高通平臺校準原理介紹.ppt

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1、高通平臺校準原理介紹 WCDMA校準部分 祝琴 2010年 11月 目錄 校準概述 QSC6240平臺校準原理 WCDMA的發(fā)射機和接收機校準 EDGE的發(fā)射機和接收機校準 校準項目 校準概述 什么是校準 校準目的 校準內容 移動臺如何利用校準數(shù)據(jù) 校準系統(tǒng)的硬件構成 校準概述 什么是校準？ 由于器件不一致、溫度變化、器件老化等因素的 影響，即使是基于同樣的平臺同樣的設計，也會 表現(xiàn)出不同的電性能。 為了消除這種影響，每個手機在出廠之前都要對 這些參數(shù)進行測量計算，得到一些參數(shù)誤差數(shù)據(jù)， 并把這些誤差

2、數(shù)據(jù)存儲到一定的存儲介質（一般 為 EEPROM）里，在手機正常使用過程中， CPU會讀 取這些數(shù)據(jù)并利用一定的算法對需要補償?shù)膮?shù) 進行補償。 在生產(chǎn)測試過程中，對需要補償校正的數(shù)據(jù)測量 計算并存入 EEPROM里的過程，稱之為校準 . 校準概述 校準目的 移動臺的射頻電路存在大量的模擬器件，模擬器 件具有很大的器件離散性，為了保證每一個移動 臺的射頻指標都滿足行業(yè)標準（ 3GPP）的要求， 保證 WCDMA網(wǎng)絡、 GSM網(wǎng)絡的性能，必須對每部移 動臺進行射頻校準。 接收機校準 用戶單元必須正確估計接收的最 優(yōu)信噪比，并為信號發(fā)射功率大小提供依據(jù) 發(fā)射機校準 用戶單元必須

3、在一個大的動態(tài)范 圍和正確的功率等級上發(fā)射 校準概述 校準內容 補償器件的非線性特性 ,提供絕對的功率參考 進行最大功率限定 提高接收靈敏度 提供頻率補償 提供溫度補償 校準概述 NV： (Non-Volatile) 非易失性存儲器 射頻相關的 NV值 Static RF NV items: Measured once per design. Measured RF NV items: Is determined by the RF calibration process. 射頻校準數(shù)據(jù)存儲在動態(tài) NV NV數(shù)據(jù)備份生成 QCN文件，進行

4、讀寫 校準概述 移動臺如何利用校準數(shù)據(jù) 在工廠模式（ FTM）下 ,校準得到的數(shù)據(jù)存 儲在 AMSS 的 NV中； 在正常工作模式工作時， AMSS調用上述校 準數(shù)據(jù)確保手機的射頻指標。 校準概述 校準系統(tǒng)的硬件構成 W Agilent 8960 校準項目 MSM6290和 QSC6240平臺校準項目差異 校準項目 MSM6290 測試項 QSC6240 測試項 WCDMA TX Linear Calibration Linear Calibration Tx vs Freq Comp Tx vs Freq Comp HDET Calibrati

5、on HDET Calibration Tx Lim vs Freq Tx Lim vs Freq RX Temp Calibration Temp Calibration LNA Calibration LNA Calibration WCDMA IM2 Cal 不用校準 SUB RX Diversity Calibration Diversity Test EDGE TX KVCO Calibration Polar Calibration Polar Calibration RSB Calibration RSB Ca

6、libration Path Delay Path Delay Carrier Suppression RX AFC Cal AFC Cal Rx Gain vs Freq comp Rx Gain vs Freq comp GSM IM2 Cal GSM IM2 Cal 校準項目 MSM6290和 QSC6240平臺校準項目差異 校準項目 WCDMA RX CAL Temp Calibration 溫度 ADC檢測校準 LNA Calibration 接收靈敏度校準 WCDMA TX CAL Linear Calibration

7、 PA線性校準，確保輸出信號功率的準確度 Tx vs Freq Comp 輸出功率相對頻率的補償 HDET Calibration 高功率檢測電路校準，確保大功率時功控的精度 Tx Lim vs Freq 最大功率下相對頻率的補償 功率的表示方法 功率的表示方法 Rx AGC和 dBm的轉換 -106-20.7dBm 功率的表示方法 Tx AGC和 dBm的轉換 -57.3 28dBm WCDMA 接收機校準 RX LNA Calibration 接收機電路工作原理 接收機的信號強度隨著手機離基站的距離的遠近 而改變。因此，接收機的路徑增益要求是可變的

8、， 目的是補償 Rx信號強度的改變，保證天線處的寬 范圍的信號強度在解調器的輸入端被壓縮成一個 近乎恒定的電平。 接收的射頻信號在經(jīng)過 ADC轉換后直接用 DVGA (Digital Variable Gain Amplifier 數(shù)字可變增益放 大器 )調整信號的強度，進入基帶處理電路。 WCDMA 接收機校準 RX LNA Calibration (cont.) 接收機電路工作原理框圖 接收機校準主要包括： DVGA Offset校準和 LNA Offset校準 WCDMA 接收機校準 RX LNA Calibration (cont.) 校準過程中將讀取

9、的 DVGA gain offset和 LNA offset填入下表 對應的 NV項為： NV_WCDMA_VGA_GAIN_OFFSET_I NV_WCDMA_LNA_RANGE_OFFSET_I NV_WCDMA_LNA_RANGE_OFFSET_2_I 陰影部分表示參考信道 WCDMA 接收機校準 RX LNA Calibration (cont.) DVGA Offset校準 表示從天線主口經(jīng)過 LNA和 MIXER，到接收機內部的整個路 徑損耗值 WCDMA 接收機校準 RX LNA Calibration (cont.) DVGA

10、GAIN Offset -48 實際值 理想值 WCDMA 接收機校準 RX LNA Calibration (cont.) NV_WCDMA_VGA_GAIN_OFFSET_I 校準流程： 1. 置 DUT工作于 FTM模式，參考信道 CH9743 2. 置 DUT工作于 LNA的最大增益狀態(tài) (Gain State 0) 3. 置綜測儀 8960輸出功率 -70dBm (NV_WCDMA_LNA_RANGE_FALL_I中定義 ) 改變數(shù)據(jù)格式值為 -152 (AGC Unit) 4. 調用 FTM命令 GetDVGAOffset()， 參數(shù)為 -152

11、5. GetDVGAOffset自動將獲得的 DVGA offset值寫入寄存器 6. 將 GetDVGAOffset的 返回值寫入 NV項 NV_WCDMA_VGA_GAIN_OFFSET_I. WCDMA 接收機校準 RX LNA Calibration (cont.) FTM指令 GetDVGAOffset()包含的指令動作如下： 1. 首先將 DVGA OFFSET清零 2. 置 LNA gain狀態(tài)為增益狀態(tài) 0 （增益狀態(tài) 0為最大增益狀態(tài)） 3. 加載 NV_LNA_RANGE_FALL并必須改變其數(shù)據(jù)格式， 令該值為 expected ag

12、c_value. 4. 讀取 RX_AGC 10次并求其平均值 （同樣須改變其數(shù)據(jù)格式）令該值 current agc_value. 5. DVGA_OFFSET = (current agc_value) (expected agc_value). 6. 設置 DVGA_OFFSET WCDMA 接收機校準 RX LNA Calibration (cont.) LNA Offset WCDMA 接收機校準 RX LNA Calibration (cont.) WCDMA 接收機校準 RX LNA Calibration (cont.) NV_WCDMA

13、_LNA_RANGE_OFFSET_I 校準流程： 1. 置 DUT工作于 FTM模式， WCDMA模式 ,參考信道 CH9743 2. 置 DUT工作于 LNA Gain State 1 3. 置綜測儀 8960輸出功率 -66dBm (NV_WCDMA_LNA_RANGE_RISE_I中定義 ) 改變數(shù)據(jù)格式值為 -112 (AGC Unit) 4.調用 FTM命令 GetLNAOffset() 需要兩個參數(shù)： LNA offset index(=1) LNA offset(= -112) 5.將 GetLNAOffset的返回值寫入 NV項

14、 NV_WCDMA_LNA_RANGE_OFFSET_I. WCDMA 接收機校準 RX LNA Calibration (cont.) NV_WCDMA_LNA_RANGE_OFFSET_2_I 校準流程： 1. 置 DUT工作于 FTM模式， WCDMA模式 ,參考信道 CH9743 2. 置 DUT工作于 LNA Gain State 2 3. 置綜測儀 8960輸出功率 -44dBm (NV_WCDMA_LNA_RANGE_RISE_2_I中定義 ) 改變數(shù)據(jù)格式值為 108 (AGC Unit) 4.調用 FTM命令 GetLNAOffset() 需要

15、兩個參數(shù)： LNA offset index(=2) LNA offset(= 108) 5.將 GetLNAOffset的返回值寫入 NV項 NV_WCDMA_LNA_RANGE_OFFSET_2_I. WCDMA 接收機校準 RX LNA Calibration (cont.) FTM指令 GetLNAOffset()包含的指令動作如下： 1. 讀出當前 LNA index n 2. 在當前 LNA index(n)讀取 RX_AGC值 10次并取其平均 令該值為 :previous RX_AGC 3. 將 LNA index改為 n+1，

16、在該 LNA index n+1上讀取 RX_AGC值 10次并取其平均，令該值為： next RX_AGC. 若 n=1， LNA_OFFSET= next RX_AGC - previous RX_AGC 若 n=2， LNA_2_OFFSET= LNA_OFFSET+(next RX_AGC - previous RX_AGC) WCDMA 接收機校準 RX LNA Calibration (cont.) DVGA信道補償校準 NV_WCDMA_VGA_GAIN_OFFSET_VS_FREQ_I Data type: 8-bit signed Data range

17、: -128 to 127 各測試信道下測得的 DVGA offset與參考信道下測試的 DVGA offset值的差值 ---------------------------------------------------------------------------------------------- LNA信道補償校準 NV_WCDMA_LNA_OFFSET_VS_FREQ_I NV_WCDMA_LNA_OFFSET_VS_FREQ_2_I Data type: 8-bit signed Data range: -128 to 127 各測試信道下測得的

18、 LNA offset與參考信道下測試的 LNA offset值的差值 WCDMA 接收機校準 RX LNA Calibration (cont.) 校準頻道列表 AMSS支持多達 16個頻率信道校準 可以選擇 16個信道的任何一個頻道作為參考信道 參考頻道的選中遵循如下原則 從校準列表中選取 選擇的參考頻道能使得與頻率相關的校準項既有正值 也有負值，以防止 NV值溢出 理論上無論什么樣的頻道作為參考信道，最后都獲得 一樣的結果 WCDMA 接收機校準 RX LNA Calibration (cont.) WCDAM發(fā)射機校準：每個 BAND測試頻點 16

19、個 WCDMA接收機校準：每個 BAND測試頻點 16個 EDGE發(fā)射機校準：每個 BAND測試頻點 3個 EDGE接收機校準： 低 BAND測試頻點 8個，高 BAND測試頻點 16個 WCDMA 接收機校準 RX LNA Calibration (cont.) 測試頻點 WCDMA 發(fā)射機校準 Linear Calibration 發(fā)射機電路框圖 雙工器 PA Transceiver BB 定向 耦合器 PWR_DET PA_RANGE_1 PA_RANGE_0 VMODE0 VMODE1 SSBI1_DATA SBDT WCDMA 發(fā)射機校準 Lin

20、ear Calibration 線性校準的必要性 減少因射頻功率放大器的非線性失真 產(chǎn)生的新的 頻譜分量對相鄰信道的干擾 WCDMA，調制方式上行 BPSK，下行 QPSK，恒定包絡 調制。 W系統(tǒng)對 ACLR要求越高 ,相應地對 PA地線性 要求就越高； ACLR指標 是 為 防止 發(fā)射機對鄰近頻 點通道造成干擾 而 設定的指標 ，它是衡量 發(fā)射機 非線性 失真程度的一 個 重要 指標 HSDPA，調制方式為 16QAM(正交調幅 )，均峰比大 WCDMA 發(fā)射機校準 Linear Calibration 發(fā)射機電路 工作原理圖 TX_AGC_ADJ PDM TX_A

21、GC_ADJ pin WCDMA 發(fā)射機校準 Linear Calibration (cont.) PA的上升和下降切換點 NV_WCDMA_Rz_RISE_I NV_WCDMA_Rz_FALL_I 啟用定時器滯后功能來防止 PA 在不同增益狀態(tài)間的頻繁切換 該 NV定義的功率電平指的是天 線端的，而非 PA端 不用的切換點應設置值為 511 NV_WCDMA_R1_RISE_I= ))=(1024/85.3) * (Rise threshold - minimum Tx power) -512 WCDMA 發(fā)射機校準 Linear Calibration (cont.

22、) 定時器的時間滯后功能 當 TX功率持續(xù)降低 1. 一旦功率低于 PA的 RISE 切換點，計時器開始計時； 2. 狀態(tài)機仍使 PA保持在高 等級的增益狀態(tài)，直到計時器 超時，狀態(tài)機將 PA切換到下一 增益等級； 3. 一旦功率低于 PA的 FALL 切換點，狀態(tài)機立即將 PA切換 至較低增益等級狀態(tài)，此時無 需啟動計時器 WCDMA 發(fā)射機校準 Linear Calibration (cont.) 定時器的時間滯后功能 當 TX功率持續(xù)升高 一旦功率高于 PA的 RISE切換 點，狀態(tài)機立即將 PA切換至 較高增益等級狀態(tài) TX功率持續(xù)升高中，無需

23、啟 動計時器 WCDMA 發(fā)射機校準 Linear Calibration (cont.) 放大器的線性特性 Tx output power與 Tx AGC adj PDM控制信號間為非線 性關系，具有中斷、非單調 性 每個單體的 Tx增益曲線都不 一樣 通過校準，將能建立起 Tx output power與 Tx AGC adj PDM控制信號的線性關系 Tx AGC adj PDM control signal WCDMA 發(fā)射機校準 Linear Calibration (cont.) Tx的線性校準過程就是創(chuàng) 建兩組校準數(shù)據(jù)表。 PDM表 和 MASTER表

24、 這兩組表建立起 Tx_AGC_ADJ PDM控制信號 同 Tx output power間的線 性關系 。 QSC6240使用這兩張表中的 值，以及基帶信號功率調 節(jié)器，來控制整個 Tx的輸 出功率 Tx output power WCDMA 發(fā)射機校準 Linear Calibration (cont.) PDM表和 MASTER表 TX線性校準生成的表分別存儲在一下 NV項中 NV_WCDMA__TX_PDM_LIN_0_ENH_I (64 elements) NV_WCDMA__TX_PDM_LIN_1_I (32 elements) NV_WCDMA__TX_P

25、DM_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 發(fā)射機校準 Linear Calibration (cont.) PDM表和 MASTER表 PDM表 存儲 PDM值，用來設置輸出功率電平控制值 MASTER表 存儲 PDM表中每個 PDM值所對應的 Tx輸出功率值 Qualcomm參考設計使用

26、PA增益狀態(tài) 為 0， 1， 3，但是映射到 的線性表編號為 0， 1， 2 (這個映射關系可以在 NV_WCDMA_PA_RANGE_MAP中定義 ) 每一個 PA gain state都有一套獨立的線性表 每個 BAND只在參考信道下測試一套 PDM和 MASTER表 WCDMA 發(fā)射機校準 Linear Calibration (cont.) PDM表 -1 用戶能生成自己的 PDM表，基于以下原則： -PDM值的范圍是 0127 -每個 PA gain state都有不同的 step size -步進值的選擇應考慮到要覆蓋 PA某一增益狀態(tài)的整個動 態(tài)范圍

27、 PA Range 0(Lowest gain state)step size=2 PA Range 1， 3 step size=3 -第一個 PDM表中的 64個值并非都會用到 WCDMA 發(fā)射機校準 Linear Calibration (cont.) PDM表 -2 在每個 PA Range，建議 PDM表的上限都預留一個動態(tài)余量 值 (headroom) 動態(tài)余量值用以進行最差情況下的溫度補償和頻率補償 動態(tài)余量值因設計、個體的不同而不同，需要在校準過程 中確定 For example: PA range 0的切換點功率值

28、 708 (in Tx AGC units) (2 dBm) 頻率補償 : -38 (in Tx AGC units) 溫度補償 : -42 (in Tx AGC units) 最小動態(tài)余量 : |38 + 42| = 80 counts PA range 0的 TX_LIN_MASTER 上限值最少為： 708 + 80 = 788. WCDMA 發(fā)射機校準 Linear Calibration (cont.) Tx線性校準過程 -1 1. 設置手機模式 WCDMA 2. 設置 PA Range 3. 設置 UE、綜測儀工作于參考信道 4. 針對每一個

29、 PA Range，確定其對應的最大輸出功率 maxpower=Rise Switchpoint + headroom 5. 改變 PDM值使輸出期望最大功率，并將此時的 PDM記錄 為 max_pdm 6. 調用 FTM_TX_SWEEP_CAL命令， 參數(shù) 1:tx_sweep_pdm_start_pwr=max_pdm 參數(shù) 2:Tx_sweep_step_size WCDMA 發(fā)射機校準 Linear Calibration (cont.) Tx線性校準過程 -2 7. 針對每一個 PA Range，生成 PDM并寫入 NV NV_WCDMA__T

30、X_PDM_LIN_0_ENH_I NV_WCDMA__TX_PDM_LIN_1_I NV_WCDMA__TX_PDM_LIN_2_I 8. 從 FTM_TX_SWEEP_CAL命令的返回值中，獲得 PDM表中每 個 PDM值對應的 Tx功率電平值，寫入 NV NV_WCDMA__TX_LIN_MASTER_0_ENH NV_WCDMA__TX_LIN_MASTER_1_I NV_WCDMA__TX_LIN_MASTER_2_I 9. 從 PDM表和 MASTER表中剔除非單調測試點 WCDMA 發(fā)射機校準 Linear Calibration

31、(cont.) FTM_TX_SWEEP_CAL指令 1. 一個低電平觸發(fā)脈沖 后定時器開始計時， UE以 step size=2逐步減小 PDM 值，時間間隔 20ms 2. 減小 PDM的同時測量 Tx 功率電平值 (從高功率到 低功率 ) 3. Start Pwr=之前獲得 的 max_pdm WCDMA 發(fā)射機校準 Linear Calibration (cont.) WCDMA 發(fā)射機校準 Linear Calibration (cont.) WCDMA 發(fā)射機校準 Tx vs Freq Calibration (cont.) 頻率補償校準 NV_WCD

32、MA_TX_COMP_VS_FREQ_0_I NV_WCDMA_TX_COMP_VS_FREQ_1_I NV_WCDMA_TX_COMP_VS_FREQ_2_I 1. 設置 UE工作于 WCDMA， PA Range 0(lowest gain state) 2. 設置 UE和綜測儀處于參考信道 3. 調整 TX_AGC_ADJ PDM值使輸出功率等于 RI_RISE和 RI_FALL之間的某一固定值，記錄下輸出功率值為 X1(dBm) 4. PDM值不變，切換信道 channeli，再次測量輸出功率 值，記為 Xi 5. NV_WCDMA_TX_COMP_V

33、S_FREQ_0_Ii=(Xi-X1)*12 WCDMA 發(fā)射機校準 HDET Calibration HDET校準 TX線性表中實際上也包含了頻率補償和溫度補償，所以， TX_GAIN_CTL能精確地表示真實的功率值。 但是，由于存在溫度梯度及其它一些不能補償?shù)囊蛩兀? TX_GAIN_CTL并不能足夠準確地進行最大功率限制 (maximum Tx output power limiting) 需要高功率檢測電路 HDET(High power Detect) WCDMA 發(fā)射機校準 HDET Calibration (cont.) HDET 反饋回路 NV_WCDMA_

34、TX_LIM_VS_TEMP_I 定義了最大期望發(fā)射功率值， 也是 TX_GAIN_LIMIT寄存器中的 初始值 注意： HDET電路只做最大功 率限制，不影響 Tx在其他情 況下的功率值。 WCDMA 發(fā)射機校準 HDET Calibration (cont.) HDET校準 1. 在參考頻點，測量并建立 HDET值和 AGC的線性關系 2. 在 TxLinearSweep測試過程中，當進行到 PA最高增益等 級的 sweep測量時，通過使用 FTM命令 FTM_GET_HDET_FROM_TX_SWEEP_CAL 獲得對應的 HDET值 3. HDET表中

35、的 16個功率值已預先確定，只需填入對應的 HDET值。 ( HDET值是根據(jù)之前線性校準時所獲得的 ADC值 通過線性內插法計算得到 ) 4. HDET表中包含 16個值，對應于 16個等分的 Tx功率電平 HDET值寫入 NV_WCDMA_EXP_HDET_VS_AGC_I WCDMA 發(fā)射機校準 HDET Calibration (cont.) HEDT校準 預先確定的 16個功率值如何得到 1. Tx動態(tài)范圍 -57.328dBm 2. 前 25%的動態(tài)范圍 6.67528dBm 3. 將動態(tài)范圍等分為 16份 注意： 28dBm并不包含在表中 4.

36、 HDET offset =maximum Tx power limit 6dB HDET span =maximum Tx power limit +2dB- offset OFFSET和 SPAN定義了 HDET功率限制算法起 效的范圍 WCDMA 發(fā)射機校準 Tx Lim vs Freq Calibration NV_WCDMA_TX_LIM_VS_FREQ_I 校準 HDET檢測電路的頻率補償 校準流程 1. 取 HDET表中稍小于 max Tx Power的兩組值來計算 HDET scale 2. 依次改變頻點 016，用 FTM Sweep

37、 cal 命令獲取離最大 TxPower最接近的一組 power和對應的 HDET值。 3. 每個頻點各選取一組，共 16組值填入表中 4. 計算 NV_WCDMA_TX_LIM_VS_FREQ_I WCDMA 發(fā)射機校準 Tx Lim vs Freq Calibration WCDMA 發(fā)射機校準 Tx Lim vs Freq Calibration WCDMA 發(fā)射機校準 Tx Lim vs Freq Calibration Temperature Calibration NV_ENH_THERM.min NV_ENH_THERM.max Temperature Calibration 與溫度補償有關的 NV 接收部分 NV_WCDMA_VGA_GAIN_OFFSET_VS_TEMP_I 發(fā)射部分 NV_WCDMA_TX_LIM_VS_TEMP_I NV_WCDMA_TX_LIN_VS_TEMP_I 謝 謝 ！