声明：此贴仅根据个人理解阐述个人认知，如有雷同、纯属巧合；如有疑问、欢迎讨论；如要硬杠、以你为准!

工具开发与射频强相关的就两个工位：A.校准综测; B.耦合

其实耦合的指标和综测基本一致，只是一个测试的板端信号座，一个测试的天线性能。将清楚了综测，对于指标和测试原理，耦合基本就没啥好讲的了。如果后面有机会，耦合最多可以讲讲仿真和Smith圆图。

好了，废话不多说，还是从AFC来开篇吧！

问题思考：射频电路为什么要做校准？

        这就要说说校准的意义了！因为组成PCB板的各器件电器性能的不一致性，以及PCB容易受到环境、温度、辐射等因素的影响，即使同一批次的PCB板，他们的电器一致性还是会存在一定的差异，所以需要进行校准，使得同批次PCB板之间的差异性变得最小化，达到出货的要求[也就是符合我们国家的3C指标要求]。

那我们校准怎么校呢？需要校准哪些东西呢？

校准的内容主要分为以下几个方面：单单从射频方面来讲[因为本帖主要讨论的是校准综测]，射频参数方面

1.  AFC(自动频率控制) 校准

2.  RX Pathloss(接收路径损耗) 校准  

3.  APC(自动功率控制)校准

4.  ADC (电池电量与显示电量)校准

其它方面：主要是音视频，本帖不做讨论

1. 屏幕校准

2. Camera 校准

3. 音频校准

4. 功耗校准

5. SIM卡/T卡 

6. Others

那我们就又有问题可以提出了：为什么要校准AFC？什么时候校准AFC？

想要搞清楚频率校准，必须从电路中的电元件工作条件来讲起：

所有电子元件(有源)想要正常工作，必须具备2个条件：激励和起振。

激励：给电子元件源源不断的能源 - 供电。起振：每个元器件都有自己的工作频率，随工作频率的大小不一，其元器件表现出的工作特性和效率也有区别。起振就是为了使器件在短时间内能够达到自己固有的工作频率，使自己能稳定的工作。这就需要使用晶振来作为基频，提供最基准的频率参考。

只有使各个元器件都很好的工作起来，整个电路才是一个有效的工作电路。所以频率是必备条件之一，必须最先做好频率的校准才能开展其他的工作，这也是为什么AFC必须作为校准的第一项。因为射频的通信是建立在频率的基础上的，无论是时分还是频分、无论是连续波还是调制波… 只有它们使用的频率是正确的，后续的校准才会有意义。既然讲到这里了，就再扯远一点吧！

电子元器件主要分类：有源和无源。

        有源器件：指在工厂生产加工时改变了分子结构的成品，例如晶体管、电子管、集成电路等，因为它本身能产生电子，对电压、电流有控制、变换作用(放大、开关、整流、检波、振荡和调制等)。特点：信号质量好，性能比较稳定；但是电平是固定的，需要选择好合适输出电平，灵活性较差，而且价格高。一般有源器件的datasheet中都会说明不同的工作电压，会影响哪些电器性能参数。说的比较空洞，这里列举下LNA器件的部分参数：        无源器件：指在工厂生产加工时不改变分子成分的成品，如电阻器、电容器、电感器等。因为它本身不产生电子，它对电压、电流无控制和变换作用。特点：无源晶体没有电压的问题，信号电平是根据起振电路来决定的、是可变的，同样的晶体可以适用于多种电压。

 

正是因为有源和无源器件都应用在我们的通信产品电路上了，它们组成我们电路的关键，所以需要考虑好每一个元器件对电路的影响。

        例如无源器件的电容、电感，组合在一起就可以产生滤波器或者振荡器；

        例如混频器就使用到了三极管 、场效应管等有源器件，可以对频率进行变频作用。

好了，我们拉回来再继续讲讲AFC。AFC 相关的主要元件就是晶振了，据我所知（不完全统计，我已离开射频很多年了），晶振主要分为以下几类：

        A.普通晶体谐振器(Crystal)：无源器件，由陶瓷/石英材料制造，以特定的切割方式，利用其具有的压电效应来做频率基准。

        B.普通晶体振荡器：XO（ Crystal Oscillator，又称晶体振荡器），是没有任何补偿的晶体振荡器。给定激励的情况下输出固定的振荡频率。

        C.压控晶体振荡器：VCXO，通过可调整外加电压使晶振输出频率随之改变的晶体振荡器，主要用于锁相环路或频率微调。

        D.温度补偿晶体振荡器：TCXO，在晶振内部采取了对晶体频率温度特性进行补偿，以达到在宽温温度范围内满足稳定度要求的晶体振荡器，一般模拟式温补晶振采用热敏补偿网络，工作温度范围加宽达成指标难度加大

        E.恒温晶体振荡器：没有用过（好像主要在特殊行业会用），不做讨论

几年前我玩过的MTK和Qualcomm主推的晶振都是VCTCXO，即有压控，又有温补，但是不知道现在使用啥了。

晶振的工作频率：

我以前在大学总是听老师说：我们使用的基准晶振是32KHZ，其实我一直没有弄明白这个32K怎么来的？它是不是就是32 * 1000Hz？

后来我被一个射频兄弟鄙视了一顿后（谁叫咱当年上课没整明白，一个字 - 该），他告诉了我答案：电子电路中使用的实时时钟基准频率是：32.768kHz，简称32K。那么32.768kHZ是如何得到的呢？

⑴ 作为基准时钟，使用的频率一定是整数。举例来说，如果基准时钟包含1/3HZ，那么咱电子产品在计算小数位的时候永远除不尽，导致基准时钟就出现偏差，那么变频到更高的频率时，偏差就会更严重，所以我们的基准时钟肯定是1HZ的整数倍。

⑵ 基准时钟必须是整数分频，每个脉冲变化1bit，如果数据用16bit存储，16bit中可以整数2分频的最大数就是32768(16bit范围为0000~FFFF，如果是正弦的话，就应该是-8000~7FFFF)，因为32768=2的15次方，恰好15次分频后为1HZ时序脉冲。如果不是整数分频，会就不准确了引起累计误差，时间长了时钟自然就越偏越远

⑶ 还有一个要考虑的因素是：固定频率越低的晶体体积越大，频率越高功耗越大，为了兼容这2个方面，采用32768作为基准频率为折中方案。我也是查资料得到这些内容，大家可参考（ 频率越高功耗越大：瞬时功耗 p = v * I  tav，I tav为单位时间的平均电流，与上升和下降时间重复频率有关，所以频率越高功耗越大。动态功耗=瞬时功耗的时间积分±冲放电消耗的功耗，充放电功耗也与重复频率有关 所以频率越高功耗越大。还有开关管的发热问题,频率越高它的损耗也就越大,温度就越高。固定频率越低的晶体体积越大：C = λ * F。）

说到这里，可能大家有另外一个问题了：是不是所有的晶振都以32.768kHZ为基准？

实时时钟用32.768kHZ为基准比较准确，其对时钟要求不高的场合可以使用其它的标称频率。普通晶振标称频率有：48kHz、500 kHz、503.5 kHz、1MHz～40.50 MHz等，对于特殊要求的晶振频率也有高达1000 MHz以上，主要看需求而定，价格也不一样。

非标称频率，如电视机遥控器晶体CRB/ZTB、Ja等系列，他们使用的又是其它的基准频率，这里不讨论。

大家可能还有一个问题：以手机为例，那是不是所有的基准时钟都采用32K的晶振呢？

这个就设计到2个标准，一个是欧洲电信标准，另一个是美国标准。

        A.根据欧盟标准，GSM制式选取：因为一个载频分为8个时隙，每个时隙间隔为4.615ms占用一次信道，每次占用时长0.577ms。时隙间隔4.615ms 刚好等于 60 / 13ms，我们采用主频是32768的晶振，刚好可以把这个时隙间隔和频率的乘积换算整数，这样就不至于使基准频率出现误差。所以最终欧盟需要以13MHZ的倍频为时钟信号，现在欧盟标准的基准时钟比较通用选取为26MHz，这个我记得MTK的一篇文件也有详细的介绍，回头我在找找。

B.因为GSM比CDMA早几年诞生，可以老美就是不买账，一直等到Qualcomm定义的CDMA标准才允许GSM进入美国市场。这样每个就搞了另一个标准：类似于GSM，CDMA协议中规定了CDMA数据率都是9.6K的倍数，因此Qualcomm需要的基准时钟采用的是9.6k的整数倍，使用最多的就是19.2MHz的作为主时钟的参考频率。

晶振部分就这么多！感觉好像还没回到主题上，下面就来讲讲主时钟谐振频率的计算公式吧！这个差不多就是AFC的校准原理了。

        AFC内部的参考频率计算公式根据厂商的不一样算法也会有差异，MTK和Qualcomm就有点区别，但是大致的方法是差不多的。计算方面大致如下，有兴趣可以去参考《晶体振荡器电路原理》一节自行深入研究。在网上找了几张图，直接上图会比较直接：

晶振频率计算公式：

 

晶体内部电路图：，这个就是VCTCXO，可变电阻控制电压，Inverter做变频器

射频使用外形逻辑图：

 

MTK提供的频率计算公式：  

 

AFC：Auto Frequency Calibration，自动频率校准。这个校准最终得到的就是频率误差：调频波的瞬间频率对于载波频率的最大偏离量。

为啥要有这项的校准呢？我的理解是有以下两个方面的原因：

1. 从通信原理的角度来看：因为我们的发射的载波信号往往是低频，所以需要经过调频到高频信号才能把载波通过天线发射出去。在这个调频的过程中，频率从Hz调变到MHz甚至是GHz，如果本振出现1Hz的偏差，到高频的时候就是上百Hz的偏差，偏差比较大，这个时候需要就计算出频率误差。如果误差在允许的范围内，还可以根据NV里面保存的Slope和DAC值（频率计算公式里的指标）把它修复回来；如果误差超出了范围，那么就无能为力了。说明这个基准时钟频率可能本身的差异性就很大，可能要更换本振器件或者重新调校晶振电路了（后面再补充说明下调校晶振的基本原理）。实际上频率误差的大小主要取决于产品所选用的晶振质量，晶振误差与频率误差一致，因此在晶振选型上要将性能与成本折中考虑，这也是射频工程师经过干的活。

2. 从用户的角度来看：手机接入移动网络之后，需要实时和基站保持同步，在手机的移动过程中，业务小区是不断切换的，由于小区间基站是蜂窝状的，每一个蜂窝使用一组频道，这样不同小区的频率是不同的，为了保证手机在工作过程中，可以顺利的完成小区的切换及同步网络，手机的本振频率必须能够自动调节以和小区网络频率同步，3GPP要求手机和基站之间的通信频率误差不能超过0.1ppm，超过了这个指标，就很容易出现掉话、断线的现象。为了保证能够得到准确的频率切换，必须对手机的晶振电路有一个精确的校准，支持细微的频率变化。

3.  

4. 简单解释一下前面2点提到的晶振电路，我们使用的晶振其最核心的东西就是晶体谐振器。它的原理图我在网上找了一个（下图）。按照高中的电路知识，其实就是一个LC震荡电路。制作原理也很简单，摘抄网上的一段解释给大家：谐振器由晶体薄片加上电极构成。晶体薄片具有正、反压电效应。当薄片的几何尺寸和结构一定时，具有一个固有的机械振动频率。当高频交流电压加于晶片两端时，晶片将随交变信号的变化而产生机械振动，当信号频率与晶片固有振动频率相等时，产生了谐振。

    

下面来详细的扒一扒AFC校准算法：

1. 最通用的MTK AFC校准算法。前面已经列出了MTK提供的频率计算公式，实际上就是一个2元一次方程，其实很简单吧！再来讲一讲射频工程师在对这个计算公式的运用：首先需要选取一个固定的信道，就是按照3GPP选取一个理论频率值（譬如GSM900 CH62）；再跟进射频工程师的经验，自己定义一个该频率对应的初始的DAC值(经验值)，这样就初步确认了一个坐标点；然后根据理论频率CH62上下偏移一个固定频率，得到对应的DAC值，这样就算出一个初步的斜率slope。因为理论上理想的频率CH62需要过坐标原点，所以平移Slope直到过坐标原点，重新得到理论频率CH62对应的DAC值。这样就根据得到的Slope和位置精确的算出其它Channel对应的DAC值，然后把slope和DAC值写入NV，AFC校准就算完成了。这是MTK的大致计算过程，Qualcomm的更复杂一些，后面介绍。如果只是对于工具开发，这点能够理解应该就够了。

    

2. 如果晶振选择的是比较便宜的材料，如Crystal，它的校准算法和第1点介绍的又有点不一样。因为Crystal是由石英/陶瓷片材料制造，所以首先应该粗校准确定使用的石英/陶瓷片的数量：CAP_ID值。通常该内部的晶片数为0~127。因为你不知道需要使用多少个晶状片，才能使晶振达到谐振。所以在Crystal校准时会扫描不同晶片数量下对应的频偏值，找到最小频偏时的晶片数量为期望的CAP_ID值；然后按照第1步通用算法确定Slope值；再根据Slope值计算频偏为0的那个DAC值为Initial value DAC值。最后可以根据Slope值和Initial value DAC的值精确的计算出不同基准频率对应的AFC OffSet值。这样作为MTK的校准ini文件提供给我们工具进行校准。

    

    

3. Qualcomm的项目做的不多，如果愿意听我唠叨的就继续往下看，不过完全是个人理解，不一定正确。如果想更好的了解，还是建议跳过这条去看官方版本（我已经作为附件上传了80-nt820-7）。刚开始接触Qualcomm应该使用的就是TCVCXO的频率校准：将电压、温度转换电路模块化，实现输出频率的调变，接口简单，校准精度度比较高，但成本较高。大致的原理图如下

   

    

   A. 高通的晶振是和PMIC绑定在一起的(距离有一定要求<=3cm)，所以可以通过PMIC作为电源电压的控制。如果距离不够远，势必会导致PMIC供电不断的产生热量，导致整个PCB温度升高，影响AFC的校准精度。这也从侧面反馈了为啥AFC必须要最先校准。

   B. 在XTAL的输出端连接着热敏电阻，识别被测试的温度，然后把这个温度变化值引入XO的校准算法和FT曲线参与XO的校准计算，得到精确的校准结果。

   C. 晶振旁边的热敏电阻距离热源越远越好，这个需要射频和LayOut在刚开始的时候就沟通清楚。

   D. 热敏电阻的VDD应该单独使用，避免共享形成回路引入噪声，在电路上应该走差分的方式。

TCVCXO的频率校准算法：

1. XO校准与本振、电压、温度都相关，一般未校准的DUT频偏在基准频率19.2MHz *（50± 7）PPM级别。这个频偏范围太大了，需要把频偏校准到合理的区间范围内(2PPM)，所以我们就需要对XO粗校，用拟合曲线的方程式模拟芯片的真实使用场景，这条曲线就是两个维度上的（X轴是温度，Y轴是频偏，图示见下页）一个三次方程：

   

   t0是参考温度，通常设置为30°C

   C0可以通过粗调大体得出：认为当前粗调的温度大体为标准温度t0，t = t0(约等于30°C)时，可以测出C0。

   C1是表征当前曲线线性变化的斜率值，通过细调时可以得出。

   C2值约等于0

   C3很小，在计算C0和C1时可以忽略不计，大概在(10e-5 ppm/oC)^3数量级

2. 粗校（coarse tune）：通过配置综测仪按照指定频点的频率发射功率，向DUT发送指令通知DUT进行校准XO， DUT会根据总线控制电容片的开/关遍历频偏，确定频偏值在19.2MHz * 2 ppm级别合理区域范围的电容片的值。其实coarse tune主要就是为了能够确定C0值，这时候，C2约等于0，C3忽略不计，那么上面的等式基本也就是一个一元一次方程式:f(t) ≈ C1(t1 - t0) + C0。

   

    

   这里需要注意一下粗调的条件：温度应该 <=45°C，否则可能会影响C0的准确性，准确的应该是t0在环境温度30oC左右进行；PMIC供电电压越稳定越好；需要在DUT板端未升温前做校准。

3. 精校准(Fine Cal)：主要是为了能够更准确的计算频率误差(实际主要是确定校准公式中的C1参数值)，它对于FT曲线斜率的影响至关重要( 也使FT曲线更精准)。主要的做法是

   1. 通过DUT不断的在高功率下工作发热，使得整个晶振的温度至少上升0.5°C(至少0.2，通常要求1)。然后通过测量小范围的温升导致的频率误差，更精确的计算出FT曲线的线性拟合和频率-温度关系。

   2. 根据精校准可以比较准备的确定C1的值，这样就可以把精度从2PPM进一步的缩减。

   3. TCVCXO的频率校准：Fine Cal（精校准）

   4. 因为C2的值通过二次微分约等于0，所以可以忽略。

   5. C3主要是考虑在极限温度下的测试修正指标，手机通常测试的温度范围：15~50°C。通常在手机的生产过程中不考虑进行校准(除非有向军工这样的特殊要求)，大多数都是参考原厂给出的不同温度曲线下对应的修正值进行修正。

      C0对曲线拟合的影响

       

      C1对曲线拟合的影响

      

       

      C3对曲线拟合的影响

       

4. 使用QSPR进行xo校准的配置示意图：

   

   主要流程如下：（注意不同的制式的校准流程不太一样）

 

整个AFC的校准基本就说完了，欢迎大家纠正和补充！

补充一定材料：晶振的选型和QRCT手动进行XO校准，个人觉得对大家有帮忙，分享给大家