高通平台校准原理ppt课件

.,高通平台校准原理,.,Agenda,一、GSMRXCalibration二、GSMTXCalibration三、WCDMARXCalibration四、WCDMATXCalibration,.,CalibrationConcept,WhyneedtoCalibration?-由于器件不一致、温度变化、器件老化等因素的影响，即使是基于同样的平台同样的设计，也会表现出不同的电性能。-为了消除以上影响，每个手机在出厂之前都要对这些参数进行测量计算，得到一些参数误差数据，并把这些误差数据存储到一定的存储介质（一般为EEPROM）里，在手机正常使用过程中，CPU会读取这些数据并利用一定的算法对需要补偿的参数进行补偿。-在生产测试过程中，对需要补偿校正的数据测量计算并存入EEPROM里的过程，称之为校准.,.,CalibrationConcept,CalibrationPurpose-移动台的射频电路存在大量的模拟器件，模拟器件具有很大的器件离散性，为了保证每一个移动台的射频指标都满足行业标准（3GPP）的要求，保证WCDMA网络、GSM网络的性能，必须对每部移动台进行射频校准。-接收机校准用户单元必须正确估计接收的最优信噪比，并为信号发射功率大小提供依据-发射机校准用户单元必须在一个大的动态范围和正确的功率等级上发射,.,CalibrationConcept,CalibrationContent-补偿器件的非线性特性,提供绝对的功率参考-进行最大功率限定-提高接收灵敏度-提供频率补偿-提供温度补偿,.,Theory-HowThePhoneInterpretsPower,AutomaticGainControl(AGC),.,Theory-HowThePhoneInterpretsPower,ConversionBetweenTXAGCanddBm,.,Theory-HowThePhoneInterpretsPower,ConversionBetweenRXAGCanddBm,.,GSMRXCalibration,QualcommGSMRXStructure,.,GSMRXCalibration,以RX（Receiver）而言，LNA（Lownoiseamplifier）的Gain，会影响整体电路的NF（NoiseFigure）。NF公式如下：f为各级电路的NF，G则是各级电路的Gain。由于第二级电路之后的NF与Gain对整体电路性能影响不大，起决定作用的是前两级，故多半只取前两级计算。根据以上公式，若提升LNA的Gain，便可使整体电路的NF下降。然而，若LNA得Gain过大，会使后端电路饱和，导致线性度下降。因此LNA的Gain必须适中，才能使整体电路的NF与线性度优化。但是，在实际使用手机时，很可能会因为处于移动状态，导致与基站的Pathloss一直在更改，加上附近周围环境的Shadowingeffect，导致手机所接收的讯号强弱不一。也就是LNA的输入讯号强度，会有很大范围的变动。,.,GSMRXCalibration,由以上示意图可知，LNA的输入讯号不固定，若Gain为单一固定值，则输出讯号也会不固定。这很有可能会导致，当讯号过大时，后端电路饱和，线性度下降；或输入讯号过小时，后端电路SNR下降，NF上升。因此要有AGC（Automaticgaincontrol）的机制，如此即便输入讯号的动态范围过大，也尽可能缩减输出讯号的动态范围，使整体电路的NF与线性度优化。因此GSM四个频带的LNA，都采用Gain-stepped架构，其Gain皆非单一固定值，即VGA（Variablegainamplifier）架构。透过AGC，缩减输出讯号的动态范围,.,GSMRXCalibration,由于高通6285ARX采用零中频架构，会直接将接收的RF讯号，下变频到基带；透过ADC（AnalogDigitalConverter）转换成数字讯号。因此希望透过AGC机制，以及VGA，来缩减LNA输出讯号的动态范围，使ADC输入讯号的强度大小能适中，使ADC的NF与线性度都优化。高通6285AGSM四频的LNA，都采用Gain-stepped架构，有五种GainMode，皆有其GainRange，分别应用于不同强度范围的RXpower。然而在单一事件内，只会有一种GainMode处于Enable状态，其余四个GainMode，便处于Disable状态。换句话说，不能能有两种以上GainMode，同时处于Enable状态。当RXpower较大时，LNA会采用LowGainMode，一方面节省耗电流，另一方面避免后端ADC饱和，线性度下降。而RXpower较小时，会采用HighGainMode，提升SNR，使后端ADC能解调成功。,.,GSMRXCalibration,GSMRXLNAGainRange示意图,.,GSMRXCalibration,另外，例如GSM850/900频段的五种GainMode的Gain值分别如下：GSM850/900频段五种GainMode的Gain值由于单一时间，只有一种GainMode处于Enable状态，GainMode0的Gain值最大，为72.5dBm，因此850/900频段的LNA，动态范围即72.5dBm。参考资料：高通文档RTR6285/RTR6280/RTR6237/RGR1100/MXU6219RFNVItems（80-VD861-12）,.,GSMRXCalibration,QualcommGSMRXCalibrationProcess校准目的：由于LNA本身既有的频率响应，使得每个（Channel）的RSSI不尽相同，RXCalibration便是计算不同Channel在各个GainMode，其RSSI与CellPower的差异，并补偿其差异，尽可能使CellPower与RSSI能一致。以GSM850频带，GainMode0为例，其流程如下：Step1、综测仪（Agilent8960或CMU200）设置固定大小的Cellpower（-80dBm）Step2、分别记录8个Channel（根据QSPR校准工具，如下图）的RSSI值Step3、利用以下公式，计算每个Channel的GainRangeGainRange=16*（10*LOG（RSSIi）-（-80dBm）其中i为Channel值Step4、将其step3所计算的GainRange，填入下列NV：NV_GSM_RX_GAIN_RANGE_#_FREQ_COMP_i其中i为Channel值而实际执行GSMRXCalibration后，GSM850GainMode0所计算的GainRange如下表：,.,GSMRXCalibration,GSM850GainMode0forGainRange上下限值分别为18002500，（根据QSPR校准工具，如下图）,.,GSMRXCalibration,而其计算出的GainRange，皆在范围内。而若将其画成曲线，如下图：当GSM850的Channel128，其GainMode0会读取2232这个值，使CellPower与RSSI能一致，经实验发现，当CellPower为-109.5dBm时，其RSSI为-108-109dBm，算是相当一致。,.,GSMTXCalibration,QualcommGSMTXStructure高通的RTR6285A在GSM/GPRS/EDGE部分的调变器架构，并非如下图一般，直接IQ讯号合成为RF讯号，即IQModulation,.,GSMTXCalibration,而是会先将IQ讯号装换成AM（AmplitudeModulation）讯号跟PM（PhaseModulation），然后再合成为RF讯号，也就是所谓的PolarModulation,.,GSMTXCalibration,PolarModulationConcept极化调制的最大优点，就是能够提高EDGE的效率。因为EDGE有AM讯号，又AM讯号不能经过非线性PA，因此PolarModulation采用先将EDGE的AM讯号与PM讯号区分开来。当AM讯号被抽离后，此时等同于GMSK调变，只有PM讯号为恒包络，而PM讯号即RF载波；故此时的PM讯号，不但可以直接经由PA放大，而且因恒包络，更可以直接经由非线性PA放大。而AM讯号，为低频讯号，因此不能经由PA放大，而且又是非恒包络，更不能经由非线性PA放大，因此会有额外的放大调变机制，统称为EnvelopeAmplifier，来放大其AM讯号，最后再和放大后的PM讯号合成。,.,GSMTXCalibration,上图为高通RTR6285A的Polar架构，IQ讯号会先在MSM里，转换成AM跟PM讯号，分别走不同路径，AM讯号因为是低频讯号，不会经过RTR6285A，也不会经过PA。而PM讯号则是会先在RTR6285A中，作上变频动作，再由RTR6285A，输出到PA做放大，最后再和已放大的AM讯号结合。,.,GSMTXCalibration,那么，IQ讯号，是如何转换成AM与PM讯号呢？通常会使用所谓的CORDIC（CoordinateRotationDigital）算法，将其直角坐标的IQ讯号，转为极坐标的AM跟PM讯号。R(t)即AM讯号，(t)即PM讯号，以上动作皆会在MSM内完成，即RectangulartoPolar的动作。另外，由于CORDIC本身也有非线性效应，若其输入的IQ讯号有其噪声，则会连带使接下来的AM跟PM讯号，以及PA的输出讯号，都一并失真，因此IQ讯号，多半为差分形式，主要是因为差分讯号具有良好的抗干扰特性，如此便可使IQ讯号，较不易受到噪声干扰。,.,GSMTXCalibration,零中频的架构，容易会有LOleakage（本振泄露）的现象然而同样零中频架构，PolarModulation又比IQModulation，更容易有LOleakage的现象，因此在GSMTX校准过程中，必须一开始就先针对CarrierSuppression作优化，否则会连带使接下来的讯号，都一并失真。高通RTR6285A，在GSMTX校准过程中，会做DCCalibration。,.,GSMTXCalibration,因此由MSM到RTR6285A的PM讯号，会有两个路径，,.,GSMTXCalibration,AMAMAMPMGSMTX校准AMAMAMPM：上图中的H(s)是Vramp跟Vcc的转移函数，因为Vcc是Vramp透过一个线性稳压器所得到的输出电压，所以其H(s)会是一个线性的转移函数，也就是Vramp可以很精确地去控制Vcc，进而去改变PA输出功率。,.,GSMTXCalibration,但PolarPA，本身是非线性PA，因此Vramp与PA输出功率，为非线性关系，将Vramp与Vcc以及PA输出的关系整理如下：而因为PolarModulation会把AM讯号跟PM讯号分离在结合，因此PA的输出，会同时包含振幅与相位，因此输出功率与输出相位，都会有非线性失真。特别是输出相位，由于PM讯号是直接进入非线性PA作放大动作，因此输出相位非线性失真的程度，会比输出功率非线性失真的程度，来得更加严重。其输出功率的失真程度，称之为AMAM，而输出相位的失真程度，称为AMPM。PolarModulation技术，本身会具备既有的AMAM与AMPM失真。,.,GSMTXCalibration,上图的Vapc，即Vramp，而以失真的角度而言，希望输出的功率与相位，与Vramp的对应曲线，能越线性越好，如上图的DesiredPAresponse。如此才能将非线性失真程度降到最低。,.,GSMTXCalibration,Pre-distortion因此我们必须将非线性PA，即有的非线性失真，作线性化的动作。而RTR6285A在此采用的是所谓Pre-distortion的技术，如下图：由上图得知，所谓的pre-distortion，便是先提供一个与PA输出特性曲线完全相反的特性曲线，接着再合成，最后便能产生线性的输出。若将PA输出特性曲线以函数表示，则pre-distortion，便是所谓的反函数。,.,GSMTXCalibration,由上图得知，所谓的pre-distortion，便是先提供一个与PA输出特性曲线完成相反的特性曲线，接着再合成，最后便能产生线性的输出。若将PA输出特性曲线以函数表示，则pre-distortion，便是所谓的反函数。,.,GSMTXCalibration,PolarCalibration高通的RTR6285A，在做PolarCalibration时，手机会先发射一个ContinuousWave给Agilent8960或CMU200作量测，接着Agilent8960或CMU200会将量测结果在传回手机，即PA的特性曲线。,.,GSMTXCalibration,最开始一段使用DAC14500，目的是要触发用，与PA特性无关，因此手机内部在做线性化时，会先将其去掉；接下来，每段的waveform都会以DAC4500作下一段referencepoint；但是注意这些reference段会导致相位漂移,.,GSMTXCalibration,接下来手机内部会将回传之PA特性曲线切割分段，并利用反函数方式，找出各小段所需要Pre-distortion之补偿值，再在原来之PA特性曲线合成，完成线性化的动作,.,GSMTXCalibration,AMAMAmplitudeDataProcessing1.使用绝对的dBm单位，确定所有points。2.去掉触发trigger段。3.去掉参考reference段。4.按照DAC值上升排序确认成对数据。5.根据NV_AMAM_DYN_RANGE设置值，截断测试数据列表。6.执行Smoothing动作。7.产生NV值。,.,GSMTXCalibration,AMAMNVGeneration创建AMAMNVtable表，数据必须根据功率Power与DAC值得对应关系，插值进去。1.AMAMtable表是以1/8dbstep来进行索引。2.通过NV_AMAM_DYNAMIC_RANGE定义了最小最大功率，即整个动态范围。3.整个table的元素是(MAX_DYN_RANGEMIN_DYN_RANGE)*8。4.table表被分成8段，每段包括64元素。5.NV_GSM_AMAM_MASTER_TBL_SEG1第一段的第一个DACvalue就是动态范围的最小功率值.,.,GSMTXCalibration,实际执行Calibration后，其结果如下：,.,GSMTXCalibration,谈一下DAC：Vramp可改变输出功率，而Vramp是由MSM发出数字讯号，透过DAC转成的模拟控制电压，因为这便是为什么RTR6285A之AMAM与AMPM曲线图，其横轴非一般常见的inputpower（dBm），而是直接用Vramp（Vapc），或DAC来表示。因为当手机通话时，可利用LUT方式，将其所需之功率大小，反推出手机内部所对应之DAC值。以下图为例，当手机需要32.5244dBm的输出功率时，MSM便会发送10385的DAC值。,.,GSMTXCalibration,AMPMPhaseDataProcessing1.去掉触发trigger段。2.执行Unwrap动作。3.确定所有point的radians。4.计算每段的相位（需要跟邻近reference标准段进行比较）5.搬移shift这些数据，不能超过3.0radians。6.根据NV_AMAM_DYN_RANGE设置值，截断测试数据列表。7.执行Smoothing动作。8.产生NV值。,.,GSMTXCalibration,AMPMNVGeneration创建AMPMNVtable表，数据必须根据相位Phase与DAC值得对应关系，插值进去。,.,OtherCalibrationRelatedtoPolarCalibration,TimingDelayCalibration为什么做TimingDelayCalibration？1、极化调制中，MSMdevice将信号分成phase路径与envelope路径，这两路分开的waveform，会带来不同的信号延迟（signaldelays），会影响最终合并起来waveform波形质量。2、对于phase与envelope路径需要保持同步，因此两路径之间的延迟（delay）需要校准和补偿。3、最佳延迟（best-casedelay）：是要在+400KHz与-400KHz调制测试，得到预期的最小ORFS，来得到最佳延迟。4、存入以下相应NV项：NV_GSM_Polar_Path_Delay_I,NV_GSM_850_Polar_Path_Delay_I,NV_DCS_Polar_Path_Delay_I,NV_PCS_Polar_Path_Delay_I,.,WCDMARFCalibration,CalibrationContentWCDMARXCalibrationTempCalibration温度ADC检测校准LNACalibration接收灵敏度校准WCDMATXCalibrationTXLinearCalibrationPA线性校准，确保输出信号功率的准确性TXvsFreqComp输出功率相对频率的补偿HDETCalibration高功率检测电路校准，确保大功率时功控的精度TXLimvsFreq最大功率下相对频率的补偿,.,WCDMARXCalibration,RXLNACalibration接收机电路工作原理：接收机的信号强度随着手机离基站的距离的远近而改变。因此，接收机的路径增益要求是可变的，目的是补偿Rx信号强度的改变，保证天线处的宽范围的信号强度在解调器的输入端被压缩成一个近乎恒定的电平。接收的射频信号在经过ADC转换后直接用DVGA(DigitalVariableGainAmplifier数字可变增益放大器)调整信号的强度，进入基带处理电路。,.,WCDMARXCalibration,接收机校准主要包括：DVGAOffset校准LNAOffset校准接收机电路工作原理框图：,.,WCDMARXCalibration,校准过程中将读取的DVGAgainoffset和LNAoffset填入对应NV项中对应的NV项为：NV_WCDMA_VGA_GAIN_OFFSET_INV_WCDMA_LNA_RANGE_OFFSET_INV_WCDMA_LNA_RANGE_OFFSET_2_INV_WCDMA_LNA_RANGE_OFFSET_3_I,.,WCDMARXCalibration,DVGAOffset校准表示从天线主口经过LNA和MIXER，到接收机内部的整个路径损耗值,.,WCDMARXCalibration,DVGAGAINOffsetCalculatedAGCValue=(1023/DynamicRange)*(RxPowerRxMin)512）Example:RxPower=70dBm(RisevalueofthefirstLNArange),DynamicRange=85.3dB,RxMin=106dBmCalculatedAGCValue=(1023/85.3)*(70(106)512=80,实际值,理想值,.,WCDMARXCalibration,CalibrationProcessing（校准流程）：1.置手机工作于FTM模式，参考信道CH97432.置手机工作于LNA的最大增益状态(GainState0)3.置综测仪8960或CMU200输出功率-74dBm(NV_WCDMA_LNA_RANGE_FALL_I中定义)改变数据格式值为(AGCUnit)4.调用FTM命令GetDVGAOffset()5.GetDVGAOffset自动将获得的DVGAoffset值写入寄存器6.将GetDVGAOffset的返回值写入NV项NV_WCDMA_VGA_GAIN_OFFSET_I.,.,WCDMARXCalibration,FTM命令GetDVGAOffset()指令解释：1.首先将DVGAOFFSET清零2.置LNAgain状态为增益状态0（增益状态0为最大增益状态）3.加载NV_LNA_RANGE_FALL并必须改变其数据格式，令该值为expectedagc_value.4.读取RX_AGC10次并求其平均值（同样须改变其数据格式）令该值currentagc_value.5.DVGA_OFFSET=(currentagc_value)(expectedagc_value).6.设置DVGA_OFFSET,.,WCDMARXCalibration,LNAOffset校准,.,WCDMARXCalibration,.,WCDMARXCalibration,CalibrationProcessing（校准流程）：1.置DUT工作于FTM模式，WCDMA模式,参考信道CH97432.置DUT工作于LNAGainState13.置综测仪8960或CMU200输出功率-66dBm(NV_WCDMA_LNA_RANGE_RISE_I中定义)改变数据格式值为(AGCUnit)4.调用FTM命令GetLNAOffset()需要两个参数：LNAoffsetindex()LNAoffset()5.将GetLNAOffset的返回值写入NV项NV_WCDMA_LNA_RANGE_OFFSET_I.Notes：LNAGainState2、LNAGainState3校准流程与以上一致。,.,WCDMARXCalibration,FTM命令GetLNAOffset()指令解释：1.读出当前LNAindexn2.在当前LNAindex(n)读取RX_AGC值10次并取其平均令该值为:previousRX_AGC3.将LNAindex改为n+1，在该LNAindexn+1上读取RX_AGC值10次并取其平均，令该值为：nextRX_AGC.若n=1，LNA_OFFSET=nextRX_AGC-previousRX_AGC若n=2，LNA_2_OFFSET=LNA_OFFSET+(nextRX_AGC-previousRX_AGC),.,WCDMARXCalibration,DVGA信道补偿校准NV_WCDMA_VGA_GAIN_OFFSET_VS_FREQ_IDatatype:8-bitsignedDatarange:-128to127各测试信道下测得的DVGAoffset与参考信道下测试的DVGAoffset值的差值-LNA信道补偿校准NV_WCDMA_LNA_OFFSET_VS_FREQ_INV_WCDMA_LNA_OFFSET_VS_FREQ_2_INV_WCDMA_LNA_OFFSET_VS_FREQ_3_IDatatype:8-bitsignedDatarange:-128to127各测试信道下测得的LNAoffset与参考信道下测试的LNAoffset值的差值,.,WCDMARXCalibration,校准频道列表AMSS支持多达16个频率信道校准可以选择16个信道的任何一个频道作为参考信道,.,WCDMARXCalibration,WCDAM发射机校准：每个BAND测试频点16个WCDMA接收机校准：每个BAND测试频点16个EDGE发射机校准：每个BAND测试频点3个EDGE接收机校准：低BAND测试频点8个，高BAND测试频点16个测试频点：,.,WCDMATXLinearCalibration,发射机电路框图,.,WCDMATXLinearCalibration,线性校准的必要性减少因射频功率放大器的非线性失真产生的新的频谱分量对相邻信道的干扰WCDMA，调制方式上行BPSK，下行QPSK，恒定包络调制。W系统对ACLR要求越高,相应地对PA地线性要求就越高；ACLR指标是为防止发射机对邻近频点通道造成干扰而设定的指标，它是衡量发射机非线性失真程度的一个重要指标HSDPA，调制方式为16QAM(正交调幅)，均峰比大,.,WCDMATXLinearCalibration,发射机电路工作原理图,.,WCDMATXLinearCalibration,PA的上升和下降切换点NV_WCDMA_Rz_RISE_INV_WCDMA_Rz_FALL_I启用定时器滞后功能来防止PA在不同增益状态间的频繁切换该NV定义的功率电平指的是天线端的，而非PA端不用的切换点应设置值为511NV_WCDMA_R1_RISE_I=)=(1024/85.3)*(Risethreshold-minimumTxpower)-512,.,WCDMATXLinearCalibration,放大器的线性特性Txoutputpower与TxAGCadjPDM控制信号间为非线性关系，具有中断、非单调性每个单体的Tx增益曲线都不一样通过校准，将能建立起Txoutputpower与TxAGCadjPDM控制信号的线性关系,.,WCDMATXLinearCalibration,Tx的线性校准过程就是创建两组校准数据表。PDM表和MASTER表这两组表建立起Tx_AGC_ADJPDM控制信号同Txoutputpower间的线性关系。使用这两张表中的值，以及基带信号功率调节器，来控制整个Tx的输出功率,.,WCDMATXLinearCalibration,PDM表和MASTER表TX线性校准生成的表分别存储在一下NV项中NV_WCDMA_TX_PDM_LIN_0_ENH_I(64elements)NV_WCDMA_TX_PDM_LIN_1_I(32elements)NV_WCDMA_TX_PDM_LIN_2_I(32elements)andNV_WCDMA_TX_LIN_MASTER_0_ENH(64elements)NV_WCDMA_TX_LIN_MASTER_1_I(32elements)NV_WCDMA_TX_LIN_MASTER_2_I(32elements)PDM表存储PDM值，用来设置输出功率电平控制值MASTER表存储PDM表中每个PDM值所对应的Tx输出功率值每一个PAgainstate都有一套独立的线性表每个BAND只在参考信道下测试一套PDM和MAST