高通平台校准原理

高通平台校准原理Agenda一、GSMRXCalibration二、GSMTXCalibration三、WCDMARXCalibration四、WCDMATXCalibrationCalibrationConceptWhyneedtoCalibration?---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.CalibrationConceptCalibrationPurpose---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CalibrationConceptCalibrationContent---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-HowThePhoneInterpretsPowerAutomaticGainControl(AGC)Theory-HowThePhoneInterpretsPowerConversionBetweenTXAGCanddBmTheory-HowThePhoneInterpretsPowerConversionBetweenRXAGCanddBmGSMRXCalibrationQualcommGSMRXStructureGSMRXCalibration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。GSMRXCalibrationGSMRXLNAGainRange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）GSMRXCalibrationQualcommGSMRXCalibrationProcess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（RSSI[i]）-（-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：GSMRXCalibrationGSM850GainMode0forGainRange上下限值分别为1800~2500，（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。GSMTXCalibrationQualcommGSMTXStructure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IQModulationGSMTXCalibration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PolarModulationGSMTXCalibrationPolarModulationConcept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，GSMTXCalibrationAMAMAMPMGSMTX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。GSMTXCalibrationPre-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，