移動設備的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就已經開始使用了。

在今天的手持設備中，FM主要用于收聽FM廣播。但是，如果采用FM傳輸，這些設備還能將存儲的數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。當然，現在FM很可能成為高端移動設備的功能之一。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備成本增加得最少并且保持較高的設備質量和用戶滿意度，是移動設備制造商必須面對的問題。

缺乏測試標準

雖然業(yè)內缺乏寬帶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)奇數倍(北美、南美、加勒比)或偶數倍(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，即數字廣播數據業(yè)務(57kHz)，可用于傳輸窄帶數據信號，剩余的頻帶用于直接頻帶和其它副載波業(yè)務。

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在常規(guī)設備中。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據塊占全部接收數據塊的百分數，通常限于5%或更低?？偟膩碚f，并沒有規(guī)定設計和制造過程中需要測試的特性。相反，設計工程師可以較靈活地設置設計和制造的極限參數。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用范圍。

接收機設計特性的一致意見

高端FM芯片、模塊、參考設計和設備的設計工程師通常認可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/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、參考設計和設備設計階段的主要測試項

RSSI值

RSSI反映設備接收到平均功率的強度，它通常使用檢測器或模數轉換器(ADC)測量在設備中頻(IF)級或基帶的功率。實質上，我們需要確定一個已知功率信號發(fā)送到設備所產生的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、調制和功率的信號源，再將設備的測量結果與信號源對比。

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備實際發(fā)送的數據。接收機使用RDS協議的編碼機制區(qū)別正確數據位和錯誤數據位并進行校正。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據塊數與接收數據塊總數的比值。

該測試的指標閾值典型值是5%，這決定了設備輸入端的接收功率電平，如果低于此電平那么BLER≥5%。這里，測試系統將根據RDS協議提供已知功率調制的FM信號，并且當誤碼率高于指定閾值時設備上就會有顯示。

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，我們在設備音頻輸出端測量有用信號與帶內噪聲的比值。某些濾波器，如A加權、C加權和ITUR 468(見圖3)等，可用于抓取的音頻數據中，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具體要求獲得結果

測量SINAD時需要考慮失真因素。類似于THD測量設備音頻輸出端帶內諧波引起的失真，SINAD測量采用同樣的測試流程但使用不同的分析函數分析THD測試采集的數據。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{制。為了測試抑制調幅的性能，我們向設備提供具有已知AM調制(例如30%)的FM信號，因此設備接收的信號同時具有FM和AM特性。通過測量設備的音頻輸出電壓，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/鏡像抑制

在理想條件下，FM接收機僅響應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生較小而且有限信號響應。雜散響應/鏡像抑制測量設備抑制鏡像頻率及其它雜散信號的能力。實際上，設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容)是基于19kHz導頻信號產生的。接收機一旦檢測到這個信號就會在23kHz～53kHz范圍來解調信號，而不是在單聲道信號頻段(30Hz～15kHz)。不管怎樣，導頻信號不應在23kHz～53kHz頻帶范圍內產生音頻信號。然而，導頻卻會產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。