高通平台校准原理介绍

1、高通平台校准原理介绍WCDMA校准部分,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

2、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

3、准概述,NV：(Non-Volatile) 非易失性存储器 射频相关的NV值 Static RF NV items: Measured once per design. Measured RF NV items: Is determined by the RF calibration process. 射频校准数据存储在动态NV NV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,Agilent 8960,校准

4、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,WCDMA RX CAL Temp Calibration 温度ADC检测校准 LNA Calibration 接收灵敏度校准 WCDMA TX CAL Linear Calibration PA线性校准，确保输出信号功率的准确度 Tx vs Freq Comp 输出功率相对频率的补偿 HDET Calibration 高功率检测电路校准，确保大功率时功控的精度 Tx Lim vs Freq 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Rx AGC和dBm的转换,-

5、106-20.7dBm,功率的表示方法Tx AGC和dBm的转换,-57.3 28dBm,WCDMA 接收机校准RX LNA Calibration,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 (Digital Variable Gain Amplifier 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RX LNA Calibration (cont

6、.),接收机电路工作原理框图 接收机校准主要包括： DVGA Offset校准和LNA Offset校准,WCDMA 接收机校准RX LNA Calibration (cont.),校准过程中将读取的DVGA gain offset和LNA offset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RX LNA Calibration (cont.),DVGA Offset校准 表示从天线主口经过LN

7、A和MIXER，到接收机内部的整个路径损耗值,WCDMA 接收机校准RX LNA Calibration (cont.),DVGA GAIN Offset,-48,实际值,理想值,WCDMA 接收机校准RX LNA Calibration (cont.),NV_WCDMA_VGA_GAIN_OFFSET_I 校准流程： 1. 置DUT工作于FTM模式，参考信道CH9743 2. 置DUT工作于LNA的最大增益状态(Gain State 0) 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 (AGC Unit)

8、4. 调用FTM命令GetDVGAOffset()，参数为-152 5. GetDVGAOffset自动将获得的DVGA offset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RX LNA Calibration (cont.),FTM指令 GetDVGAOffset()包含的指令动作如下： 1. 首先将DVGA OFFSET清零 2. 置LNA gain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expecte

9、d agc_value. 4. 读取RX_AGC 10次并求其平均值 （同样须改变其数据格式）令该值current agc_value. 5. DVGA_OFFSET = (current agc_value) (expected agc_value). 6. 设置DVGA_OFFSET,WCDMA 接收机校准RX LNA Calibration (cont.),LNA Offset,WCDMA 接收机校准RX LNA Calibration (cont.),WCDMA 接收机校准RX LNA Calibration (cont.),NV_WCDMA_LNA_RANGE_OFFSET_I 校准

10、流程： 1. 置DUT工作于FTM模式，WCDMA模式,参考信道CH9743 2. 置DUT工作于LNA Gain State 1 3. 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 (AGC Unit) 4.调用FTM命令GetLNAOffset() 需要两个参数：LNA offset index(=1) LNA offset(= -112) 5.将GetLNAOffset的返回值写入NV项 NV_WCDMA_LNA_RANGE_OFFSET_I.,WCDMA 接收机校准RX LNA Calibration (c

11、ont.),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CH9743 2. 置DUT工作于LNA Gain State 2 3. 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 (AGC Unit) 4.调用FTM命令GetLNAOffset() 需要两个参数：LNA offset index(=2) LNA offset(= 108) 5.将GetLNAOffset的返回值写入NV项 NV_WCDMA_LNA_RANGE_OFFS

12、ET_2_I.,WCDMA 接收机校准RX LNA Calibration (cont.),FTM指令 GetLNAOffset()包含的指令动作如下： 1. 读出当前LNA index n 2. 在当前LNA index(n)读取RX_AGC值10次并取其平均 令该值为:previous RX_AGC 3. 将LNA index改为n+1，在该LNA index n+1上读取RX_AGC值10次并取其平均，令该值为：next RX_AGC. 若n=1，LNA_OFFSET= next RX_AGC - previous RX_AGC 若n=2，LNA_2_OFFSET= LNA_OFFSET

13、+(next RX_AGC - previous RX_AGC),WCDMA 接收机校准RX LNA Calibration (cont.),DVGA信道补偿校准 NV_WCDMA_VGA_GAIN_OFFSET_VS_FREQ_I Data type: 8-bit signed Data range: -128 to 127 各测试信道下测得的DVGA offset与参考信道下测试的DVGA offset值的差值 - LNA信道补偿校准 NV_WCDMA_LNA_OFFSET_VS_FREQ_I NV_WCDMA_LNA_OFFSET_VS_FREQ_2_I Data type: 8-bit

14、 signed Data range: -128 to 127 各测试信道下测得的LNA offset与参考信道下测试的LNA offset值的差值,WCDMA 接收机校准RX LNA Calibration (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RX LNA Calibration (cont.),WCDAM发射机校准：

15、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RX LNA Calibration (cont.),测试频点,WCDMA 发射机校准 Linear Calibration,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 Linear Calibration,

16、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 Linear Calibration,发射机电路 工作原理图,TX_AGC_ADJ PDM,TX_AGC_ADJ pin,WCDMA 发射机校准 Linear Calibration (cont.),PA的上升

17、和下降切换点 NV_WCDMA_Rz_RISE_I NV_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511 NV_WCDMA_R1_RISE_I= )=(1024/85.3) * (Rise threshold - minimum Tx power) -512,WCDMA 发射机校准 Linear Calibration (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，

18、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 Linear Calibration (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 Linear Calibration (cont.),放大器的线性特性 Tx output power与Tx AGC adj PDM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

19、线都不一样 通过校准，将能建立起Tx output power与Tx AGC adj PDM控制信号的线性关系,Tx AGC adj PDM control signal,WCDMA 发射机校准 Linear Calibration (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_ADJ PDM控制信号同Tx output power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,Tx output power,WCDMA 发射机校准 Linear Calibration (co

20、nt.),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 (64 elements) NV_WCDMA_TX_PDM_LIN_1_I (32 elements) NV_WCDMA_TX_PDM_LIN_2_I (32 elements) and NV_WCDMA_TX_LIN_MASTER_0_ENH (64 elements) NV_WCDMA_TX_LIN_MASTER_1_I (32 elements) NV_WCDMA_TX_LIN_MASTER_2_I (32 elements),WCDMA 发射机校准 L

21、inear Calibration (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PA gain state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 Linear Calibration (cont.),PDM表-1 用户能生成自己的PDM表，基于以下原则：

22、 -PDM值的范围是0127 -每个PA gain state都有不同的step size -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 PA Range 0(Lowest gain state)step size=2 PA Range 1，3 step size=3 -第一个PDM表中的64个值并非都会用到,WCDMA 发射机校准 Linear Calibration (cont.),PDM表-2 在每个PA Range，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

23、程中确定 For example: PA range 0的切换点功率值 708 (in Tx AGC units) (2 dBm) 频率补偿: -38 (in Tx AGC units) 温度补偿: -42 (in Tx AGC units) 最小动态余量: |38 + 42| = 80 counts PA range 0的TX_LIN_MASTER 上限值最少为： 708 + 80 = 788.,WCDMA 发射机校准 Linear Calibration (cont.),Tx线性校准过程-1 1. 设置手机模式WCDMA 2. 设置PA Range 3. 设置UE、综测仪工作于参考信道 4

24、. 针对每一个PA Range，确定其对应的最大输出功率 maxpower=Rise Switchpoint + headroom 5. 改变PDM值使输出期望最大功率，并将此时的PDM记录为max_pdm 6. 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 Linear Calibration (cont.),Tx线性校准过程-2 7. 针对每一个PA Range，生成PDM并写入NV NV_WCDMA_TX_PDM_LIN_0_ENH_I NV_WCDM

25、A_TX_PDM_LIN_1_I NV_WCDMA_TX_PDM_LIN_2_I 8. 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NV NV_WCDMA_TX_LIN_MASTER_0_ENH NV_WCDMA_TX_LIN_MASTER_1_I NV_WCDMA_TX_LIN_MASTER_2_I 9. 从PDM表和MASTER表中剔除非单调测试点,WCDMA 发射机校准 Linear Calibration (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step size=2

26、逐步减小PDM值，时间间隔20ms 2. 减小PDM的同时测量Tx功率电平值(从高功率到低功率) 3. Start Pwr=之前获得的max_pdm,WCDMA 发射机校准 Linear Calibration (cont.),WCDMA 发射机校准 Linear Calibration (cont.),WCDMA 发射机校准 Tx vs Freq Calibration (cont.),频率补偿校准 NV_WCDMA_TX_COMP_VS_FREQ_0_I NV_WCDMA_TX_COMP_VS_FREQ_1_I NV_WCDMA_TX_COMP_VS_FREQ_2_I 1. 设置UE工作于

27、WCDMA，PA Range 0(lowest gain state) 2. 设置UE和综测仪处于参考信道 3. 调整TX_AGC_ADJ PDM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channeli，再次测量输出功率值，记为Xi 5. NV_WCDMA_TX_COMP_VS_FREQ_0_Ii=(Xi-X1)*12,WCDMA 发射机校准 HDET Calibration,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

28、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(maximum Tx output power limiting) 需要高功率检测电路HDET(High power Detect),WCDMA 发射机校准 HDET Calibration (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 HDET Calibration (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