GPS 接收器测试
根据上列计算,即可找出接收器的整体噪声因子:
![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/fetch/20130807/153561_6_0.jpg)
![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/fetch/20130807/153561_6_1.jpg)
等式 10 与 11. 第一组 LNA 的噪声系数将影响接收器的噪声系数
透过等式 10 与 11 来看,若GPS接收器连接已启动的天线,则其噪声指数约可达 1.5 dB。请注意,我们已经先忽略了相关噪声指数等式中的第三项条件。由于此数值极小,基本上可将之忽略。
在某些案例中,GPS接收器的作业天线会搭配使用内建 LNA。因此测试点将忽略接收器的第一组 LNA。如此一来将透过第二组 LNA 得出噪声指数,且其往往又大于第一组 LNA 的噪声指数。若将 LNA1 移除,则可透过下列等式得出 LNA2 的噪声指数。
![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/fetch/20130807/153561_6_2.jpg)
![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/fetch/20130807/153561_6_3.jpg)
等式 12 与 13. 移除第一组 LNA 所得到的接收器噪声指数
如等式 12 与 13 所示,若将具备最佳噪声指数的 LNA 移除,则将大幅影响整组接收器的噪声指数。请注意,虽然此「常见」GPS接收器噪声指数的计算范例纯为理论叙述,但仍具有其重要性。由于接收器所呈现的 C/N 比值,实在与系统的噪声系数密不可分,因此系统的噪声系数可协助我们设定合适的 C/N测试限制。
单一卫星敏感度量测
在了解敏感度量测的基本理论之后,接着将进行实际量测的各个程序。一般测试系统均是透过直接联机,将模拟的 L1 单一卫星载波送入至 DUT 的 RF 通讯端口中。为了获得 C/N 比值,我们将接收器设定透过 NMEA-183 协议进行通讯。在 LabVIEW 中,则仅需串联 3 笔 GSV 指令,即可读取最大的卫星 C/N 值。
根据 GPS 规格说明,单一 L1 卫星若位于地球表面,则其功率应不低于 -130 dBm [7]。然而,消费者对室内与户外的 GPS 接收器使用需求,已进一步压低了测试限制。事实上,多款 GPS 接收器可达最低 -142 dBm 定位追踪敏感度,与最低 -160 dBm 讯号追踪。在一般作业点 (Operating point) 时,大多数的 GPS 接收器均可迅速持续锁定低于 6dB 的讯号,因此我们的测试激发则使用 -136dBm 的平均 RF 功率强度。
若要达到最佳的功率精确度与噪声水平 (Noise floor) 效能,则建议针对 RF 向量讯号产生器的输出,使用外接衰减。在大多数的案例中,40 dB ~ 60 dB 的外接衰减,可让我们更接近线性范围 (功率 ≥ -80 dBm),妥善操作产生器。由于各组接收器的定位衰减 (Fix attenuation) 均不甚固定,因此必须先行校准系统,以决定测试激发的正确功率。
在校准程序中,我们可考虑:1) 讯号的峰值平均比 (Peak-to-average ratio)、衰减器各个部分的差异,还有任何接线作业可能的插入损耗 (Insertion loss)。为了校准系统,应先从 DUT 切断联机,再将该联机接至 RF 向量讯号分析器 (如 PXI-5661)。
Part A:单一卫星校准
当执行敏感度量测时,RF 功率强度的精确性,实为讯号产生器最重要的特性之一。由于接收器可获得 0 数字精确度的 C/N 值 (如 34 dB-Hz),因此生产测试中的敏感度量测可达 ± 0.5 dB 的功率精确度。因此,必须确保我们的仪控功能至少要达到相等或以上的效能。由于一般 RF 仪控作业是专为大范围功率强度、频率范围,与温度条件所设计,因此在执行基本系统校准时,量测的可重复性 (Repeatability) 应远高于特定仪器效能。下列章节将进一步说明可确保 RF 功率精确度的 2 种方法。
方法 1:单一被动式 RF 衰减器:
虽然使用外接衰减,是为了确保 GPS 讯号产生作业可达最佳噪声密度,但实际仅需 20 dB 的衰减,即可确保噪声密度低于 -174 dBm/Hz。当使用 20 dB 的固定板 (Pad) 时,仅需将仪器设定为超过 20 dB 的 RF 功率强度即可。为了达到 -136 dBm 的目标,仪器应程序设计为 -115 dBm (假设 1 dB 的连接线插入损耗),且将 20 dB 衰减器直接连至产生器的输出。则所达到的 RF 功率将为 -136 dBm,但仍具有额外的不确定性。假设 20 dB 的固定板具有 ± 0.25 dB 的不确定性,且 RF 产生器亦于 -116 dBm 具有 ± 1.0 dB 的不确定性,则整体的不确定性将为 ± 1.25 dB。因此,虽然方法 1 最为简单且不需进行校准,但由于系统中的多项组件均未经过校准,因此可能接着发生不确定性。请注意,造成仪器不确定性最主要的原因之一,即为电压驻波比 (Voltage standing wave ratio,VSWR)。因为被动式衰减器是直接连至仪器的输出,所以反射回仪器的驻波即为实际衰减。由于降低了功率的不确定性,因此可提升整体功率的精确性。
请注意,此处亦使用高效能 VNA 确实量测被动衰减器。透过此量测装置,即可于 ± 0.1 dB 的不确定性之内,决定所要套用的衰减。
方法 2:经过校准的多组被动衰减器
校准 RF 功率的第二种方法,即是使用高精确度的 RF 功率计 (高于 ± 0.2 dB 的精确度,并最低可达 -70 dBm) 搭配多款固定式衰减器。因为我们是以固定频率,与相对较小的功率范围操作 RF 产生器,所以可有效修正由产生器造成的任何错误。此外,由于被动衰减器是以固定频率进行线性动作,因此亦可校准其不确定性。在方法 2 中,主要即必须确保产生系统可达到最佳效能,且将不确定性降至最低。此高精确度功率计可达优于 80 dB 的动态范围 (往往为双头式仪器),进而确保最低的量测不确定性。
透过高精确度的功率计,即可使用 3 种量测作业进行系统校准:1 种用于向量讯号产生器的 RF 功率,另外 2 种量测作业可校准衰减器。为了达到最佳的不确定性,则应设定系统所需的最少量测次数。若要达到 -136 dBm 的 RF 功率强度,则可将 RF 仪器程序设计为 -65 dBm 的功率强度,并使用 70 dB 固定衰减 (假设 1 dB 插入损耗)。为了确实进行 RF 功率强度的程序设计作业,则可透过固定的 Padding 校准实际衰减。校准程序如下:
电子血压计相关文章:电子血压计原理
评论