IPHONE4的PCB元件布局图及电路分析与故障检修.docx

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IPHONE4的PCB元件布局图及电路分析与故障检修

iPhone4手机的电路较之前的iPhone手机电路有比较大的变化，集成度更高。

在射频方面，射频信号处理器（PMB5703）提供GSM、WCDMA的接收发射射频信号处理；GSM发射功率放大器单元与天线开关电路单元被集成在一起，采用了一个集成的射频前端模组（U230）,WCDMA方面则采用了4个PA模组和一个独立的LNA芯片。

iPhone3GS手机的基带部分可分为无线通信基带、应用处理器与电源管理三大部分。

在无线通信基带方面，采用了一个单芯片的基带信号处理器PMB9801（U400）与一个复合存储器。

PMB9801内集成了无线通信单元的电源管理器电路。

在iPhone4手机中，应用基带部分采用了Dialog的复合电源管理器（U180）。

采用了苹果AppleA4处理器，存储器也是使用三星的器件。

整机的功能控制由应用处理器提供。

图8.1、图8.2所示的是iPhone4手机的PCB元件布局图，在进行电路分析与故障检修时可参考它们。

电池供电与輸期

1.电池接口

图8.3所示的是电池接口CON200电路。

iPhone4手机的电池模块除电芯外，还有电池温度检测电路。

电池模块有四个端口。

电池接口的四个端口，分别是电池电源BATT_VCC、电池温度NTC_CONN、电池电量检测与电池地GND。

在iPhone4手机中，电池电源BATTJVCC直接给机器内的各电源电路供电（包括电源管理器U180与U400）。

BATT_VCC电源还直接给GSM功率放大器电路供电。

图8.2iPhone4手机的PCB元件布局图2

WS.liPhone4手机的PCB元件布局图1（续）

图8.2iPhone4手机的PCB元件布局图2（续）

2.电池温度检测

从图8.4中可以看到，iPhone4手机电池的温度检测端口经L421连接到应用基带电源管理器U180的K1脚。

用于温度检测的热敏电阻被安装在电池模块上。

在电池组件上，采用了一个负温度系数的热敏电阻来检测电池的温度，以确定电池温度是否过热或过冷。

如果电池温度超出范围，系统会调整手机的工作状态，如停止充电，以保护手机电路。

当电池温度发生变化时，电容C444处的电压会发生变化。

U180内的A/D变换电路将温度信号电压转换为数据信号，经数据线传输到应用处理器单元。

应用处理器单元检测到电池温度的变化后，会根据程序的设定来控制机器的相关工作。

如果电池温度过高，充电电路将被暂时禁止工作。

3.供电通道

图8.5所示的是电池电源的供电通道。

电池电源BATT—VCC直接送到电源管理器U180与U400的电源管理单元。

电池电源还经L422、L423给U400内的电源管理电路供电。

经R720输出BATT—VCC—CURSNS电源。

BATT—VCC—CURSNS电源被直接送到应用基带部分的电源管理器U302电路。

电池电源还经U180、L337输出VCC_MAIN电源，如图8.5所示，给其他单元电路供电。

4.电池电量检测

图8.6所示的是电池电量检测电路。

电池的电量检测端口经L420连接到电源管理器U180电路。

U180将电池电量信息转化为数据信号，经串行接口传输到应用处理器U100电路。

图8.6电池电量检测电路

USB充电

1.USB过压保护

当USB充电器连接到手机时，充电电源USB_PWR_NO_PROTECT经手机系统连接器CN100、Z630、Z631到U600电路。

图8.7所示为USB过压保护电路<

正常情况下，U600导通，USB电源经Z630、Z631与U600到电源电路。

U600的B2、C2、C3脚输出USB电源。

如果输入的USB电源电压过高（R615处的电压过高），U180会输出控制信号，通过U124停止U600的工作。

USB电源通道被切断，从而起到保护手机电路的作用。

2.USB充电控制

iPhone4手机的USB充电电路被集成在电源管理器U180内。

USB充电电源经USB过压保护电路、U180给电池充电。

8.1.31394充电器艟测

iPhone4手机不提供1394充电器支持。

但手机有一个1394充电器检测电路，其电路如图8.8所示。

一旦1394充电器被连接到手机，1394充电器电源FW_PWR经接口CN100输入到手机，经R601输出检测信号FW_PWR—SNS信号到电源管理器U180的J10脚。

U180将这

一信息传输到应用处理器U100，应用基带系统#醒用户手机相关的信息。

图8.81394充电器检测电路

幵虮触发

iPhone4手机的电源开关键可被用于开、关机操作，也可与【Home】按键一起配合_使手机进入固件升级所需要的恢复模式。

iPhone4手机的电源开关键电路比较简单，如图8.9所示。

电源开关键的一端连接到地，另一端经接口CN800的4脚连接到手机电路。

U180输出的PP1V8—ALWAYS电源经R197给电源开关键提供上拉电源。

当电源开关键被按下，并保持足够的时间时，产生一个低电平的开机触发信号PWR_KEY_L。

号被送到电源管理器U180的开机触发端口，使手机启动关机程序。

PWRKEYL信号还被送到应用基带处理器U100。

图8.9iPhone4羊1机的电源开关键电路

电源铜出

1.U180的内部电源

图8.10所示的是应用基带电源管理器U180的内部电源电路。

一旦电池电源被加载到手机，U180的内部电源电路开始工作，为开关机控制逻辑单元供电。

图8.10U180的内部电源电路

应用基带电源

电源管理器U180内集成了多个电压调节器，为应用基带部分提供多个不同的基带电源<这些电源电路很简单，除输出线路上的旁路电容外，基本上没有其他元件，如图8.11所示。

其中的L331〜L334被用于开关电源PP1V35、PP1V8_VBUCK2电路。

应用处理器U100通过I2C总线来控制U180电路的工作。

通信基带电源

在iPhone4手机中，无线通信部分的U400是一个单芯片基带处理器，它不但集成了数字基带、模拟基带电路，还集成了电源管理单元电路。

图8.12所示的是U400的电源管理单元电路。

应用基带处理器U100输出RADIO—ON信号到U400的G14脚，控制启动U400内的电源电路。

U400内集成了多个LDO电压调节器和两个开关电源电路。

U400内的电路与L405、C401组成的开关电源电路输出VSD1_VAR电源，给无线通信部分的各单元电路供电^

U400内的电路与L404、C438等组成的开关电源电路输出VSD2_1V8电源，给无线通信部分的各单元电路供电。

U400内的LDO电压调节器则输出VPLL_1V35、VRF2_2V85、VRF1GPS等电源，为无线通信部分的各单元电路供电。

IS8.12U4UU的甩诹官埋半兀甩跄

时钟与复位

应用基帯的实时时沖

应用基带的实时时钟（睡眠时钟）电路被设计在电源管理器U180单元，其电路如图8_13所示。

OSC180是32.768kHz的晶体，与C354、C353、U180内的相关电路一起组成32.768kHz的振荡电路。

图8.13应用基带实时时钟电路

无线通信睡眠时沖

在无线通信基带单元，睡眠时钟振荡器由32_768kHz的晶体OSC400、C413、C414和基带处理器U400内的相关电路.起组成，其电路如图8.14所示。

该电路产生的32.768kHz信号为无线通信基带提供慢时钟信号。

图8.14无线通信睡眠时钟

无线通信基帯主时沖

图8.15所示的是无线通信基带的主时钟电路。

其中的OSC200是振荡器组件。

该电路产生26MHz的信号，为射频电路提供参考振荡信号，为无线通信基带提供主时钟信号。

射频处理器U200的L8脚为OSC200电路提供工作电源。

U200的K7脚输出AFC信号，控制OSC200电路的工作。

OSC200输出的26MHz信号被送到射频处理器U200的L7脚。

复合射频信号处理器U200的K11脚输出26MHz的时钟信号到U400,为无线通信基带提供主时钟信号。

图8.15无线通信基带的主时钟电路

应用基帯复位

在应用基带部分，系统复位信号由电源管理器U180输出。

U180输出复位信号RESET*,经R056到U300,对应用处理器U100电路复位，如图8.16所示。

图8.16应用基带复位电路

应用基带电源激活

当手机处于睡眠模式时，无线通信的一些单元电路，如蓝牙电路、WLAN电路，可激活应用基带电路。

在图8.17所示的应用基带激活信号线路中，AP_PMU_EXTON信号来自无线通信基带处理器U400，到应用基带电源管理器U180的EXTON端口，激活应用基带（电源）电路。

WLAN—HOST—WAKE信号来自WLAN电路，BT_HOST_WAKE信号来自蓝牙电路，这两个信号都被用来唤醒应用基带电路。

RESET—PMU_N信号是电源管理器U180输出的信号，经R183到U400，对g线通信基带进行复位。

U180还输出WL_BT_REG—ON信号，到U300电路，控制U300内电压调节器的工作。

音频电絡

受话器电路

接收基带信号经无线通信基带处理器U400内电路的一系列处理后，得到数字语音信号。

数字语音信号经1:

S数字音频接口到音频编/译码器U160电路。

数字语音信号在U160内经一系列处理后，得到模拟的语音信号。

U160输出的语音信号经接口J160、J161直接到受话器电路，如图8.18所示。

免提音频电路

如果手机的免提功能启动，音频编/译码器U160输出音频信号，到图8.19所示的免提音频放大器电路。

应用处理器U100输出SPKR_AMP_EN信号到U610，控制启动音频放大电路。

语音信号经U610电路放大后，从U610的A3、C3脚输出，经接口CN100到系统连接器模组上的扬声器。

图8.19免提音频放大器电路

在发射方面，内接送话器被安装在系统连接器电路组件上，经接口CN100连接到音频编/译码器U160电路。

图8.20所示的是内接送话器电路。

音频编/译码器U160输出送话器偏压，经R513给内接送话器供电。

内接送话器转换得到的模拟语音信号经R516、R621、C509、C508到音频编/译码器U160电路。

语音信号经U160电路处理后，经数字音频接口将数字音频信号传输到无线通信基带处理器U400，或传输到应用处理器U100。

图8.20内接送话器电路

捕助送话器

在iPh0ne4手机中，使用了一个辅助送话器，用于通话中背景声降噪。

图8.21所示的是辅助送话器电路。

辅助送话器经接口CN800连接到手机。

音频编/译码器U160输出送话器偏压，经R514给辅助送话器供电。

辅助送话器转换得到的语音信号经C513、R519、C510到音频编/译码器U160电路。

图8.21辅助送话器电路

iPhone4手机的耳机接口电路相对复杂，其电路如图8.22所示。

当耳机连接到手机时，会产生一个耳机接入检测信号HP_DETECT_SW,该信号经Z524到U152电路。

如果耳机上的按钮被按下，U152会输出MIKEY—INT_L信号到电源管理器U180。

电源管理器U180输出的VCC—MAIN电源经R500给U152电路供电。

在U100的控制下，U152输出送话器偏压，经Z520、L059给耳机送话器供电。

耳机送话器转换得到的语音信号经L059、C516、R510、C515到U160电路。

在接收方面，音频编译码器U160的H9、H10脚输出语音信号，经Z500、Z501和接口CN700到耳机受话器。

外部音频

如果手机使用外部音频附件，U160输出的音频信号经Z633、Z634和接口CN100到外部扬声器。

图8.23所示为外部音频信号线路。

图8.23外部音频信号线路

射频电路

天线与GSM叻放

在iPhone4手机中，天线开关电路与GSM功率放大器电路被集成在一起，电路中使用的是Skyworks的SKY77541-32模组（U230）。

图8.24所示的是天线与GSM功:

麥放大器电路。

图8.25所示的是U230芯片的内部电路方框图，从中可以了解U230芯片内的电路组成。

1.射频通道

从图8.24中可以看到，U230电路比较简单。

电池电源VBAT被直接送到U230模组的26脚，为U230电路供电。

射频信号处理器U200输出控制信号，控制U230电路的工作。

天线经接口J200连接到手机。

接收射频信号经L010、J100、R205、C244到U230的天线端口。

发射射频信号也经该信号通道到天线，由天线辐射出去。

射频信号处理器U200的J5、J6、K5、L5脚（FE_CTRL1〜FE_CTRL4）输出控制信号，控制U230模组内的射频信号通道的转换。

在接收方面，GSM接收射频信号与WCDMA接收发射射频信号会共公用U230的一些信号端口。

图8.24天线与GSM功率放大器电路

U230的5脚是900MHz频段的射频信号端口。

该端口经C270、L208连接到功率放大器模组U270的夭线端口。

900MHz频段的接收信号从U230的5脚输出到U270的ANT端口，然后从U270的RX端口输出到接收射频电路。

900MHz频段的发射信号由U270的ANT端口输出，经C270、L208到U230，然后由U230的1脚输出到天线，由?

^|辐射出去。

U230的7脚是2100MHz频段的射频信号端口。

该端口经C269、L207连接到功率放大器模组U260的天线端口。

2100MHz频段的接收信号从U230的7脚输出到U260的ANT端口，然后从U260的RX端口输出到接收射频电路。

2100MHz频段的发射信号由U260的ANT端口输出，经C269、L207到U230,然后由U230的1脚输出到天线，由天线辐射出去。

U230的9脚是1900MHz频段的射频信号端口。

该端口经C247、L204连接到功率放大器模组U240的天线端口。

1900MHz频段的接收信号从U230的9脚输出到U240的ANT端口，然后从U240的RX端口输出到接收射频电路。

1900MHz频段的发射信号由U240的ANT端口输出，经C247、L204到U230，然后由U230的1脚输出到天线，由天线辐射出去。

U230的11脚是800MHz频段的射频信号端口。

该端口经C261、C262连接到功率放大器模组U250的天线端口。

800MHz频段的接收信号从U230的11脚输出到U250的ANT端口，然后从U250的RX端口输出到接收射频电路。

800MHz频段的发射信号由U250的ANT端口输出，经C261、C262到U230,然后由U230的1脚输出到天线，由天线辐射出去。

U230的12脚是1800MHz频段的信号端口。

该端口输出的接收信号经电容C231到射频滤波器U210,射频信号经滤波后，被送到射频信号处理器U200。

IS8.25U2J0心斤的円邯甩》万拒图

.GSM发射

在友射方囪，U230模组内集成了GSM功率检测电路，GSM发射功率检测信号被送到射频信号处理器U200的C10脚（PA_POW_DET）。

U200的B11脚（PA_RAMP）则输出GSM功率放大器的功率控制信号，经R203到U230模组的16脚，控制U230内功率放大电路的工作。

射频信号处理器U200的B5脚输出GSM低频段的发射射频信号,经R204到U230的25脚。

发射信号经U230内的功率放大电路放大后，从U230的1脚输出，经C244、R205、J100、L010到天线，由天线辐射出去。

射频信号处理器U200的A5脚输出GSM高频段的发射射频信号，经R202到U230的14脚。

发射信号经U230内的功率放大电路放大后，从U230的1脚输出，经C244、R205、J100、L010到天线，由天线辐射出去。

射频外理器电路

在iPhone4手机中，GSM与WCDMA的接收、发射射频信号都由复合射频信号处理器U200（PMB5703）完成。

U200采用的是英飞凌的新一代射频信号处理器PMB5703。

PMB5703采用130nmCMOS技术，集成有A/D转换器和D/A转换器，符合通过数字信号与基带芯片连接的标准规格“DigRF”的3.09版。

U200芯片高度集成，仅使用了外接的晶体振荡器与有限的几个旁路电容。

图8.26所示的就是射频处理器U200电路。

U200电路使用三个电源：

电池电源经R201给U200供电；U420电路输出的VRF_28电原为U200电路供电；U400电路产生的1.8V电源也用于U200电路。

整个U200电路都受基带处理器U400的控制。

射频信号处理器U200与基带处理器U400采用数字基带信号接口。

U400输出XRESET_N_UE信号，到U200的K4脚，对射频处理器电路复位。

.接收通道

U200的Fll、G11脚是接收数据信号端口。

接收射频信号在U200内经放大、解调、A/D变换等处理后，得到数字接收基带信号:

由U200的Fll、G11脚输出到基带处理器U400。

U200的F10、G10脚是发射数据信号端口。

需发送的语音信号经基带电路的一系列处理后，得到数字式的发射基带信号，由基带处理器U400输出到U200的F10、G10脚。

发射基带信号在U200内经调制、放大等处理后，输出发射射频信号。

在接收射频方面，U200有10个信号端口（见图8.26）。

接收射频信号经射频滤波器U210滤波、移相后，得到双端平衡射频信号，以满足U200内接收射频电路对输入信号的要求。

在发射方面，U200的B5脚输出GSM低频段的发射信号，U200的A5脚输出GSM高频段的发射信号。

发射信号被送到U230的发射信号输入端口。

U200的A7〜A10脚是WCDMA发射信号输出端口。

在iPhone4手机中，没有使用A7端口。

U200的A10脚可输出两个频段的WCDMA发射信号，在U200的控制下，U200输出的发射信号经U201到合适的WCDMA功率放大器电路。

从图8.26中可以看到，射频信号处理器U200输出多个WCDMA发射控制信号，去控制WCDMA功率放大器（U240〜U270）的工作。

诋瞟声放大

在iPhone4手机中，使用了一个高度集成的多频段低噪声放大器（U220）。

图8.27所示的是iPhone4手机的低噪声放大器与射频滤波器电路，其中的U220就是LNA芯片。

U220芯片高度集成，除输入信号通道的电感电容和几个旁路电容外，没有其他任何外围元件。

U220对四个频段的接收射频信号进行放大。

功率放大器模组U250的接收信号端口（RX）输出850MHz频段的接收射频信号,经L204、C222到U220电路。

功率放大器模组U270的接收信号端口（RX）输出900MHz频段的接收射频信号，经L200、C221到U220电路。

功率放大器模组U260的接收信号端口（RX）输出2100MHz频段的接收射频信号，经L202、C223到U220电路。

功率放大器模组U240的接收信号端仃（RX）输出1900MHz频段的接收射频信号，经L203、C224到U220电路。

图8.27低噪声放大器与射频滤波器电路

接收射频信号经U220电路放大后，从U220的5〜8脚输出，到复合射频滤波器U210。

电源电路输出的2.8V射频电源（VRF_28）给低噪声放大器U220电路供电。

射频信号处理器U200的G3、H3脚则输出低噪声放大电路的控制信号，控制U220电路的工作。

在图8.27中，U210是一个复合射频滤波器，它既对射频信号进行滤波，又对射频信号进行分离，得到5组双端平衡射频信号。

对于U210，可用图8.28所示的示意图来描述。

从图8.27中可以看到，射频前端模组U230的12脚输出的1800频段的接收射频信号被直接送到了射频滤波器U210。

射频滤波器U210输出的信号被直接送到了射频信号处理器U200。

其中,U200的L2、K1端口是900MHz频段的接收信号端口；U200的J1、H1端口是850MHz频段的接收信号端口；U200的Gl、F1端口是2100MHz频段的接收信号端口；U200的E1、D1端口是1900MHz频段的接收信号端口；U200的Cl、B1端口是1800MHz频段的接收信号端口。

WUUMA準拟入器

1.WCDMA功率放大器电源

在iPhone4手机中，WCDMA功率放大器电路使用了一个专门的供电电源，该电路以电源转换器MAX8839为核心，其电路如图8.29所示。

图8.29WCDMA功率放大器电源

MAX8839高频降压转换器经过优化，可用于WCDMA手机功率放大器（PA）的动态供电。

该器件集成咼效率PWM降压转换器，适用于中等和低功率传输；内部典型值为60mQ的旁路FET在需要大功率传输时控制电路，由电池直接为PA供电。

器件还集成了两路200mA低噪声、高PSRR、低压差稳压器（LDO）,为PA提供假置。

对输电电压嚴行线佐控制，实现连续的PA功率调整。

从图8.29所示的电路中可以看到，该电源电路比较简单，除电源芯片U420外，仅有少教的/1.个朴闱元件.

电池电源VBATT直接给U420电路供电。

基带信号处理器U400输出控制信号，控制U420电路的工作。

U420电路输出的开关电源3G_PA_VCC、VCCB被直接送到功率放大器的电源端口。

U420电路还输出VDD—MAIN_RF电源，为射频电路供电。

2.WCDMA功放1

在iPhone4手机中，WCDMA1900频段使用一个高度集成的功率放大器模组——TQM666092（U240）,

TQM666092是一个集成的3V线性功率放大器，除放大电路外，它还集成了WCDMA双工器、发射滤波器，以及高精度的输出功率检测器，它被设计用于WCDMA手机，支持HSUPA操作。

图8.30所示的是TQM666092的内部电路方框图与引脚功能示意图。

TQM666092有两种输出功率模式，其功率模式由VMODE端口的输入信号来控制。

在低功率模式，使用连续的线性偏压来控制输出功率。

射频输入与输出匹配电路都被集成在模组内，因此，其外部电路很简单。

图8.30TQM666092的内部电路方框图与引脚功能示意图

图8.31所示的是功率放大器U240电路。

U420电路输出的VCC电源直接送到U240的VCC1、VCC2端口。

U420电路输出的射频经R427到U240的VCCB端口，为功率放大器电路供电。

射频信号处理器U200的A8脚输出发射信号,经R206、$255到功率放大器U240的RFIN端口，进入功率放大电路。

放大后的WCDMA发射信号经滤波后，从U240的天线端口（ANT）输出，经L204、C247到射频前端模组U203的9脚，然后由U203输出到天线，由天线辐射出去。

功率放大电路受射频信号处理器U200的控制。

功率检测信号被送到射频信号处理器U200的C10端口。

1；200输出一个输出模式控制信号到U240的VMODE端口。

射频芯片U200则输出使能信号，到U240的VEN端口。

细致的发射功率控制则由射频信号处理器完成。

功率放大器模