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高通平台校准原理介绍WCDMA校准部分 祝琴2010年11月 目录 校准概述QSC6240平台校准原理 WCDMA的发射机和接收机校准 EDGE的发射机和接收机校准校准项目 校准概述 什么是校准校准目的校准内容移动台如何利用校准数据校准系统的硬件构成 校准概述 什么是校准 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 为了消除这种影响 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 校准概述 校准目的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 校准概述 校准内容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 校准概述 NV Non Volatile 非易失性存储器射频相关的NV值StaticRFNVitems Measuredonceperdesign MeasuredRFNVitems IsdeterminedbytheRFcalibrationprocess 射频校准数据存储在动态NVNV数据备份生成QCN文件 进行读写 校准概述移动台如何利用校准数据 在工厂模式 FTM 下 校准得到的数据存储在AMSS的NV中 在正常工作模式工作时 AMSS调用上述校准数据确保手机的射频指标 校准概述 校准系统的硬件构成 W Agilent8960 校准项目MSM6290和QSC6240平台校准项目差异 校准项目MSM6290和QSC6240平台校准项目差异 校准项目 WCDMARXCALTempCalibration温度ADC检测校准LNACalibration接收灵敏度校准WCDMATXCALLinearCalibrationPA线性校准 确保输出信号功率的准确度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 功率的表示方法 功率的表示方法RxAGC和dBm的转换 106 20 7dBm 功率的表示方法TxAGC和dBm的转换 57 3 28dBm WCDMA接收机校准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 WCDMA接收机校准RXLNACalibration cont 接收机电路工作原理框图接收机校准主要包括 DVGAOffset校准和LNAOffset校准 WCDMA接收机校准RXLNACalibration cont 校准过程中将读取的DVGAgainoffset和LNAoffset填入下表对应的NV项为 NV WCDMA VGA GAIN OFFSET I NV WCDMA LNA RANGE OFFSET I NV WCDMA LNA RANGE OFFSET 2 I阴影部分表示参考信道 WCDMA接收机校准RXLNACalibration cont 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 WCDMA接收机校准RXLNACalibration cont DVGAGAINOffset 48 实际值 理想值 WCDMA接收机校准RXLNACalibration cont NV WCDMA VGA GAIN OFFSET I校准流程 1 置DUT工作于FTM模式 参考信道CH97432 置DUT工作于LNA的最大增益状态 GainState0 3 置综测仪8960输出功率 70dBm NV WCDMA LNA RANGE FALL I中定义 改变数据格式值为 152 AGCUnit 4 调用FTM命令GetDVGAOffset 参数为 1525 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 WCDMA接收机校准RXLNACalibration cont FTM指令GetDVGAOffset 包含的指令动作如下 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 WCDMA接收机校准RXLNACalibration cont LNAOffset WCDMA接收机校准RXLNACalibration cont WCDMA接收机校准RXLNACalibration cont NV WCDMA LNA RANGE OFFSET I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输出功率 66dBm NV WCDMA LNA RANGE RISE I中定义 改变数据格式值为 112 AGCUnit 4 调用FTM命令GetLNAOffset 需要两个参数 LNAoffsetindex 1 LNAoffset 112 5 将GetLNAOffset的返回值写入NV项NV WCDMA LNA RANGE OFFSET I WCDMA接收机校准RXLNACalibration cont NV WCDMA LNA RANGE OFFSET 2 I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LNAGainState23 置综测仪8960输出功率 44dBm NV WCDMA LNA RANGE RISE 2 I中定义 改变数据格式值为108 AGCUnit 4 调用FTM命令GetLNAOffset 需要两个参数 LNAoffsetindex 2 LNAoffset 108 5 将GetLNAOffset的返回值写入NV项NV WCDMA LNA RANGE OFFSET 2 I WCDMA接收机校准RXLNACalibration cont FTM指令GetLNAOffset 包含的指令动作如下 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 WCDMA接收机校准RXLNACalibration cont DVGA信道补偿校准NV WCDMA VGA GAIN OFFSET VS FREQ I Datatype 8 bitsigned Datarange 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 I Datatype 8 bitsigned Datarange 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 WCDMA接收机校准RXLNACalibration cont 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参考频道的选中遵循如下原则从校准列表中选取选择的参考频道能使得与频率相关的校准项既有正值也有负值 以防止NV值溢出理论上无论什么样的频道作为参考信道 最后都获得一样的结果 WCDMA接收机校准RXLNACalibration cont 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 WCDMA接收机校准RXLNACalibration cont 测试频点 WCDMA发射机校准LinearCalibration 发射机电路框图 双工器 PA Transceiver BB 定向耦合器 PWR DET PA RANGE 1 PA RANGE 0 VMODE0 VMODE1 SSBI1 DATA SBDT WCDMA发射机校准LinearCalibration 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 WCDMA发射机校准LinearCalibration 发射机电路工作原理图 TX AGC ADJPDM TX AGC ADJpin WCDMA发射机校准LinearCalibration cont 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 WCDMA发射机校准LinearCalibration cont 定时器的时间滞后功能当TX功率持续降低1 一旦功率低于PA的RISE切换点 计时器开始计时 2 状态机仍使PA保持在高等级的增益状态 直到计时器超时 状态机将PA切换到下一增益等级 3 一旦功率低于PA的FALL切换点 状态机立即将PA切换至较低增益等级状态 此时无需启动计时器 WCDMA发射机校准LinearCalibration cont 定时器的时间滞后功能当TX功率持续升高一旦功率高于PA的RISE切换点 状态机立即将PA切换至较高增益等级状态TX功率持续升高中 无需启动计时器 WCDMA发射机校准LinearCalibration cont 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 TxAGCadjPDMcontrolsignal WCDMA发射机校准LinearCalibration cont 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 QSC6240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 Txoutputpower WCDMA发射机校准LinearCalibration cont 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 WCDMA发射机校准LinearCalibration cont PDM表和MASTER表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Qualcomm参考设计使用PA增益状态为0 1 3 但是映射到的线性表编号为0 1 2 这个映射关系可以在NV WCDMA PA RANGE MAP中定义 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MASTER表 WCDMA发射机校准LinearCalibration cont PDM表 1用户能生成自己的PDM表 基于以下原则 PDM值的范围是0 127 每个PAgainstate都有不同的stepsize 步进值的选择应考虑到要覆盖PA某一增益状态的整个动态范围PARange0 Lowestgainstate stepsize 2PARange1 3 stepsize 3 第一个PDM表中的64个值并非都会用到 WCDMA发射机校准LinearCalibration cont PDM表 2在每个PARange 建议PDM表的上限都预留一个动态余量值 headroom 动态余量值用以进行最差情况下的温度补偿和频率补偿动态余量值因设计 个体的不同而不同 需要在校准过程中确定Forexample PArange0的切换点功率值708 inTxAGCunits 2dBm 频率补偿 38 inTxAGCunits 温度补偿 42 inTxAGCunits 最小动态余量 38 42 80counts PArange0的TX LIN MASTER上限值最少为 708 80 788 WCDMA发射机校准LinearCalibration cont Tx线性校准过程 11 设置手机模式WCDMA2 设置PARange3 设置UE 综测仪工作于参考信道4 针对每一个PARange 确定其对应的最大输出功率maxpower RiseSwitchpoint headroom5 改变PDM值使输出期望最大功率 并将此时的PDM记录为max pdm6 调用FTM TX SWEEP CAL命令 参数1 tx sweep pdm start pwr max pdm参数2 Tx sweep step size WCDMA发射机校准LinearCalibration cont Tx线性校准过程 27 针对每一个PARange 生成PDM并写入NVNV WCDMA TX PDM LIN 0 ENH INV WCDMA TX PDM LIN 1 INV WCDMA TX PDM LIN 2 I8 从FTM TX SWEEP CAL命令的返回值中 获得PDM表中每个PDM值对应的Tx功率电平值 写入NVNV WCDMA TX LIN MASTER 0 ENHNV WCDMA TX LIN MASTER 1 INV WCDMA TX LIN MASTER 2 I9 从PDM表和MASTER表中剔除非单调测试点 WCDMA发射机校准LinearCalibration cont FTM TX SWEEP CAL指令1 一个低电平触发脉冲后定时器开始计时 UE以stepsize 2逐步减小PDM值 时间间隔20ms2 减小PDM的同时测量Tx功率电平值 从高功率到低功率 3 StartPwr 之前获得的max pdm WCDMA发射机校准LinearCalibration cont WCDMA发射机校准LinearCalibration cont WCDMA发射机校准TxvsFreqCalibration cont 频率补偿校准NV WCDMA TX COMP VS FREQ 0 INV WCDMA TX COMP VS FREQ 1 INV WCDMA TX COMP VS FREQ 2 I1 设置UE工作于WCDMA PARange0 lowestgainstate 2 设置UE和综测仪处于参考信道3 调整TX AGC ADJPDM值使输出功率等于RI RISE和RI FALL之间的某一固定值 记录下输出功率值为X1 dBm 4 PDM值不变 切换信道channel i 再次测量输出功率值 记为X i 5 NV WCDMA TX COMP VS FREQ 0 I i X i X1 12 WCDMA发射机校准HDETCalibration HDET校准TX线性表中实际上也包含了频率补偿和温度补偿 所以 TX GAIN CTL能精确地表示真实的功率值 但是 由于存在温度梯度及其它一些不能补偿的因素 TX GAIN CTL并不能足够准确地进行最大功率限制 maximumTxoutputpowerlimiting 需要高功率检测电路HDET HighpowerDetect WCDMA发射机校准HDETCalibration cont HDET反馈回路NV WCDMA TX LIM VS TEMP I定义了最大期望发射功率值 也是TX GAIN LIMIT寄存器中的初始值注意 HDET电路只做最大功率限制 不影响Tx在其他情况下的功率值 WCDMA发射机校准HDETCalibration cont HDET校准1 在参考频点 测量并建立HDET值和AGC的线性关系2 在TxLinearSweep测试过程中 当进行到PA最高增益等级的sweep测量时 通过使用FTM命令FTM GET HDET FROM TX SWEEP CAL获得对应的HDET值3 HDET表中的16个功率值已预先确定 只需填入对应的HDET值 HDET值