Leccion 3

Cuaderno del Técnico Reparador

Cómo Funcionan los Teléfonos Celulares El Circuito de Recepción GSM de un Móvil Parte 1 – El Circuito Front End

Continuando con la descripción de las diferentes etapas que componen a un teléfono celular, en esta nota describiremos el diagrama en bloques de la etapa de recepción para la tecnología GSM. En esta nota veremos la etapa “final”, dejando para más adelante la descripción del sistema que controla a este circuito. También brindamos la definición de algunos términos que empleamos en esta sección. Autor: Ingeniero Horacio Daniel Vallejo e-mail: [email protected]

Introducción Una vez que una señal es detectada en la antena de un móvil, ya sea EGSM, PCS o DCS, primero pasa por circuitos tipo “balum” (balanced-umbalanced) que convierten a dicha señal en “balanceada respecto de un punto de referencia” (convierte una señal desequilibrada a la condición de línea equilibrada, tal como sucede en un sintonizador de un receptor de televisión) 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 descripción de cada etapa basándonos

en un teléfono Motorola Nivel 3 A920, pero que lo explicado aplica para saber cómo funciona cualquier teléfono celular con similar tecnología. Los balum suelen introducir pérdidas del orden de 1dB. El circuito integrado U625 posee un amplificador de bajo ruido (LNA) que le da a la señal el nivel apropiado para su tratamiento, un oscilador controlado por tensión (VCO) y una etapa mezcladora convertidora para llevar a la señal recibida a banda base. Dentro del integrado, la señal recibida es mezclada con una señal para obtener un a Frecuencia Intermedia Muy Baja (VLFI) del orden de los 100kHz. Se emplea esta

configuración para mejorar la salida del oscilador local (LO) cuya señal será 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 señal menos ruidosa. Note en el diagrama en bloques de la figura 1, que se obtienen diferentes conversiones según la señal sea GSM, DCS o PCS. Luego del tratamiento de la señal recepcionada tenemos, a la salida del integrado U625, las señales de fase (I) y cuadratura (Q). Para que el circuito integrado LIFE funcione en sincrónicamente, se envían señales SPI de datos y

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Cuaderno del Técnico Reparador reloj desde una etapa “MAGIC” (regulador de tracking y tensión de aislación del VCO). El integrado de tratamiento de señal de RF (U625 ó LIFE) posee cuatro amplificadores de bajo ruido (de los cuales sólo se emplean tres) con dos caminos en cuadratura para la señal uno que puede ser usado para la banda baja de 850MHZ ó 900 MHz (GSM de 850MHz ó 900MHz) y otro para la banda alta en DCS de 1800MHz (1805MHz a 1880MHz) ó en PCS de 1900MHz (1930MHz a 1990MHz). Todos los amplificadores son programables mediante interfase SPI (Serial To Paralelel Interefase, interfase serie a paralelo). Un bus SPI consiste de tres sennales: SPI_DATA SPI_CLOCK SPI_LATCH

Generalmente a esta interfase se la emplea para controlar una señal 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 señal RX_VCO es reenviada al prescaler de entrada con una frecuencia que dependerá del canal seleccionado. La señal en este canal tiene una amplitud de 30dB. LIFE contiene tres osciladores controlados por tensión (RX_VCO) los cuales operan a frecuencias del orden de los 4GHz. Los tres osciladores, internamente se tratan para proveer señales en perfecta cuadratura según la banda seleccionada (en este ejemplo empleamos las bandas GSM = 900MHz, DSC = 1800MHz y PCS = 1900MHz). La señal de entrada de RF de sintonía (RX_TUNE) proveniente

del procesador de entrada (MAGIC_LV) selecciona la frecuencia de oscilación del VCO a través de la aplicación de una tensión comprendida entre 0,5V y 4,5V. De esta manera, las frecuencias de oscilación de cada VCO local dependerá de cada tecnología o banda y será: DCS: 3610MHz - 35759MHz, EGSM: 3700MHz - 3838MHz, PCS: 3859 - 3980MHz. La señal de AGC (control automático de ganancia) es provista por un amplificador (común a las tres bandas) y compartida por los cuatro amplificadores. La ganancia del amplificador de AGC se controla por medio de la tensión presente en un “pin”, utilizando un conversor DA de 6 bits. El seteo del AGC se realiza mediante las líneas de programación Figura 1

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El Circuito RX Front End Figura 2

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Cuaderno del Técnico Reparador 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 será comparado contra una señal 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 señal detectada es superior al nivel de referencia, la línea AGC_GLAG irá a “1” lógico, el MAGIC_LV recibirá este cambio de nivel en la línea 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 señales 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 señal presente en la antena del orden de –50dB, se espera tener una señal de VLFI de salida pico a pico del orden de 1mVpp.

Algunas Definiciones SMA es un conector similar al de las puntas de los osciloscopios, en celulares es más pequeño. EGS: Sistema Global Mejorado para Comunicaciones Móviles. DCS: Siglas de la expresión inglesa DIGITAL CELLULAR SYSTEM. Sistema Digital de transmisión y recepción propuesto por el Reino Unido al Grupo Especial de Móviles ( GSM ) y aceptado para operar en la banda de 1800 MHz. PCS: El término PCS (Personal Communications Services) o Servicios Personales de Comunicación, es un servicio telefónico inalámbrico similar al servicio telefónico celular con un énfasis en el servicio personal y la movilidad. El término "PCS" es utilizado usualmente en lugar de "celular digital", pero el significado verdadero de "PCS" es que el teléfono incluye otros servicios tales como identificación de llamada, radiolocalizador, y correo electrónico. La tecnología celular fue diseñada para su uso en autos, pero la de PCS fue diseñada con la movilidad del usuario en mente desde un principio. Las PCS utilizan celdas más pequeñas, por lo que requieren más antenas para cubrir un área geográfica. WCDMA (Wideband Code Di-

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vision Multiple Access - Acceso Múltiple por División de Código de Banda Ancha) , es la tecnología de interfaz de aire en la que se basa la UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), el cual es un estándar europeo de Tercera Generación (3G) para los sistemas inalámbricos. La tecnología WCDMA está altamente optimizada para comunicaciones de alta calidad de voz y comunicaciones multimedia, como pueden ser las videoconferencias. También 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 simultáneas como puede ser una conexión a internet, una conversación telefónica, videoconferencia, etc. En esta plataforma se emplea estructuras de protocolos de red similares a la usada en GSM (Global System for Mobile Communications), por lo tanto está en la capacidad de utilizar redes existentes. La figura Nro 1, muestra la evolución de los sistemas GSM y DAMPS (Digital Advanced Mobile Phone System) hacia WCDMA y los pasos en el desarrollo del radio de las nuevas tecnologías. ✪