校準原理介紹 手機校準項目 AFC 自動頻率控制校準Pathloss 路徑損耗校準IQ IQ信號校準APC 自動功率控制校準ADC 電量顯示校準 AFC校準 AFC校準目的 AFC Automaticfrequencycontrol 就是自動頻率控制 我們的手機在移動過程中 所處的小區是在不斷的切換的 而不同的小區頻率是有差異的 為了在不同的小區不同的信道下都能同步網絡 同步網絡是指手機的本振頻率和網絡的載波頻率保持一致 我們的手機本振頻率必須要能夠自動調節以和網絡同步 并且頻率誤差 頻偏 必須在GSM規定的范圍之內 誤差范圍為0 1PPM 因此 為了得到比較精確的頻率 必須對手機輸出的頻率進行校準 校準參數 CAP ID SLOPE InitialDAC 如圖1所示 根據鎖相環原理 本地振蕩器輸出頻率大小與26MVCXO呈一定比例關系 因此手機輸出頻率精度只與26MVCXO輸出精度有關 26MVCXO內部結構如圖2所示 由輸出放大器 輸出緩沖器 可編程電容陣列和片上可變電容 以及一個片內調節器 P溝道導通形MOS管 LDO 圖3 VCXO部分等效圖 在MTK方案中 利用調節VCXO中的負載電容來調節晶振輸出的頻率 負載電容分為兩個部分 一部分是用于校準元器件偏差用的可編程電容陣列 另一部分為受AFC電壓控制的壓控可變電容 校準的步驟先是確定一個可編程電容陣列的組合方式 找到頻偏較小的CAP ID值 然后再利用VAFC對應的DAC值去調整壓控可變電容的大小 校準DAC值與頻偏的曲線 得到斜率slope和最小頻偏對應的DAC值 使電路輸出信號的頻偏在我們既定的范圍之內 可編程電容陣列中有六個電容 每個電容的容量依次為2的次冪 每個電容都有一個對應的ID 地址 使用時 只要選中該電容的ID值 ID可以有0和1兩種狀態 只要置 就為選中狀態 就可以使用該電容去進行相應的補償 ID大小范圍0 63 CAP ID校準 第一步 對可編程電容陣列置零 都不選中 六個電容值為全零 即capid為0 然后VAFC給出一個適中的電壓 例如DAC為4000 目的是讓初始頻率位于調節范圍的中間 讓壓控振蕩器產生一個頻率 測量出頻率偏差 第二步 對可編程電容陣列置1全部選中 六個電容都為開啟狀態 即capid為63 然后VAFC給出一個電壓 和第一步給的電壓要一樣 讓壓控振蕩器產生第二個頻率 測量出頻率偏差 第三步 判斷兩次測量的頻率誤差的積是否小于零 是則表明振蕩器輸出頻率是可調的 反之則不可調 校準失敗 第四步 設定CAP ID的值 ini文件中指定 設定為對應頻偏接近于0的CAP ID值 如CAP ID 23 由于芯片硬件差異 此時的CAP ID值對應的頻偏并不是最小的 采用MTK給定的運算法則 逼近法 找到頻偏為零或最接近于零的CAP ID值 再根據此CAP ID值 分別令DAC值為0和8191 檢驗頻偏是否在限定范圍內 圖4 CAP ID與頻偏關系 注意 頻偏與CAP ID的曲線關系并不是線性的 Slope與InitialDAC值校準 圖5 DAC與頻偏線性關系對片上可變電容校準 改變VAFC的大小 這里用DAC值表示 得到DAC值與頻偏的曲線關系 校準步驟 第一步 令DAC值分別為DAC1 DAC2 DAC1 DAC2 命令手機發射信號 這里的CAP ID值為已經校準了的最小頻偏CAP ID值 測量并記錄對應的頻偏為 f1 f2 第二步 根據 DAC1 f1 DAC2 f2 這兩點 計算出頻偏與曲線的斜率slope和offset DAC為0時對應的頻偏值 該線性關系如圖5所示 第三步 根據斜率slope和offset值計算出頻偏為零時的DAC值 initialDAC 判斷slope和initialDAC值是否在限定范圍內 AFC校準完成后 以后手機在使用中調整頻率時 CAP ID為校準了的CAP ID值固定不變 DAC值則根據測量得到的頻偏 slope和offset計算出來 Pathloss校準 路徑損耗是指儀器發射的信號 已經考慮線損之后的功率 和手機測量到的RSSI 接收信號強度 之差 校準步驟 第一步 綜測儀給手機發射某一特定頻率的信號 手機接收到之后進行讀取測量 第二步 軟件通過綜測儀去讀取手機測量的結果 與自己發射出去的信號的功率大小相比較 所得之差為當前信道的Pathloss值 第三步 更換信道 采用同樣的辦法校準 將校準結果寫入到手機的flash中 以后手機在使用中就根據當時所在的信道調用相應的Pathloss值作為該信道的補償 IQ校準 IQ信號是我們的調制信號 里面包含了我們需要的有用信息 基帶信號很容易受到干擾 為了防止干擾 將信號分成了I路和Q路 在解調時即使某時收到干擾 根據IQ信號的特性 我們只要對IQ信號進行交替取樣就能完全還原出調制信號 IQ信號是一路是0 和180 另一路是90 和270 叫做I路和Q路 它們就是兩路嚴格正交的信號 他們的幅度 頻率完全相同 IQ校準目的 在實際電路中 I Q兩路的增益和相位會有差異 IQImbalance 使得兩路信號不再垂直 導致信號傳遞誤碼率升高 同時 本地振蕩器可能存在信號泄露 本地振蕩器的某些部分還會出現在輸出端 這些直流偏置 DCOFFSET 包括同相和正交兩路DCOFFSET 的存在可能導致信號進入PA后影響功率控制 因此 需要對IQImbalance和DCOFSSET進行補償 IQ校準參數 OOS offsetoriginalsupprission 反應DCOFFSET的大小 SBS sidebandsupprission 反應了IQImbalance的大小 以GSM的IQ信號為例 表達式如下 實際電路中 I Q兩路的增益 和相位 會有差異 圖中加入Adder來表示本地振蕩器信號泄漏的影響OriginOffset 于是我們可以得到以下表達式 3 4 表達式 3 代表OriginOffset 4 代表接收到的信號 可以看出幾個參數對真實信號的影響 校準過程中用到補償參數對 offsetI offsetQ trimI trimQ offsetI offsetQ 用以補償同相和正交兩路的DCOFFSET trimI trimQ 用以補償增益Imbalance和相位Imbalance OOS校準 通過4個補償參數對 offset I1 offset Q1 offset I4 offset Q4 分別測量對應的OOS1 OOS2 OOS3 OOS4 然后根據這些參數計算出最優的offset I和offset Q使得OOS最小 用到4個參數對是因為計算最優參數時有4個未知數 offset I offset Q M M為數模轉換率 為中心頻率噪聲 與IQ信號無關 SBS校準與OOS類似 用到三個補償參數對 計算最優參數對 trim I trim Q 使得SBS最小 計算最優參數對時有三個未知數 trim I trim Q o o為邊帶頻率噪聲 檢驗 根據最優的補償參數對發射信號 檢驗OOS與SBS是否在限定范圍內 APC校準 APC 自動功率控制 GSM由于采用發射機動態功率控制機制 手機在通話過程中其發射功率隨著其離基站遠近而自動由基站調整 GSM900手機的發射功率有5 19一共15級 功率電平控制分別對應于33 5dBm DCS1800手機發射功率有0 15一共16級 功率電平控制分別對應于30 0dBm 每增加一級電平 手機發射功率下降2dB 功率級別由基站控制完成 發射機各功率等級的載頻峰值功率及容限值應滿足下表的要求 APC校準目的 是為了讓手機的發射功率能夠滿足GSM05 05中對各個功率等級的定義 APC校準參數 ScalingFactor 即各功率等級對應的DAC值 APC用10位D A轉換器 共可代表1024個數值 VAPC的電壓值范圍是0 3V 2 2V DAC值每改變1 輸出電壓將改變1 86mV 已調信號 經過混頻 射頻放大 再經功率放大器 PA 放大 濾波后從天線發送出去 發送信號的功率和形狀 burstshape 由PA決定 APC校準原理就是通過測量 計算得到一系列DAC值 去控制PA的增益 使得不同PCL的發射信號滿足規范的要求 功率大小 相連PCL的功率 切換頻譜 BurstShape等 發射信號的形狀如圖1所示 它包括三部分 RampUp Mid Burst RampDown 其中Mid Burst為平坦部分 決定著信號的功率 RampUp和RampDown不能太陡 否則產生帶外頻譜和雜散發射 引起鄰近頻道干擾 RampUP和RampDown BurstShape除去Mid Burst后的形狀 用0到Pi的三次正弦函數模擬 前16個點對應RampUP 后16個點對應RampDown 校準過程中 不對發射信號形狀校準 因為校準過程比較麻煩 每個功率等級有32個點 數據量大 而且不太容易用程序去判斷是否校準成功 現在同一頻帶各個功率等級均使用同一個RampProfile 不同頻帶的RampProfile稍有不同 APC校準主要是校準ScalingFactor DAC值 使發射功率幅值調整在GSM規定的范圍內 如圖3所示 校準步驟 以RFMD系列APC校準為例 采用3點校準法 第一步 命令手機發射一定功率控制等級 PCL 的信號 調整ScalingFactor大小使發射功率在要求范圍內 重復發射三次 PCL low PCL mid PCL h 得到三個對應的ScalingFactor 將這三個ScalingFactor DAC 分別轉換成對應的V set low V set mid和V set h 第二步 由 PCL h V set h 和 PCL mid V set mid 兩點計算出兩點之間直線的斜率 根據這個線性關系計算出最大功率控制等級與中間功率控制等級 PCL5 PCL12 以GSM900為例 之間每個功率控制等級對應的V set 同樣 由 PCL mid V set mid 和 PCL low V set low 兩點計算出PCL12 PCL19之間每個功率控制等級對應的V set V set Vapc 與功率控制等級PCL分段線性 如圖4所示 第三步 將計算出的每個功率控制等級對應的V set轉換成對應的ScalingFactor值 并保存到NVRAM 檢驗每個功率控制等級發射功率 如在限定范圍內 校準通過 ADC校準 校準目的 用于校準基帶ADC 模數轉換器 對模擬電壓檢測轉換的精度 校準手機檢測到的電池電壓與實際的電量顯示之間的關系 使電量的顯示格數與實際的電量一致 校準參數 slope offset 校準步驟 第一步 分別設置電源輸出電壓為ADC V1和ADC V2 用綜測儀測量電源電壓分別記錄為ADC Measure Voltage 0和ADC Measure Voltage 1 然后用手機通過電池通道和充電通道測量電源電壓 分別得到BATTERY ADC OUTPUT 0 CH