射频校准原理和设置

Posted 2020-12-02 icaowu

一、生产线对每一个 PCBA 进行射频参数校准的必要性
由于 PCBA 元器件之间的硬件偏差导致的射频接收发射参数的偏差
GSM 规范苛刻的射频指标要求,包括接收电平，发射功率，频率误差等。
二、校准基本原理－利用软件参数的方法来补偿硬件一致性偏差带来的射频参数
偏差。 MTK 软件提供可以用来存储射频校准参数的数据结构(对应 CAL.ini 文 件 ）
和校准软件工具 ATE 。手机在实际网络工作的时候会调用这些已经校准的参数来
优化射频的性能。
三、手机射频参数校准的内容和合格范围：
手机的射频包括接收机，发射机和频率合成器电路，软件校准也是针对这三部分
的硬件参数进行校准的
频率合成器校准（即 AFC 校准），手机的频率合成器由 PLL 锁相环构成.
射频校准原理和设置－AFC 校准
由锁相环的原理知道，在锁相环锁定以后 RF VCO 的输出频率：Fvco＝26M/N ，
即 RFVCO 的频率稳定度和频率精度由 26MHz 晶体振荡器的频率精度决定，所
以校准射频频率合成器的频率精度就等于是校准 26MHz 晶体振荡器的频率精
度。 GSM 规范要求手机的发射和接收信道频率精确度要在 0.1ppm 之内，手机通
过接收基站的频率校准信道的信息，然后通过 AFC 去控制射频的 VCTCXO 可以
将射频的频率误差控制在 0.1ppm 之内。可是每个 TCXO 之间存在着硬件偏差，
所以需要校准。
AFC 校准参数：Initial DAC value; Slope;
AFC 初始 DAC 值 Initial value ，该值的范围从 0～8191，对应 AFC 控制电压 0～
2.8V，校准完以后该值应该对应常温频率误差等于 0 的值，如三星 TCXO 校准
完以后 Initial value 为 4750
压控灵敏度 slope，AFC slope 为单位 DAC 值能改变的射频频率误差，比如三
星 TCXO slope 为 2.7 代表 AFC DAC 值每增加/减少 1，对应的射频频率将增加
/减少 2.7Hz，手机通过比较本身产生的射频频率跟基站广播信道频率的误差计
算出应该增加或者减少的 AFC DAC 值，从而保持跟基站频率同步，跟基站的频
率误差控制在 0.1ppm 之内。
ppm（百万分率）：用于描述晶体的频率特性参数 。 对于一个时钟电路而言，晶
体振荡频率的稳定性好坏直接影响到时钟频率的准确性。用于描述一个晶体频率
特性的参数主要有频率容限（Frequency Tolerance ）、频率温度特性（ Frequency
Temperature Characteristics）和频率电压特性(Frequency Voltage
Characteristics)，它们描述晶体振荡频率随外界因素影响而发生的变化，用 ppm
和 ppm/V 表示。
射频校准原理和设置－RXLEV 校准
接收机校准
GSM 手机接收机应能对接收到的基站信号强度进行测量并且在可用的输入
信号电平范围内应能通过 SACCH 向基站汇报接收到的信号强度 RXLEV
RXLEV 跟接收信号强度的对应关系如下表：
RXLEV = 0 RX < -110 dBm
RXLEV = 1 -110 dBm =< RX < -109 dBm
RXLEV = 2 -109 dBm =< RX < -108 dBm
RXLEV = 3 -108 dBm =< RX < -107 dBm
… …
RXLEV = 61 -50 dBm =< RX < -49 dBm
RXLEV = 62 -49 dBm =< RX <= -48 dBm
RXLEV = 63 RX > -48 dBm
GSM 规范要求 在静态测试条件下，在信号强度为－110 dBm ～－48 dBm
范围内不同的输入信号电平手机在不同的信道对 Rxlev 的测量相对精度应满足
下表容限要求。
射频校准原理和设置－RXLEV 校准
接收机 RXLEV 校准主要是校准 Transceiver 内部中频放大器 PGA 的增益设置，
以抵消接收机前端无源器件（包括天线开关和 Saw filter）的路径损耗，让手机
向基站汇报的接收电平为手机天线端实际接收到的 RXLEV ， MTK 平台对接收电
平 RXLEV 的校准叫做 RX path loss 校准。校准时对整个频段分成若干频率区间
段进行，如下：
[GSM900 Sub band, RX loss]
Max ARFCN=15,30,45,60,75,90,105,124,975,1000,1023,-1
RX loss=1.500,1.375,1.625,1.875,1.875,1.875,2.000,2.000,2.250,1.625,1.500,0.0000
[DCS1800 Sub band, RX loss]
Max ARFCN=550,590,620,650,680,710,740,770,810,850,885,-1
RX loss=0.750,0.750,0.625,0.500,0.500,0.625,0.875,1.000,1.375,1.875,1.625,0.0000
射频校准原理和设置－APC 校准
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。
在满足功率容限的前提下，二相邻功率等级的功率差应大于 0.5dB 且小于 3.5dB 。
发射功率 APC 校准的目的是让手机在每个发射功率等级天线的输出功率等于
GSM 的标称输出功率。
MTK 平台 APC 校准主要是校准每个功率等级的 PA APC DAC 值，并把它存到 手
机 NVRAM 里面，如下：
GSM TX power
level=156,163,171,184,201,221,246,277,313,355,406,466,541,608,688,688
ADC 校准
ADC 校准用于校准基带 ADC（模数转换器）对模拟电压测量的精度，校准分电
池通道和充电器通道。对基带处理器内部的两个 ADC 进行校准，包括如下两个
ADC 参数的校准：
offset=94507,94408,94507,94507,94507,94507,94507
slope=5410,5396,5410,5410,5410,5410,5410
校准文件介绍
利用 ATE 对手机进行射频和 ADC 校准需要用到如下一些文件：
NVRAM Database；Flash 的 Nvram 区用于存储手机的一些基带和射频参数，
Nvram database 相当于定义了这些参数存储的数据结构。
Setup.ini 例如：CROCODILE_8960_Setup _060914.ini
Cal.ini 例如：Crocodile_Cal_ 060914.ini
Cfg.cfg 例如：CROCODILE_CFG _060914.cfg
Setup.ini 文件是系统设置文件，用于校准终测时对系统测试仪器设置和初始化，
包括终测仪，电源的 GPIP 地址，串行通信口，其它相关校准文件的路径，终测
时呼叫建立的信道设置，cell power 功率设置，测试项目设置，校准设置， cable loss
设置等。
Cal.ini 文件为手机校准之前的缺省参数，包括射频接收 Path loss 参数，AFC 参
数，发射 power level DAC 值和 ramp profile 参数，ADC 参数，这些缺省参数在
手机校准之前校准程序会先把它写到手机的 NVRAM 里面，然后在这些缺省参
数的基础上进行校准。其中 ramp profile 参数是手机发射突发脉冲的 PvT 参数，
只是在校准的时候写到手机里面，程序不会对这些参数进行校准，这些参数在研
发的时候会根据 PA 的类型预先调好。只要 PA 是一样的 ramp profile 参数就是一
样的，不同类型的 PA 这些参数不一样。
Cfg.cfg 文件为校准的配置文件，内容包括综测仪 GPIB 地址和 cable loss 设置（ 只
有用META校准的时候才用这些参数，用ATE校准的时候cable loss是在 setup.ini
文件读取），校准的频段和每个频段用来校准的信道设置，RX path loss 的 limit
范围设置，AFClimit 范围设置，发射各个功率等级的目标功率以及 limit 范围设
置，ADC 的 limit 范围设置等。校准结果是 Pass 还是 fail 程序就是靠检测校准
结果有没有落在 cfg 文件的 limit 设置范围内来判断的。