高通平台校准原理

GSM RX Calibration
由以上示意图可知，LNA的输入讯号不固定，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。
GSM RX Calibration
Qualcomm 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Gain。由于第二级电路之后的NF
GSM 850 Gain Mode 0 for Gain Range
上下限值分别为1800~2500，（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。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 Calibration
上图的Vapc，即Vramp，而以失真的角度而言，希望输出的功率与相位，与 Vramp的对应曲线，能越线性越好，如上图的Desired PA response。如此才能 将非线性失真程度降到最低。
GSM TX 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。
参考资料：高通文档 RTR6285/RTR6280/RTR6237/RGR1100/MXU6219 RF NV Items （80-VD861-12）
GSM RX Calibration
Qualcomm GSM RX Calibration PrБайду номын сангаасcess
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，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。
GSM TX Calibration
Qualcomm 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 Modulation
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 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：
而因为Polar Modulation会把AM讯号跟PM讯号分离在结合，因此PA的输出， 会同时包含振幅与相位，因此输出功率与输出相位，都会有非线性失真。 特别是输出相位，由于PM讯号是直接进入非线性PA作放大动作，因此输出相 位非线性失真的程度，会比输出功率非线性失真的程度，来得更加严重。其 输出功率的失真程度，称之为AMAM，而输出相位的失真程度，称为AMPM。 Polar Modulation技术，本身会具备既有的AMAM与AMPM失真。
Step4、将其step3所计算的Gain Range，填入下列NV： NV_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 Calibration
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。
---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
Calibration Concept
Calibration 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 Power
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，因此850/900频段的LNA，动态范围即72.5dBm。
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。
当RX 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 Calibration
GSM RX LNA Gain Range 示意图
---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.
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。
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。
GSM TX Calibration
因此由MSM到RTR6285A的PM讯号，会有两个路径，
GSM TX Calibration
AMAM AMPM
GSM 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。
Automatic Gain Control (AGC)
Theory-How The Phone Interprets Power
Conversion Between TX AGC and dBm
Theory-How The Phone Interprets Power
Conversion Between RX AGC and dBm
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 Range Gain Range = 16*（10*LOG（RSSI[i]）-（-80dBm）） 其中[i]为Channel值
高通平台校准原理
Agenda
一、GSM RX Calibration 二、GSM TX Calibration 三、WCDMA RX Calibration 四、WCDMA TX Calibration
Calibration Concept
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。
GSM TX Calibration
Polar 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， 不但可以直接经由PA放大，而且因恒包络，更可以直接经由非线性PA放大。
Calibration Concept
Calibration 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