GPS 接收器测试
1) 将 VSG 程序设计为+15 dBm 功率强度
可开启 Measurement and Automation Explorer (MAX) 并使用测试面板。透过测试面板以 +15 dBm 产生 1.58 GHz 连续波 (CW) 讯号。
2) 以高精确度的功率计量测 RF 功率
使用 RF 功率计,让功率达到仪器功率精确度规格的 +14.78 dBm (或近似值) 之内。
3) 附加 70 dB 固定式衰减器(30 dB + 20 dB + 20 dB) 与任何必要的连接线
4) 以高精确度的功率计量测 RF 功率
将功率计设定为最大平均值 (512),以量测 RF 功率强度。此处的读数为 -56.63 dBm。
5) 计算 RF 总耗损
若以 +14.78 dBm 减去 -56.63 dBm,即可在整合了衰减器与连接线之后,确保产生 71.41 dB 的功率耗损。请注意,多款衰减器往往具备最高 ± 1.0 dB 的不确定性。因此量测所得的衰减可能最高达 ± 3.0 dB 的变化。所以校准衰减器更显重要,确保已知衰减可达较低的不确定性。
根据衰减器与连接线的校准例程,即可确定所需的 RF 功率强度必须达到 -136 dBM。基于前述的 71.41 dB 衰减,必须将 RF 向量讯号产生器设定为 -58.59 dBm 的功率强度。若要确认程序设计过后的功率无误,则可依下列步骤进行:
6) 直接将功率计附加至 RF 向量讯号产生器
并移除所有的衰减器与连接线。
7) 将 RF 产生器设定必要数值,使其最后功率达到-136 dBm。
而程序设计的数值应为 -58.59 dBm,即由 -136 dBm + 71.41 dB 而得。
8) 以功率计量测最后功率。
请注意,所测得的 RF 功率,将因仪器的功率精确度而有所不同。即使测得 -58.59,则实际结果亦将因仪器的不确定性而产生些许变化。
9) 调整产生器功率直到功率计读出-58.59 dBm
虽然 RF 产生器可于一定的容错范围内进行作业,但此数值不仅具有可重复性,亦可调整 RF 功率计进行校准,直到得出合适的数值为止。
透过上述方法,仅需 3 项 RF 功率量测作业,即可决定所需的 RF 功率。因此,假设量测装置具有 ± 0.2 dB 的不确定性,则可得出 – 136 dBm 的功率不确定性将为 ± 0.6 dBm (3 x 0.2)。
Part B:敏感度量测
现在校准 RF 量测系统的功率之后,接着仅需进行 RF 产生器的程序设计,将功率强度设定足以让接收器回传最小的 C/N。虽然用于量测敏感度的 RF 功率将因接收器而有所不同,但是接收器C/N 与 RF 功率的比值,将呈现完美的线性关系。在我们的测试中,可假设所需的 C/N 为 28 dB-Hz 以进行定位。透过等式 12,即可得出接收器 C/N 比值与噪声指数之间的关系。
![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/fetch/20130807/153561_7_0.jpg)
等式 14. C/N 做为噪声指数与卫星功率的函式
假设卫星功率稳定,则可发现由接收器回报的 C/N 比,几乎就等于接收器的噪声指数函式。下表显示可达到的多样 C/N 比值。
![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/fetch/20130807/153561_7_1.jpg)
表6. C/N 为噪声指数的函式
一般来说,接收器上的GPS译码芯片组,将得出定位作业所需的最小 C/N 比值。然而,又必须透过整组接收器的噪声指数,才能决定目前功率强度所能达到的 C/N 比值。因此,当量测敏感度时,必须先了解定位作业所需的最小 C/N 比值。
其实有多种方法可量测敏感度。如上表所示,RF 功率与敏感度具有直接相关性。因此,可根据现有的敏感度功率强度,量测接收器的 C/N 比值;亦可根据不同的 RF 功率强度,得出系统敏感度。
为了说明这点,则可注意 RF 讯号功率与GPS接收器 C/N 比值,在不同功率强度之下的关系。下方量测作业所套用的激发,即忽略了第一组 LNA 而进行,且接收器的整体噪声指数约为 8 dB。而表7 显示相关结果。
![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/fetch/20130807/153561_7_2.jpg)
表7. 接收器的 C/N 比值为 RF 功率的函式
如表7 所示,此量测范例的 RF 功率与 C/N 比值,几乎是呈现完整的线性关系。而若使用高输入功率模拟 C/N 比值,将产生例外情况;接收器报表将出现可能的最大 C/N 值。然而,因为在任何条件下,进行实验的芯片组均不会产生超过 54 dB-Hz 的 C/N 值,所以这些结果均属预期范围之中。
根据表6中所示 RF 功率与敏感度之间的线性关系,其实仅需针对接收器模拟不同的功率强度,即可进行GPS接收器的生产测试作业。若接收器在 -142 dBm 得出 28 dB-Hz 的 C/N 值,则亦可于 -136 dBm 得到 34 dB-Hz 的 C/N 值。若特别注重量测速度,则可使用较高的 C/N 值,再从结果中推断出敏感度的信息。
找出噪声指数
又根据等式 13 与 14,搭配相关载噪比 (Carrier-to-noise ratio),则可得出接收器或芯片组的噪声指数。亦如下方等式 15 所示。
![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/fetch/20130807/153561_7_3.jpg)
等式 15. 接收器噪声指数为功率与 C/N 比值所构成的函式。
而由表7 所示,接收器的噪声指数将直接与 RF 功率强度与载噪比互成比例。根据此关系,我们仅需针对 RF 功率强度与 C/N 进行关联性,即可量测芯片组的噪声指数。而此项量测中请注意,应以 0.1 dB 为单位增加产生器的功率。由于 NMEA-183 协议所得到的卫星 C/N 值,是以最接近的小数字为准,因此在量测接收器 C/N 比值时,应估算噪声指数达 1 位数的精确度。范例结果如图 18 所示。
![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/fetch/20130807/153561_7_4.jpg)
表8. DUT 功率与接收器 C/N 的关联。
如表8 所示,若 RF 功率强度处于 -136.6 dBm ~ -135.7 dBm 之间,则其 C/N 比值将维持于 30 dB-Hz。若以舍入法计算 NMEA-183 的数据时,则几乎可确定 -136.1 dBm 功率强度将产生 30.0 dB-Hz 的 C/N 比值无误。透过等式 14,芯片组的噪声指数则为 -174.0 dBm + -136.1 dBm + 30.0 dB-Hz = 7.9 dB。请注意,此计算是根据 2 组不确定性系数而进行:向量讯号产生器的功率不确定性,还有接收器所产生的 C/N 不确定性。
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