手機(jī)校準(zhǔn)介紹

校準(zhǔn)原理介紹手機(jī)校準(zhǔn)項(xiàng)目AFC:自動(dòng)頻率控制校準(zhǔn)Pathloss：路徑損耗校準(zhǔn)IQ：IQ信號(hào)校準(zhǔn)APC：自動(dòng)功率控制校準(zhǔn)ADC：電量顯示校準(zhǔn)AFC校準(zhǔn)AFC校準(zhǔn)目的：AFC（Automaticfrequencycontrol），就是自動(dòng)頻率控制；我們的手機(jī)在移動(dòng)過(guò)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(dòng)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）。因此，為了得到比較精確的頻率，必須對(duì)手機(jī)輸出的頻率進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)參數(shù)：CAP_ID,SLOPE,InitialDAC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26MVCXO呈一定比例關(guān)系，因此手機(jī)輸出頻率精度只與26MVCXO輸出精度有關(guān)。26MVCXO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(gè)片內(nèi)調(diào)節(jié)器（P溝道導(dǎo)通形MOS管-LDO）。圖3.VCXO部分等效圖在MTK方案中，利用調(diào)節(jié)VCXO中的負(fù)載電容來(lái)調(diào)節(jié)晶振輸出的頻率；負(fù)載電容分為兩個(gè)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，另一部分為受AFC電壓控制的壓控可變電容。校準(zhǔn)的步驟先是確定一個(gè)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(duì)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(duì)應(yīng)的DAC值，使電路輸出信號(hào)的頻偏在我們既定的范圍之內(nèi)?？删幊屉娙蓐嚵兄杏辛鶄€(gè)電容，每個(gè)電容的容量依次為2的次冪，每個(gè)電容都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的ID(地址);使用時(shí)，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１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0~63.CAP_ID校準(zhǔn)：第一步：對(duì)可編程電容陣列置零（都不選中，六個(gè)電容值為全零，即capid為0），然后VAFC給出一個(gè)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(gè)頻率，測(cè)量出頻率偏差。第二步：對(duì)可編程電容陣列置1全部選中，六個(gè)電容都為開(kāi)啟狀態(tài)，即capid為63），然后VAFC給出一個(gè)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(gè)頻率，測(cè)量出頻率偏差。第三步：判斷兩次測(cè)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。第四步：設(shè)定CAP_ID的值（.ini文件中指定，設(shè)定為對(duì)應(yīng)頻偏接近于0的CAP_ID值,如CAP_ID=23），由于芯片硬件差異，此時(shí)的CAP_ID值對(duì)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(yàn)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63CAP_ID0此處CAP_ID對(duì)應(yīng)頻偏最小（）23Slope與InitialDAC值校準(zhǔn)：圖5.DAC與頻偏線性關(guān)系對(duì)片上可變電容校準(zhǔn)，改變VAFC的大小（這里用DAC值表示），得到DAC值與頻偏的曲線關(guān)系。校準(zhǔn)步驟第一步：令DAC值分別為DAC1，DAC2,DAC1<DAC2，命令手機(jī)發(fā)射信號(hào)（這里的CAP_ID值為已經(jīng)校準(zhǔn)了的最小頻偏CAP_ID值），測(cè)量并記錄對(duì)應(yīng)的頻偏為△f1,△f2。第二步：根據(jù)（DAC1,△f1），（DAC2,△f2）這兩點(diǎn)，計(jì)算出頻偏與曲線的斜率slope和offset（DAC為0時(shí)對(duì)應(yīng)的頻偏值），該線性關(guān)系如圖5所示。第三步：根據(jù)斜率slope和offset值計(jì)算出頻偏為零時(shí)的DAC值（initialDAC）。判斷slope和initialDAC值是否在限定范圍內(nèi)。AFC校準(zhǔn)完成后，以后手機(jī)在使用中調(diào)整頻率時(shí)，CAP_ID為校準(zhǔn)了的CAP_ID值固定不變，DAC值則根據(jù)測(cè)量得到的頻偏，slope和offset計(jì)算出來(lái)。Pathloss校準(zhǔn)路徑損耗是指儀器發(fā)射的信號(hào)（已經(jīng)考慮線損之后的功率）和手機(jī)測(cè)量到的RSSI（接收信號(hào)強(qiáng)度）之差。校準(zhǔn)步驟：第一步：綜測(cè)儀給手機(jī)發(fā)射某一特定頻率的信號(hào)，手機(jī)接收到之后進(jìn)行讀取測(cè)量。第二步：軟件通過(guò)綜測(cè)儀去讀取手機(jī)測(cè)量的結(jié)果，與自己發(fā)射出去的信號(hào)的功率大小相比較，所得之差為當(dāng)前信道的Pathloss值。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(xiě)入到手機(jī)的flash中，以后手機(jī)在使用中就根據(jù)當(dāng)時(shí)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)IQ信號(hào)是我們的調(diào)制信號(hào)，里面包含了我們需要的有用信息。基帶信號(hào)很容易受到干擾,為了防止干擾,將信號(hào)分成了I路和Q路,在解調(diào)時(shí)即使某時(shí)收到干擾,根據(jù)IQ信號(hào)的特性,我們只要對(duì)IQ信號(hào)進(jìn)行交替取樣就能完全還原出調(diào)制信號(hào)。IQ信號(hào)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(hào)，他們的幅度，頻率完全相同。IQ校準(zhǔn)目的：在實(shí)際電路中，I,Q兩路的增益和相位會(huì)有差異（IQImbalance），使得兩路信號(hào)不再垂直，導(dǎo)致信號(hào)傳遞誤碼率升高；同時(shí)，本地振蕩器可能存在信號(hào)泄露，本地振蕩器的某些部分還會(huì)出現(xiàn)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(dǎo)致信號(hào)進(jìn)入PA后影響功率控制。因此。需要對(duì)IQImbalance和DCOFSSET進(jìn)行補(bǔ)償。IQ校準(zhǔn)參數(shù)：OOS（offsetoriginalsupprission），反應(yīng)DCOFFSET的大小。SBS(sidebandsupprission)，反應(yīng)了IQImbalance的大小。以GSM的IQ信號(hào)為例，表達(dá)式如下

實(shí)際電路中，I，Q兩路的增益()和相位()會(huì)有差異。圖中加入Adder來(lái)表示本地振蕩器信號(hào)泄漏的影響OriginOffset（）

于是我們可以得到以下表達(dá)式

（3）

（4）表達(dá)式（3）代表OriginOffset，（4）代表接收到的信號(hào)，可以看出幾個(gè)參數(shù)對(duì)真實(shí)信號(hào)的影響

校準(zhǔn)過(guò)程中用到補(bǔ)償參數(shù)對(duì)（offsetI,offsetQ）,(trimI,trimQ)。（offsetI,offsetQ）用以補(bǔ)償同相和正交兩路的DCOFFSET；（trimI,trimQ）用以補(bǔ)償增益Imbalance和相位Imbalance。OOS校準(zhǔn)：通過(guò)4個(gè)補(bǔ)償參數(shù)對(duì)（offset_I1,offset_Q1）……（offset_I4,offset_Q4），分別測(cè)量對(duì)應(yīng)的OOS1，OOS2，OOS3，OOS4。然后根據(jù)這些參數(shù)計(jì)算出最優(yōu)的offset_I和offset_Q使得OOS最小。用到4個(gè)參數(shù)對(duì)是因?yàn)橛?jì)算最優(yōu)參數(shù)時(shí)有4個(gè)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(hào)無(wú)關(guān)。SBS校準(zhǔn)與OOS類似，用到三個(gè)補(bǔ)償參數(shù)對(duì)，計(jì)算最優(yōu)參數(shù)對(duì)（trim_I,trim_Q）使得SBS最小。計(jì)算最優(yōu)參數(shù)對(duì)時(shí)有三個(gè)未知數(shù)（trim_I,trim_Q,o），o為邊帶頻率噪聲。檢驗(yàn)：根據(jù)最優(yōu)的補(bǔ)償參數(shù)對(duì)發(fā)射信號(hào)，檢驗(yàn)OOS與SBS是否在限定范圍內(nèi)。APC校準(zhǔn)APC：自動(dòng)功率控制。GSM由于采用發(fā)射機(jī)動(dòng)態(tài)功率控制機(jī)制，手機(jī)在通話過(guò)程中其發(fā)射功率隨著其離基站遠(yuǎn)近而自動(dòng)由基站調(diào)整。GSM900手機(jī)的發(fā)射功率有5~19一共15級(jí),功率電平控制分別對(duì)應(yīng)于33~5dBm。DCS1800手機(jī)發(fā)射功率有0~15一共16級(jí),功率電平控制分別對(duì)應(yīng)于30~0dBm,每增加一級(jí)電平，手機(jī)發(fā)射功率下降2dB。功率級(jí)別由基站控制完成。

發(fā)射機(jī)各功率等級(jí)的載頻峰值功率及容限值應(yīng)滿足下表的要求GSM9004類功率等級(jí)移動(dòng)臺(tái)PowerLEV發(fā)射機(jī)輸出功率dBm

功率容限533±2dB6～1531～13±3dB16～1911～5±5dBDCS18001類功率等級(jí)移動(dòng)臺(tái)PowerLEV發(fā)射機(jī)輸出功率dBm

功率容限030±2dB1～828～14±3dB9～1312～4±4dB14～152～0±5dBAPC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(duì)各個(gè)功率等級(jí)的定義。APC校準(zhǔn)參數(shù)：ScalingFactor(即各功率等級(jí)對(duì)應(yīng)的DAC值)APC用10位D/A轉(zhuǎn)換器，共可代表1024個(gè)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。已調(diào)信號(hào)，經(jīng)過(guò)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(hào)的功率和形狀（burstshape）由PA決定。APC校準(zhǔn)原理就是通過(guò)測(cè)量、計(jì)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(hào)滿足規(guī)范的要求（功率大小、相連PCL的功率、切換頻譜、BurstShape等）。發(fā)射信號(hào)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(hào)的功率。RampUp和RampDown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。RampUP和RampDown（BurstShape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(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)RampUP,后16個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)RampDown。校準(zhǔn)過(guò)程中，不對(duì)發(fā)射信號(hào)形狀校準(zhǔn)，因?yàn)樾?zhǔn)過(guò)程比較麻煩，每個(gè)功率等級(jí)有32個(gè)點(diǎn)，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(gè)功率等級(jí)均使用同一個(gè)RampProfile，不同頻帶的RampProfile稍有不同。APC校準(zhǔn)主要是校準(zhǔn)ScalingFactor(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。校準(zhǔn)步驟：（以RFMD系列APC校準(zhǔn)為例，采用3點(diǎn)校準(zhǔn)法）第一步：命令手機(jī)發(fā)射一定功率控制等級(jí)(PCL)的信號(hào)，調(diào)整ScalingFactor大小使發(fā)射功率在要求范圍內(nèi)。重復(fù)發(fā)射三次（PCL_low,PCL_mid,PCL_h），得到三個(gè)對(duì)應(yīng)的ScalingFactor，將這三個(gè)ScalingFactor（DAC）分別轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)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(diǎn)計(jì)算出兩點(diǎn)之間直線的斜率。根據(jù)這個(gè)線性關(guān)系計(jì)算出最大功率控制等級(jí)與中間功率控制等級(jí)（PCL5~PCL12,以GSM900為例）之間每個(gè)功率控制等級(jí)對(duì)應(yīng)的V_set。同樣，由(PCL_mid,V_set_mid)和(PCL_low,V_set_low)兩點(diǎn)計(jì)算出PCL12~PCL19之間每個(gè)功率控制等級(jí)對(duì)應(yīng)的V_set。V_set（Vapc）與功率控制等級(jí)PCL分段線性，如圖4所示。PCLV_set（）51219170(PCL_mid,V_set_mid)(PCL_low,V_set_low)(PCL_h,V_set_h)第三步：將計(jì)算出的每個(gè)功率控制等級(jí)對(duì)應(yīng)的V_set轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的ScalingFactor值，并保存到NVRAM。檢驗(yàn)每個(gè)功率控制等級(jí)發(fā)射功率，如在限定范圍內(nèi)，校準(zhǔn)通過(guò)。ADC校準(zhǔn)校準(zhǔn)目的：用于校準(zhǔn)基帶ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）對(duì)模擬電壓檢測(cè)轉(zhuǎn)換的精度，校準(zhǔn)手機(jī)檢測(cè)到的電池電壓與實(shí)際的電量顯示之間的關(guān)系，使電量的顯示格數(shù)與實(shí)際的電量一致。校準(zhǔn)參數(shù)：slope，offset校準(zhǔn)步驟：第一步：分別設(shè)置電源輸出電壓為ADC_V1和ADC_V2，用綜測(cè)儀測(cè)量電源電壓分別記錄為ADC_Measure_Voltage_0和ADC_Measure_Voltage_1。然后用手機(jī)通過(guò)電池通道和充電通道測(cè)量電源電壓，分別得到BATTERY_ADC_OUTPUT_0,CHARGER_ADC_Output_0和BATTERY_ADC_OUTPUT_1,CHARGER_ADC_Output_1。第二步：