手机RF驱动开发

前面讲的是手机 RF 的硬件开发，一旦设计定型，基本就不会在改变，而且一般芯片厂家也会提供 demo 电路共参考，硬件调试也相对比较简单，都是些经验总结。按照经验积累来做，会觉得越来越简单。但是手机 RF 的驱动程序开发，估计国内没有几个公司做过，因为它涉及的部分包括基带芯片物理层的实现，协议栈，校准机制和系统整体集成。能做到这些的只能是做基带芯片且有能力开发维护协议栈的公司，这样的公司在国内还没有几家。闲话少说了。
手机 RF 包括三个 components ： Transceiver 射频收发器， PA 功率放大器和 Switch 射频开关。对应着，手机 RF 驱动也分成 3 个部分： Transceiver 驱动， PA 驱动和 Switch 驱动。由易到难的开发程度排列是： Switch 驱动， PA 驱动， Transceiver 驱动。
RF 驱动的接口是由基带芯片 PAL （ Physical Abstraction Layer ， the interface between L1 and driver ， which is used to manage driver ）定义的，因为在逻辑上， RF 驱动是由 PAL 直接调用的， PAL 实现的就是 GSM 物理层功能，如 FCCH ， SCH ， BCH ， TCH 等物理信道的实现等等。所以 PAL 根据自己的需要，调用 RF 驱动来实现物理信道功能。这些信道大类划分就是 RX 信道和 TX 信道，对应 RF 驱动，就是分成 TX 功能和 RX 功能，所以 RF 驱动就是用 PAL 传入的频段，信道，功率，增益等参数，正确配置内部寄存器和控制管脚，实现对应的频段，频率，功率的发射和接收。
RF 驱动开发过程可以分成 4 个步骤，如下图。每个步骤都需要测试通过，作为进行下一个步骤的充分条件。

 

这里准备从最简单的 Switch 驱动开始讲解，逐渐深入，解析 RF 驱动的实现过程。其中设计到的 PAL 的知识，校准机制等都是可以独立成章的知识，会在单独的章节中做细致的解析，让你深刻了解 GSM 底层实现机制。
6.1 RF Switch 驱动 1. 控制逻辑介绍 RF Switch 驱动其实就是一个简单的逻辑控制，需要在哪个频段，是进行 TX 还是 RX 就相应的把基带连接到 Switch 的控制管脚置到 SW 文档里要求的逻辑位置，用下图举例来说明。
如 SANYO 的 SW ， ASWMF46KAAACT ，芯片管脚如下图所示。

 

图中，芯片的控制管脚是 VC1 和 VC2 这两个管脚是基带射频控制管脚连接的，一般控制 RF 的都称为 TCO ，它是由 TCU 单元来进行控制。 TCO ，就是 Time Control Output ， TCU 就是 Time Control Unit 。它和普通 GPO （ General Purpose Output ）的区别是，它是实时控制的，可以用精确的时间来控制什么时候输出。单位是 QB ，就是 quarter bit/symbol 。详细介绍请参考：手机 RF 开发心得总结－ RF 控制管脚介绍之 TCU 篇。
VC1 和 VC2 的控制逻辑关系，可从 SW 的手册上得到，如下所示。

 

0 到 0.1V ，代表逻辑‘ 0 ’ ， 2.4 到 3V 代表逻辑‘ 1 ’ 。所以 SW 驱动中的控制逻辑如下：
CLR_TCO 代表管脚输出为‘ 0 ’ ， SET_TCO 代表管脚输出为‘ 1 ’ 。
// GSM850 RX
g_TxRxSwTcuVal[0][0].sw1 = CLR_TCO(SW->VC1);
g_TxRxSwTcuVal[0][0].sw2 = CLR_TCO(SW->VC2);
// GSM850 TX
g_TxRxSwTcuVal[0][1].sw1 = SET_TCO(SW->VC1);
g_TxRxSwTcuVal[0][1].sw2 = CLR_TCO(SW->VC2);
// GSM900 RX
g_TxRxSwTcuVal[1][0].sw1 = CLR_TCO(SW->VC1);
g_TxRxSwTcuVal[1][0].sw2 = CLR_TCO(SW->VC2);
// GSM900 TX
g_TxRxSwTcuVal[1][1].sw1 = SET_TCO(SW->VC1);
g_TxRxSwTcuVal[1][1].sw2 = CLR_TCO(SW->VC2);
// DCS RX
g_TxRxSwTcuVal[2][0].sw1 = CLR_TCO(SW->VC1);
g_TxRxSwTcuVal[2][0].sw2 = CLR_TCO(SW->VC2);
// DCS TX
g_TxRxSwTcuVal[2][1].sw1 = CLR_TCO(SW->VC1);
g_TxRxSwTcuVal[2][1].sw2 = SET_TCO(SW->VC2);
// PCS RX
g_TxRxSwTcuVal[3][0].sw1 = CLR_TCO(SW->VC1);
g_TxRxSwTcuVal[3][0].sw2 = CLR_TCO(SW->VC2);
// PCS TX
g_TxRxSwTcuVal[3][1].sw1 = CLR_TCO(SW->VC1);
g_TxRxSwTcuVal[3][1].sw2 = SET_TCO(SW->VC2);
用一个简单的 2 维数组就可以将 SW 不同频段 TX/RX 的控制逻辑描述清楚了。下面来介绍一下 SW 相关的函数，你可以根据你开发系统物理层的需要来做适当修改。函数接口是不唯一的，但是内部实现确是根据 SW 手册上要求逻辑实现的，可以说是唯一的。
有些 SW 的控制管脚可能是 3 个，没有关系，一样可以用一个结构体数组将控制逻辑的真值表表达出来。
2. RF SW API 介绍 一般射频驱动根据作用域，分成异步功能函数和同步功能函数两种。可以这样理解：异步功能函数就是初始化， sleep/wakeup 等逻辑控制，只是根据当前手机自身状态来使用。如手机上电初始化时，需要初始化射频器件；待机操作时，需要暂时关闭射频器件等，不需要根据 GSM 网络当前状态控制射频的函数。同步功能函数就是需要根据 GSM 网络当前状态控制射频处于接收或者发送状态的函数。如：当初始化完毕时，需要搜索 GSM 网络，这时候就需要打开射频 RX 功能，搜索 FCCH ， SCH ， BCH ，和基站进行同步，这些都是以 frame 形式控制的，需要根据接收并判决的网络信息，找到和网络同步的时间点，并以这个时间点为参考，进行随后的同步控制。
在下面的函数中，以 Asynchronous 代表异步功能函数， Synchronous 代表同步功能函数。
先介绍一下涉及的结构定义：
//----------------------------------------------------------------------
typedef struct
{
UINT8 SW1;
UINT8 SW2;
UINT8 SW3;
}SW_CONFIG_T;
SW 连接到基带的控制管脚，最多就 3 个。
typedef enum {
RFD_DIR_RX, ///< Rx Window
RFD_DIR_TX, ///< Tx Window
RFD_DIR_RX_DOWN, ///< End of Rx Window
RFD_DIR_TX_DOWN, ///< End of Tx Window
RFD_DIR_QTY
} RFD_RFDIR_T;
typedef enum {
GSM_BAND_GSM850 = 0,
GSM_BAND_GSM900 = 1,
GSM_BAND_DCS1800 = 2,
GSM_BAND_PCS1900 = 3,
GSM_BAND_QTY
} GSM_RFBAND_T;
//----------------------------------------------------------------------
void rfd_SwOpen(CONST SW_CONFIG_T* swConfig); // Function : rfd_SwOpen
//----------------------------------------------------------------------
// Description:
/// Asynchronous./n
/// 手机 PAL 初始化时调用，根据原理图中对 SW 的控制管脚情况，初始化上面所说的控制逻辑真值表。对应函数为 rfd_SwClose 。
/// It must perform any initialization/setup needed for the Switch to be functional.
//==================================================================
void rfd_SwClose(void); // Function : rfd_SwClose
//----------------------------------------------------------------------
// Description:
/// Asynchronous./n
/// This function is called before switching off the Switch.
/// To re-enable the Switch a call to #rfd_SwOpen will be issued.
//==================================================================
void rfd_SwWakeUp(void); // Function : rfd_SwWakeUp
//----------------------------------------------------------------------
// Description:
/// Asynchronous./n
/// This function is called when going out of Low-Power mode
/// (see #rfd_SwSleep). /n
/// It must bring back the Switch in its Idle state.
//==================================================================
void rfd_SwSleep(RFD_LP_MODE_T lp_mode); // Function : rfd_SwSleep
//----------------------------------------------------------------------
// Description:
/// Asynchronous./n
/// This function is called before going to LowPower mode.
/// The Switch must go in a the Low-power state correponding to the
/// asked mode (if applicable). /n
///
///@param lp_mode : targeted Low Power mode
//==================================================================
void rfd_SwSetPosition (RFD_RFDIR_T direction, GSM_RFBAND_T band, INT16 date); // Function : rfd_SwSetPosition
//----------------------------------------------------------------------
// Description:
/// Synchronous./n
/// 根据网络当前状态设置 SW 为正确的开关状态。
/// and Band parameters.
///
///@param direction : Rx / Tx selection （ RX ， TX ）
///@param band : band selection （ GSM850 ， GSM900 ， DCS ， PCS ）
///@param date : start time (in Qb) of the window, corresponds to
/// the beginning of the first sent (for Tx) or received (for
/// Rx) bit of the usefull part of the burst.
/// This time doesn't include any offset specific to the Rf
/// Switch.
//==================================================================
rfd_SwSetPosition 解析 VOID rfd_SwSetPosition (RFD_RFDIR_T direction, GSM_RFBAND_T band, INT16 date)
{
因为是同步控制，所以 date 代表网络要求打开 SW 的时间（ SW 只是被动器件，具体什么时候打开，由基带物理层根据 GSM 物理层协议控制。） SW_TIME_TX_SWITCH_UP 这类宏定义的时间是相对时间，参考时间点是网络要求打开 SW 的时间。这个宏定义时间一般都是负数，因为任何控制管脚的有效输出都需要一个建立时间，所以输出宏定义就是管脚到有效输出的建立时间。而且这个时间还需要实际调试时进行适当修改。
如先期在 8960 上调试 TX 时，如发现 PVT 的轮廓没有在框内的合适位置，则需要调整 TX_UP 或者 TX_DOWN 的时间来调整。
if (direction == RFD_DIR_TX)
{
date += SW_TIME_TX_SWITCH_UP;
}
else if (direction == RFD_DIR_TX_DOWN)
{
// Switch to RX to provide isolation (needed for ETSI specs)
date += SW_TIME_TX_SWITCH_DN;
direction = RFD_DIR_RX; // 如果影响 GPRS ，则不需要改变 direction ，保持 TX
}
else if (direction == RFD_DIR_RX_DOWN)
{
// Nothing to do for Rx Down
return;
}
else // RFD_DIR_RX
{
date += SW_TIME_RX_SWITCH_UP;
}
这里开始真正的控制输出，首先判断上次 SW 的控制管脚状态，如果和当前控制相同，则不需要变换管脚输入状态。
// Optimized way : program only switch changes
if (g_SwTcuCfg.sw1 != g_TxRxSwTcuVal[band][direction].sw1)
{
g_SwTcuCfg.sw1 = g_TxRxSwTcuVal[band][direction].sw1;
TcuSetEvent (g_SwTcuCfg.sw1, date);
}
if (g_SwTcuCfg.sw2 != g_TxRxSwTcuVal[band][direction].sw2)
{
g_SwTcuCfg.sw2 = g_TxRxSwTcuVal[band][direction].sw2;
TcuSetEvent (g_SwTcuCfg.sw2, date);
}
}

以上就是 SW 基本的控制逻辑，其实还是需要仔细阅读 SW 手册，里面包含很多信息。如 ： TX /RX Insertion Loss （需要测试时做补偿） 和 TX Isolation 最重要。 （ TX Isolation ：前端隔离度，防止 TX 辐射到 RX ，影响 RX 性能，这就是问什么 TX_DOWN 后，需要把 DIR 置为 RX 方式，就是为了防止 SW 的 TX 辐射到 RX 。）需要注意的是，做 GPRS 时，因为需要多个连续的 TX SLOT ，所以 TX_DOWN 后，如果把 DIR 置为 RX ，会影响 GPRS 的速率。这时，如果隔离度足够，不影响 RX performance ，则 TX_DOWN 后，不需要设成 RX 。

 

做射频驱动，其实最重要的还是多做试验，使用示波器抓取控制时序，结合驱动及器件文档的细节规格，使用 8960 和频谱分析仪来优化性能，这才是开发驱动的本意。 
 

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