手機(jī)校準(zhǔn)介紹

1、校準(zhǔn)原理介紹 手機(jī)校準(zhǔn)項目 lAFC:自動頻率控制校準(zhǔn) lPathloss：路徑損耗校準(zhǔn) lIQ：IQ信號校準(zhǔn) lAPC：自動功率控制校準(zhǔn) lADC：電量顯示校準(zhǔn) AFC校準(zhǔn) lAFC校準(zhǔn)目的： lAFC（Automatic frequency control ），就是自動頻率 控制；我們的手機(jī)在移動過程中，所處的小區(qū)是在不斷 的切換的，而不同的小區(qū)頻率是有差異的，為了在不同 的小區(qū)不同的信道下都能同步網(wǎng)絡(luò)（同步網(wǎng)絡(luò)是指手機(jī) 的本振頻率和網(wǎng)絡(luò)的載波頻率保持一致），我們的手機(jī) 本振頻率必須要能夠自動調(diào)節(jié)以和網(wǎng)絡(luò)同步，并且頻率 誤差（頻偏）必須在GSM規(guī)定的范圍之內(nèi)（誤差范圍 為0.1PPM）。因

2、此，為了得到比較精確的頻率，必須 對手機(jī)輸出的頻率進(jìn)行校準(zhǔn)。 l校準(zhǔn)參數(shù)：CAP_ID, SLOPE, Initial DAC l如圖1所示，根據(jù)鎖相環(huán)原理，本地振蕩器輸出頻率大小與26M VCXO呈 一定比例關(guān)系，因此手機(jī)輸出頻率精度只與26M VCXO輸出精度有關(guān)。 l26M VCXO內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(nèi)調(diào)節(jié)器（P溝道導(dǎo)通形MOS管-LDO）。 l圖3.VCXO部分等效圖 l在MTK方案中，利用調(diào)節(jié)VCXO中的負(fù)載電容來調(diào)節(jié)晶 振輸出的頻率；負(fù)載電容分為兩個部分，一部分是用于 校準(zhǔn)元器件偏差用的可編程電容陣列，另一部分

3、為受 AFC電壓控制的壓控可變電容。 l校準(zhǔn)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。 l然后再利用VAFC對應(yīng)的DAC值去調(diào)整壓控可變電容的 大小，校準(zhǔn)DAC值與頻偏的曲線,得到斜率slope和最小 頻偏對應(yīng)的DAC值，使電路輸出信號的頻偏在我們既定 的范圍之內(nèi)。 l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(yīng)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(tài)，只要 置就為選中狀態(tài)）就可以使用該電容去 進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償， ID大小范圍063. CAP_ID校準(zhǔn)校準(zhǔn)： l第一步第一步：對可編程電容陣列

4、置零（都不選中， 六個電容值為全零，即cap id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(diào)節(jié)范圍的中間)讓壓控 振蕩器產(chǎn)生一個頻率，測量出頻率偏差。 l第二步第二步：對可編程電容陣列置1全部選中，六個 電容都為開啟狀態(tài)，即cap id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(chǎn)生第二個頻率，測量出頻率偏 差。 l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(diào)的；反 之則不可調(diào)，校準(zhǔn)失敗。 l第四步：設(shè)定CAP_ID的值（.ini文件中指定， 設(shè)定為對應(yīng)頻偏接近于0的CAP_ID值,如

5、 CAP_ID=23），由于芯片硬件差異，此時的 CAP_ID值對應(yīng)的頻偏并不是最小的。采用MTK 給定的運(yùn)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(jù)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(nèi)。 圖4. CAP_ID與頻偏關(guān)系 （注意：頻偏與CAP_ID的曲線關(guān)系并不是線性的） 頻偏 63 CAP_ID 0 此處CAP_ID對應(yīng)頻偏最小（） 23 Slope與與Initial DAC值校準(zhǔn)值校準(zhǔn)： 圖5.DAC與頻偏線性關(guān)系 對片上可變電容校準(zhǔn)，改變VAFC的大?。ㄟ@里用DAC 值表示），得到DAC值與頻偏的曲線關(guān)系。 校準(zhǔn)步驟 l第

6、一步：令DAC值分別為DAC1，DAC2, DAC1DAC2， 命令手機(jī)發(fā)射信號（這里的CAP_ID值為已經(jīng)校準(zhǔn)了的 最小頻偏CAP_ID值），測量并記錄對應(yīng)的頻偏為f1, f2。 l第二步：根據(jù)（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(yīng)的頻偏值），該線性關(guān)系如圖5所示。 l第三步：根據(jù)斜率slope和offset值計算出頻偏為零時的 DAC值（initial DAC）。判斷slope和initial DAC值是否 在限定范圍內(nèi)。 lAFC校準(zhǔn)完成后，以后手機(jī)在使用中調(diào)整 頻率時，CAP_ID為校準(zhǔn)了的CAP_ID值

7、固定不變，DAC值則根據(jù)測量得到的頻偏， slope和offset計算出來。 Pathloss校準(zhǔn) l路徑損耗是指儀器發(fā)射的信號（已經(jīng)考慮 線損之后的功率）和手機(jī)測量到的RSSI （接收信號強(qiáng)度）之差。 校準(zhǔn)步驟： l第一步：綜測儀給手機(jī)發(fā)射某一特定頻率的信 號，手機(jī)接收到之后進(jìn)行讀取測量。 l第二步：軟件通過綜測儀去讀取手機(jī)測量的結(jié) 果，與自己發(fā)射出去的信號的功率大小相比較， 所得之差為當(dāng)前信道的Pathloss值。 l第三步：更換信道，采用同樣的辦法校準(zhǔn)，將 校準(zhǔn)結(jié)果寫入到手機(jī)的flash中，以后手機(jī)在使 用中就根據(jù)當(dāng)時所在的信道調(diào)用相應(yīng)的 Pathloss值作為該信道的補(bǔ)償。 IQ校準(zhǔn)

8、lIQ信號是我們的調(diào)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(diào)時即使 某時收到干擾,根據(jù)IQ信號的特性,我們只要對IQ 信號進(jìn)行交替取樣就能完全還原出調(diào)制信號。 lIQ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(yán)格正交 的信號，他們的幅度，頻率完全相同。 lIQ校準(zhǔn)目的：在實際電路中，I,Q兩路的增益和相位會 有差異（IQ Imbalance），使得兩路信號不再垂直，導(dǎo) 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(xiàn)在輸出端，這 些直流偏置(DC OFF

9、SET，包括同相和正交兩路DC OFFSET)的存在可能導(dǎo)致信號進(jìn)入PA后影響功率控制。 因此。需要對IQ Imbalance 和DC OFSSET 進(jìn)行補(bǔ)償。 lIQ校準(zhǔn)參數(shù)： lOOS（offset original supprission），反應(yīng)DC OFFSET 的大小。 lSBS (sideband supprission)，反應(yīng)了IQ Imbalance的 大小。 l以GSM的IQ信號為例，表達(dá)式如下 l sin)(cos)( sin 2 sin)(cos 2 cos)()( ttQttIA t T t tat T t taAtS cc c b Qc b IMSK 11)()(,

10、2 sin)()(, 2 cos)()( 或者為，其中，tata T t tatQ T t tatI QI b Q b I l實際電路中，I，Q兩路的增益( )和相位( )會有差異 。 l圖中加入Adder來表示本地振蕩器信號泄漏的影響Origin Offset（ ） IQ OO , QI GG ,QI , l于是我們可以得到以下表達(dá)式 l （3） l （4） l表達(dá)式（3）代表Origin Offset，（4）代表接收到的信 號，可以看出幾個參數(shù)對真實信號的影響 l校準(zhǔn)過程中用到補(bǔ)償參數(shù)對（offset I, offset Q）,(trim I ,trim Q)。（offset I, off

11、set Q）用以補(bǔ)償同相和正交兩 路的DC OFFSET；（trim I ,trim Q）用以補(bǔ)償增益 Imbalance和相位Imbalance。 lOOS校準(zhǔn)：通過4個補(bǔ)償參數(shù)對（offset_I1, offset_Q1）（offset_I4, offset_Q4），分別測量對 應(yīng)的OOS1，OOS2，OOS3，OOS4。然后根據(jù)這些參 數(shù)計算出最優(yōu)的offset_I和offset_Q使得OOS最小。用到 4個參數(shù)對是因為計算最優(yōu)參數(shù)時有4個未知數(shù)： offset_I，offset_Q，M，。M為數(shù)模轉(zhuǎn)換率，為中 心頻率噪聲，與IQ信號無關(guān)。 lSBS校準(zhǔn)與OOS類似，用到三個補(bǔ)償參 數(shù)對

12、，計算最優(yōu)參數(shù)對（trim_I,trim_Q） 使得SBS最小。計算最優(yōu)參數(shù)對時有三個 未知數(shù)（trim_I,trim_Q,o），o為邊帶頻率 噪聲。 l檢驗：根據(jù)最優(yōu)的補(bǔ)償參數(shù)對發(fā)射信號， 檢驗OOS與SBS是否在限定范圍內(nèi)。 APC校準(zhǔn) lAPC：自動功率控制。GSM由于采用發(fā)射機(jī)動 態(tài)功率控制機(jī)制，手機(jī)在通話過程中其發(fā)射功 率隨著其離基站遠(yuǎn)近而自動由基站調(diào)整。 lGSM900手機(jī)的發(fā)射功率有519一共15級,功率 電平控制分別對應(yīng)于335dBm。DCS1800手機(jī) 發(fā)射功率有015一共16級,功率電平控制分別對 應(yīng)于300dBm,每增加一級電平，手機(jī)發(fā)射功率 下降2dB。功率級別由基站控

13、制完成。 發(fā)射機(jī)各功率等級的載頻峰值功率及容限值 應(yīng)滿足下表的要求 GSM900 4類功率等級移動臺類功率等級移動臺 Power LEV發(fā)射機(jī)輸出 功率dBm 功率容限 5332dB 61531133dB 16191155dB DCS1800 1類功率等級移動臺類功率等級移動臺 Power LEV發(fā)射機(jī)輸出 功率dBm 功率容限 0302dB 1828143dB 9131244dB 1415205dB lAPC校準(zhǔn)目的校準(zhǔn)目的：是為了讓手機(jī)的發(fā)射功率能夠 滿足GSM05.05中對各個功率等級的定義。 lAPC校準(zhǔn)參數(shù)校準(zhǔn)參數(shù)：Scaling Factor(即各功率等級 對應(yīng)的DAC值) lAP

14、C 用10位D/A轉(zhuǎn)換器，共可代表1024個數(shù)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。 l已調(diào)信號，經(jīng)過混頻、射頻放大，再經(jīng)功率放 大器（PA）放大、濾波后從天線發(fā)送出去。發(fā) 送信號的功率和形狀（burst shape）由PA決定。 lAPC校準(zhǔn)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(fā) 射信號滿足規(guī)范的要求（功率大小、相連PCL 的功率、切換頻譜、Burst Shape等）。 l發(fā)射信號的形狀如圖1 所示，它包括三部分：Ramp Up、 Mid-Burst、Ramp Down。其中Mid-Burst

15、 為平坦部分， 決定著信號的功率。 Ramp Up和Ramp Down不能太陡， 否則產(chǎn)生帶外頻譜和雜散發(fā)射，引起鄰近頻道干擾。 lRamp UP和Ramp Down（Burst Shape除去Mid-Burst后的形狀） 用0到Pi的三次正弦函數(shù)模擬。前16個點對應(yīng)Ramp UP,后16個點 對應(yīng)Ramp Down。 l校準(zhǔn)過程中，不對發(fā)射信號形狀校準(zhǔn)，因為校準(zhǔn)過程比較麻煩，每 個功率等級有32個點，數(shù)據(jù)量大，而且不太容易用程序去判斷是否 校準(zhǔn)成功，現(xiàn)在同一頻帶各個功率等級均使用同一個Ramp Profile， 不同頻帶的Ramp Profile稍有不同。 lAPC校準(zhǔn)主要是校準(zhǔn)Scalin

16、g Factor(DAC值),使發(fā)射功 率幅值調(diào)整在GSM規(guī)定的范圍內(nèi)。如圖3所示。 l校準(zhǔn)步驟：（以RFMD系列APC校準(zhǔn)為例， 采用3點校準(zhǔn)法） l第一步：命令手機(jī)發(fā)射一定功率控制等級(PCL) 的信號，調(diào)整Scaling Factor大小使發(fā)射功率在 要求范圍內(nèi)。 l重復(fù)發(fā)射三次（PCL_low,PCL_mid,PCL_h）， 得到三個對應(yīng)的Scaling Factor，將這三個 Scaling Factor（DAC）分別轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的 V_set_low，V_set_mid和V_set_h。 l第二步：由(PCL_h, V_set _h)和(PCL_mid, V_set _mid) 兩點

17、計算出兩點之間直線的斜率。根據(jù)這個線性關(guān)系計 算出最大功率控制等級與中間功率控制等級 （PCL5PCL12,以GSM900為例）之間每個功率控制 等級對應(yīng)的V_set。 l同樣，由(PCL_mid, V_set_mid)和(PCL _low, V_set_low)兩點計算出PCL12PCL19之間每個功率控 制等級對應(yīng)的V_set。 lV_set（Vapc）與功率控制等級PCL分段 線性，如圖4所示。 PCL V_set（） 51219170 (PCL_mid, V_set_mid) (PCL_low, V_set_low) (PCL_h, V_set_h) l第三步：將計算出的每個功率控制等

18、級對 應(yīng)的V_set轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的Scaling Factor值， 并保存到NVRAM。檢驗每個功率控制等 級發(fā)射功率，如在限定范圍內(nèi)，校準(zhǔn)通過。 ADC校準(zhǔn) l校準(zhǔn)目的：校準(zhǔn)目的：用于校準(zhǔn)基帶ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換 器）對模擬電壓檢測轉(zhuǎn)換的精度，校準(zhǔn)手 機(jī)檢測到的電池電壓與實際的電量顯示之 間的關(guān)系，使電量的顯示格數(shù)與實際的電 量一致。 l校準(zhǔn)參數(shù)校準(zhǔn)參數(shù)：slope，offset 校準(zhǔn)步驟校準(zhǔn)步驟： l第一步：分別設(shè)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。 l然后用手機(jī)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,CHARGER_AD C_Output_0和 BATTERY_ADC_OUTPUT_1,CHARGER_AD C_Output_1。 l第