高通平台校准原理.pptx

1、高通平台校准原理Agenda一、GSM RX Calibration二、GSM TX Calibration三、WCDMA RX Calibration四、WCDMA TX CalibrationCalibration ConceptWhy need to Calibration?Why need to Calibration?-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

2、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.Calibration ConceptCalibration PurposeCalibration Purpose-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

3、功率等级上发射 Calibration ConceptCalibration ContentCalibration Content-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-How The Phone Interprets PowerAutomatic Gain Control(AGC)Automatic Gain Control(AGC)Theory-How The Phone Interprets PowerConversion Between TX AGC and dBmConversion Between TX

4、AGC and dBmTheory-How The Phone Interprets PowerConversion Between RX AGC and dBmConversion Between RX AGC and dBmGSM RX CalibrationQualcomm GSM RX StructureQualcomm GSM RX Structure GSM RX Calibration以RX（Receiver）而言，LNA（Low noise amplifier）的Gain，会影响整体电路的NF（Noise Figure）。NF公式如下：f为各级电路的NF，G则是各级电路的Gai

5、n。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Path loss一直在更改，加上附近周围环境的Shadowing effect，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。GSM RX Calibration 由以上示意图可知，LNA的输入讯号不固定，

6、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（Automatic gain control）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（Variable gain amplifier）架构。透过AGC，缩减输出讯号的动态范围GSM RX Calibration 由于高通6285A RX采用零中频架构，会直接将接收的RF

7、讯号，下变频到基带；透过ADC（Analog Digital Converter）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6285A GSM四频的LNA，都采用Gain-stepped架构，有五种Gain Mode，皆有其Gain Range，分别应用于不同强度范围的RX power。然而在单一事件内，只会有一种Gain Mode 处于Enable状态，其余四个Gain Mode，便处于Disable状态。换句话说，不能能有两种以上Gain Mode，同时处于Enable状态。当RX

8、 power 较大时，LNA会采用Low Gain Mode，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RX power较小时，会采用High Gain Mode，提升SNR，使后端ADC能解调成功。GSM RX CalibrationGSM RX LNA Gain Range 示意图GSM RX Calibration另外，例如GSM850/900频段的五种Gain Mode的Gain值分别如下：GSM850/900频段五种Gain Mode的Gain值由于单一时间，只有一种Gain Mode处于Enable状态，Gain Mode 0 的Gain值最大，为72.5dBm，

9、因此850/900频段的LNA，动态范围即72.5dBm。参考资料：高通文档高通文档 RTR6285/RTR6280/RTR6237/RGR1100/MXU6219 RTR6285/RTR6280/RTR6237/RGR1100/MXU6219 RF NV Items RF NV Items（80-VD861-1280-VD861-12）GSM RX CalibrationQualcomm GSM RX Calibration ProcessQualcomm GSM RX Calibration Process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

10、，RX Calibration便是计算不同Channel在各个Gain Mode，其RSSI与Cell Power的差异，并补偿其差异，尽可能使Cell Power与RSSI能一致。以GSM850频带，Gain Mode 0为例，其流程如下：Step1、综测仪（Agilent8960或CMU200）设置固定大小的Cell power（-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Gain RangeGain Range=16*（10*LOG（RSSIi）-（-80dBm）其中i为Channel值

11、Step4、将其step3所计算的Gain Range，填入下列NV：NV_GSM_RX_GAIN_RANGE_#_FREQ_COMP_iNV_GSM_RX_GAIN_RANGE_#_FREQ_COMP_i其中i为Channel值而实际执行GSM RX Calibration后，GSM850 Gain Mode 0所计算的Gain Range如下表：GSM RX CalibrationGSM 850 Gain Mode 0 for Gain Range上下限值分别为18002500，（根据QSPR校准工具，如下图）GSM RX Calibration而其计算出的Gain Range，皆在范围内

12、。而若将其画成曲线，如下图：当GSM850的Channel128，其Gain Mode 0 会读取2232这个值，使Cell Power与RSSI能一致，经实验发现，当Cell Power 为-109.5dBm时，其RSSI为-108-109dBm，算是相当一致。GSM TX CalibrationQualcomm GSM TX StructureQualcomm GSM TX Structure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IQ Modulation GSM TX Calibration而是会先将IQ讯号装换

13、成AM（Amplitude Modulation）讯号跟PM（Phase Modulation），然后再合成为RF讯号，也就是所谓的Polar ModulationGSM TX CalibrationPolar Modulation ConceptPolar Modulation Concept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Polar Modulation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

14、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Envelope Amplifier，来放大其AM讯号，最后再和放大后的PM讯号合成。GSM TX Calibration 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。

15、GSM TX Calibration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（Coordinate Rotation Digital）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Rectangular to Polar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。GSM TX

16、 Calibration零中频的架构，容易会有LO leakage（本振泄露）的现象然而同样零中频架构，Polar Modulation又比IQ Modulation，更容易有LO leakage的现象，因此在GSM TX校准过程中，必须一开始就先针对Carrier Suppression 作优化，否则会连带使接下来的讯号，都一并失真。高通RTR6285A，在GSM TX校准过程中，会做DC Calibration。GSM TX Calibration因此由MSM到RTR6285A的PM讯号，会有两个路径，GSM TX CalibrationAMAM AMPMAMAM AMPMGSM TX 校准 AMAM AMPM：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。GSM TX Calibration但Polar PA，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：