GPS 接收器測(cè)試

1) 將 VSG 程序設(shè)計(jì)為+15 dBm 功率強(qiáng)度

可開(kāi)啟 Measurement and Automation Explorer (MAX) 并使用測(cè)試面板。透過(guò)測(cè)試面板以 +15 dBm 產(chǎn)生 1.58 GHz 連續(xù)波 (CW) 訊號(hào)。

2) 以高精確度的功率計(jì)量測(cè) RF 功率

使用 RF 功率計(jì)，讓功率達(dá)到儀器功率精確度規(guī)格的 +14.78 dBm (或近似值) 之內(nèi)。

3) 附加 70 dB 固定式衰減器(30 dB + 20 dB + 20 dB) 與任何必要的連接線(xiàn)

4) 以高精確度的功率計(jì)量測(cè) RF 功率

將功率計(jì)設(shè)定為最大平均值 (512)，以量測(cè) RF 功率強(qiáng)度。此處的讀數(shù)為 -56.63 dBm。

5) 計(jì)算 RF 總耗損

若以 +14.78 dBm 減去 -56.63 dBm，即可在整合了衰減器與連接線(xiàn)之后，確保產(chǎn)生 71.41 dB 的功率耗損。請(qǐng)注意，多款衰減器往往具備最高 ± 1.0 dB 的不確定性。因此量測(cè)所得的衰減可能最高達(dá) ± 3.0 dB 的變化。所以校準(zhǔn)衰減器更顯重要，確保已知衰減可達(dá)較低的不確定性。

根據(jù)衰減器與連接線(xiàn)的校準(zhǔn)例程，即可確定所需的 RF 功率強(qiáng)度必須達(dá)到 -136 dBM?；谇笆龅?71.41 dB 衰減，必須將 RF 向量訊號(hào)產(chǎn)生器設(shè)定為 -58.59 dBm 的功率強(qiáng)度。若要確認(rèn)程序設(shè)計(jì)過(guò)后的功率無(wú)誤，則可依下列步驟進(jìn)行：

6) 直接將功率計(jì)附加至 RF 向量訊號(hào)產(chǎn)生器

并移除所有的衰減器與連接線(xiàn)。

7) 將 RF 產(chǎn)生器設(shè)定必要數(shù)值，使其最后功率達(dá)到-136 dBm。

而程序設(shè)計(jì)的數(shù)值應(yīng)為 -58.59 dBm，即由 -136 dBm + 71.41 dB 而得。

8) 以功率計(jì)量測(cè)最后功率。

請(qǐng)注意，所測(cè)得的 RF 功率，將因儀器的功率精確度而有所不同。即使測(cè)得 -58.59，則實(shí)際結(jié)果亦將因儀器的不確定性而產(chǎn)生些許變化。

9) 調(diào)整產(chǎn)生器功率直到功率計(jì)讀出-58.59 dBm

雖然 RF 產(chǎn)生器可于一定的容錯(cuò)范圍內(nèi)進(jìn)行作業(yè)，但此數(shù)值不僅具有可重復(fù)性，亦可調(diào)整 RF 功率計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)，直到得出合適的數(shù)值為止。

透過(guò)上述方法，僅需 3 項(xiàng) RF 功率量測(cè)作業(yè)，即可決定所需的 RF 功率。因此，假設(shè)量測(cè)裝置具有 ± 0.2 dB 的不確定性，則可得出 – 136 dBm 的功率不確定性將為 ± 0.6 dBm (3 x 0.2)。

Part B：敏感度量測(cè)

現(xiàn)在校準(zhǔn) RF 量測(cè)系統(tǒng)的功率之后，接著僅需進(jìn)行 RF 產(chǎn)生器的程序設(shè)計(jì)，將功率強(qiáng)度設(shè)定足以讓接收器回傳最小的 C/N。雖然用于量測(cè)敏感度的 RF 功率將因接收器而有所不同，但是接收器 C/N 與 RF 功率的比值，將呈現(xiàn)完美的線(xiàn)性關(guān)系。在我們的測(cè)試中，可假設(shè)所需的 C/N 為 28 dB-Hz 以進(jìn)行定位。透過(guò)等式 12，即可得出接收器 C/N 比值與噪聲指數(shù)之間的關(guān)系。

等式 14. C/N 做為噪聲指數(shù)與衛(wèi)星功率的函式

假設(shè)衛(wèi)星功率穩(wěn)定，則可發(fā)現(xiàn)由接收器回報(bào)的 C/N 比，幾乎就等于接收器的噪聲指數(shù)函式。下表顯示可達(dá)到的多樣 C/N 比值。

表6. C/N 為噪聲指數(shù)的函式

一般來(lái)說(shuō)，接收器上的 GPS 譯碼芯片組，將得出定位作業(yè)所需的最小 C/N 比值。然而，又必須透過(guò)整組接收器的噪聲指數(shù)，才能決定目前功率強(qiáng)度所能達(dá)到的 C/N 比值。因此，當(dāng)量測(cè)敏感度時(shí)，必須先了解定位作業(yè)所需的最小 C/N 比值。

其實(shí)有多種方法可量測(cè)敏感度。如上表所示，RF 功率與敏感度具有直接相關(guān)性。因此，可根據(jù)現(xiàn)有的敏感度功率強(qiáng)度，量測(cè)接收器的 C/N 比值;亦可根據(jù)不同的 RF 功率強(qiáng)度，得出系統(tǒng)敏感度。

為了說(shuō)明這點(diǎn)，則可注意 RF 訊號(hào)功率與 GPS 接收器 C/N 比值，在不同功率強(qiáng)度之下的關(guān)系。下方量測(cè)作業(yè)所套用的激發(fā)，即忽略了第一組 LNA 而進(jìn)行，且接收器的整體噪聲指數(shù)約為 8 dB。而表7 顯示相關(guān)結(jié)果。

表7. 接收器的 C/N 比值為 RF 功率的函式

如表7 所示，此量測(cè)范例的 RF 功率與 C/N 比值，幾乎是呈現(xiàn)完整的線(xiàn)性關(guān)系。而若使用高輸入功率模擬 C/N 比值，將產(chǎn)生例外情況;接收器報(bào)表將出現(xiàn)可能的最大 C/N 值。然而，因?yàn)樵谌魏螚l件下，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的芯片組均不會(huì)產(chǎn)生超過(guò) 54 dB-Hz 的 C/N 值，所以這些結(jié)果均屬預(yù)期范圍之中。

根據(jù)表6中所示 RF 功率與敏感度之間的線(xiàn)性關(guān)系，其實(shí)僅需針對(duì)接收器模擬不同的功率強(qiáng)度，即可進(jìn)行 GPS 接收器的生產(chǎn)測(cè)試作業(yè)。若接收器在 -142 dBm 得出 28 dB-Hz 的 C/N 值，則亦可于 -136 dBm 得到 34 dB-Hz 的 C/N 值。若特別注重量測(cè)速度，則可使用較高的 C/N 值，再?gòu)慕Y(jié)果中推斷出敏感度的信息。

找出噪聲指數(shù)

又根據(jù)等式 13 與 14，搭配相關(guān)載噪比 (Carrier-to-noise ratio)，則可得出接收器或芯片組的噪聲指數(shù)。亦如下方等式 15 所示。

等式 15. 接收器噪聲指數(shù)為功率與 C/N 比值所構(gòu)成的函式。

而由表7 所示，接收器的噪聲指數(shù)將直接與 RF 功率強(qiáng)度與載噪比互成比例。根據(jù)此關(guān)系，我們僅需針對(duì) RF 功率強(qiáng)度與 C/N 進(jìn)行關(guān)聯(lián)性，即可量測(cè)芯片組的噪聲指數(shù)。而此項(xiàng)量測(cè)中請(qǐng)注意，應(yīng)以 0.1 dB 為單位增加產(chǎn)生器的功率。由于 NMEA-183 協(xié)議所得到的衛(wèi)星 C/N 值，是以最接近的小數(shù)字為準(zhǔn)，因此在量測(cè)接收器 C/N 比值時(shí)，應(yīng)估算噪聲指數(shù)達(dá) 1 位數(shù)的精確度。范例結(jié)果如圖 18 所示。

表8. DUT 功率與接收器 C/N 的關(guān)聯(lián)。

如表8 所示，若 RF 功率強(qiáng)度處于 -136.6 dBm ~ -135.7 dBm 之間，則其 C/N 比值將維持于 30 dB-Hz。若以舍入法計(jì)算 NMEA-183 的數(shù)據(jù)時(shí)，則幾乎可確定 -136.1 dBm 功率強(qiáng)度將產(chǎn)生 30.0 dB-Hz 的 C/N 比值無(wú)誤。透過(guò)等式 14，芯片組的噪聲指數(shù)則為 -174.0 dBm + -136.1 dBm + 30.0 dB-Hz = 7.9 dB。請(qǐng)注意，此計(jì)算是根據(jù) 2 組不確定性系數(shù)而進(jìn)行：向量訊號(hào)產(chǎn)生器的功率不確定性，還有接收器所產(chǎn)生的 C/N 不確定性。