如何降低GPS測試成本

似乎在一夜間，GPS已從汽車內(nèi)的單一應用設備演變?yōu)槭殖衷O備應用，并且現(xiàn)在成為了多模手持設備的一部分，甚至是嵌入在筆記本電腦中的GPS？具備GPS功能的設備有望在四年內(nèi)成為規(guī)模達300億美元的市場，這暗示著許多設備將來自高批量制造流水線，并且每部設備的GPS子系統(tǒng)都需要測試，不論是單獨測試，還是作為多模手機系統(tǒng)的一部分。

與Wi-Fi、WiMAX或手機通信模式不同的是，GPS不是一種接收器/發(fā)射器技術(shù)。GPS IC促成了單純接收設備，后者尋找24個有效GPS衛(wèi)星信號中的至少4個，并做一些直接的三角測量和誤差校正，為用戶提供非常準確的位置信息。結(jié)合數(shù)字地圖，GPS系統(tǒng)會把人們的位置告訴他們，以及如何到達他們想去的地方。為此，GPS子系統(tǒng)必須能接收電平非常低的衛(wèi)星信號（最小信號強度為-130dBm），并準確捕獲偽隨機噪聲(PRN)測距碼、星歷表、星歷數(shù)據(jù)。捕獲了這些信息以后，設備的內(nèi)部電路就可做位置計算，并把它們與標準地圖坐標信息（例如WGS-84）關聯(lián)起來。

測試方面的挑戰(zhàn)

在GPS設備中，有兩件關鍵項目需要測試（見圖1）。其一就是確認設備足夠靈敏，并能準確捕獲疊加（即調(diào)制）在衛(wèi)星載波信號上的數(shù)據(jù)。

另一項測試是模擬多顆衛(wèi)星，發(fā)送它們各自的信號數(shù)據(jù)，并驗證設備計算了恰當?shù)亩ㄎ蛔鴺??；蛘呖砂言O備暴露在實際衛(wèi)星信號中，驗證它是否提供了正確的位置定位。

后一種方法的問題在于，實際衛(wèi)星信號可能隨著大氣條件而變化，使得難以實現(xiàn)初始測試條件的可重復性。前一種方法的問題在于，多通道測試是一件昂貴而耗時的事情。

應用測試儀創(chuàng)新技術(shù)

對于位置定位測試，如果人們選擇使用實際衛(wèi)星傳輸，并希望擁有一致并且可重復的初始條件，那么他們就需要確保進入的衛(wèi)星信號保持在穩(wěn)定的功率電平，并且不論使用什么方式來實現(xiàn)這個目標，都不會使衛(wèi)星信號進一步失真。借用Rube Goldberg的一篇論述，我們可以緩沖信號，并在它減弱時把它放大，并在它超過選定的標稱電平時使它減弱?；蛘呔驮谕獠糠胖靡桓炀€，并輸入捕獲的任何信號，無論接收的功率電平有何變化。第一種情形過于復雜，第二種則冒著質(zhì)量擾動風險。

創(chuàng)造一種多通道測試儀如何？它提供功率電平可調(diào)的L1信號，并能產(chǎn)生仿真衛(wèi)星數(shù)據(jù)。這種基于信號發(fā)生器的測試儀將能產(chǎn)生低電平信號，后者既可用于SNR（例如校準），也可用于位置定位測試（見圖2）。

開發(fā)一種基于矢量信號發(fā)生器(VSG)的測試儀當然是可行的，它每次能為一條通道提供L1信號，并對SNR和接收靈敏度做測試。事實上已經(jīng)做到了。但這種測試儀的多通道版本很昂貴。促成GPS功能的芯片組成本在迅速接近商品定價。而且，向多模手機添加GPS模式的成本必須與降價步伐一致。因此，購買昂貴的多通道測試儀變得越來越?jīng)]有吸引力了。

利用軟件定義無線電，人們可以設計基于VSG的多通道測試儀，它的價格更加接近單通道系統(tǒng)。這使人們可以不必用兩個或更多測試步驟，而是用一個測試步驟來測試SNR和位置定位。

GPS測試的另一方面

還有另一方面的GPS測試尚未得到探索?；赩SG的測試儀產(chǎn)生約為-130dBm的調(diào)制信號，并向被測設備(DUT)提供傳導測試，它向設備的射頻輸入端交付的信號將不同于在測試儀流出的功率。如果設備需要具有準確的測試，則電纜和連接器損耗必須得到考慮。但是難點在于，我們最后一次能用簡單方式測量大小約為-130dBm的信號功率是在何時？普通的功率表此時無濟于事。

但是，如果我們沿著線路輸送功率更高的CW信號（比如-60dBm），我們當然就能用連在電纜（它連至DUT）末端的功率表來測量產(chǎn)生的功率。如果我們在-60dBm測量到6dB衰減，則我們知道在-130dBm將有6dB衰減。衰減不受功率影響，而是受頻率影響，并且頻率在兩種情形中均相同。如果測試儀中建有-60dBm CW信號功能，則整個過程就能更快完成。

大批量制造

仔細考慮我們構(gòu)建GPS測試系統(tǒng)的決定，我們注意到：市場上只有一種測試儀，并且我們的工程師覺得他們能設計一種多通道系統(tǒng)，它在價格方面可與單通道型號相比。

這項產(chǎn)品開發(fā)決定的結(jié)果就是一種測試儀，它在可調(diào)功率范圍內(nèi)為L1(1,575.42MHz)產(chǎn)生類似GPS的信號，并且支持傳導（經(jīng)由電纜）和輻射（經(jīng)由空氣）測試方法（見圖3）。

前部面板上的單一射頻端口是功率為-60dBM至-145dBm的信號的來源。在-60dBm時，信號為CW類型。在較低功率范圍時，它是BPSK調(diào)制信號。導航數(shù)據(jù)在1.023MHz時是GPS C/A。載波多普勒偏移為±10KHz，通道功率可在偏離標稱電平±15dB的范圍內(nèi)改變。

由于擁有6條通道，并能改變每條通道的頻率和功率，因此人們可以向DUT同時發(fā)送6路信號，并在一次采樣中捕獲6個不同功率電平的SNR。這當然會縮短做首次測試（例如SNR）的時間，并且不會影響全面性或準確度（見圖4）。

在測試自動化領域顯身手

該測試儀具備C/C++應用程序接口(API)，來簡化測試腳本和自動化測試軟件的編寫。另外，該系統(tǒng)具有圖形用戶界面(GUI)，后者設計用于GPS DUT的人工測試（見圖5）。借助該系統(tǒng)，用戶能選擇空間載體數(shù)量、功率電平、輸出模式、多普勒頻率、C/A率、源頻率。

設置非常簡單。利用前部面板射頻連接器，測試儀被電纜連至DUT。測試儀后部的USB端口被連至PC上的USB連接器。用戶利用安裝于PC的GUI軟件和設備驅(qū)動程序來控制測試儀和DUT。（DUT從PC的某個USB連接器接收其功率和控制指令。）

利用這臺PC，可以開發(fā)和執(zhí)行測試腳本和自動化測試程序。在制造環(huán)境中，這些自動化程序?qū)⒖刂艱UT和測試儀。在開發(fā)環(huán)境中，用戶可用GUI來控制測試儀。

實質(zhì)上，如果評論家們的觀點正確，并且GPS市場增長至數(shù)百億美元規(guī)模的話，則行業(yè)將需要在GPS測試系統(tǒng)領域開展同樣的創(chuàng)新，這些創(chuàng)新目前在支撐著Wi-Fi市場——單機箱、快速、全面、準確。