Lab Avram nr.2

MINISTERUL EDUCAŢIEI AL REPUBLICII MOLDOVA UNIVERSITATEA TEHNICĂ A MOLDOVEI FACULTATEA INGINERIE ȘI MANAGEMENT ÎN ELECTRONICĂ ȘI TELECOMUNICAȚII Catedra Radiocomunicaţii

DARE DE SEAMĂ la lucrarea de laborator Nr. 2 la disciplina: Comunicații mobile Tema: Module funcționale principale ale telefonului mobil digital

A efectuat: st.gr.TLC−

A verificat: conf. univ.,dr.

Avram Ion

Chișinău 201 1. Scopul lucrării:

− studierea regimurilor de lucru ale telefonului mobil digital (TMD) contemporan pe baza modelului Nokia 7250, modul de bază NHL – 4J. − studierea principalelor module funcționale ale TMD, schemele bloc, conectare, funcții. 2. Module funcționale principale ale TMD TMD Nokia 7250 include următoarele module funcționale: − Modulul de Sistemă, − Cameră de luat vederi integrată, − Modulul Radio FM (Frequency Modulation) stereo integrat cu amplificator audio extern față de modulul Radio FM, ←

− Ecran grafic color,

←

− Interfața integrată în infraroșu (IRI) – Infrared Interface,

←

− Motor intern vibrator,

←

− Difuzor integrat (IHF−Integrated Hands Free Speaker),

←

− Cartelă SIM−Subscriber Identity Module – Modul de identificare al

abonatului, ←

− Conector de sistemă,

←

− Antenă încorpporată (fără conectare la antena externă). ←

←

2.1 Module funcționale principale ale TMD

←

2.1.1 Modulul de Sistemă

← ←

Modulul de Sistemă constă din următoarele părţi principale:

←

1) modulul de bază

←

2) submodulul Radio-Frecvenţă

←

3) Interfaţa utilizator, ce constă din ecran, tastatură, modul în infraroşu,

motor vibrator, comutator HF/HRS (Hands Free/Half rate speech – dispozitiv integrat „mîini libere” / jumătate viteză transmisie voce) şi componentele audio.

←

2.1.2 Modul de bază (MB) ←

Funcţiile MB sunt realizate de două blocuri principale indicate în figura 1 şi anume: ←

a) UPP (Universal Phone Processor) de tipul UPP8M – Procesorul

Universal al TMD, ←

b) UEM (Universal Energy Management) – blocul universal de control al

Energiei. ← ←

← ← Figura 1 Schema bloc a modulului de bază

← MB începe a funcționa la o tensiune de alimentare nu mai mică de 2,8V. Ca și oricare alt tip de TMD, telefonul studiat conține două baterii de alimentare (acumulatoare): −

bateria de bază reîncarcabilă (care poate fi conectată sau deconectată),

−

bateria de rezervă, ce reprezintă o baterie reîncarcabilă de tipul Li−Ion,

montată permanent în modulul de bază conform tehnologiei SMD. Bateria de rezervă are ca funcție de bază menținerea funcționării ceasornicului de timp real în cazul deconectării bateriei de bază. În cazul scoaterii bateriei de bază din carcasa TMD bateria de rezervă trebuie să mențină funcționarea ceasornicului de timp real pe o perioadă de cel puțin 30 minute. Blocul UEM realizează interfaţa analogică între modulul de bază şi submodulul Radio- Frecvenţă. Modulul UEM conţine convertoare analogic/digital (A/D) şi digital/analogic (D/A) pentru primirea şi transmiterea semnalelor sonore către şi de la interfaţa utilizatorului. Pentru menţinerea parametrilor tehnici necesari modulul UEM formează semnale AFC (Auto Frequency Control) pentru modulul de RF în corespundere cu semnalul de control generat de modulul UPP. Schimbul de date între modulele UEM și UPP se efectuează prin intermediul a două șine (magistrale) serie: DBUS (Data BUS – magistrală de date) pentru DSP (Digital Signal Processor – Procesor Digital de Semnal) și a doua magistrală CBUS (Controller BUS – Controlor magistrală) pentru MCU (Micro Controller Unit – Unitatea Microcontrolor). Blocul UEM efectuează separarea semnalelor audio codate PCM (Pulse Code Modulation). Procesarea digitală a vocii este înfăptuită de procesorul DSP, care reprezintă un circuit integrat special și este partea componentă a UPP. Blocul UEM conține două tensiuni de alimentare: tensiune de alimentare a păr ții digitale, ce constituie 1,8 V și tensiunea de alimentare a părții analogice, ce constituie 2,78 V. Modulul de bază conține două intrări pentru microfon intern și extern și o ie șire pentru difuzor. Selectarea sursei de semnal de intrare și ieșire și a coeficientului de amplificare este efectuat de către UEM sub controlul semnalului de la UPP.

Tonurile de tastatură și alte tonuri audio sunt generate și codate de către UPP și transmise spre UEM pentru decodificare.

2.2 Regimurile de operare ale modulului de bază (MB) şi telefonului mobil digital MB și TMD are șase regimuri diferite de operare: a)

fără alimentare (deconectat total),

b)

doar bateria de rezervă conectată,

c)

temporar oprit,

d)

activ,

e)

de somn,

f)

de încărcare.

2.2.1 Regimul ‚,fără alimentare” (deconectat total) În acest regim TMD nu detectează nici o sursă de alimentare. Acest regim se realizează la deconectarea bateriei principale și a celei de rezervă sau la un nivel scăzut al tensiunilor ambelor baterii. TMD este scos din acest regim doar în cazul detectării unui nivel suficient al tensiunii bateriilor de alimentare. Tensiunea bateriilor poate crește prin conectarea unei noi baterii principale încărcate cu tensiunea mai mare decît tensiunea de deconectare sau la conectarea încărcătorului și încărcarea nouă a bateriilor. 2.2.2 Regimul ‚,doar baterie de rezervă conectată” În acest regim bateria principală poate fi deconectată sau descărcată, iar bateria de rezervă este suficientă încărcată. În acest regim toate blocurile nu pot fi activate și bateria de rezervă alimentează doar blocul RTC (Real Time Cloc) – Ceasornicul de Timp Real. Nu funcționează nici indicatorul de timp de pe ecranul TMD 2.2.3 Regimul ‚,temporar oprit”

Dacă TMD este deconectat, iar la el este conectat încărcătorul, atunci TMD se consideră alimentat de către energie, însă el intră în starea numită ‚,temporar oprit”. Pentru utilizator TMD se prezintă de parcă ar fi deconectat. Se efectuează procesul de încărcare a bateriei și indicatorul de încărcare de pe ecranul TMD indică, că bateria se încarcă. 2.3 Componentele de bază ale TMD Nokia 7250 2.3.1 Acumulatorul Ca sursă de energie blocul de bază NHL – 4J utilizează acumulatorul Li – Ion 720 mAh de tip BLD – 3 cu următorii parametri: Tabelul 1 Parametrii de bază ai acumulatorului Nr. 1

Unitate

Denumire parametru

măsură

Tensiune nominală de deconectare la descărcare

Valoare

V

3,1

2

Tensiunea nominală a acumulatorului

V

3,6

3

Tensiunea nominală de încărcare

V

4,2

4

Curentul maxim al sursei de încărcare

mA

850

5

Curentul minim al sursei de încărcare

mA

200

Acumulatorul are următoarele contacte externe: Tabelul 2 Contactele externe ale acumulatorului Nr. 1

Notare tensiune VBAT

2

BSI

3

BTEMP

4

GND

Funcție contact Contactul ‚,+”(pozitiv) al acumulatorului Măsurarea capacității acumulatorului Măsurarea temperaturii acumulatorului (prin măsurarea CTR al unui rezistor intern) Contactul ‚,−”(negativ) al acumulatorului

2.3.2 Blocul Radio FM Blocul FM Radio (Frequency Modulation Radio) în transceiverul NHL – 4J reprezintă un chip electronic acordabil FM stereo radio complet integrat cu selectivitate și demodulare în Frecvență Intermediară. Blocul FM Radio poate fi acordat la orice post de radio în banda Europeană de radiodifuziune FM (68 – 108 MHz). Acordul canalului și datele recepționate pe el sunt controlate în UPP. Pentru funcționarea FM Radio la chipul electronic se conectează următoarele componente externe: un varicap, două bobine, cîteva rezistoare și condensatoare. Frecvența audio se transmite prin UEM la căștile sonore. Antena blocului FM Radio este implementată în cablul căștilor sonore. Blocul FM Radio are următoarea schemă – bloc (figura 3).

Figura 2 Schema de structură a blocului FM Radio

2.3.3 Modulul IR

Interfața IR (InfraRed – InfraRoșu) este realizată în UPP. Legătura prin modulul IR permite de a realiza viteze de transmisiuni de date de la 9600 bit/s pînă la 1,152 Mbit/s la o distanță de pînă la 80 cm doar în regim semiduplex.

2.3.4 Interfața SIM UEM conține interfață logică SIM (Subscriber Identity Module) cu nivel de alimentare comutabil. Interfața poate fi programată pentru a susține două tipuri de SIM și anume: cu tensiune de alimentare de 3 V sau 1,8 V. Tensiunea de alimentare a SIM este selectată dintr-un registru al UEM. Se permite de a schimba tensiunea de alimentare a SIM doar în regimul, cînd cartela SIM este nealimentată de la sursa de energie. Regimurile de alimentare/nealimentare ale SIM sunt generate de UEM. Aceasta înseamnă că UEM generează semnalul RST (Reset − Resetare) către SIM. La UEM este însă conectat semnalul SIMCardDet – Semnal de detectare a cartelei SIM. Detectarea codului este efectuat de către un semnal special, care apreciază și uzura acumulatorului (capacitatea de reîncărcare). Interfața SIM trece în regim de alimentare cu energie doar în cazul, cînd semnalul SIMCardDet indică ‚,cartela este introdusă’’. Acest semnal este derivat de semnalul de la BSI – Bloc Subscriber Identity – Blocul de identificare al abonatului. În general Interfața SIM este amplasată în două chipuri diferite: UPP și UEM. Interfața SIM conține: comutator de regim alimentat/nealimentat, portul de intrare, detectorul de lipsă/prezență cartel, receptor de date, contor special, register și bufere logice cu nivele commutate. Interfața SIM reprezintă interfața electrică între cartela SIM și telefonul mobil (prin intermediul dispozitivului UEM). Transmisiunea de date dintre cartelă și telefonul mobil se efectuează în regim semiduplex asincron. Funcționarea cartelei SIM este sincronizată de un ceasornic de 1,083 MHz sau 3,25 MHz. Schema bloc a interfeței SIM a blocului NHL – 4J este prezentată în figura 3.

Figura 3 Schema bloc a interfeţei SIM 2.3.5 Interfața de control a accesoriilor ACI (Accesory Control Interface) – interfața de control a accesoriilor reprezintă o șină bidirecțională serie punct la punct. ACI are trei particularități de bază: 1) detectarea introducerii și înlăturării (conectării și deconectării) echipamentului accesoriului, 2) acționează ca o șină de date cu scopul principal de a efectua controlul, 3) identificarea și autentificarea accesoriilor specifice conectate la interfața sistemei. 2.3.6 Regulatorul Extern al Accesoriilor Pentru controlul nivelului tensiunii de alimentare al accesoriilor se utilizează (External Accessory Regulator) – Regulatorul Extern al Accesoriilor, care reacționează la detectarea nivelului scăzut al tensiunii de alimentare a accesoriilor. Toate accesoriile conectate la Interfața de control a accesoriilor necesită o tensiune de alimentare corespunzătoare. Intrarea regulatorului este conectată la tensiunea acumulatorului, iar ieșirea lui este conectată la contactul V out al conectorului de sistem. Regulatorul este controlat prin UPP (On/Off). Conectarea regulatorului este indicată în figura 4.

Figura 4 Interconectarea regulatorului de accesorii 2.3.7 Sistemul Audio Extern Blocul NHL – 4J este elaborat pentru a activa accesoriile audio externe complet diferențiale, conectate la conectorul de sistem printr−un port special numit Pop−Port. Conectorul portului special are o șină serie de date numită ACI pentru detectarea conectării și deconectării accesoriilor, cît și pentru identificarea și autentificarea lor. Linia ACI este de asemenea utilizată pentru funcțiile de control a accesoriilor. Prin portul special Pop−Port al conectorului de sistem se pot conecta: a) Sistemul audio stereo complet diferențial prin 4 fire (utilizînd de asemenea și conectarea antenei FM − radio), b) Intrarea diferențială a microfonului cu 2 fire. 2.3.8 Conectarea Microfonului Extern Intrarea pentru microfonul extern este complet diferențială și se conectează la intrarea MIC2 P/N (Microfon 2 Pozitiv/Negativ) a UEM (figura 5). Blocul UEM asigură tensiunea de polarizare. Intrarea microfonului este protejată contra ESD (Electro Static Discharge) – Descărcări Electrostatice. La apariția unui scurtcircuit între contactele microfonului extern se generează un semnal de protecție: a)

Cînd accesoriul (microfonul extern) nu este conectat, atunci la rezistoarele

de intrare Rmp și Rmn se aplică semnalul protector intern HookInt;

b)

Cînd accesoriul (microfonul extern) este conectat și la el se aplică tensiunea

de polarizare, atunci nivelul semnalului de protecție HookInt scade pînă la 1,8 V din cauza trecerii curentului de polarizare, ce curge prin rezistoarele Rmp și Rmn. Cînd abonatul vorbește, atunci la intrările corespunzătoare ale UEM apare semnal de la microfon și nivelul semnalului de protecție la intrările indicate va scădea pînă la jumătate din tensiunea curentului continuu de polarizare. Această schimbare a nivelului semnalului de polarizare va cauza schimbarea stării comparatorului în acest caz de la 0 la 1, ce generează semnalul intern de protec ție HookInt, care face parte din UEM. 2.3.9 Blocul Intern Audio Difuzorul integrat și Amolificatorul Audio Stereo IHFS (Integrated Hands Free Speaker and Stereo Audio Amplifier) – Difuzorul integrat cu diametrul de 16 mm este utilizat pentru generarea semnalului vocal audio, a tonurilor de alarmă și preîntîmpinare în blocul NHL – 4J.

Figura 5 Conectarea microfonului extern Amplificatorul audio este controlat de către UPP. Capsula difuzorului este montată în capacul C al TMD. Pentru conectarea contactelor difuzorului la placa principală PWB se utilizează două contacte – arcuri speciale. Schema de conectare a difuzorului și amplificatorului audio stereo la blocul TMD este indicată în figura 6.

Figura 6 Conectarea difuzorului intern la amplificatorul

2.3.10 Camera de luat vederi Camera de luat vederi este conectată la blocul de bază BB prin intermediul șinei utilizatorului UIF. Șina UIF are o frecvență de MHz și poate fi utilizată simultan împreună de către cîteva părți componente, îndeplinind diferite funcții ale interfeței utilizatorului (de exemplu, la această șină poate fi conectat simultan și LCD – Liquid Cristal Display – Ecranul pe bază de cristale lichide). Această versiune conține linii unidirecționale de transmisie Tx și recepție Rx a datelor și constă din următoarele părți: chipul de control, chipul de selectare, date Tx, date Rx, date ceasornic cameră și date ceasornic sistem. Schema bloc de conectare a camerei de luat vederi și a acceleratorului hardware la placa de bază este indicată în figura 7.

Figura 7 Conectarea camerei de luat vederi În schema bloc din figura 7 se utilizează următoarele semnale de bază: ExtClk – reprezintă semnalul extern al ceasornicului sistemului pentru modulul camerii de luat vederi. Ceasornicul poate fi alimentat de la o sursă de curent continuu sau curent alternativ. Ceasornicul poate genera cinci frecvențe fixe și anume:8,4 MHz; 9,6 MHz; 9,72 MHz; 13 MHz și 16,8 MHz cu toleranța de ±100 kHz. Vctrl – reprezintă un semnal de control pentru setarea camerei și acceleratorului Hardware în regimul de cel mai mic consum de putere și permite a deconecta acest semnal dacă funcțional el nu este necesar. TxDa – Transmision Data – Date Transmise cu lungimea de 8 bi ți +1bit TxEnd, care indică în datele transmise ultimul bit al cadrului de imagini transmise. În cazul cînd bitul terminal este într−adevăr ultimul bit al cadrului imaginii transmise de la camera bit TxEnd se setează în nivelul înalt (‚,1’’). În caz contrar bitul TxEnd se setează în nivel jos (‚,0’’) de către cameră. Camera de luat vederi poate întrerupe transmisiunea datelor TxDa către BB cînd cel puțin într−un ciclu a ExtClk nu se

transferă imaginea. Întreruperea este inițiată de scăderea nivelului semnalului dat față de un nivel de referință. RxDa – Received Data – Date Recepționate cu lungimea de 8 biți +1 bit D/C (Data/Control). Primul bit recepționat este bitul D/C, care indică camerei statutul următorilor 8 biți de date. În cazul transmiterii datelor de control către cameră, nivelul bitului D/C este jos (‚,0’’). Camera poate să nu reacționeze la recepționarea datelor dacă bitul D/C are nivel înalt (‚,1’’). DaClk – Data Clock – Ceasornic de Date – reprezintă un ceasornic serie de date și tipic este setat egal cu ExtClk/2. Funcționarea ceasornicului poate fi stopată în cazul cînd nu se efectuează transmisiuni de date, doar poate fi activat cînd este activat CSX (chip select). CSX − Chip Select – Selectare Chip efectuează activarea și dezactivarea șinei serie a camerei. În stare activă CSX are nivel jos de tensiune pe șină. CSX are func ție adițională de a determina în timpul secvenței de creștere a puterii modul de comunicare a HWA (VIF ori CCI/CCP); CCI – Camera Control Interface – Interfața de control a camerei; CCP – Compact Camera Port – Portul Compact al camerei. 2.3.11 Blocul de Memorie Telefonul mobil utilizează pentru funcționarea sa cîteva tipuri de memorii. Memoria pentru programe reprezintă capacitatea de 8 Mbiți (512 x 166) de memorie integrată RAM. Acest bloc poate fi utilizat de asemenea ca memorie pentru date și este adresabilă pe bit. Blocul RAM este utilizat în general pentru necesitățile MCU (Micro Controller Unit), dar poate fi accesat în caz de necesitate și de DSP (Digital Spech Procesor) – Procesor vocal digital. Codurile MCU se memorizează într−o memorie flash externă cu capacitatea de 128 Mbiți (8k x 16 bit). Blocul de bază se adresează la această memorie în regim de pachete pe o șină multiplex de adrese/date. Accesul la memorie este realizat ca accesul simultan al unui cuvînt de 16 biți. Pentru MCU blocul UPP include o memorie ROM cu capacitate de 2 kbi ți, care este utilizată în general pentru codurile suplimentare ale MCU.

Pentru a mări viteza operațiilor efectuate de MCU memoria cache de 64 biți este de asemenea integrată ca o parte a interfeței memoriei MCU. 2.3.12 Securitatea Programele din memoria flash și codul IMEI ale TMD sunt protejate prin soft special. 2.3.13 Modulul de frecvență radio (MFR) Schema bloc a MFR este prezentată în figura 8 și îndeplinește toate opera țiile necesare de efectuat în frecvență înaltă pentru sistemele cu bandă triplă EGSM 900/GSM1800/1900. Atît emițătorul cît și receptorul sunt realizate cu utilizarea arhitecturii de conversie directă, adică modulatorul și demodulatorul lucrează la frecvența purtătoare a canalului selectat.

Figura 8 Schema bloc a modulului RF

Principiul de funcționare al MFR este bazat pe utilizarea unui circuit integrat specializat: Helga. Alt component de bază al MFR este modulul amplificatoarelor de putere, care include două amplificatoare separate: unul – pentru banda EGSM și altul – pentru benzile GSM 1800/1900. MFR mai include următoarele părți componente: a )VCTCXO – Voltage Controlled Temperature Compensated Crystall Oscillator – Oscilator de Cristal Controlat de Tensiune cu Compensarea Temperaturii cu frecvența de referință de 26 MHz. b )SHF –VCO – Super High Frequency Voltage Controlled Oscillator – Oscilator Controlat de Tensiune de Frecvență Super Înaltă, ce generează semnal în banda de frecvențe 3420÷3980 MHz. c) Modul de intrare – ieșire ce conține un comutator Rx/Tx și două filtre trece bandă de radiofrecvență realizate după tehnologia SAW (Surface Acoustic Waves) – unde acustice de suprafață. d) Trei filtre suplimentare realizate după tehnologia SAW. Interfața de control pentru MRF aplică semnal de la blocul de bază printr−o șină serie, numită în continuare RFBus. Aceasta din urmă este utilizată pentru a transmite informația despre banda de frecvență, modul de operare și canalul sintetizat pentru MRF. Suplimentar prin RFBus se mai transmite informa ția despre timpul exact și necesitatea setării valorii coeficientului de amplificare pentru semnalul recepționat. Fizic RFBus este amplasată între ASIC a blocului de bază numit UPP și Helga. Utilizînd informația obținută de la UPP, circuitul Helga controlează și setează modul necesar de operare și în continuare transmite semnalele de control către modulele de intrare – ieșire și amplificatorul de putere. Suplimentar RFBus transmite și alte semnale de interfață pentru controlul reac ției, controlul VCTCXO și pentru forma de modulare a semnalului purtător. Componentele MRF sunt amplasate pe o parte a plăcii PWB cu 8 straturi. Compatibilitatea electromagnetică a blocurilor MRF este asigurată prin utilizarea pentru fiecare bloc funcțional a unor ecrane protectoare metalice. Pentru aceasta MRF este separat în trei blocuri distincte: a) FM radio,

b) Amplificatorul de putere de emisie, modulul de intrare – ie șire, amplificatorul cu nivel de zgomot redus și filtrul trece bandă SAW pentru banda de 1900 MHz. c) Circuitul integrat RF Helga, VCO – Voltage Controlled Oscillator, VCTCXO și filtru de balansare. Ieșirea amplificatorului de putere este conectată la liniile de transmisie a semnalului RF, care sunt realizate în formă de linii strip și microstrip. Circuitul electric este amplasat pe una din părțile plăcii, care este acoperită cu o peliculă subțire de metal conectată la pămîntul plăcii interfeței utilizatorului. 2.3.14 Planul frecvențelor radio Planul frecvențelor radio pentru sistemele de telefonie mobilă în care func ționează TMD Nokia 7250 poate fi explicat în felul următor (figura 8). Generatorul controlat de tensiune VCO generează frecvența canalului multiplicată cu 2 sau cu 4 în dependență de banda în care se află canalul de lucru sintetizat (900 MHz sau 1800/1900 MHz). Aceasta înseamnă că semnalul pentru transmisiune este direct convertat în frecvență purtătoare de emisie, iar semnalul radio de recepție se mic șorează prin conversie directă în frecvență intermediară de lucru a telefonului mobil.

Figura 9 Planul frecvenţelor radio 2.3.15 Caracteristici de consum al curentului continuu și caracteristici în regimurile de emisie – recepție În tabelele 3 și 4 este indicat consumul de curent al TMD în diverse regimuri de operare, la emisie și recepție. Tabelul 3 Caracteristici de emisie

Nr.

Denumire

1

Operare semnal

2

Frecvenţa oscilator local

3

Putere de emisie Valoarea coeficient

4 5

Valoare (EGSM/GSM1800) FDMA/TDMA conversie directă 35203660 MHz 34203570 MHz 2W/1W de

Min 30 dB control Eroare de fază semnal, max 5grad/10grad

Tabelul 4 Caracteristici de recepţie Valoare

Nr.

Denumire

1

Operare semnal

2

Frecvenţă oscilator local

3 4

Laţime

(EGSM/GSM1800) FDMA/TDMA conversie directă 37003840 MHz 36103760MHz

bandă canal la

nivel – 3 dB Sensibilitate Coeficient

91 kHz Min.minus 102 dBm

total

de

amplificare al semnalului 5

de

la

antena

convertorul

pînă

analogic

digital de recepţie Nivelul semnalului 6

recepţie

la 86 dB

(la

de

nivelul 230 mVpp

semnalului radio – 95dBm) Nivelul dinamic tipic al 7

coeficientului de control al 83 dB amplificării Treaptă de amplificare al

8

9

10

amplificătorului cu nivel scăzut de zgomot Nivel dinamic

30dB(GSM1800) 25dB (E GSM)

al de la minus 102 pînă

semnalului de întrare la minus 10 dBm Variaţia coeficientului de amplificare compensat în 1,0 dB banda de recepţie

2.3.16 Sintezatorul de frecvență Generatorul de frecvență controlat de tensiune bazat pe PLL (Phase Locked Loop) este transformat în sursă de frecvență stabilă de către VTCTXO, care func ționează la frecvența de 26 MHz. Frecvența VTCTXO este transformată în frecvență de emisie a stației de bază cu ajutorul semnalului blocului Controlului Automat al Frecvenței, care este generat în UEM de către un convertor D/A de 11 biți.

Blocul PLL este amplasat în HELGA și este controlat de către ultimul prin intermediul RFBus. Divizoarele necesare de frecvență pentru mixerele modulatoare sunt integrate în HELGA. Filtrul conectat în reacție filtrează pulsațiile detectorului de fază și generează o tensiune constantă, ce servește ca semnal de control pentru VCO. Filtrul de reac ție determină pasul de reacție al PLL (timpul de reglare) și contribuie în a șa fel asupra stabilității reacției și sintezatorului de frecvență. Sintezatorul de frecvență este integrat în HELGA cu excepția VCTCO, VCO și filtrului de reacție. 2.3.17 Receptorul Semnalul de radiofrecvență recepționat în antena TMD este transmis în modulul de intrare – ieșire, care în duplexor împarte acest semnal pe una din două căi diverse (separate) în dependență de banda semnalului:pe calea de frecvență joasă, în cazul semnalului din sistemul EGSM 900, sau pe calea de frecvență înaltă în cazul semnalului din sistemele GSM1800/1900. 2.3.18 Emițătorul Emițătorul TMD constă din etaje de modulare IQ și amplificatoare de putere, cîte un modulator și un amplificator de putere separat pentru fiecare bandă de frecvență (joasă și înaltă) și o reacție pentru controlul puterii de ieșire a emițătorului. Modulatoarele ca și amplificatoarele operaționale sunt integrate în Helga pentru realizarea reacției controlului puterii de ieșire. Ambele amplificatoare de putere sunt amplasate într−un singur modul, iar detectorul de putere și filtrul de reacție, conectate în legătura inversă a schemei controlului nivelului puterii, sunt amplasate ca componente discrete pe PWB. În regim GMSK puterea este controlată prin acordarea nivelului de tensiune constantă de polarizare a amplificatorului de putere.

2.3.19 Modulul Interfeței Utilizatorului Modulul Interfeței Utilizatorului – MIU (figura 10) poate fi reprezentat prin următoarea schemă funcțională:

Figura 10 Modulul Interfeţei Utilizatorului MIU constă din următoarele părți principale: − difuzor intern integrat IHF, − tastatură, − LCD – Liquid Cristal Display – Ecran pe bază de Cristale Lichide, − IR – Interfața în infraroșu, − Vibra – motorul vibrator, − Conectorul de sistem, − Difuzorul D, − Microfonul M. MIU reprezintă o placă separată cu 4 straturi TK8 conectată la modulul de bază NHL – 4J. Interfața utilizatorului conține un ecran realizat în formă de matrice pasivă color de calitate superioară de 130 x 130 pixeli (8 bpp – bi ți pe pixel) cu 4096 de culori. a)

Placa TK 8 a MIU

Placa TK8 include contactele pentru tastele tastaturii și LED – uri pentru iluminarea tastaturii. Placa TK 8 este conectată la placa de bază prin intermediul unui conector cu 16 contacte. b)

Tastatura

Modulul NHL – 4J utilizează o tastatură matrice de 5 x 4 taste. Apăsarea tastei se detectează prin procedura de scanare. Semnalele de la taste sunt transmise la UPP prin interfața tastaturii. Schema conectării tastaturii este prezentată în figura 11.

Figura 11 Conectarea tastaturii Cînd nu se apasă nici o tastă intrările liniilor se află sub nivel înalt de tensiune, ce se obține din cauza conectării intrărilor liniilor la tensiunea de alimentare printr−un rezistor în interiorul UPP. Intrările coloanelor sunt menținute la nivelul zero. La apăsarea unei taste, nivelul de intrare UPP al liniei corespunzătoare scade pînă la nivelul zero și spre MCU se transmite un semnal special. La recep ția acestui semnal MCU începe procedura de scanare. Pentru aceasta mai întîi toate coloanele se trec la tensiune de nivel înalt în afară de o singură coloană la care în acest moment la intrare este înscris nivelul jos. Toate alte coloane cu excep ția unei singure coloane cu nivel jos de intrare sunt setate ca intrări la care nu s−a acționat.

Se detectează numărul liniei corespunzătoare doar pe parcursul intervalului de timp cît la intrarea unei coloane este înscris nivel jos, iar la intrările celorlalte coloane – nivel înalt. Dacă nivelul intrării unei linii este jos, aceasta indică că tasta, care se află în punctul de intersecție al coloanei și liniei selectate, a fost apăsată. După detectarea tastei apăsate, toate registrele intrărilor UPP sunt resetate și nivelele intrărilor coloanelor sunt din nou înscrise în zero. c)

Iluminarea ecranului LCD și tastaturii

Pentru iluminarea LCD și tastaturii în telefonul mobil dat se utilizează LED−uri de culoare albă. Pentru iluminarea LCD se utilizează 2 LED−uri, iar pentru iluminarea tastaturii se utilizează 6 LED−uri (figura 12). Nivelul curentului prin LED−uri este controlat de circuite speciale, ce permit de a realiza sursă de curent constant pentru prevenirea acțiunii schimbării tensiunii acumulatorului asupra schimbării iluminării LED−urilor. Inductanța L nu permite transmiterea spre LED−uri a posibilelor schimbări bruște ale nivelului curentului de iluminare de la controlor LED.

Figura 12 Schema de iluminare a ecranului şi tastaturii d)

Soneria

Soneria este utilizată pentru generarea tonurilor și melodiilor de alertare la indicarea apariției apelurilor de intrare. Ea este de asemenea utilizată pentru generarea tonurilor la apăsarea tastelor și tonurilor de preîntîmpinare a utilizatorului. Soneria este controlată de un semnal special generat de controlul

soneriei, ce este amplasat în interiorul UEM. Nivelul presiunii sonore atinge valoarea de 100 dB (A) la distanța de 5 cm. e)

Motorul vibrator

Dispozitivul vibrator este utilizat pentru generarea semnalului vibrator al TMD la apariția apelului de intrare. Vibratorul este amplasat în partea de jos a telefonului și conectarea lui se face prin contacte sudate. Vibratorul este controlat de către un semnal special generat de UEM. Se pot utiliza următoarele frecvențe de vibrație : 64; 129; 258 sau 520 Hz și ciclul obligatoriu de vibrație poate varia între 3%−97%.

3. Întrebări de control 1. Enumeraţi principalele module funcţionale

Figura 1 Schema bloc a modulului de bază TMD Nokia 7250 include următoarele module funcţionale : - modulul de Sistemă, - cameră de luat vederi integrată,

- Modulul Radio FM (Frequency Modulation) stereo integrat cu amplificator audio extern faţă de modulul Radio FM, - Ecran grafic color, - Interfaţa integrată în infraroșu (IRI) – Infrared Interface, - Motor intern vibrator, - Difuzor integrat (IHF- Integrated Hands Free Speaker), - Cartelă SIM – Subscriber Identity Module – Modul de identificare al abonatului, - Conector de sistemă, - Antenă încorporată ( fără conectare la antena externă).

2. Descrieţi structura şi funcţiile modulului de sistemă Modulul de Sistemă constă din următoarele părţi principale: 1) modulul de bază Funcţiile MB sunt realizate de două blocuri principale şi anume: a) UPP (Universal Phone Processor) de tipul UPP8M – Procesorul Universal al TMD. b) UEM (Universal Energy Management) – blocul universal de control al Energiei. 2) submodulul Radio-Frecvenţă - îndeplineşte toate operaţiile necesare de efectuat

în frecvenţă

înaltă pentru sistemele

cu bandă triplă

EGSM

900/GSM1800/1900. 3) Interfaţa utilizator, ce constă din ecran, tastatură, modul în infraroşu, motor vibrator, comutator HF/HS (Hands Free/Half rate speech – dispozitiv integrat „mîni libere” / ju-mătate volum de voce) şi componentele audio. 3. Enumeraţi părţile modulului de bază şi funcţiile lor. Funcţiile MB sunt realizate de două blocuri principale şi anume: a) UPP (Universal Phone Processor) de tipul UPP8M – Procesorul Universal al TMD.

b) UEM (Universal Energy Management) – blocul universal de control al Energiei. Blocul UEM menţine interfaţa analogică între modulul de bază şi submodulul Radio- Frecvenţă. Modelul UEM conţine convertoare analogic/digital (A/D) şi digital/analogic (D/A) pentru primirea şi transmiterea semnalelor sonore către şi de la interfaţa utilizatorului. Pentru menţinerea parametrilor tehnici necesari modulul UEM formează semnale AFC (Auto Frequency Control) pentru modulul de RF în corespundere cu semnalul de control generat de modulul UPP. 4. Enumeraţi regimurile de operare ale modulului de bază şi explicaţi starea TMD în fiecare regim. Regimul „fără alimentare” (deconectat total) - În acest regim TMD nu detectează nici o sursă de alimentare. Regimul „doar baterie de rezervă conectată”- In acest regim toate blocurile nu pot fi activate şi bateria de rezervă alimentează doar blocul RTC (Real Time Cloc) – Ceasornicul de Timp Real. Nu funcţionează nici indicatorul de timp de pe ecranul TMD. Regimul „temporar oprit”- Dacă TMD este deconectat , iar la el este conectat încărcătorul atunci TMD se consideră alimentat de către energie Regimul „activ”- În acest regim TMD funcţionează normal, scanează canalele, ascultînd BS, transmite şi procesează informaţia. Regimul „de somn”- cînd MCU şi DSP se află în regim de aşteptare. Regim „de încărcare” al acumulatorului - Regimul de încărcare al acumulatorului poate fi activat din orice stare a TMD.

5. Enumeraţi parametrii acumulatorului BLD-3. Tabelul 1 Parametrii de bază ai acumulatorului Unitat e

Nr. Denumire parametru

măsur

Valoare

ă Tensiune nominală de 1

2 3 4 5

deconectare

la V

descărcare Tensiunea nominală a acumulatorului Tensiunea nominală de încărcare Curentul maxim

al

sursei de încărcare Curentul minim al sursei de încărcare

3,1

V

3,6

V

4,2

mA

850

mA

200

6. Ce prezintă blocul Radio FM, care sunt frecvenţele de lucru ? Desenaţi schema bloc. Blocul FM Radio în transceiverul NHL–4J reprezintă un chip electronic acordabil FM stereo radio integrat complet cu selectivitate şi demodulare în Frecvenţa Intermediară. Blocul FM Radio poate fi acordat la orice post de radio în banda Europeană de radiodifuziune FM (68-108 MHz). Acordul canalului şi datele recepţionate pe el sunt controlate în UPP. Pentru funcţionarea FM Radio la chipul electronic se conectează următoarele componente externe: un varicap, două bobine, căteva rezistoare şi condensatoare. Frecvenţa audio se transmite prin UEM la căştile sonore. Antena blocului FM Radio este implementată în cablul căştilor sonore.

Figura 2 Schema de structură a blocului FM Radio

7. Interfața SIM si funcțiile ei de baza? UEM conţine interfaţă logică SIM cu nivel comutabil. Interfaţa poate fi programată pentru a susţine două tipuri de SIM şi anume: cu tensiune de alimentare de 3 V sau 1,8 V. Tensiunea de alimentare a SIM este selectată dintr-un registru al UEM . Se permite de a schimba tensiunea de alimentare a SIM doar în regimul cînd cartela SIM este nealimentată de la sursa de energie. Regimurile de alimentare/nealimentare ale SIM sunt generate de UEM. Aceasta înseamnă ca UEM generează semnalul RST (Reset - Resetare) către SIM. La UEM este însă conectat semnalul SIMCardDet – Semnal de detectare a cartelei SIM. Detectarea codului este efectuat de către un semnal special, care apreciază şi uzura acumulatorului (capacitatea de reîncărcare). Interfaţa SIM trece în regim de alimentare cu energie dor în cazul, cînd semnalul SIMCardDet indică „cartela este introdusă”. Acest semnal este derivat de semnalul de la BSI – Bloc Subscriber Identity – Blocul de identificare a abonatului.

8. Desenați schema bloc a interfeței SIM.

Figura 3 Schema bloc a interfeţei SIM

9. Explicați funcțiile Regulatorului Accesoriilor Pentru controlul nivelului tensiunii de alimentare al accesoriilor se utilizează (External Accessory Regulator) - Regulatorul Extern al Accesorilor, care reacţionează la detectarea nivelului scăzut al tensiunii de alimentare a accesoriilor. Toate accesoriile conectate la Interfaţa de control a accesoriilor necesită o tensiune de alimentare corespunzătoare. Intrarea regulatorului este conectată la tensiunea acumulatorului, iar ieşirea lui este conectată la contactul Vout a conectorului de sistem. Regulatorul este controlat prin UPP (On/Off).

Figura 4 Interconectarea regulatorului de accesorii 10. Explicați funcțiile sistemului audio extern. Blocul NHL-4J este elaborat pentru a activa accesoriile audio externe complet diferenţiale conectate la conectorul de sistem printr-un port special numit Pop-Port.

Conectorul portului special are o şină serie de date numită ACI pentru detectarea conectării şi deconectării accesoriilor, cît şi pentru identificarea şi autentificarea lor. Linia ACI este de asemenea utilizată pentru funcţiile de control a accesoriilor. Prin portul special Pop-Port al conectorului de sistem se poate conecta: - Sistemul audio stereo complet diferenţial prin 4 fire (utilizînd de asemenea şi conectarea antenei FM- radio), - Intrarea diferenţială a microfonului cu 2 fire 11. Desenați schema conectării microfonului extern.

Figura 5 Conectarea microfonului extern 12. Desenați schema blocului intern audio si analizați părțile lui component.

Figura 6 Conectarea difuzorului intern la amplificatorul

13. Desenați schema bloc a de conectare a camerei de luat vederi si explicate funcțiile parților ei component.

Figura 7 Conectarea camerei de luat vederi Vctrl – reprezintă un semnal de control pentru setarea camerei şi acceleratorului Hardware în regimul de cel mai mic consum de putere şi permite de a deconecta acest semnal dacă funcţional el nu este necesar. TxDa - Transmision Data – Date Transmise cu lungimea de 8 biţi +1bit TxEnd, care indică în datele transmise ultimul bit al cadrului de imagini transmise. RxDa - Received Data - Date Recepţionate cu lungimea de 8 biţi + 1 bit D/C (Data/Control). DaClk – Data Clock - Ceasornic de Date – reprezintă un ceasornic serie de date şi tipic este setat egal cu ExtClk/2. CSX - Chip Select - Selectare Chip efectuează activarea şi dezactivarea şinei serie a camerei. ExtClk - reprezintă semnalul extern al ceasornicului sistemului pentru modulul camerei de luat vederi.

15. Ce reprezintă blocul de memorie? Telefonul mobil utilizează pentru funcţionarea sa cîteva tipuri de memorii. Memoria pentru programe reprezintă capacitate de 8 Mbiţi (512 x 166) de memorie integrată RAM. Acest bloc poate fi utilizat de asemenea ca memorie pentru date şi este adresabilă pe bit. Blocul RAM este utilizat în general pentru necesităţile MCU (Micro Controller Unit), dar poate fi accesat în caz de necesitate şi de DSP (Digital Spech Procesor)- Procesor vocal digital. Codurile MCU se memorizează într-o memorie flash externă cu capacitatea de 128 Mbiţi (8k x 16 bit). Blocul de bază se adresează la această memorie în regim de pachete pe o şină multiplex de adrese/date. Accesul la memorie este realizat ca accesul simultan al unui cuvînt de 16 biţi. Pentru MCU blocul UPP include o memorie ROM cu capacitate de 2 kbiţi, care este utilizată în general pentru codurile suplimentare ale MCU. Pentru a mări viteza operaţiilor efectuate de MCU memoria cache de 64 biţi este de asemenea integrată ca o parte a interfeţei memoriei MCU. 16. Explicați structura si funcțiile blocurilor modulului de frecvente radio. MFR îndeplineşte toate operaţiile necesare de efectuat în frecvenţă înaltă pentru sistemele cu bandă triplă EGSM 900/GSM1800/1900. Atît emiţătorul cît şi receptorul sunt realizate cu utilizarea arhitecturii de conversie directă, adică modulatorul şi demodulatorul lucrează la frecvenţa purtătoare a canalului selectat.

Figura 8 Schema bloc a modulului RF

Principiul de funcţionare al MFR este bazat pe utilizarea unui circuit integrat specializat: Helga. Alt component de bază al MFR este modulul amplificatoarelor de putere, care include două amplificatoare separate: unul - pentru banda EGSM şi altul - pentru benzile GSM 1800/1900. 17. Explicați planul frecventelor radio Planul frecvenţelor radio pentru sistemele de telefonie mobilă în care funcţionează TMD Nokia 7250 poate fi explicat în felul următor. Generatorul controlat de tensiune VCO generează frecvenţa canalului multiplicată cu 2 sau cu 4 în dependenţa de banda în care se află canalul de lucru sintetizat (900 MHz sau 1800/1900 MHz). Aceasta înseamnă că semnalul pentru transmisiune este direct convertit în frecvenţă purtătoare de emisie, iar semnalul radio de recepţie se micşorează prin conversie directă în frecvenţa intermediară de lucru a telefonului mobil. Planul frecventelor radio:

Figura 9 Planul frecvenţelor radio 18. Enumerați caracteristicile de baza de emisie si receptive. Tabelul 3 Caracteristici de emisie Valoare

Nr. Denumire 1 2 3 4 5

(EGSM/GSM1800) FDMA/TDMA

Operare semnal

conversie directă Frecvenţa oscilator 35203660 MHz local 34203570 MHz Putere de emisie 2W/1W Valoarea coeficient Min 30 dB de control Eroare de fază 5grad/10grad semnal, max

Tabelul 4 Caracteristici de recepţie Valoare

Nr. Denumire 1 2 3 4

Operare semnal Frecvenţă

conversie directă MHz oscilator 37003840

local 36103760MHz Laţime bandă canal la 91 kHz nivel – 3 dB Min.minus 102 Sensibilitate dBm Coeficient total de amplificare

5

al

semnalului de la antena pînă

la

analogic 6

(EGSM/GSM1800) FDMA/TDMA

convertorul digital

86 dB

de

recepţie Nivelul semnalului de 230 mVpp

recepţie

(la

semnalului

nivelul radio

–

95dBm) Nivelul dinamic tipic 7

al

coeficientului

de 83 dB

control al amplificării Treaptă de amplificare 8

al amplificătorului cu nivel scăzut de zgomot

9

Nivel

dinamic

al

semnalului de întrare

30dB(GSM1800) 25dB (E GSM) de la minus 102 pînă la minus 10 dBm

Variaţia coeficientului 10

de

amplificare

compensat în banda de

1,0 dB

recepţie 19. Desenați schema bloc a modulului Interfeței utilizatorului.

Figura 10 Modulul Interfeţei Utilizatorului 20. Explicați construcția, funcționarea si conectarea tastaturii. Modulul NHL–4J utilizează o tastatură matrice de 5 x 4 taste. Apăsarea tastei se detectează prin procedura de scanare. Semnalele de la taste sunt transmise la UPP prin interfaţa tastaturii.

Figura 11 Conectarea tastaturii 21. Desenați schema de iluminare a tastaturii si ecranului.

Figura 12 Schema de iluminare a ecranului şi tastaturii 22. Explicați funcțiile soneriei si motorului vibrator. Soneria este utilizată pentru generarea tonurilor şi melodiilor de alertare la indicarea apariţiei apelurilor de intrare. Ea este de asemenea utilizată pentru generarea tonurilor la apăsarea tastelor şi tonurilor de preîntâmpinare a utilizatorului. Soneria este controlată de un semnal special generat de controlul soneriei, ce este amplasat în interiorul UEM. Nivelul presiunii sonore atinge valoarea de 100 dB (A) la distanţa de 5 cm. Dispozitivul vibrator este utilizat pentru generarea semnalului vibrator al TMD la apariţia apelului de intrare. Vibratorul este amplasat în partea de jos a telefonului şi conectarea lui se face prin contacte sudate. Vibratorul este controlat de către un

semnal special generat de UEM. Se pot utiliza următoarele frecvenţe de vibraţie: 64; 129; 258 sau 520 Hz şi ciclul obligatoriu de vibraţie poate varia între 3% 97%.

4. CONCLUZIE În această lucrare de laborator am studiat modulele principale ale telefonului mobil digital . Am studiat modulul de sistemă, în componența căruia intră modulul de bază, modulul radio frecvență și Interfața utilizatorului.

De asemenea, am făcut cunoștință cu construcția, funcționarea, schemele bloc la astfel de module ca Blocul radio FM, Modulul IR, Interfața SIM, Sistemul Audio extern, Blocul Inter Audio, Camera de luat vederi, Blocul de memorie, MFR etc.

BIBLIOGRAFIE 1.

Service manual. Digital mobil phone „NOKIA 7250’’, NOKIA Mobile

Phones Ltd, CCL Technical Documentation, 234p.

2.

Siegmund Ride, Mathias Weber, Malcolm Oliphant. GSM and Personal

Communications Handbook, Artech House, 1998, 539 p. 3. 3GPP TS 05.05 V8.15.0 rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group GSM/EDGE Radio Access Network; Radio transsmision and reception (Release 1999), 2003,100p.