene en la lnea TX_ VCO_ LB y para la banda PCS / DCS se obtiene desde la lnea TX_ VCO_ HB. La salida CPTX de MAGIC_ LV es la entrada (VT) para el VCO. En la figura 2 se puede apreciar el circuito U700, correspondiente al TXVCO GSM y sus conexiones con los otros bloques del telfono.

Descripcin del Amplificador PA GSM El mdulo U800, cuyo diagrama en bloques se muestra en la figura 3, es un amplificador de potencia o amplificador final (PA) de 3 bandas que fun-


ciona con las bandas EGSM, DCS y PCS con una ganancia nominal promedio del orden de los 30dB. La entrada AOC_DRIVE, proveniente del MAGIC_LV controla la salida del PA. La tensin que aplica a este pin es directamente proporcional a la potencia del amplificador, es decir que si la tensin

en la lnea AOC_DRIVE aumenta, entonces la potencia de PA tambin aumenta. La seal presente en N_BAND_0 determina la banda de operacin. LV_ EXC_ EN permitir la operacin PA. El detector de poder recibe la seal GSM amplificada en el pin *1 (EGSM_ EN), mientras que las seales PCS y DCS estarn presentes en el pin *12 (DCS_ PCS_

Figura 1

Figura 2


EN) del U800. El mdulo U810 es una combinacin que permite el acople en ambos sentidos entre el PA y el mdulo final de RF, compensado en temperatura. El detector de poder acopla la entrada del amplificador de potencia de transmisin y la salida (como una realimentacin) hacia el MAGIC_LV a travs de DET_AOC. Un comparador, dentro del bloque MAGIC_LV, recibir las muestras desde DET_AOC y basado en un amplificador tipo rampa

proporcionar las tensiones de ajuste para variar la ganancia del amplificador a travs de AOC_DRIVE. El pin DET_REF provee una tensin de referencia al MAGIC_LV para comparar la tensin presente en DET_AOC. La prdida nominal esperada en este bloque es menor a 3dB. Por ltimo, en la figura 4, se puede observar el circuito del U800 y su conexin con los bloques asociados. *************

Figura 3

Figura 4


I n t roduccin Los telfonos celulares de tecnologa 2,5, permiten la comunicacin de datos de velocidad superior a los 144 kbaudios ya sea a travs de GSM o CDMA (el denominado GPRS). Veremos cmo funciona el circuito que permite recibir la seal en WCDMA para llevarla a banda base, es decir, a un valor de frecuencia intermedia que permitir su posterior tratamiento. Por si Ud. lee este captulo sin haber ledo los anteriores, aclaramos que estamos realizando este curso en base a telfonos Motorola 920/925 y que anteriormente explicamos el procesamiento de las seales de RF para las bandas EGSM, DCS y PCS durante la recepcin y transmisin y cmo se realiza el control de estas funciones.

Qu es WCDMA? WCDMA (acceso mltiple por divisin de cdigos Wideband) es la tecnologa de acceso por radio usado en los sistemas celulares de tercera generacin. Los sistemas 3G con servicios wideband tienen acceso a Internet de alta velocidad, manejan videos con transmisin de imagen de alta velocidad y alta calidad (con la misma calidad que las redes fijas). En sistemas de WCDMA, la interfaz de aire de CDMA se combina con las redes basadas en GSM. El estndar de WCDMA fue desarrollado con el proyecto de la sociedad de la tercera generacin (3GPP) que apunta a asegurar interoperabilidad entre las distintas redes 3G. El estndar que surge con este proyecto se basa en el sistema mvil universal de la telecomunicacin de ETSI (UMTS) que se conoce comnmente como acceso de radio terrestre de UMTS (UTRA). El esquema del acceso para UTRA es el acceso mltiple de la divisin de cdigos directa de la secuen-


cia (DS-CDMA), con un ancho de banda que puede llegar a los 5MHz. Este ancho de banda amplio di lugar al Wideband de CDMA conocido como WCDMA. En WCDMA, hay dos modos de operacin posible: T D D (Sistema dplex por divisin de tiempo): En este mtodo las transmisiones del uplink y del downlink son transportadas en la misma banda de frecuencia, usando intervalos sincronizados del tiempo distintos. As las ranuras de tiempo en un canal fsico se dividen en una particin para transmisin y otra para recepcin. F D D (Sistema dplex por divisin de frecuencia): En este mtodo las transmisiones del uplink y del downlink emplean dos bandas de frecuencia. Se asignan dos bandas separadas en frecuencia para establecer una conexin. Ahora bien, como distintas regiones tienen diversos esquemas para la asignacin de la frecuencia, la capacidad para funcionar en modo de FDD o de TDD permite la utilizacin eficiente del espectro disponible. Las principales caractersticas de WCDMA son: Alta velocidad de transmisin de datos: 384Kbps con cobertura amplia del rea, 2Mbps con cobertura local.

Alta flexibilidad del servicio: Permite el empleo de diferentes servicios con tarifa variable que pueden ejecutarse simultneamente (en paralelo). Permite la transmisin en Dplex, por divisin de la frecuencia (FDD) y duplex por divisin de tiempo (TDD). Diseado para operar con tecnologas futuras con una amplia gama de posibilidades de uso de antenas con diferentes tecnologas. Permite la interrelacin con sistemas GSM, con un acceso eficiente al tratamiento de paquetes de datos. En el diagrama en bloques de la figura 1 se puede observar que el primer circuito integrado en la lnea del sistema receptor demodulador WCDMA de un telfono Motorola A920, es el MAX2388 (U310) que es un dispositivo que combina a un amplificador lineal (LNA) con un conversor (mezclador/demodulador). La seal recibida se mezclar con la proveniente de un oscilador local, de modo de obtener una FI de 190MHz. El circuito integrado MAX2388 posee un pin (MAX2388_SHDN*) que hace que el receptor funcione en modo de sleep o stand-by cuando no se recibe seal con el objeto de ahorrar batera. Este U310 se alimenta desde el PCAP a travs de la lnea RC_ VCCA (tomado de RX_2_ 775V). La ganancia promedio de esta etapa

Figura 1


Figura 2


est en torno de los 15dB. El U310 opera en modo de alta ganancia cuando se lo selecciona desde la lnea RX_ RF_ ATTEN por la HARMONY_ LITE . De esta forma se espera tener una ganancia superior a 15dB, teniendo en cuenta que si se recepciona una seal de amplitud elevada, durante su tratamiento se desconecta el LNA. El mezclador de la etapa receptora no es ms que un sencillo modulador balanceado. La entrada RF_ LO (pin 5) recibe la seal del oscilador local (VCO), con una frecuencia que oscila entre 2330MHz y 2360MHz a travs de FL310 desde U140 (que es el VCO, vea la figura 1). La entrada de RF (LNA_ IN, pin #10) recibe la seal de RX (2110MHz a 2170MHz) desde FL002. La lnea de entrada MIX_ IN (pin 3) se conecta a la salida del LNA (LNAOUT, pin 1) a travs de FL300. La funcin del FL300 es la de rechazar la frecuencia imagen para filtrar interferencias.

El proceso de conversin de frecuencia, realizado por el mezclador (en combinacin con el oscilador local) nos dar una seal de frecuencia intermedia FI que posteriormente ser amplificada. La salida de FI del mezclador de 190MHz se presenta sobre los terminales diferenciales IFPOS (pin 8) e IFNEG (pin 7). Estos son terminales open colector de tercer estado que requieren de inductores externos (L320 y L321), tal como se observa en el circuito de la figura 2, para desacople de corriente continua. La seal de FI de 190MHz se enva a un filtro SAW (FL320) con una frecuencia central de 190MHz y un ancho de banda de 3,84MHz. Considerando el tratamiento de los elementos de entrada (C323, C324 & L322), de los elementos de salida (L327, L328, C328, C329, & C325) y del filtro (FL320), se espera una prdida del orden de los 10dB. ***********

VocabularioA los efectos prcticos, a continuacin daremos el significado de algunos trminos que empleamos en este curso para familiarizar a los principiantes en el vocabulario para telefona celular. SMA: es un conector similar al de las puntas de los osciloscopios; en celulares es ms pequeo. EGS: Sistema Global Mejorado para Comunicaciones Mviles. DCS: Siglas de la expresin inglesa DIGITAL CELLULAR SYSTEM. Sistema Digital de transmisin y recepcin propuesto por el Reino Unido al Grupo Especial de Mviles ( GSM ) y aceptado para operar en la banda de 1800MHz. PCS: El trmino PCS (Personal Communications Services) o Servicios Personales de Comunicacin, es un servicio telefnico inalmbrico similar al servicio telefnico celular con un nfasis en el servicio personal y la movilidad. El trmino "PCS" es utilizado usualmente en lugar "celular digital", pero el significado verdadero de "PCS" es que el telfono incluye otros servicios tales

como identificacin de llamada, radiolocalizador, y correo electrnico. La tecnologa celular fue diseada para su uso en autos, pero la de PCS fue diseada con la movilidad del usuario en mente desde un principio. Las PCS utilizan celdas ms pequeas, por lo que requieren ms antenas para cubrir un rea geogrfica. WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access - Acceso Mltiple por Divisin de Cdigo de Banda Ancha), es la tecnologa de interfaz de aire en la que se basa la UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), el cual es un estndar europeo de Tercera Generacin (3G) para los sistemas inalmbricos. La tecnologa WCDMA est altamente optimizada para comunicaciones de alta calidad de voz y comunicaciones multimedia, como pueden ser las videoconferencias. Tambin es posible acceder a diferentes servicios en un solo terminal; por ejemplo, podemos estar realizando una videoconferencia y al mismo tiempo estar haciendo una descarga de archivos muy grande, etc. Puede soportar completamente varias conexiones simultneas, como puede ser una conexin a internet, una conversacin telefnica, videoconferencia, etc. En esta plataforma se emplean estructuras de protocolos de red similares a la usada en GSM (Global System for Mobile Communications). Por lo tanto, est en la capacidad de utilizar redes existentes.


I n t roduccin La seal de CDMA captada por un telfono celular primero debe ser demodulada para llevarla a un valor de frecuencia intermedia de 190MHz y luego debe ser amplificada y demodulada (demodulacin en cuadratura) para obtener la informacin en banda base. Este procedimiento, en el telfono Motorola A920 es realizado por un circuito integrado que posee un amplificador de ganancia variable, un demodulador en cuadratura, un VCO y un sintetizador para realizar todas las funciones.

Funcionamiento de este Integrado MAX2309 El bloque receptor-demodulador de WCDMA de los telfonos celulares poseen un circuito integrado que realiza todas las funciones de amplificacin, demodulacin en cuadratura y tratamiento de la seal en una frecuencia intermedia. El A920 de Motorola posee, para realizar esta funcin, a un MAX2309. Esto significa que el telfono celular recibe la seal CDMA, que es convertida por un circuito integrado como el MAX2388 y luego es enviada al circuito de frecuencia intermedia, basado en este caso en un MAX2309, con una frecuencia de 190MHz. Los circuitos integrados MAX2306/MAX2308/MAX2309 son sistemas de FI CDMA diseados para trabajar en dos bandas, en modo dual y en modo simple para sistemas de telfonos celulares N-CDMA y W-CDMA. El camino de seal atraviesa un amplificador de ganancia variable (VGA) y un demodulador de cuadratura (I/Q). Las caractersticas del dispositivo son garantizadas para una tensin de alimentacin de 2.7V para una ganancia por encima de los 110dB. Aclaramos que N-CDMA es el trmino emplea-


do para definir Acceso Mltiple por Divisin en Cdigo para Banda estrecha (Narrowband Code Divi-

Figura 1

sion Multiple Access), o el antiguo CDMA. Tambin conocido en EE.UU. como IS-95. Desarrollado por Qualcomm y caracterizado por su alta capacidad y radio de clulas pequeo. Tiene un espectro de propagacin de 1.25MHz en el aire. Usa la misma banda de frecuencia que AMPS y soporta AMPS, empleando la tecnologa de propagacin de espectro y un esquema de codificacin especial. Fue adoptado por la TIA en 1993. Como ya sabemos, W-CDMA es el trmino empleado para CDMA de banda ancha. A diferencia de otros dispositivos similares, la familia MAX2306/9 incluye osciladores duales y sintetizadores para formar subsistemas de FI autnomos. La referencia del sintetizador y los sistemas de RF son to-

Figura 2


Figura 3


talmente programables por un bus serial de 3 cables, permitiendo el trabajo con sistemas con arquitecturas de banda dual usando una referencia comn y una misma frecuencia intermedia (FI). Las salidas de banda base diferenciales tienen bastante amplitud para satisfacer tanto sistemas NCDMA como sistemas W-CDMA, ofreciendo niveles de salida saturados de 2.7Vp-p con una tensin de alimentacin del circuito integrado de +2.75V. Incluyendo el oscilador controlado por tensin de bajo ruido (VCO) y el sintetizador, el MAX2309 slo tiene un consumo de 26mA cuando es alimentado con 2.75V y est operando en CDMA en modo diferencial de FI. El MAX2309 est disponible en chips de 28 patitas. En la figura 1 se reproduce un circuito tpico para el MAX2309 propuesto por el fabricante mientras que en la figura 2 se da el diagrama en bloques de la etapa receptora WCDMA propuesta por Motorola. En esta figura se observa el bus de programacin de 3 lneas para establecer las condiciones de trabajo tanto para los bloques de RF como para obtener las seales de frecuencia variable para el conversor de FI (ASPI_ CLK, aSPI_ DATA, MAX2309_ CS). La seal de FI de 190MHz es obtenida demodulando las seales de fase (I+ / I-) y cuadratura (Q+ / Q-) y luego se dirige al circuito final del receptor (HARMONY LITE) a travs de las lneas RX I+, RX I-, RX Q+ y RX Q-. El circuito integrado opera con un par de tensiones de alimentacin (RX_

VCCD y RX_ VCCA) que provienen de VRF_ RX_ 2_ 775V (vea el circuito de la figura 3). La frecuencia del salida del VCO del MAX2309 se controla por medio de un sintetizador con un lazo enganchado en fase (PLL) interno. El lazo externo est formado por los componentes conectados entre el pin 1 y al pin 2 (y pin 26). La frecuencia de salida del VCO (Tank+ / Tank-) presentes en los pines 1 y 2 se dividen internamente para poder compararlas en forma adecuada. La seal de referencia presente en el pin 7 (REF_ 15.36MHz) tambin se divide internamente con el mismo sistema de comparacin. Las dos frecuencias se comparan con un detector de fase digital three state. El detector de fase interno conduce la seal resultante de la comparacin por medio del pin (CP_ HACIA FUERA) la cual es procesada por el filtro de lazo externo cambiando la frecuencia del VCO (380MHz) y cerrando el lazo. El control automtico de ganancia (AGC) asegura que las entradas de Q I al bloque HARMONY LITE tengan un nivel de seal constante. La ganancia se controla por la lnea IF_ AGC con una gama de control de corriente continua de 1.2V a 2.1V. El MAX2309 tiene un modo de reset o shutdown que lo desconecta va MAX2309_ SHDN cuando no se debe usar esta etapa, con el objeto de conservar la vida de la batera. RX_ STBY es usado para desconectar a los amplificadores VGA y al demodulador, manteniendo alimentado al VCO, al PLL y a la interfase serial. ****** Figura 4


I n t roduccin Hemos analizado diferentes bloques de un telfono celular, tales como el sistema de antena, TX, RX, conversin de seales y etapa de FI con lo cual sabemos cmo la seal es recepcionada o la que vamos a transmitir cuando est en banda base. Comenzaremos a ver cmo es el procesamiento de seales WCDMA cuando est en banda base y como interacta con otros bloques. El procesamiento de seales WCDMA en banda base del telfono celular Motorola de la serie A920, se lleva a cabo en el bloque denominado Harmony Lite donde se desarrollan varias funciones, a saber: 1 Maneja las salidas en secuencia para dispositivos externos 2 Control de clock (reloj) on/off, manejo de seales de control de ahorro de batera, etc. 3 Seleccin de frecuencia de reloj adecuada para cada seal 4 DCOC registran la seleccin de modos gruesos, medios y finos Este procesador (Harmony Lite) tiene dos juegos de interfaces SPI; un juego es para manejar la interfaz de control para el transceptor (lneas AUXSPI) y otro para comunicarse con el POG (lneas SPI ). Se debe aclarar que todas las seales SPI para las interfaces se generan en el POG y se envan al HARMONY_ LITE aunque tambin puede existir interaccin con otros bloques (U200 y U310, por ejemplo), tal como se analizar oportunamente. Recuerde que SPI (Serial To Parallel Interface) es el nombre que le damos a una interfase serie a paralelo y que un bus SPI consiste en tres seales: SPI_DATA, SPI_CLOCK y SPI_LATCH. Por otra parte,


el POG es el verdadero procesador que forma parte del Harmony Lite, tal como se aprecia en la figura 1. Otras seales controlan la funcionalidad de la seccin de RF y su relacin con la interfase que le permitir emitir seales al aire. Hay tres seales definidas sobre cada seccin de transmisin y recepcin del transceptor que se establecen en distintas lneas de este bloque de control (vea la figura 2 para localizar estas lneas en funcin del texto siguiente). Primero deben afirmarse las lneas TX_ PRE_ KEY y RX_ ON para poder establecer la secuencia de funcionamiento de los diferentes bloques, antes de transmitir o recibir informacin (datos). TX_ RAMP y RX_ AQUIRE son afirmados cuando debe comenzar la transmisin y/o la recepcin realmente. RX_ SLOT y TX_ SLOT se emplean durante la transmisin y la recepcin continua de datos Figura 1

de forma de permitir la generacin de acontecimientos para colocar estas seales continuas en diferentes ranuras de tiempo. Es importante reiterar que TX_ RAMP directamente corresponde al retorno de PA y RX_ AQUIRE corresponde a datos enviados al WCSP. Es prcticamente imposible entender cmo se realiza el control de procesos en banda base durante la transmisin y la recepcin por medio del Harmony Lite sin explicar cules son las seales de control presentes en cada proceso. Es por eso que ms adelante realizaremos un anlisis pormenorizado de las diferentes secciones que conforman este bloque. Por ltimo, recuerde que estamos analizando un telfono celular de tecnologa GSM y que WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access - Acceso Mltiple por Divisin de Cdigo de Banda An-


Figura 2


cha) , es la tecnologa de interfaz de aire en la que se basa la UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), el cual es un estndar europeo de Tercera Generacin (3G) para los sistemas inalmbricos. La tecnologa WCDMA est altamente optimizada para comunicaciones de alta calidad de voz y comunicaciones multimedia, como pueden ser las videoconferencias. Tambin es posible acceder a diferentes servicios en un solo terminal. Por ejemplo, podemos estar realizando una videoconferencia y al mismo tiempo estar haciendo una descarga de archivos muy grande, etc. Puede soportar completamente varias conexiones simultneas como puede ser una conexin a internet, una conversacin telefnica, videoconferencia, etc. En esta plataforma se emplean estructuras de protocolos de red similares a la usada en GSM (Global System for Mobile Communications). Por lo tanto, est en la capacidad de utilizar redes existentes.

El Sintetizador de Seales WCDMA En este curso estamos explicando los bloques que constituyen un telfono celular. Al respecto re-

cordemos que en la red de telefona celular un mvil funciona dentro de un sistema de estaciones transmisoras-receptoras de radio, llamadas torres o estaciones base (que estn formadas por una torre que aloja al equipo de radio) y un conjunto de centrales telefnicas. El concepto celular fue propuesto por Bell Labs en 1947 y consiste en una red de pequeas torres transmisoras, ubicadas en una celda o zona con un radio de unos 5 kilmetros. Cada torre utiliza algunas de las frecuencias asignadas al sistema. La comunicacin realizada desde o hacia un celular viaja a travs de las celdas, pasando de torre en torre, haciendo posible la comunicacin (entre telfonos mviles o entre telfonos mviles a red fija). Dicho de esta manera, el celular debe poder distinguir la frecuencia de operacin de la torre ms cercana, tendr un sistema de TX, otro de RX y otro de procesamiento de seales. En los telfonos Motorola, el procesamiento de las seales en banda base se realiza en un bloque denominado Harmony Lite (que comenzamos a describir anteriormente). En la figura 3 se puede observar el diagrama en

Figura 3


Figura 4


bloques del sintetizador de frecuencias correspondiente al procesamiento de las seales WCDMA en banda base. La fuente de reloj (clock) para el bloque Harmony Lite (HLite) es un oscilador (TCXO) de 15.36MHz). La frecuencia de 15,36MHz se fija por medio del componente Y130. El control automtico de frecuencia para Y130 se realiza a travs de la lnea AFCDAC. La seal de reloj de 15,36MHz se establece por medio de un bit SPI (Serial To Parallel Interface, interfase serie a paralelo) interno y una seal de control externa que est presente en la lnea 15.36M_CLK_EN *. La seal de reloj de 15,35MHz se aplica a todos los circuitos A/Ds, DACs, referencias externas y circuitos digitales internos del Harmony. Adems, se generan referencias de reloj para el POG (procesador de banda base), y los circuitos de RF tanto RX como TX (vea la figura 4). EL oscilador controlado por tensin (VCO) WCDMA (U140) tiene una gama de frecuencia de 2.3GHz a 2.36GHz, funcionando como un oscilador local tanto para transmisin como para recepcin. La frecuencia de este circuito es controlada por HARMONY_LITE por medio de una tensin de control variable entre 0.5V y 2.5V, con una potencia de salida del orden de -3dBm. La frecuencia de salida del VCO WCDMA es controlada por medio de un lazo enganchado en fase (PLL) interno del sintetizador. El lazo enganchado en fase usa un lazo divisor que permite una rpida correccin de frecuencia en la seal de salida. La frecuencia de salida del VCO se enva a un prescaler para ser comparada con una seal de referencia. La frecuencia de referencia de 15,36MHz tambin es dividida para ser comparada con la frecuencia de la seal de salida a los fines de obtener la seal de error que permita el control automtico de frecuencia. Las dos frecuencias divididas son comparadas en un detector de fase, y la salida se enva a la carga. La salida de esta carga es procesada por el filtro de lazo externo y enviada a una red resonante, cambiando la frecuencia del VCO y cerrando el lazo que permite el control de la frecuencia de la seal generada. El bloque superfiltro, interno del Harmony Lite (vea la figura 4) proporciona la tensin de alimen-

tacin regulada y filtrada al VCO WCDMA. Por ltimo y a modo de recordatorio digamos que GSM es un sistema digital de comunicacin que transmite voz y dato y es considerado como la Segunda Generacin (2G) de la telefona celular ya que a diferencia de la primera generacin de celulares, utiliza tecnologa digital y transmisin por divisin de acceso mltiple (TDMA). GSM digitaliza y comprime la informacin y luego divide cada canal de 200MHZ en ocho espacios de tiempo de 25MHZ. Este sistema opera en las bandas 900MHZ y 1800MHZ en Europa, frica, Venezuela y Asia y en las bandas 850MHZ y 1900MHZ en Estados Unidos y casi todos los pases de Amrica Latina. La banda 850MHZ tambin se utiliza para GSM y 3GSM en Canad, Australia y en varios pases de Latinoamrica. Dos de las grandes ventajas del GSM es que permite la transmisin de datos a velocidades de hasta de 9.6 kbt/s facilitando el servicio de mensajes cortos (SMS) y facilita el roaming internacional, que permite el uso de un celular en cualquier pas del mundo donde exista la tecnologa GSM.

El Tr a n s m i s o r d e l H a rm o n y L i t e EL BBIF (BBIF_TX) es el camino de datos de transmisin para transferir digitalmente las seales de fase y cuadratura (I/Q) desde y hacia el procesador POG. La unidad de demultiplexado (Demux) separa las seales de fase y cuadratura para enviarlas a los filtros pasa banda FIR. El diseo de filtro FIR cumple con las exigencias del sistema 3GPP para la transmisin simultnea de un canal piloto y de mltiples canales de datos, cada uno de los cuales requiere un cdigo de extensin diferente y un control por separado. Nota: Debemos aclarar que 3GPP es un sistema que surge de un acuerdo de colaboracin en tecnologa de telefona mvil, que fue establecido en Diciembre de 1998. Esta cooperacin es entre ETSI (Europa),


ARIB/TTC (Japn), CCSA (China), ATIS (Amrica del Norte) and TTA (Corea del Sur). El alcance del sistema 3GPP permite globalizar aplicaciones de tercera generacin 3G de telfono mvil con especificaciones de sistemas ITU's IMT2000. Los sistemas 3GPP surgen como una evolucin de los sistemas GSM, comnmente conocidos como sistemas UMTS y no debe confundirse con 3GPP2 cuyo estndar de especificacin est basada en tecnologa IS-95, comnmente conocida como CDMA2000. El generador de secuencia PN proporciona seales I/Q en intervalos de 8 bits PN de datos en la seccin de demultiplexado. El bloque de correccin DC (DCOC) se encarga de corregir desvos en la seal DC de los bloques conversores D/A, en los filtros de antisolapamiento (anti-aliasing) y en los filtros de transmisin FIR por medio de un lazo de realimentacin de control. Un lazo de control de modo mixto localizado en la salida del filtro de transmisin FIR se emplea para corregir compensaciones de corriente continua y desequilibrios en las ganancias de las seales de I/Q. Las salidas de la unidad de ecualizacin de seales I/Q son enviadas a conversores digitales analgicos en secuencias de 10 bits tanto para la seal de fase (I) como para la seal de cuadratura (Q). Los filtros de antisolapamiento de ganancia programable y los filtros de transmisin aceptan componentes de seales I/Q diferenciales cuyas frecuencias van desde corriente continua hasta

1,92MHz provenientes de los convertidores digitales analgicos y atenan o eliminan las seales de reloj (clock) no deseadas de 15.36MHz, es decir, filtran las seales que van hacia el modulador TX (MAX2363). La salida del filtro TX se enva a un MUX (multiplexor) A/D de 6 bits mediante un esquema de muestreo y retencin. Esto permite generar una muestra DC para la tensin de modo comn que corresponde a las salidas de los filtros de transmisin de las seales I/Q y que es parte de un lazo de correccin digital. Las seales diferenciales de transmisin de fase y cuadratura finalmente se envan al modulador WCDM, tal como se muestra en la figura 5, que en el caso de telfonos celulares Motorola de la serie A920 corresponde a un circuito integrado MAX2363 que, en la figura 6, se muestra como el bloque U200.

El MAX2363 Circuito Integrado Transmisor MAX2363 en 2.3GHz con 16-QAM El MAX2363 fue diseado para trabajar en WCDMA para aplicaciones en la banda de 1.95GHz con excelentes resultados. Tambin se lo puede emplear en servicios especiales (WCS, por ejemplo), en la frecuencia de 2.3GHz con 16 QAM (modulacin de amplitud en cuadratura), para lo cual se deben realizar ligeras modificaciones en la etapa de salida. Figura 5


Figura 6


El MAX2363 tiene un circuito interno de banda ancha para el puerto de salida. Slo requieren un inductor de pull-up y un capacitor de filtro. En 2.3GHz, el valor del inductor se cambia de 15mH a 11mH para optimizar el desempeo de la etapa de salida (potencia de salida). La frecuencia intermedia con las que se han levantado las caractersticas del integrado es de 220.38MHz, ya que es un valor popular en PCS NCDMA. Entre la salida del mezclador y la entrada del conversor se usa un filtro de FI en NCDMA de 220.38MHz para filtrar el ruido existente en la banda. A este integrado se lo puede hacer trabajar con una seal de entrada de 16QAM con una tasa de 500ksps, con un ancho de canal de 625kHz. Las caractersticas elctricas obtenidas (Potencia de salida vs. VGC ) se muestran en la tabla 1, para las siguientes condiciones: Vcc = 3.0V Rbias = 10k Figura 7 IF = 220.38MHz LO = 2094.62MHz RF = 2315MHz IF DAC = 110MHz APCR tpica En la figura 7 se muestra la medida de potencia de ruido de canal adyacente (APCR), las compensaciones de frecuencia son 625kHz y 1.3MHz para ACPR1 Y ACPR2 respectivamente, y el ancho de banda es 30kHz. En dicha figura se muestra el APCR tpico a la salida del MAX2363 para una frecuencia de 2.31535GHz. Lectura EVM La tensin de salida de RF EVM

del MAX2363, usando un instrumento HP89449 se puede observar en la figura 8. *******************

Tabla 1

Figura 8


I n t roduccin El Harmony Lite se encarga del procesamiento de las seales WCDMA y, en cuanto a la transmisin, hemos dicho que la modulacin se efecta en el circuito integrado MAX2363 que, si bien fue diseado para operar en aplicaciones WCDMA de 1.95GHz, trabaja de modo muy aceptable cuando se lo usa en aplicaciones de telefona celular en WSC de 2.3GHz con modulacin de amplitud en cuadratura (16-QAM). Este integrado suele emplearse en modelos de Motorola como los de la serie A920 que venimos desarrollando en este curso y por tal motivo realizamos un detalle de cmo es el proceso de modulacin para la transmisin.

En la seccin moduladora de transmisin del circuito de control de un telfono celular (al sistema de control general se lo denomina Harmony Lite en los telfonos celulares Motorola de la serie A920), las entradas de fase (I) y cuadratura (Q) se reciben por los pines 23 (Q+), 24 (Q-), 25 (I+) y 26 (I-) del circuito integrado MAXTX, U200. Los niveles de tensin esperados en dichos terminales son de 1,3 a 1,4V por encima del nivel de continua para una seal mnima de 300mVpp. El circuito integrado MAX2363 recibe las seales diferenciales (I/Q) en banda base y las traslada a un valor de frecuencia intermedia de 380MHz a travs de un modulador de cuadratura y un amplificador de ganancia variable (VGA). Note, en la figura 1, el diagrama en bloques del oscilador controlado por tensin. En el MAX2363, las entradas IFINH+ (pin 10) y IFINH(pin 11) se conectan al off-chip FL201 en las patas IFOUT+ (pata o pin 17) e IFOUT- (pin 16) respectivamente. La funcin del bloque FL201 es la de proveer fil-


Figura 1 tros que rechacen las frecuencias imagen y otras interferencias. La forma en que se realiza el proceso de conversin de frecuencias realizado por el mezclador y el oscilador determinar la calidad del sistema transmisor, lo cual depende de la habilidad del sistema de slo dejar pasar la seal de frecuencia intermedia para que sta sea amplificada. El filtro de superficie SAW (FL201) trabaja a una frecuencia central nominal de 380MHz (valor de FI) con una prdida de insercin del orden de los

Figura 2


Figura 3


3,5dB para todo el ancho de banda de 5MHz. Los amplificadores de ganancia variable (VGC1) son comunes para FI y RF y proveen los niveles de salida de IF y RF. El HARMONY_LITE controla la seal VGC con valores comprendidos entre 1,3 y 2,6V y provee un rango de control de ganancia del orden de los 75dB. La frecuencia de salida del VCO del MAX2363 es controlada por un lazo enganchado en fase sintetizador (PLL). El filtro de lazo externo consiste en los componentes conectados en los pines 33 y 32 (tambin en el 38). Las frecuencias de las seales de salida del VCO (TankH+ y TankH-) que estn presentes en las patas 32 y 33 se dividen internamente para realizar una comparacin de frecuencias; la seal de referencia presente en la pata 36 (REF_FREQ) tambin se divide para poder realizar la comparacin en el PLL, la cual se efecta en un detector de fase three state cuya salida provee un nivel lgico (2361_LOCK) en la pata 38 (IFCP) que es procesado por un filtro de lazo externo y enviado a una red resonante cuya sintona o frecuencia de resonancia sera alterada en funcin de la fre-

cuencia que debe ser comparada con la referencia, cambiando la sintona del VCO cuyo valor central o de referencia es de 760MHz. Las seales diferenciales de FI en las patas 16 y 17 (IFOUTH+ e IFOUTH-) operan entonces a 380MHz. Luego la seal es conducida o enrutada a un chip que consiste en un filtro SAW de FI (FL201) y luego a un mezclador de RF a travs de un filtro de rechazo de frecuencia imagen para ser finalmente conducido a un amplificador de RF de ganancia variable (VGA). La seal resultante se amplifica en un amplificador de potencia (PA driver). La seal de RF es enrutada por medio de un filtro SAW de RF interetapa (FL401). El sintetizador de frecuencia de FI (760MHz VCO, VCO de 760MHz) y el oscilador local (RF_LO) se programan a travs de un buffer de 3 hilos. El gerenciador de secuencias del HARMONY_LITE programa los modos standby (TX_STBY*) y apagado (2361_SHDN). Este circuito integrado funciona con dos tensiones de alimentacin: VCC_DIG (fuente aislada para IF_CP y 760VCO) y VCC_ANA derivada de VRF_TX_2_775V. ******

VocabularioContinuamos brindando el significado de algunos trminos que empleamos en este curso para familiarizar a los principiantes en el vocabulario para telefona celular. NCDMA: CDMA de banda estrecha. TDMA: Tecnologa analgica para telefona celular. Es la tecnoloca ms empleada, y an vigente en algunas zonas, hasta la aparicin de CDMA. Es una tecnologa inalmbrica de segunda genreacin que distribuye la informacin en diferentes ranuras de tiempo que permite accesar diferentes informaciones en una frecuencia reducida. WCS: Wireless Communications Service, servicios de comunicaciones inalmbricas de 2310MHz a 2320MHz. Tecnologa WCDMA: CDMA de alta velocidad o banda ancha. Acceso mltiple por divisin de cdigo,

es el sistema utilizado en telefona celular para transmisin de datos de alta velocidad. QAM: Quadrature Amplitude Modulation, modulacin de amplitud en cuadratura. Es una modulacin lineal que consiste en modular en doble banda lateral dos portadoras de la misma frecuencia desfasadas 90. Cada portadora es modulada por una de las dos seales a transmitir. Finalmente las dos modulaciones se suman transmitiendo la seal resultante. PCS: El trmino PCS (Personal Communications Services) o Servicios Personales de Comunicacin, es un servicio telefnico inalmbrico similar al servicio telefnico celular con un nfasis en el servicio personal y la movilidad. El trmino "PCS" es utilizado usualmente en lugar "celular digital", pero el significado verdadero de "PCS" es que el telfono incluye otros servicios tales como identificacin de llamada, radiolocalizador, y correo electrnico. La tecnologa celular fue diseada para su uso en autos, pero la de PCS fue diseada con la movilidad del usuario en mente desde un principio.


I n t roduccin Todo lo que hemos dicho hasta ahora aplica para las diferentes bandas destinadas a telefona celular (850MHz, 900MHz, 1800MHz y 1900MHz). Para poder dar mayor alcance a la seal que debe transmitir el mvil es preciso amplificar la seal generada en el transmisor y esto se realiza en el bloque PA sin importar que la tecnologa empleada sea CDMA, WCDMA o GSM. Recuerde que CDMA o Acceso mltiple por Divisin de Cdigo (en espaol AMDC), es una tcnica de transmisin digital por la cual una estacin base asigna un cdigo nico a cada dispositivo mvil para diferenciar dicho dispositivo de los dems conectados de forma inalmbrica. Las seales se codifican mediante un cdigo que el receptor tambin conoce y puede utilizar para decodificar la seal recibida. WCDMA o Acceso Mltiple por Divisin de Cdigo de Banda Ancha es una tecnologa inalmbrica mvil de tercera generacin (3G) que ofrece elevadas velocidades de transmisin de datos en dispositivos inalmbricos mviles y porttiles que se usan tanto en telfonos con chip (GSM) o sin ellos (CDMA). WCDMA se utiliza para mejorar la capacidad y cobertura de redes de comunicaciones inalmbricas, por ejemplo, en los sistemas de comunicaciones mviles de tercera generacin como el UMTS.

El Amplificador de salida de Tx Aclarado este punto, digamos que en un telfono Motorola como el que venimos describiendo, en el bloque de transmisin (figura 1), el U410 propor-


Figura 1

ciona la atenuacin necesaria a la portadora de transmisin antes de alcanzar al amplificador final (PA), de modo que la seal no exceda el lmite mximo aceptable de 1dBm para la entrada del PA y as poder controlar la potencia de salida total del transceptor (del telfono). El bloque integrado U410 tiene una atenuacin del orden de 16-18dB dependiendo de la tensin de control VGC2 aplicada en HYBOUT1 Y HYBOUT2, que es controlada por el Harmony Lite. El bloque integrado U420 es la etapa de potencia correspondiente a un amplificador three state (amplificador de tres estados) que maneja la banda WCDMA para transmisiones de 1920 a 1980MHz. La ganancia mxima nominal esperada para esta etapa est en torno de los 30dB. HARMONY_ LITE controla la polarizacin de RF del amplificador en los pines o patas #4 (PA_ BIAS1) y #5 (PA_ BIAS2) con una gama de control de 0 - 2.5V. HARMONY_ LITE tambin controla el pin #12 (VLD) para la conmutacin de carga del amplificador PA. Aunque no sea puesto en prctica, la teora de carga del PA que se pone en marcha en transmisiones WCDMA, es sumamente importante para conservar la duracin de la batera del telfono, evitando interferencias de radio innecesarias con estaciones bajas. Cuando VLD est en un estado bajo (0V), el transmisor est en el modo de alta potencia o potencia mxima, consumiendo la corriente ms alta, pero con el total funcionamiento del PA. Cuando VLD est en un estado alto, el transmisor est en el modo de bajo consumo,

tomando menos corriente y haciendo que el PA funcione en forma limitada. En teora, el funcionamiento del PA depender entonces del nivel de tensin presente en VLD, permitiendo as un mejor rendimiento de la etapa transmisora con el objeto de hacer que la duracin de la batera se incremente. Si la potencia de transmisin decrece, como consecuencia de un requerimiento desde la estacin base del telfono, por debajo de los 14,5dBm, entonces VLD cambiar a estado alto. Si es preciso que la potencia de transmisin sea superior a 19dBm, entonces VLD tomar un estado bajo. El detector de poder recibe la seal de RF WCDMA amplificada en el cable RF_ EN (fjese en el pin o pata #6) del PA. El bloque U450 es una combinacin de un acoplador direccional con un detector de potencia compensado en temperatura con salida diferencial. El detector de poder acopla la entrada de poder de TX y las realimentaciones de salida RF_ DESCUBRE al Harmony Lite. El TEMP_ COMP tambin obtiene o permite el acoplamiento del amplificador, pero quita el contenido de seal de RF, dejando un nivel de corriente continua proporcional a la potencia de la seal acoplada. Este nivel de corriente continua se realimenta al Harmony Lite, esperando una prdida nominal menor a 0,3dB. El aislador (FL460) provee un aislamiento (valga la redundancia) entre el Mdulo Front-End y el camino de transmisin, con una prdida de insercin inferior a 0,55dB. **************


Figura 2


I n t roduccin Los telfonos celulares poseen un circuito que establece las condiciones necesarias para que pueda realizarse la carga de su batera cuando se emplea el cargador apropiado. Veremos cmo es el circuito de carga de la serie A920 de los telfonos Motorola y cules son las tensiones (los caminos de las tensiones) que proveen los diferentes reguladores de tensin integrados en un chip a las diferentes etapas del telfono. En la figura 1 se puede apreciar el sistema de carga de la serie A920 de telfonos celulares A920, que estamos empleando como modelo para explicar el funcionamiento bsico de un telfono celular. La mayora de los componentes, encargados de efectuar el control de carga de batera del telfono celular, se integran en el circuito PCAP. Esto incluye un convertidor digital-anlogo, otro convertidor pero esta vez anlogo-digital, un interruptor de feedback (regeneracin), un interruptor de pullup a termistor y un sensor de control de corriente. Los transistores de efecto de campo externos Q3966 y Q3954 proveen las seales que permiten o bloquean la carga de la batera (seales EXT_B + y B +). La resistencia sensora R3961 y el transistor FET Q3960 proporcionan el control de carga entre EXT_B+ y la batera. Debido a la interaccin de los diferentes terminales del bus CE, la seal de entrada de identificacin de carga y la seal de salida de realimentacin de la batera comparten un mismo pin o terminal accesorio. El software primero detectar la tensin de carga ID (AD6) antes de permitir la tensin de carga de batera a travs del interruptor de carga de batera del PCAP. Este circuito no debe permitir la carga de batera si el cargador no posee los


Figura 1

parmetros de tensin y corriente apropiados (para evitar que un cargador no apropiado o de carga rpida pueda daar el circuito). El Voltaje de Regeneracin de Batera proporciona una tensin de referencia a la fuente de energa externa durante la carga. El interruptor de regeneracin de batera quita el voltaje de regeneracin de batera del bucle de realimentacin del adaptador AC/DC o VPA cuando se complet la carga o despus de que se haya presentado una situacin anormal o un defecto. Este interruptor habilitar al cargador DAC antes de que comience la carga o, dicho de otra manera, slo permitir el suministro de energa desde el cargador a la batera cuando las condiciones de carga sean las adecuadas. La seal de referencia de realimentacin proveniente de la batera debe estar bien establecida antes de que comience la carga (por ms que coloque el cargador, si la batera est completa, la carga no ser habilitada). En la batera se usa un termistor para determinar la temperatura de la clula del paquete de batera antes de que comience la carga. La informacin de estado de batera se enviar a la EEPROM va (BATT_IO). Esta memoria contendr los parmetros de lmite que determinan las temperaturas mnimas y mximas entre las cuales se podr realizar la carga. El PCAP tiene un circuito de deteccin de sobrevoltaje integrado que proporciona una proteccin si el cargador externo tuviera una tensin superior a 7V de corriente continua y, de esta manera, evitar que se dae tanto el telfono celular como la bate-

ra. Si ocurre una condicin de sobrevoltaje, el EXT_B + FET (Q3963) ser inhabilitado. Esto evitar el uso de cargadores con tensiones superiores a 7V. Por otra parte, cabe aclarar que la corriente mxima de carga admitida es de 400mA, situacin que slo puede alcanzarse con tensiones altas en el cargador que, como ya dijimos, no son aceptadas por medio del circuito de proteccin. Un cargador apropiado tendr una tensin mxima de carga de 5,9V y ste proveer una corriente inferior a los 400mA mximos admisibles. Cuando se establecen las condiciones de carga, a travs del circuito +B se establecern los 5,9V de carga, independientemente del voltaje BATT_FDBK. Si el telfono est en modo0 de Tx, la corriente media ser suministrada por la batera y el circuito de carga (la lnea EXT_B+ (Q3966) ser deshabilitada a travs de la lnea MIDRATE_1). No se permite la transmisin con la batera baja o sin la batera por ms que el cargador est conectado al mvil.

El Regulador de Voltaje La regulacin de voltaje es proporcionada por el PCAP IC (U3000), figura 2. Se usan mltiples reguladores para proporcionar la mejor aislacin entre el trazado de circuito de carga sensible y el trazado de circuito ruidoso. En la figura 2 se puede apreciar el diagrama en bloques del regulador de voltaje. Las seales son las siguientes:


Figura 2

Los reguladores y su trazado de circuito de carga son descritos debajo: VBOOST_LX(VBOOST_5_5V) Entradas del regulador de voltaje VUSB, V10. VBUCK_LX(VBUCK_2_25V) - Entradas del regulador de voltaje V1, V3, V4, V7 y V8. LX2(VBUCK2_1_6V) - Helen core. V_VIB - Vibrador. Vsim2(VSIMC) Interfase SIM card. Vaux1(VRF_TX_2_775V) Circuitos RF, TX. Vaux2(VRF_RX_2_775V) - Circuitos RF, TX. Vaux3(VMMC_2_8V) - Interfase SD/MMC. Vaux4(VAUX4_3V) Procesador de imagen y xcvrs USB (procesador de aplicaciones y bluetooth USB). VUSB - PCAP USB xcvr. V1(VMEM_1_875V) Procesador de aplicaciones flash de entrada/salida, procesador de aplicaciones DRAM de entrada/salida, Procesador de banda base. V2(VA_2_775V) Audio. V3(VLVIO_1_95V) Circuito Magic LV I/O, WCSP. V4(VRF_REF_1_875V) Referencia de RF. V5(VGPS_RF_2_775V) - GPS RF. V6(VHVIO_2_775V) Entrada/salida HV, Display ( 20), Imagen (12), Banda base de GPS (8), GPS Flash, Procesador de aplicaciones SDRAM (200). V7(VRF_DIG_1_875V) - RF digital. V8(VBLUETH_1_875V) Bluetooth. V9(VRF_REF_2_475V) Referencia de RF. V10(VRF_HV_5V) - Para seal de RF HV.

Se puede recuperar la batera de un celular? En principio s. Para realizar la operacin debe conseguir un adaptador de voltaje de 12 vot y de 500mA, pudiendo emplearse otro entre 9V y 15V. Debe averiguar cul es la salida positiva y cul la salida negativa tanto de la batera como del adaptador (en general, en el adaptador la positiva va marcada con una raya de color blanco y la negativa es todo el cable de color negro). Corte el cable en el extremo del final del cable del adaptador, no al principio del cable que sale del adaptador sino al extremo final en donde seguro encontrar una salida de tensin; conecta el negativo de la pila del celular al negativo del cargador y el positivo con el positivo. Esta operacin puede hacerla utilizando pincitas (tipo caimn, cocodrilo o yacar). Aguarde un par de minutos y mida con un multmetro la tensin en la batera (sin desconectar el cargador). Debe dar una tensin mayor a los 3,5V y menor a los 5V. Si d menos, la batera es irrecuperable por este mtodo y debe desconectar el adaptador de inmediato. Si d ms, desconecte el adaptador, haga unos chispazos invirtiendo los cables del adaptador y vuelva a intentar la recuperacin. Cuando mida una tensin mayor a 3,7V desconecte la batera del adaptador, colquela en el celular y pngalo a cargar. Normalmente esto es suficiente para que tome carga normal. Cuando compruebe que est cargando, djelo unas 12 horas para que adquiera carga completa. ******



I n t roduccin El sistema de audio de un telfono celular es, quiz, una de las etapas que ms diferencias pueden presentar entre distintos modelos de mviles debido a que no slo debe poder captar la voz de un interlocutor y reproducir el sonido de un operador distante, sino que tambin debe encargarse de reproducir con volumen ajustable msica guardada en la memoria del celular, permitir la conexin de auriculares, poder seleccionar entre parlantes internos y externos, etc. Por lo dicho, analizaremos cmo se realiza la transmisin y recepcin de seales de audio en un microtelfono tomando como base el sistema 920 de Motorola, tal como venimos haciendo en esta obra. Vamos a dividir nuestra explicacin en las etapas de recepcin y de transmisin de audio para luego detenernos en la etapa de potencia y el procesador de banda base, teniendo en cuenta que todos estos bloques conforman el sistema de sonido de un telfono celular.

La Recepcin de Audio En la figura 1 se puede apreciar el diagrama en bloques del sistema de audio de un telfono celular, orientado a la recepcin de seales. Note el bloque principal que es la plataforma que realiza el control de audio (PCAP), su interaccin con el procesador de banda base (POG) y la inclusin de filtros que conectan a los parlantes de la unidad. La recepcin de datos de audio se transfieren desde el POG al PCAP a travs de la interface ASAP para el modo monoaural y por medio de la interfase ASAP para recepcin de datos en estreo. Luego los datos son convertidos en una informacin analgica (anloga) por un conversor digital-


Figura 1

analgico de 16 bits para informacin estreo o un CDA (conversor digital-analgico) de 13 bits para el audio de una comunicacin telefnica (informacin mono). La salida del CDA interno del PCAP se aplica al PGA. La salida del PGA puede ser enca-

minada a una de las cuatro salidas a travs de un multiplexor interno. Todas las salidas usan el mismo convertidor digital analgico y slo una salida puede ser activa a la vez. El usuario puede ajustar la ganancia de las salidas de audio con los botones

Figura 2


de control de volumen. El parlante (bocina) del telfono (Handset Speaker) recibe la seal de audio desde un amplificador diferencial (SPKR) que se encuentra en el interior de la PCAP. Las seales de salida del PCAP SPKR-Y SPKR + se aplican al parlante luego de pasar por un filtro a travs de las lneas que en la figura 2 se denominan R4004 y R4005 respectivamente, y que luego se unen en dicho parlante. Note en el diagrama en bloques de la figura 1 y en el esquemtico de la figura 2 que del camino SPKR-, SPKR_IN se enva a la entrada de un amplificador operacional A1 a travs del capacitor C4002. Por otra parte, la lnea o camino (cable) SPKR_OUT1 del PCAP se enva a SPKR- a travs de C4000 y C4002 que es la salida CDA del codificador. Las lneas SPKR_IN y SPKR_OUT1 mantienen la tensin de polarizacin durante perodos de standby y esta tensin se mantiene por medio de un capacitor para evitar ruidos o pequeas explosiones cuando comience a funcionar el amplificador como consecuencia de la recepcin de una seal. Los auriculares utilizan un conector estreo estndar de 2.5mm. El telfono notar la presencia de los auriculares estreos que usan la lnea HS_SPKR_L del conector de auriculares (vea la figura 1), que posee la resistencia de pull-up R4395 para conectarse al PCAP a travs de la lnea ST_COMP (esto es una interrupcin del PCAP que es enviado al MCU sobre el bus SPI, figura 2). La lnea ST_COMP tomar un estado binario bajo cada vez que un auricular estreo sea insertado en el conector del celular. Los auriculares pueden contener un interruptor momentneo, que normalmente est cerrado y que se coloca en serie con el micrfono. Cuando se presiona el interruptor momentneo, se interrumpir la corriente que se suministra al micrfono, el telfono notar esta accin y dar una respuesta apropiada, que podra ser, por ejemplo, contestar una llamada, terminar una llamada, o marcar el ltimo nmero del bloc de notas. Los auriculares reciben la seal de audio desde un amplificador estreo interno al PCAP a travs de las lneas (caminos o cables) ARIGHT_OUT y ALEFT_OUT (figura 1), encaminados por C4356,

R4352 y C4306, R4302 respectivamente (figura 2), que por ltimo se aplican al conector de auriculares. Note que se toma del camino ARIGHT_Out, a travs del capacitor C4354, la seal ARITH_IN que se aplica a la entrada del amplificador operacional interno del PCAP, formando de esta manera una realimentacin. De la misma manera, de la lnea ALEFT_Out se toma seal que, a travs de C4304, se enva a la entrada de otro amplificador operacional por medio de la lnea ALEFT_IN. El parlante externo se conecta al pin 15 del J5000 (AUDIO_OUT), que es el conector que se emplea para poder conectar un parlante externo. El camino de audio es establecido por R4400 y C4400 que se aplica a EXTOUT del PCAP. El nivel de corriente continua de esta seal de audio de salida (Audio_Out ) tambin se emplea para establecer la condicin de telfono conectado o desconectado. Esto se logra tomando seal de audio (Audio_Out) a travs de la lnea

Documents

Telefonos celulares