1、1. 什么是相位誤差相位誤差是手機(jī)發(fā)射信號(hào)經(jīng)過解調(diào)后的相位和理想相位之間的差別。一般相位誤差和頻率誤差對(duì)我們的測量儀表來說，是同時(shí)測量得到的。詳細(xì)測量方法、條件和測量計(jì)算步驟請(qǐng)參考 ETSI ts15101001 13.1 這一章節(jié)。2. 測量的目的和理論相位誤差是一項(xiàng)基本的衡量GSM調(diào)制精度的指標(biāo)，揭示了發(fā)射機(jī)調(diào)制器的性能。相位誤差有問題，一般表明I/Q基帶產(chǎn)生器，濾波器和發(fā)射機(jī)電路里面有問題。功率放大器的一些問題也能夠?qū)е潞芨叩南辔徽`差。在實(shí)際的通信系統(tǒng)中，不好的相位誤差能夠?qū)е陆邮諜C(jī)無法正常解調(diào), 信號(hào)的相位上面攜帶著有用信息,如果相位被打亂了,接收機(jī)解調(diào)出來的信息肯定會(huì)出現(xiàn)問題。根據(jù)3

2、GPP的規(guī)定,相位誤差( Phase Error)的峰值不能超過20度,RMS不能超過5度。在網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不好的時(shí)候，這種表現(xiàn)更加嚴(yán)重，影響到了信號(hào)的覆蓋范圍。這一點(diǎn)大家可以理解：GSM本身是一個(gè)調(diào)相系統(tǒng)；信號(hào)的相位上面攜帶著有用信息。如果相位被打亂了，接收機(jī)解調(diào)出來的信息肯定會(huì)出現(xiàn)問題的。下面的圖片詳細(xì)討論相位誤差的理論：以上圖片顯示了儀表如何計(jì)算相位誤差的。1. 接收機(jī)對(duì)發(fā)射機(jī)的輸出進(jìn)行下變頻后，然后開始采樣。這樣做的目的是為了捕捉到實(shí)際的相位軌跡。2. 接著接收機(jī)解調(diào)和計(jì)算出理想的相位軌跡。3. 將實(shí)際的相位軌跡和理想的相位軌跡相減，就得到了誤差信號(hào)。4. 誤差信號(hào)的傾斜度就是頻率誤差（相位

3、除以時(shí)間）。5. 誤差信號(hào)的波動(dòng)定義為相位錯(cuò)誤。一般的說法是均方根(RMS)和峰值。以下圖片標(biāo)注出了手機(jī)的測量標(biāo)準(zhǔn)要求。詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)參考ETSI TS15101001 13.1這一章節(jié)。3. 實(shí)際的測量以上是從 CMU200 通信綜合測試儀截取下來的圖片。分別測試了頻率誤差（Frequency Error），相位誤差的均方根（RMS）和峰值（Peak），原點(diǎn)偏置（Origin Offset）和 IQ 信號(hào)幅度不平衡（I/Q Imbalance）。射頻發(fā)射機(jī)基礎(chǔ)傳統(tǒng)發(fā)射機(jī)的架構(gòu)模擬基帶產(chǎn)生的IQ信號(hào)經(jīng)過射頻發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn)換到射頻信號(hào)，然后由天線發(fā)射出去。因此，射頻發(fā)射機(jī)扮演著將基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成射頻信號(hào)的

4、角色。射頻發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)必須注意下面的幾點(diǎn)：1. 調(diào)制精確度（modulation accuracy）。射頻發(fā)射機(jī)的調(diào)制精度決定了發(fā)射機(jī)的信號(hào)品質(zhì)好壞，因此會(huì)影響到接收機(jī)解調(diào)之后的誤碼率。2. 線性度。電路的非線性會(huì)讓發(fā)射信號(hào)失真，進(jìn)而導(dǎo)致接收機(jī)解調(diào)后的誤碼率升高。3. 增益的動(dòng)態(tài)范圍。射頻發(fā)射機(jī)必須有足夠的動(dòng)態(tài)范圍，以避免接收機(jī)飽和。在3GWCDMA系統(tǒng)中，發(fā)射機(jī)必須有1dB的增益解析度，而且動(dòng)態(tài)范圍必須大于80dB?，F(xiàn)在我們用的GSM手機(jī)中，增益解析度為2dB。動(dòng)態(tài)范圍是30dB左右。傳統(tǒng)的發(fā)射機(jī)為兩次上變頻發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)。包含變頻器，通道選擇濾波器，中頻可編程放大器，驅(qū)動(dòng)放大器和信道選擇濾波器

5、等等。變頻器的作用是將模擬基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成中頻信號(hào)。如下圖所示：數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：其中，G 是 IQ 振幅差異，是相位誤差，D 是直流誤差。如前面所述，調(diào)制器的精度決定了發(fā)射機(jī)的信號(hào)的品質(zhì)好壞。當(dāng)輸入的基帶IQ信號(hào)在相位和幅度上面存在誤差時(shí)，會(huì)在調(diào)制器的輸出端產(chǎn)生鄰信道泄漏。比如我們經(jīng)常碰到的調(diào)制譜的問題。這里不展開討論。根據(jù)上面的公式推導(dǎo)，當(dāng)輸入信號(hào)在DC方面存在誤差的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生載波泄漏(Carrier leakage)。這一點(diǎn)我們?cè)诤竺娣治鱿辔徽`差產(chǎn)生機(jī)理的時(shí)候，會(huì)詳細(xì)地談到。以上兩方面都會(huì)對(duì)調(diào)制精度產(chǎn)生影響。所以我們?cè)陔娐吩O(shè)計(jì)的時(shí)候，必須要降低IQ信號(hào)之間的相位、幅度和直流誤差?；氐缴厦?zhèn)?/p>

6、統(tǒng)的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)來，傳統(tǒng)的二次變頻結(jié)構(gòu)有下面的缺點(diǎn)：（1）使用中頻通道選擇器降低了集成度。（2）耗電大。（3）信號(hào)輸出無法進(jìn)行更好的雜散抑制。為了克服上面的缺點(diǎn)，偏置鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)的發(fā)射機(jī)就應(yīng)運(yùn)而生。偏置鎖相環(huán)發(fā)射機(jī)架構(gòu)如上圖所示，基帶信號(hào)經(jīng)過一次上變頻，變成中頻信號(hào)。中頻信號(hào)經(jīng)過限幅后，通過鎖相環(huán)路對(duì)一個(gè)電壓控制振蕩器（TXVCO）進(jìn)行相位的調(diào)制，從而產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)。這種結(jié)構(gòu)能夠降低發(fā)射機(jī)的功率消耗，輸出射頻信號(hào)中雜散比較低，同時(shí)更適合IC集成設(shè)計(jì)。當(dāng)然，這種結(jié)構(gòu)也有自己的缺點(diǎn)，僅僅能夠用于恒定包絡(luò)系統(tǒng)。另外因?yàn)槠面i相環(huán)受到了環(huán)路帶寬的限制，只能用于窄帶通信系統(tǒng)。偏置鎖相環(huán)路發(fā)射結(jié)構(gòu)廣泛用于GSM

7、系統(tǒng)中。直接上變頻發(fā)射架構(gòu)如下圖：基帶信號(hào)經(jīng)過混頻器直接調(diào)制到射頻。非常簡潔。這樣省去了中頻選擇濾波器和中頻混頻器。整個(gè)發(fā)射機(jī)能夠被整合到一個(gè)芯片上面。發(fā)射機(jī)的增益可以通過（基帶可編程增益衰減器）BBPGA 和混頻器增益來控制。采用這種結(jié)構(gòu)的發(fā)射機(jī)載波帶寬要比偏置鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)大，并且適用于非恒定包絡(luò)系統(tǒng)。當(dāng)然，這種結(jié)構(gòu)也有自己的缺點(diǎn)。由于本振信號(hào)和發(fā)射機(jī)載波頻率相同，本振信號(hào)泄漏到混頻器輸出端后，無法慮除。因此載波泄漏比較嚴(yán)重。過大載波泄漏造成接收機(jī)無法進(jìn)行解調(diào)。下面簡單分析一下EDGE 模式下的載波泄漏情況。當(dāng)系統(tǒng)需要很大的動(dòng)態(tài)增益范圍時(shí)候，這個(gè)問題嚴(yán)重。當(dāng)發(fā)射機(jī)功率降低的時(shí)候，泄漏的載波功率

8、不會(huì)降低。因此當(dāng)泄漏的載波和發(fā)射信號(hào)功率的比值到達(dá)一定程度的時(shí)候，接收機(jī)根本無法解調(diào)出信號(hào)來。為此，直接上變頻發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)必須搭配載波抑制自動(dòng)校正回路來使用，這樣才能維持載波泄漏和發(fā)射功率之比為固定值。假設(shè)，, 其中為信號(hào)的幅度, 為信號(hào)的幅度, 為信號(hào)的相位偏移, 為信號(hào)的直流偏移。則從以上分析可以看出,若信號(hào)的幅度不相等,且信號(hào)相對(duì)信號(hào)有相位偏移,即, 則在輸出的信號(hào)中會(huì)帶有的頻率分量,使得GSM信號(hào)的調(diào)制譜指標(biāo)惡化,導(dǎo)致相位誤差變大;若,則在輸出信號(hào)中會(huì)增加新的頻率分量,會(huì)對(duì)輸出調(diào)制譜造成惡化;若,則在輸出信號(hào)中會(huì)引入本振頻率,也會(huì)對(duì)輸出調(diào)制譜造成惡化,導(dǎo)致相位誤差變大。以上這些因素, 在

9、實(shí)際設(shè)計(jì)的時(shí)候并不容易的調(diào)試,但是可以通過走線來避免出現(xiàn)這些情況。比如我們的信號(hào)線, 和,和必須按照差分線來走,并且周圍必須要有地線對(duì)其進(jìn)行保護(hù),與一些高頻的數(shù)字線保持一定的隔離度, 這樣就基本可以保證信號(hào)的不會(huì)受到干擾。相位誤差故障分析和調(diào)試以上我們講了很多結(jié)論性的東西，往往對(duì)一件事情直接描述后，給出結(jié)論。這樣可能讓大家比較困惑。比如說，為什么直接上變頻結(jié)構(gòu)就比偏置鎖相環(huán)路結(jié)構(gòu)在電路設(shè)計(jì)上面挑戰(zhàn)更大？相位誤差到底是怎么出現(xiàn)的？由于理論水平有限，只能這樣敷衍一下了。下面就一些電路設(shè)計(jì)的實(shí)際問題進(jìn)行舉例分析。希望能夠拓寬大家的工作思路。相位誤差測試我們?cè)趯?shí)際工作當(dāng)中分為傳導(dǎo)測試和輻射測試兩種。以下敘述中不分開討論。另外 TC UAA3536 已經(jīng)很少有人使用了。后面所有的討論只針對(duì)直接上變頻系統(tǒng)和相位誤差相關(guān)的幾個(gè)因素如下:l I/Q 信號(hào)直流分量不平衡l Balun 電路l 收發(fā)器 TC 和功率放大器 PA 之間的匹配濾波l 功率放大器輸出匹配l 天線開關(guān) ASM 控制線的退耦l 發(fā)射功率通過接