移動設(shè)備的FM測試

FM逐漸成為一項標配功能。與WiFi、GPS和3G蜂窩不同的是，早在20世紀30年代初Edwin Armstrong首先建議將FM用于語音和音樂廣播時，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)備還能將存儲的數(shù)字音樂用廣播的方式發(fā)送到附近的FM接收機，例如汽車娛樂系統(tǒng)。當然，現(xiàn)在FM很可能成為高端移動設(shè)備的功能之一。如何把寬帶FM信號測試做得足夠徹底、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，是移動設(shè)備制造商必須面對的問題。

缺乏測試標準

雖然業(yè)內(nèi)缺乏寬帶FM信號指標的官方標準，但也存在一些共同點。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。對于單個頻道則基本一致(見圖1)。單聲道廣播(右聲道和左聲道合并)約占15kHz，立體聲廣播的導頻信號固定位于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，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)機構(gòu)制定發(fā)射信號的頻率穩(wěn)定度、頻譜純度等特征指標。事實上的接收標準已出現(xiàn)在常規(guī)設(shè)備中。例如，信噪比(SNR)或信納比[(信號+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)表示包含一個或多個不可糾正誤碼的數(shù)據(jù)塊占全部接收數(shù)據(jù)塊的百分數(shù)，通常限于5%或更低?？偟膩碚f，并沒有規(guī)定設(shè)計和制造過程中需要測試的特性。相反，設(shè)計工程師可以較靈活地設(shè)置設(shè)計和制造的極限參數(shù)。因此，任何測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。

接收機設(shè)計特性的一致意見

高端FM芯片、模塊、參考設(shè)計和設(shè)備的設(shè)計工程師通常認可11項接收機測試(見圖2)。除SNR、SINAD和BLER之外，還包括接收信號強度指示(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)、導頻抑制和三階截點(IP3)。

圖2 這11項測試已成為FM芯片、模塊、參考設(shè)計和設(shè)備設(shè)計階段的主要測試項

RSSI值

RSSI反映設(shè)備接收到平均功率的強度，它通常使用檢測器或模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)測量在設(shè)備中頻(IF)級或基帶的功率。實質(zhì)上，我們需要確定一個已知功率信號發(fā)送到設(shè)備所產(chǎn)生的RSSI值符合規(guī)定的范圍。從測試角度看，這需要一個已知頻率、調(diào)制和功率的信號源，再將設(shè)備的測量結(jié)果與信號源對比。

RDS靈敏度/塊誤碼率

這是一種盲算，即只通過接收機完成測量無需了解測試設(shè)備實際發(fā)送的數(shù)據(jù)。接收機使用RDS協(xié)議的編碼機制區(qū)別正確數(shù)據(jù)位和錯誤數(shù)據(jù)位并進行校正。RDS靈敏度/塊誤碼率是具有一個或多個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。

該測試的指標閾值典型值是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，并且當誤碼率高于指定閾值時設(shè)備上就會有顯示。

接收靈敏度、SNR、THD和SINAD

接收靈敏度通過輸入已知功率的FM信號進行測量，同時跟蹤SNR(或SINAD)直至它低于某個閾值(SNR的閾值通常是26dB)。對于SNR，我們在設(shè)備音頻輸出端測量有用信號與帶內(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，以分析測試某些特定指標。

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

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

AM抑制

在AM抑制測試中，我們希望測量FM接收機對信號調(diào)幅的抑制能力。在衰落過程中，發(fā)射機失真和其它條件會使FM信號變?yōu)榉日{(diào)制。為了測試抑制調(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，因此設(shè)備接收的信號同時具有FM和AM特性。通過測量設(shè)備的音頻輸出電壓，并且去掉AM之后再測一次，我們就能測量輸出電平的比值，即抑制的度量。

立體聲平衡

立體聲平衡用于估計設(shè)備在左聲道和右聲道之間保持信號平衡的能力。進行立體聲平衡測試時，我們先發(fā)送一個左、右聲道音頻電平相等的信號，然后分別測量左聲道和右聲道的音頻輸出電平。兩個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接收機僅響應(yīng)有用信號而且完全抑制鏡像信號和雜散信號。然而，鏡像信號或雜散會產(chǎn)生較小而且有限信號響應(yīng)。雜散響應(yīng)/鏡像抑制測量設(shè)備抑制鏡像頻率及其它雜散信號的能力。實際上，設(shè)備的音頻輸出僅用有用信號測量，然后有用信號和表示鏡像或雜散的信號同時輸入，測量音頻輸出的改變并與首次測試結(jié)果比較得到抑制比。

導頻抑制

立體聲信號(包含分立的左聲道和右聲道內(nèi)容)是基于19kHz導頻信號產(chǎn)生的。接收機一旦檢測到這個信號就會在23kHz～53kHz范圍來解調(diào)信號，而不是在單聲道信號頻段(30Hz～15kHz)。不管怎樣，導頻信號不應(yīng)在23kHz～53kHz頻帶范圍內(nèi)產(chǎn)生音頻信號。然而，導頻卻會產(chǎn)生一個很小的有限信號，所以必須讓它低于某個閾值。一種測試導頻抑制的方法是發(fā)送一個1kHz音頻的FM信號至設(shè)備并采集音頻輸出。分析此音頻輸出，1kHz音頻信號的功率與19kHz導頻信號的功率的比值即為抑制比。