《手机校准介绍》PPT课件

校准原理介绍 手机校准项目 AFC 自动频率控制校准Pathloss 路径损耗校准IQ IQ信号校准APC 自动功率控制校准ADC 电量显示校准 AFC校准 AFC校准目的 AFC Automaticfrequencycontrol 就是自动频率控制 我们的手机在移动过程中 所处的小区是在不断的切换的 而不同的小区频率是有差异的 为了在不同的小区不同的信道下都能同步网络 同步网络是指手机的本振频率和网络的载波频率保持一致 我们的手机本振频率必须要能够自动调节以和网络同步 并且频率误差 频偏 必须在GSM规定的范围之内 误差范围为0 1PPM 因此 为了得到比较精确的频率 必须对手机输出的频率进行校准 校准参数 CAP ID SLOPE InitialDAC 如图1所示 根据锁相环原理 本地振荡器输出频率大小与26MVCXO呈一定比例关系 因此手机输出频率精度只与26MVCXO输出精度有关 26MVCXO内部结构如图2所示 由输出放大器 输出缓冲器 可编程电容阵列和片上可变电容 以及一个片内调节器 P沟道导通形MOS管 LDO 图3 VCXO部分等效图 在MTK方案中 利用调节VCXO中的负载电容来调节晶振输出的频率 负载电容分为两个部分 一部分是用于校准元器件偏差用的可编程电容阵列 另一部分为受AFC电压控制的压控可变电容 校准的步骤先是确定一个可编程电容阵列的组合方式 找到频偏较小的CAP ID值 然后再利用VAFC对应的DAC值去调整压控可变电容的大小 校准DAC值与频偏的曲线 得到斜率slope和最小频偏对应的DAC值 使电路输出信号的频偏在我们既定的范围之内 可编程电容阵列中有六个电容 每个电容的容量依次为2的次幂 每个电容都有一个对应的ID 地址 使用时 只要选中该电容的ID值 ID可以有0和1两种状态 只要置 就为选中状态 就可以使用该电容去进行相应的补偿 ID大小范围0 63 CAP ID校准 第一步 对可编程电容阵列置零 都不选中 六个电容值为全零 即capid为0 然后VAFC给出一个适中的电压 例如DAC为4000 目的是让初始频率位于调节范围的中间 让压控振荡器产生一个频率 测量出频率偏差 第二步 对可编程电容阵列置1全部选中 六个电容都为开启状态 即capid为63 然后VAFC给出一个电压 和第一步给的电压要一样 让压控振荡器产生第二个频率 测量出频率偏差 第三步 判断两次测量的频率误差的积是否小于零 是则表明振荡器输出频率是可调的 反之则不可调 校准失败 第四步 设定CAP ID的值 ini文件中指定 设定为对应频偏接近于0的CAP ID值 如CAP ID 23 由于芯片硬件差异 此时的CAP ID值对应的频偏并不是最小的 采用MTK给定的运算法则 逼近法 找到频偏为零或最接近于零的CAP ID值 再根据此CAP ID值 分别令DAC值为0和8191 检验频偏是否在限定范围内 图4 CAP ID与频偏关系 注意 频偏与CAP ID的曲线关系并不是线性的 Slope与InitialDAC值校准 图5 DAC与频偏线性关系对片上可变电容校准 改变VAFC的大小 这里用DAC值表示 得到DAC值与频偏的曲线关系 校准步骤 第一步 令DAC值分别为DAC1 DAC2 DAC1 DAC2 命令手机发射信号 这里的CAP ID值为已经校准了的最小频偏CAP ID值 测量并记录对应的频偏为 f1 f2 第二步 根据 DAC1 f1 DAC2 f2 这两点 计算出频偏与曲线的斜率slope和offset DAC为0时对应的频偏值 该线性关系如图5所示 第三步 根据斜率slope和offset值计算出频偏为零时的DAC值 initialDAC 判断slope和initialDAC值是否在限定范围内 AFC校准完成后 以后手机在使用中调整频率时 CAP ID为校准了的CAP ID值固定不变 DAC值则根据测量得到的频偏 slope和offset计算出来 Pathloss校准 路径损耗是指仪器发射的信号 已经考虑线损之后的功率 和手机测量到的RSSI 接收信号强度 之差 校准步骤 第一步 综测仪给手机发射某一特定频率的信号 手机接收到之后进行读取测量 第二步 软件通过综测仪去读取手机测量的结果 与自己发射出去的信号的功率大小相比较 所得之差为当前信道的Pathloss值 第三步 更换信道 采用同样的办法校准 将校准结果写入到手机的flash中 以后手机在使用中就根据当时所在的信道调用相应的Pathloss值作为该信道的补偿 IQ校准 IQ信号是我们的调制信号 里面包含了我们需要的有用信息 基带信号很容易受到干扰 为了防止干扰 将信号分成了I路和Q路 在解调时即使某时收到干扰 根据IQ信号的特性 我们只要对IQ信号进行交替取样就能完全还原出调制信号 IQ信号是一路是0 和180 另一路是90 和270 叫做I路和Q路 它们就是两路严格正交的信号 他们的幅度 频率完全相同 IQ校准目的 在实际电路中 I Q两路的增益和相位会有差异 IQImbalance 使得两路信号不再垂直 导致信号传递误码率升高 同时 本地振荡器可能存在信号泄露 本地振荡器的某些部分还会出现在输出端 这些直流偏置 DCOFFSET 包括同相和正交两路DCOFFSET 的存在可能导致信号进入PA后影响功率控制 因此 需要对IQImbalance和DCOFSSET进行补偿 IQ校准参数 OOS offsetoriginalsupprission 反应DCOFFSET的大小 SBS sidebandsupprission 反应了IQImbalance的大小 以GSM的IQ信号为例 表达式如下 实际电路中 I Q两路的增益 和相位 会有差异 图中加入Adder来表示本地振荡器信号泄漏的影响OriginOffset 于是我们可以得到以下表达式 3 4 表达式 3 代表OriginOffset 4 代表接收到的信号 可以看出几个参数对真实信号的影响 校准过程中用到补偿参数对 offsetI offsetQ trimI trimQ offsetI offsetQ 用以补偿同相和正交两路的DCOFFSET trimI trimQ 用以补偿增益Imbalance和相位Imbalance OOS校准 通过4个补偿参数对 offset I1 offset Q1 offset I4 offset Q4 分别测量对应的OOS1 OOS2 OOS3 OOS4 然后根据这些参数计算出最优的offset I和offset Q使得OOS最小 用到4个参数对是因为计算最优参数时有4个未知数 offset I offset Q M M为数模转换率 为中心频率噪声 与IQ信号无关 SBS校准与OOS类似 用到三个补偿参数对 计算最优参数对 trim I trim Q 使得SBS最小 计算最优参数对时有三个未知数 trim I trim Q o o为边带频率噪声 检验 根据最优的补偿参数对发射信号 检验OOS与SBS是否在限定范围内 APC校准 APC 自动功率控制 GSM由于采用发射机动态功率控制机制 手机在通话过程中其发射功率随着其离基站远近而自动由基站调整 GSM900手机的发射功率有5 19一共15级 功率电平控制分别对应于33 5dBm DCS1800手机发射功率有0 15一共16级 功率电平控制分别对应于30 0dBm 每增加一级电平 手机发射功率下降2dB 功率级别由基站控制完成 发射机各功率等级的载频峰值功率及容限值应满足下表的要求 APC校准目的 是为了让手机的发射功率能够满足GSM05 05中对各个功率等级的定义 APC校准参数 ScalingFactor 即各功率等级对应的DAC值 APC用10位D A转换器 共可代表1024个数值 VAPC的电压值范围是0 3V 2 2V DAC值每改变1 输出电压将改变1 86mV 已调信号 经过混频 射频放大 再经功率放大器 PA 放大 滤波后从天线发送出去 发送信号的功率和形状 burstshape 由PA决定 APC校准原理就是通过测量 计算得到一系列DAC值 去控制PA的增益 使得不同PCL的发射信号满足规范的要求 功率大小 相连PCL的功率 切换频谱 BurstShape等 发射信号的形状如图1所示 它包括三部分 RampUp Mid Burst RampDown 其中Mid Burst为平坦部分 决定着信号的功率 RampUp和RampDown不能太陡 否则产生带外频谱和杂散发射 引起邻近频道干扰 RampUP和RampDown BurstShape除去Mid Burst后的形状 用0到Pi的三次正弦函数模拟 前16个点对应RampUP 后16个点对应RampDown 校准过程中 不对发射信号形状校准 因为校准过程比较麻烦 每个功率等级有32个点 数据量大 而且不太容易用程序去判断是否校准成功 现在同一频带各个功率等级均使用同一个RampProfile 不同频带的RampProfile稍有不同 APC校准主要是校准ScalingFactor DAC值 使发射功率幅值调整在GSM规定的范围内 如图3所示 校准步骤 以RFMD系列APC校准为例 采用3点校准法 第一步 命令手机发射一定功率控制等级 PCL 的信号 调整ScalingFactor大小使发射功率在要求范围内 重复发射三次 PCL low PCL mid PCL h 得到三个对应的ScalingFactor 将这三个ScalingFactor DAC 分别转换成对应的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 两点计算出两点之间直线的斜率 根据这个线性关系计算出最大功率控制等级与中间功率控制等级 PCL5 PCL12 以GSM900为例 之间每个功率控制等级对应的V set 同样 由 PCL mid V set mid 和 PCL low V set low 两点计算出PCL12 PCL19之间每个功率控制等级对应的V set V set Vapc 与功率控制等级PCL分段线性 如图4所示 第三步 将计算出的每个功率控制等级对应的V set转换成对应的ScalingFactor值 并保存到NVRAM 检验每个功率控制等级发射功率 如在限定范围内 校准通过 ADC校准 校准目的 用于校准基带ADC 模数转换器 对模拟电压检测转换的精度 校准手机检测到的电池电压与实际的电量显示之间的关系 使电量的显示格数与实际的电量一致 校准参数 slope offset 校准步骤 第一步 分别设置电源输出电压为ADC V1和ADC V2 用综测仪测量电源电压分别记录为ADC Measure Voltage 0和ADC Measure Voltage 1 然后用手机通过电池通道和充电通道测量电源电压 分别得到BATTERY ADC OUTPUT 0 CH