移動(dòng)設(shè)備的FM測(cè)試

FM逐漸成為一項(xiàng)標(biāo)配功能。與WiFi、GPS和3G蜂窩不同的是，早在20世紀(jì)30年代初Edwin Armstrong首先建議將FM用于語音和音樂廣播時(shí)，寬帶FM就已經(jīng)開始使用了。

在今天的手持設(shè)備中，F(xiàn)M主要用于收聽FM廣播。但是，如果采用FM傳輸，這些設(shè)備還能將存儲(chǔ)的數(shù)字音樂用廣播的方式發(fā)送到附近的FM接收機(jī)，例如汽車娛樂系統(tǒng)。當(dāng)然，現(xiàn)在FM很可能成為高端移動(dòng)設(shè)備的功能之一。如何把寬帶FM信號(hào)測(cè)試做得足夠徹底、快捷，成本足夠低廉以使設(shè)備成本增加得最少并且保持較高的設(shè)備質(zhì)量和用戶滿意度，是移動(dòng)設(shè)備制造商必須面對(duì)的問題。

缺乏測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

雖然業(yè)內(nèi)缺乏寬帶FM信號(hào)指標(biāo)的官方標(biāo)準(zhǔn)，但也存在一些共同點(diǎn)。例如，所有國家通常使用VHF無線電頻譜(通常為87.5~108.0MHz)，但有的國家也使用另外的VHF頻帶。電臺(tái)帶寬通常為100kHz，“中心”頻率要么以100kHz的連續(xù)奇數(shù)倍(北美、南美、加勒比)或偶數(shù)倍(歐洲某些地區(qū)，亞洲和格陵蘭島)增加。對(duì)于單個(gè)頻道則基本一致(見圖1)。單聲道廣播(右聲道和左聲道合并)約占15kHz，立體聲廣播的導(dǎo)頻信號(hào)固定位于19kHz，立體聲聲道(左聲道和右聲道)范圍從23kHz到53kHz。RDS，即數(shù)字廣播數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)(57kHz)，可用于傳輸窄帶數(shù)據(jù)信號(hào)，剩余的頻帶用于直接頻帶和其它副載波業(yè)務(wù)。

圖1 FM的典型頻道是100kHz，其頻譜劃分如圖所示

各國許可證簽發(fā)機(jī)構(gòu)制定發(fā)射信號(hào)的頻率穩(wěn)定度、頻譜純度等特征指標(biāo)。事實(shí)上的接收標(biāo)準(zhǔn)已出現(xiàn)在常規(guī)設(shè)備中。例如，信噪比(SNR)或信納比[(信號(hào)+噪聲+失真)/(噪聲+失真)，SINAD]可以得到最小輸入功率電平，如果低于該電平SNR或SINAD將低于26dB。RDS塊誤碼率(BLER)表示包含一個(gè)或多個(gè)不可糾正誤碼的數(shù)據(jù)塊占全部接收數(shù)據(jù)塊的百分?jǐn)?shù)，通常限于5%或更低?？偟膩碚f，并沒有規(guī)定設(shè)計(jì)和制造過程中需要測(cè)試的特性。相反，設(shè)計(jì)工程師可以較靈活地設(shè)置設(shè)計(jì)和制造的極限參數(shù)。因此，任何測(cè)試方法都需要覆蓋合理范圍的值以支持更寬的應(yīng)用范圍。

接收機(jī)設(shè)計(jì)特性的一致意見

高端FM芯片、模塊、參考設(shè)計(jì)和設(shè)備的設(shè)計(jì)工程師通常認(rèn)可11項(xiàng)接收機(jī)測(cè)試(見圖2)。除SNR、SINAD和BLER之外，還包括接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)、接收靈敏度、AM抑制、立體聲平衡、雜散響應(yīng)/鏡像抑制、總諧波失真(THD)、導(dǎo)頻抑制和三階截點(diǎn)(IP3)。

圖2 這11項(xiàng)測(cè)試已成為FM芯片、模塊、參考設(shè)計(jì)和設(shè)備設(shè)計(jì)階段的主要測(cè)試項(xiàng)

RSSI值

RSSI反映設(shè)備接收到平均功率的強(qiáng)度，它通常使用檢測(cè)器或模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)測(cè)量在設(shè)備中頻(IF)級(jí)或基帶的功率。實(shí)質(zhì)上，我們需要確定一個(gè)已知功率信號(hào)發(fā)送到設(shè)備所產(chǎn)生的RSSI值符合規(guī)定的范圍。從測(cè)試角度看，這需要一個(gè)已知頻率、調(diào)制和功率的信號(hào)源，再將設(shè)備的測(cè)量結(jié)果與信號(hào)源對(duì)比。

RDS靈敏度/塊誤碼率

這是一種盲算，即只通過接收機(jī)完成測(cè)量無需了解測(cè)試設(shè)備實(shí)際發(fā)送的數(shù)據(jù)。接收機(jī)使用RDS協(xié)議的編碼機(jī)制區(qū)別正確數(shù)據(jù)位和錯(cuò)誤數(shù)據(jù)位并進(jìn)行校正。RDS靈敏度/塊誤碼率是具有一個(gè)或多個(gè)不可校正比特位的接收數(shù)據(jù)塊數(shù)與接收數(shù)據(jù)塊總數(shù)的比值。

該測(cè)試的指標(biāo)閾值典型值是5%，這決定了設(shè)備輸入端的接收功率電平，如果低于此電平那么BLER≥5%。這里，測(cè)試系統(tǒng)將根據(jù)RDS協(xié)議提供已知功率調(diào)制的FM信號(hào)，并且當(dāng)誤碼率高于指定閾值時(shí)設(shè)備上就會(huì)有顯示。

接收靈敏度、SNR、THD和SINAD

接收靈敏度通過輸入已知功率的FM信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)跟蹤SNR(或SINAD)直至它低于某個(gè)閾值(SNR的閾值通常是26dB)。對(duì)于SNR，我們?cè)谠O(shè)備音頻輸出端測(cè)量有用信號(hào)與帶內(nèi)噪聲的比值。某些濾波器，如A加權(quán)、C加權(quán)和ITUR 468(見圖3)等，可用于抓取的音頻數(shù)據(jù)中，以分析測(cè)試某些特定指標(biāo)。

圖3 在分析SNR時(shí)，可以使用某些濾波器并根據(jù)具體要求獲得結(jié)果

測(cè)量SINAD時(shí)需要考慮失真因素。類似于THD測(cè)量設(shè)備音頻輸出端帶內(nèi)諧波引起的失真，SINAD測(cè)量采用同樣的測(cè)試流程但使用不同的分析函數(shù)分析THD測(cè)試采集的數(shù)據(jù)。在THD和SINAD兩種情況下，測(cè)試儀提供FM信號(hào)和音頻信號(hào)(通常為1kHz)并采集設(shè)備音頻輸出用于后處理。

AM抑制

在AM抑制測(cè)試中，我們希望測(cè)量FM接收機(jī)對(duì)信號(hào)調(diào)幅的抑制能力。在衰落過程中，發(fā)射機(jī)失真和其它條件會(huì)使FM信號(hào)變?yōu)榉日{(diào)制。為了測(cè)試抑制調(diào)幅的性能，我們向設(shè)備提供具有已知AM調(diào)制(例如30%)的FM信號(hào)，因此設(shè)備接收的信號(hào)同時(shí)具有FM和AM特性。通過測(cè)量設(shè)備的音頻輸出電壓，并且去掉AM之后再測(cè)一次，我們就能測(cè)量輸出電平的比值，即抑制的度量。

立體聲平衡

立體聲平衡用于估計(jì)設(shè)備在左聲道和右聲道之間保持信號(hào)平衡的能力。進(jìn)行立體聲平衡測(cè)試時(shí)，我們先發(fā)送一個(gè)左、右聲道音頻電平相等的信號(hào)，然后分別測(cè)量左聲道和右聲道的音頻輸出電平。兩個(gè)聲道的音頻輸出功率電平的差就是不平衡的度量。

雜散響應(yīng)/鏡像抑制

在理想條件下，F(xiàn)M接收機(jī)僅響應(yīng)有用信號(hào)而且完全抑制鏡像信號(hào)和雜散信號(hào)。然而，鏡像信號(hào)或雜散會(huì)產(chǎn)生較小而且有限信號(hào)響應(yīng)。雜散響應(yīng)/鏡像抑制測(cè)量設(shè)備抑制鏡像頻率及其它雜散信號(hào)的能力。實(shí)際上，設(shè)備的音頻輸出僅用有用信號(hào)測(cè)量，然后有用信號(hào)和表示鏡像或雜散的信號(hào)同時(shí)輸入，測(cè)量音頻輸出的改變并與首次測(cè)試結(jié)果比較得到抑制比。

導(dǎo)頻抑制

立體聲信號(hào)(包含分立的左聲道和右聲道內(nèi)容)是基于19kHz導(dǎo)頻信號(hào)產(chǎn)生的。接收機(jī)一旦檢測(cè)到這個(gè)信號(hào)就會(huì)在23kHz～53kHz范圍來解調(diào)信號(hào)，而不是在單聲道信號(hào)頻段(30Hz～15kHz)。不管怎樣，導(dǎo)頻信號(hào)不應(yīng)在23kHz～53kHz頻帶范圍內(nèi)產(chǎn)生音頻信號(hào)。然而，導(dǎo)頻卻會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很小的有限信號(hào)，所以必須讓它低于某個(gè)閾值。一種測(cè)試導(dǎo)頻抑制的方法是發(fā)送一個(gè)1kHz音頻的FM信號(hào)至設(shè)備并采集音頻輸出。分析此音頻輸出，1kHz音頻信號(hào)的功率與19kHz導(dǎo)頻信號(hào)的功率的比值即為抑制比。