手机校准介绍

校准原理介绍手机校准项目AFC:自动频率控制校准Pathloss：路径损耗校准IQ：IQ信号校准APC：自动功率控制校准ADC：电量显示校准AFC校准AFC校准目的：AFC（Automaticfrequencycontrol），就是自动频率控制；我们的手机在移动过程中，所处的小区是在不断的切换的，而不同的小区频率是有差异的，为了在不同的小区不同的信道下都能同步网络（同步网络是指手机的本振频率和网络的载波频率保持一致），我们的手机本振频率必须要能够自动调节以和网络同步，并且频率误差（频偏）必须在GSM规定的范围之内（误差范围为0.1PPM）。因此，为了得到比较精确的频率，必须对手机输出的频率进行校准。校准参数：CAP_ID,SLOPE,InitialDAC如图1所示，根据锁相环原理，本地振荡器输出频率大小与26MVCXO呈一定比例关系，因此手机输出频率精度只与26MVCXO输出精度有关。26MVCXO内部结构如图2所示，由输出放大器，输出缓冲器，可编程电容阵列和片上可变电容，以及一个片内调节器（P沟道导通形MOS管-LDO）。图3.VCXO部分等效图在MTK方案中，利用调节VCXO中的负载电容来调节晶振输出的频率；负载电容分为两个部分，一部分是用于校准元器件偏差用的可编程电容阵列，另一部分为受AFC电压控制的压控可变电容。校准的步骤先是确定一个可编程电容阵列的组合方式，找到频偏较小的CAP_ID值。然后再利用VAFC对应的DAC值去调整压控可变电容的大小，校准DAC值与频偏的曲线,得到斜率slope和最小频偏对应的DAC值，使电路输出信号的频偏在我们既定的范围之内。可编程电容阵列中有六个电容，每个电容的容量依次为2的次幂，每个电容都有一个对应的ID(地址);使用时，只要选中该电容的ID值（ID可以有0和1两种状态，只要置１就为选中状态）就可以使用该电容去进行相应的补偿，ID大小范围0~63.CAP_ID校准：第一步：对可编程电容阵列置零（都不选中，六个电容值为全零，即capid为0），然后VAFC给出一个适中的电压(例如DAC为4000，目的是让初始频率位于调节范围的中间)让压控振荡器产生一个频率，测量出频率偏差。第二步：对可编程电容阵列置1全部选中，六个电容都为开启状态，即capid为63），然后VAFC给出一个电压(和第一步给的电压要一样)让压控振荡器产生第二个频率，测量出频率偏差。第三步：判断两次测量的频率误差的积是否小于零，是则表明振荡器输出频率是可调的；反之则不可调，校准失败。第四步：设定CAP_ID的值（.ini文件中指定，设定为对应频偏接近于0的CAP_ID值,如CAP_ID=23），由于芯片硬件差异，此时的CAP_ID值对应的频偏并不是最小的。采用MTK给定的运算法则（逼近法），找到频偏为零或最接近于零的CAP_ID值。再根据此CAP_ID值，分别令DAC值为0和8191，检验频偏是否在限定范围内。图4.CAP_ID与频偏关系（注意：频偏与CAP_ID的曲线关系并不是线性的）频偏63CAP_ID0此处CAP_ID对应频偏最小（）23Slope与InitialDAC值校准：图5.DAC与频偏线性关系对片上可变电容校准，改变VAFC的大小（这里用DAC值表示），得到DAC值与频偏的曲线关系。校准步骤第一步：令DAC值分别为DAC1，DAC2,DAC1<DAC2，命令手机发射信号（这里的CAP_ID值为已经校准了的最小频偏CAP_ID值），测量并记录对应的频偏为△f1,△f2。第二步：根据（DAC1,△f1），（DAC2,△f2）这两点，计算出频偏与曲线的斜率slope和offset（DAC为0时对应的频偏值），该线性关系如图5所示。第三步：根据斜率slope和offset值计算出频偏为零时的DAC值（initialDAC）。判断slope和initialDAC值是否在限定范围内。AFC校准完成后，以后手机在使用中调整频率时，CAP_ID为校准了的CAP_ID值固定不变，DAC值则根据测量得到的频偏，slope和offset计算出来。Pathloss校准路径损耗是指仪器发射的信号（已经考虑线损之后的功率）和手机测量到的RSSI（接收信号强度）之差。校准步骤：第一步：综测仪给手机发射某一特定频率的信号，手机接收到之后进行读取测量。第二步：软件通过综测仪去读取手机测量的结果，与自己发射出去的信号的功率大小相比较，所得之差为当前信道的Pathloss值。第三步：更换信道，采用同样的办法校准，将校准结果写入到手机的flash中，以后手机在使用中就根据当时所在的信道调用相应的Pathloss值作为该信道的补偿。IQ校准IQ信号是我们的调制信号，里面包含了我们需要的有用信息。基带信号很容易受到干扰,为了防止干扰,将信号分成了I路和Q路,在解调时即使某时收到干扰,根据IQ信号的特性,我们只要对IQ信号进行交替取样就能完全还原出调制信号。IQ信号是一路是0°和180°，另一路是90°和270°，叫做I路和Q路，它们就是两路严格正交的信号，他们的幅度，频率完全相同。IQ校准目的：在实际电路中，I,Q两路的增益和相位会有差异（IQImbalance），使得两路信号不再垂直，导致信号传递误码率升高；同时，本地振荡器可能存在信号泄露，本地振荡器的某些部分还会出现在输出端，这些直流偏置(DCOFFSET，包括同相和正交两路DCOFFSET)的存在可能导致信号进入PA后影响功率控制。因此。需要对IQImbalance和DCOFSSET进行补偿。IQ校准参数：OOS（offsetoriginalsupprission），反应DCOFFSET的大小。SBS(sidebandsupprission)，反应了IQImbalance的大小。以GSM的IQ信号为例，表达式如下

实际电路中，I，Q两路的增益()和相位()会有差异。图中加入Adder来表示本地振荡器信号泄漏的影响OriginOffset（）

于是我们可以得到以下表达式

（3）

（4）表达式（3）代表OriginOffset，（4）代表接收到的信号，可以看出几个参数对真实信号的影响

校准过程中用到补偿参数对（offsetI,offsetQ）,(trimI,trimQ)。（offsetI,offsetQ）用以补偿同相和正交两路的DCOFFSET；（trimI,trimQ）用以补偿增益Imbalance和相位Imbalance。OOS校准：通过4个补偿参数对（offset_I1,offset_Q1）……（offset_I4,offset_Q4），分别测量对应的OOS1，OOS2，OOS3，OOS4。然后根据这些参数计算出最优的offset_I和offset_Q使得OOS最小。用到4个参数对是因为计算最优参数时有4个未知数：offset_I，offset_Q，M，△。M为数模转换率，△为中心频率噪声，与IQ信号无关。SBS校准与OOS类似，用到三个补偿参数对，计算最优参数对（trim_I,trim_Q）使得SBS最小。计算最优参数对时有三个未知数（trim_I,trim_Q,o），o为边带频率噪声。检验：根据最优的补偿参数对发射信号，检验OOS与SBS是否在限定范围内。APC校准APC：自动功率控制。GSM由于采用发射机动态功率控制机制，手机在通话过程中其发射功率随着其离基站远近而自动由基站调整。GSM900手机的发射功率有5~19一共15级,功率电平控制分别对应于33~5dBm。DCS1800手机发射功率有0~15一共16级,功率电平控制分别对应于30~0dBm,每增加一级电平，手机发射功率下降2dB。功率级别由基站控制完成。

发射机各功率等级的载频峰值功率及容限值应满足下表的要求GSM9004类功率等级移动台PowerLEV发射机输出功率dBm

功率容限533±2dB6～1531～13±3dB16～1911～5±5dBDCS18001类功率等级移动台PowerLEV发射机输出功率dBm

功率容限030±2dB1～828～14±3dB9～1312～4±4dB14～152～0±5dBAPC校准目的：是为了让手机的发射功率能够满足GSM05.05中对各个功率等级的定义。APC校准参数：ScalingFactor(即各功率等级对应的DAC值)APC用10位D/A转换器，共可代表1024个数值。VAPC的电压值范围是0.3V-2.2V，DAC值每改变1，输出电压将改变1.86mV。已调信号，经过混频、射频放大，再经功率放大器（PA）放大、滤波后从天线发送出去。发送信号的功率和形状（burstshape）由PA决定。APC校准原理就是通过测量、计算得到一系列DAC值，去控制PA的增益，使得不同PCL的发射信号满足规范的要求（功率大小、相连PCL的功率、切换频谱、BurstShape等）。发射信号的形状如图1所示，它包括三部分：RampUp、Mid-Burst、RampDown。其中Mid-Burst为平坦部分，决定着信号的功率。RampUp和RampDown不能太陡，否则产生带外频谱和杂散发射，引起邻近频道干扰。RampUP和RampDown（BurstShape除去Mid-Burst后的形状）用0到Pi的三次正弦函数模拟。前16个点对应RampUP,后16个点对应RampDown。校准过程中，不对发射信号形状校准，因为校准过程比较麻烦，每个功率等级有32个点，数据量大，而且不太容易用程序去判断是否校准成功，现在同一频带各个功率等级均使用同一个RampProfile，不同频带的RampProfile稍有不同。APC校准主要是校准ScalingFactor(DAC值),使发射功率幅值调整在GSM规定的范围内。如图3所示。校准步骤：（以RFMD系列APC校准为例，采用3点校准法）第一步：命令手机发射一定功率控制等级(PCL)的信号，调整ScalingFactor大小使发射功率在要求范围内。重复发射三次（PCL_low,PCL_mid,PCL_h），得到三个对应的ScalingFactor，将这三个ScalingFactor（DAC）分别转换成对应的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)两点计算出两点之间直线的斜率。根据这个线性关系计算出最大功率控制等级与中间功率控制等级（PCL5~PCL12,以GSM900为例）之间每个功率控制等级对应的V_set。同样，由(PCL_mid,V_set_mid)和(PCL_low,V_set_low)两点计算出PCL12~PCL19之间每个功率控制等级对应的V_set。V_set（Vapc）与功率控制等级PCL分段线性，如图4所示。PCLV_set（）51219170(PCL_mid,V_set_mid)(PCL_low,V_set_low)(PCL_h,V_set_h)第三步：将计算出的每个功率控制等级对应的V_set转换成对应的ScalingFactor值，并保存到NVRAM。检验每个功率控制等级发射功率，如在限定范围内，校准通过。ADC校准校准目的：用于校准基带ADC（模数转换器）对模拟电压检测转换的精度，校准手机检测到的电池电压与实际的电量显示之间的关系，使电量的显示格数与实际的电量一致。校准参数：slope，offset校准步骤：第一步：分别设置电源输出电压为ADC_V1和ADC_V2，用综测仪测量电源电压分别记录为ADC_Measure_Voltage_0和ADC_Measure_Voltage_1。然后用手机通过电池通道和充电通道测量电源电压，分别得到BATTERY_ADC_OUTPUT_0,CHARGER_ADC_Output_0和BATTERY_ADC_OUTPUT_1,CHARGER_ADC_Output_1。第二步：