手机校准基本原理
2010-4-15
1手机校准的原因
一台手机，有大大小小几百个元器件，这些元器件即使是同一批次也会存在差异。手机大批量生产，也不可能做到每台手机的性能完全一模一样。所以我们需要一套校准方法，对这些由于硬件的不一致性所带来的偏差进行微调，从而使得手机能符合GSM通讯规范。
2我们对手机校准的主要内容有四项：
AFC(自动频率控制)校准
RXPathloss(接收路径损耗)校准
APC(自动功率控制)校准
ADC(电池电量与显示电量)校准
2.1AFC自动频率控制（automaticfrequencycontrol）使输出信号频率与给定频率保持确定关系的自动控制方法。广泛应用于接收机中作自动频率微调电路频率比较器、低通滤波器和可控频率器件
对应到手机的电路分布如下：
在天线接收是来之基站的高频信号，经过正交解调器对其高频信号调制解调后，把信号频率降到中频并对信号进行放大。这个正交解调器是受一个模拟信号进行控制，这个模拟信号通过A/D转换器转化成数字信号，这个数字信号就是DAC,它就是相当于锁相环负反馈电路的反馈信号。所以通过校准DAC的值就可以控制频率的微调。
AFC（自动频率控制）校准的方法，就是通过寻找合适的ADC值，对信号从天线经过解调到中频放大到TRx的过程中的频率差值进行细微的校准。可以类比于：
A》基站
B》接收机
银行-》天线到中频放大到TRx的通路
银行扣手续费-》天线到中频放大到TRx的通路的频率差
a通过银行转账给b，但不知道银行是如何扣除手续费。所以第一次a提前告诉b要转100元。b在转账后查收到98元。第二次a在告诉b要转200元，之后b第二次查收到196元。这样就可以通过两次的转账找出银行扣款的方式。每次扣2元。当下次a要转账100元到b时，就可以通过转账误差值2元/次，提前将102元转到b账户上，使得b可以准确接收到100元。
这样的道理同样适用于手机信号从天线到手机收发器RTx的路径中频率差值的控制。
1由CMU200选定一个信道，设定一个发射功率，如（65信道，-85dBm）发送到手机上。
2手机由天线接收后，设定中频部分的放大增益如（-35dB）即放大倍数为一个定值。设定解调器的DAC1控制信号值。信号到达TRx后，通过I/Q通道将频率信息转送到CPU,再由CPU将接收的频率于CMU200设定的频率进行计算得到频率差值△f1
3保持CMU200的频率信号不变，中频放大增益不变。改变解调器的DAC2控制信号值。同样在TRx接收后，由CPU算出频率差值△f2
4方便理解，可以设定第一次的频率差值△f1是频率滞后，第二次的频率差值△f2是频率超前。这样就可以推断在第一次与第二次频率之间有一个频率点是刚刚为0点误差值。即DAC1与DAC2之间有一个对应的DACx值。通过寻找并设定这个DACx控制频率信号差值稳定在0点误差。
5在DAC与△f在小范围中，可以理解为线性关系。所以，这个直线的斜率可以表达为
Slope=（△f1-△f2）/（DAC2-DAC1）
直线y=slope(x)+b
将△f1与DAC1代到直线中得到b=△f1-slope(DAC1)
所以当y=0就是对应的0点频率误差值，x对应的就是我们要找的DACx值
直线0=slope(DACx)+△f1-slope(DAC1)
操作方面，还没有得到锻炼，很多具体的步骤还没了解。
2.2RXPathloss（接收路径损耗）校准
信号从天线到TRx过程中经过前端无源器件（如天线开关）、低噪放大器（LNA,用于选择有效信号放大并抑制噪声）、滤波器等器件，造成一定的损耗。从天线接收到的基站信号是有大小的，一般是在-60dBm~-110dBm。每个信道对应着不同的频率带，信号在经过这些LNA,滤波器等器件之后的损耗也是有差异的（频率响应）。正如GSM900的频率段带宽25MHz，将这些频率分为124个信道，同理GSM1800的各个信道中信号的衰减也是有差异的。所以要对信号在这些不同的信道（频率段）传输过程中进行一些补偿，使得TRx能正确反映天线端接收的信号强度，也就是接收路径损耗校准。
接收路径的信号可以用一个公式：RSSI=P_ant+G_lna+G_dgain+G_again+X
RSSI:receivedsingnalstrengthindication接收信号强度指示
P_ant：天线端接收信号
G_lna：G_dgain：G_again：为中频增益，
X：线路损耗
公式中RSSI可以在收发器接收端得到；天线于CMU200由RFcable直接相连，所以P_ant端的信号强度就是CMU200发射的信号强度；手机主板中频增益可以通过PC上的软件进行设定；这样就通过这个公式可以算出通路中是损耗值X。
具体操作步骤如下：
由CMU200设定信道，发送一定功率的信号到手机上。如设定-85dBm。
手机端设定中频增益为一个定值如（-35dB），可以设定测量的帧的数目如N个，每个帧有M个包络。
在CPU计算这些帧的功率，与CMU200事先设定的功率相对比，从而算出两个功率差△Li（dBm）
改变不同的信道，从而得到各个信道接收路径的损耗值
改变不同的频段，可以检测到GSM、DCS的各个信道的损耗值。
操作步骤
2.3APC（自动功率控制）
由于根据手机与基站的距离而不同，收发器中接收的RSSI强度也不同，而需要根据RSSI的强度，自动改变的发射功率，从而尽量使信号达到基站的强度一致。将不同强度的RSSI划分成不同的等级，对应着不同的功率等级。它们之间的对应关系是通过一组数字信号DAC值实现的。CPU再根据不同的功率等级改变电压，现实控制激励放大电路、预放、功放电路的放大量，从而实现不同的功率发射信号。这个过程的控制都是基于DAC信号进行的。所以，要对DAC值对应的电压值进行校准，以确保手机发射功率能根据RSSI的强弱而改变。
如GSM900体系中的对应关系：
将校准后的每个功率等级的PAAPCDAC值，存到手机NVRAM里面，使得手机能通过GSM通讯标准。
很多参考资料都是类似“APC校准原理较为复杂，这里不便细述”一句话带过，所以我对APC校准的理解也不深。
2.4ADC（电池电量与显示电量）校准
这个ADC的校准主要是为了让电池检测显示的电压与电池的实际电压保持一致。我们认为，表征电源输出电压的DAC_V值与电池检测通道显示的DAC_Output存在线性关系。
校准的步骤可以如下：
1，命令可编程电源输出电压为DAC_V1，对应实际的模拟电压V1
2,用电池检测通道对电压进行检测，得到数据为DAC_Output_1
3,改变电源输出电压为DAC_V,对应的实际模拟电压为V2
4,用电池检测通道对电压进行检测，得到数据为DAC_Output_2
电源输出的DAC值与电池测试的DAC_Output有线性关系
他们的斜率可以表示：
Slope＝(DAC_Output_2-DAC_Output_1)/(DAC_V2-DAC_V1)
直线：y=Slope(x)+b
BB
MB
PC
CMU200
滤波
放大
BB
TRx
MB
PC
CMU200
DAC
RSSI
发射功率（dBm）
功率等级
5
7
9
11
……
27
29
31
33
19
18
17
16
……
8
7
6
5
Offset
DAC_V2
DAC_V1
DAC_Output_1
DAC_Output_2
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