高通平台之GSM Rx校准原理_简中

GSM Rx Calibration
GSM Rx Structure
在探讨 GSM Rx Calibration 前，我们先了解一下 GSM Rx 架构。

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 :
(1)
f 为各级电路的 NF， 则是各级电路的 Gain。

G 由于第二级电路之后的 NF 与 Gain， 对整体电路性能影响不大， 故多半只取前两级做计算。

由(1)式得知， 若提升 LNA 的 Gain，便可使整体电路的 NF 下降。

然而，若 LNA 的 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， 消费者在使用手机时， 很可能会因为处于移动状态， 导致与基地台间的Path loss一直更动，加上附近周遭环境的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。

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Path loss 与 Shadowing effect 示意图
(2)
由(2)知当 LNA 的输入讯号不固定时，若 Gain 为单一固定值，则输出讯号也会 不固定。

很可能当输入讯号过大时，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，也能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。

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透过 AGC，缩减输出讯号的动态范围
高通之 GSM Rx 电路
. Rx 电路方块图
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由于高通采用零中频架构，会直接将接收的 RF 讯号，透过 ADC (Analog Digital Converter) 转换成数字讯号。

因此之所以希望透过 AGC 机制，以及 VGA，来缩 减 LNA 输出讯号的动态范围，主要便是希望 ADC 的输入讯号，其强度大小能 适中，使 ADC 的 NF 与线性度都优化。

而 GSM 四个频带的 LNA， 都采用 Gain-stepped 架构， 有五种 Gain Mode， Gain 其 Range 示意图如下:
GSM Rx LNA Gain Range 示意图
五种 Gain Mode，皆有其 Gain Range，分别应用于不同强度范围的 Rx power。

然 而在单一时间内， 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， 不可能有两种以上 Gain Mode， 同时处于 Enable 状态 。

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。

Rx power 较小时， 而 会采用 High Gain Mode，提升 SNR，使后端 ADC 能解调成功。

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另外，GSM 850/900 频段的五种 Gain Mode 的 Gain 值分别如下 :
GSM 850/900 频段五种 Gain Mode 的 Gain 值 Gain Mode 0 72.5 dBm Gain Mode 1 58.5 dBm Gain Mode 2 41 dBm Gain Mode 3 29 dBm Gain Mode 4 11.5 dBm
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 GSM 850/900 频段的 LNA，动态范围即 72.5 dBm。

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GSM Rx Calibration Process
然而由于 LNA 本身既有的频率响应，使得每个 Channel 的 RSSI 不尽相同，因此 之所以做 GSM Rx Calibration 的目的， 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。

以 GSM850 频带，Gain Mode 0 为例，其流程如下:
Step 1. Agilent 8960 会发射固定大小的信号 ( -80 dBm) Step 2. 分别纪录八个 Channel ( 128,145,163,180,198,215,233,251) 的 RSSI 值 Step 3. 利用(3)式，计算每个 Channel 的 Gain Range
16*(10*Log(RSSI[i])-(-80 dBm))
(3)
其中[i]则为 Channel 值
Step 4. 将其 Step 3 所计算的 Gain Range，填入下列 NV : NV_GSM_RX_GAIN_RANGE_#_FREQ_COMP[i]
其中[i]则为 Channel 值
而实际执行 GSM Rx Calibration 后，GSM 850 Gain Mode 0 所计算的 Gain Range 如下表 :
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GSM 850 Gain Mode 0 之 Gain Range Band Channel Rx_Gain_Range NV_Rx_Gain_Range GSM850 GSM850 GSM850 GSM850 GSM850 GSM850 GSM850 GSM850 128 145 163 180 198 215 233 251 0 0 0 0 0 0 0 0 2232 2235 2259 2245 2241 2261 2258 2239 NV_Rx_Gain_Range NV_Rx_Gain_Range Min Max 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800 2500 2500 2500 2500 2500 2500 2500 2500
2500，而其计算出的 Gain Range，皆在范围内 皆在范围内。

而若将 上下限分别为 1800 与 2500 其画成曲线，如下图 :
GSM 850 Gain Mode 0 Gain Range
2270 2260 2250 2240 2230 128 145 163 180 198 215 233 251 Channel
GSM 850 Gain Mode 0
Gain Range
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当 GSM 850 的 Channel 128， Gain Mode 0 会读取 2232 这个值， Cell Power 其 使 与 RSSI 能一致，经实验发现，当 Cell Power 为-109.5 dBm 时，其 RSSI 为-108 ~ -109 dBm，算是相当一致。

反之，当我们将 NV_GSM_RX_GAIN_RANGE_1_FREQ_COMP_I 的改为 0 时， 则表示不补偿 RSSI 与 Cell Power 的差异， 经实验发现， Cell Power 当 为-109.5 dBm 时，其 RSSI 会大于 -48dBm。

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