手持移动设备的FM测试及发射机设计特性测试.docx

手持移动设备的 FM 测试及发射机设计特性测试在今天的手持设备中，FM主要用于收听FM广播但是，如果采用FM传输，这些设备还能将存储的数字 音乐用广播的方式发送到附近的FM接收机，例如汽车娱乐系统当然，现在FM很可能成为高端移动设 备的功能之一如何把宽带FM信号测试做得足够彻底、快捷，成本足够低廉以使设备成本增加得最少并 且保持较高的设备质量和用户满意度，是移动设备制造商必须面对的问题缺乏测试标准MonoLrM + FCigh-l虽然业内缺乏宽带FM信号指标的官方标准，但也存在一些共同点例如，所有国家通常使用VHF无线电 频谱（通常为87.5〜108.0MHz）,但有的国家也使用另外的VHF频带电台带宽通常为100kHz, “中心”频 率要么以 100kHz 的连续奇数倍（北美、南美、加勒比）或偶数倍（欧洲某些地区，亚洲和格陵兰岛）增 加对于单个频道则基本一致（见图1）单声道广播（右声道和左声道合并）约占15kHz，立体声广播的 导频信号固定位于19kHz,立体声声道（左声道和右声道）范围从23kHz到53kHzRDS,即数字广播数 据业务（57kHz），可用于传输窄带数据信号，剩余的频带用于直接频带和其它副载波业务。

Audos sutjcamef(10%)-O racc0ar>557REDE 门曲) (5%)s:ikW£图1 FM的典型频道是100kHz，其频谱划分如图所示各国许可证签发机构制定发射信号的频率稳定度、频谱纯度等特征指标事实上的接收标准已出现在常规 设备中例如，信噪比（SNR）或信纳比［（信号+噪声+失真）/ （噪声+失真），SINAD］可以得到最小输入 功率电平，如果低于该电平SNR或SINAD将低于26dBRDS块误码率（BLER）表示包含一个或多个不 可纠正误码的数据块占全部接收数据块的百分数，通常限于5%或更低总的来说，并没有规定设计和制造 过程中需要测试的特性相反，设计工程师可以较灵活地设置设计和制造的极限参数因此，任何测试方 法都需要覆盖合理范围的值以支持更宽的应用范围接收机设计特性的一致意见 高端FM芯片、模块、参考设计和设备的设计工程师通常认可11项接收机测试（见图2）除SNR、SINAD 和BLER之外，还包括接收信号强度指示（RSSI）、接收灵敏度、AM抑制、立体声平衡、杂散响应/镜像 抑制、总谐波失真（THD）、导频抑制和三阶截点（IP3）R&DR5S】 吁zRDS Sensitivity (Brock Error Rate, BLEK}/RX Sensitivity/AMSuppresskin/Stereo BalancezSpurious Response/I m^ge RejectionTHDzSINADSNRzPilot SuppressionIPS图 2 这 11 项测试已成为 FM 芯片、模块、参考设计和设备设计阶段的主要测试项RSSI 值RSSI反映设备接收到平均功率的强度，它通常使用检测器或模数转换器（ADC）测量在设备中频（IF）级 或基带的功率。

实质上，我们需要确定一个已知功率信号发送到设备所产生的RSSI值符合规定的范围从 测试角度看，这需要一个已知频率、调制和功率的信号源，再将设备的测量结果与信号源对比RDS 灵敏度/块误码率这是一种盲算，即只通过接收机完成测量无需了解测试设备实际发送的数据接收机使用RDS协议的编码 机制区别正确数据位和错误数据位并进行校正 RDS 灵敏度/块误码率是具有一个或多个不可校正比特位的 接收数据块数与接收数据块总数的比值该测试的指标阈值典型值是5%,这决定了设备输入端的接收功率电平，如果低于此电平那么BLER〉5% 这里，测试系统将根据RDS协议提供已知功率调制的FM信号，并且当误码率高于指定阈值时设备上就会 有显示接收灵敏度、SNR、THD和SINAD接收灵敏度通过输入已知功率的FM信号进行测量，同时跟踪SNR （或SINAD）直至它低于某个阈值（SNR 的阈值通常是26dB）对于SNR，我们在设备音频输出端测量有用信号与带内噪声的比值某些滤波器， 如A加权、C加权和ITUR 468 （见图3）等，可用于抓取的音频数据中，以分析测试某些特定指标A-wsight ng (bl u®), ES lew), C (rad), and D-weighling (t: Ik)ITLI- R (hlkk A-wh -gtilmg (hlujt). 汕丫茁岀昌1必门 226〔出］工罷 J-nc:)图 3 在分析 SNR 时，可以使用某些滤波器并根据具体要求获得结果测量SINAD时需要考虑失真因素。

类似于THD测量设备音频输出端带内谐波引起的失真，SINAD测量采 用同样的测试流程但使用不同的分析函数分析THD测试采集的数据在THD和SINAD两种情况下，测 试仪提供FM信号和音频信号（通常为1kHz）并采集设备音频输出用于后处理AM 抑制在AM抑制测试中，我们希望测量FM接收机对信号调幅的抑制能力在衰落过程中，发射机失真和其它 条件会使FM信号变为幅度调制为了测试抑制调幅的性能，我们向设备提供具有已知AM调制（例如30%） 的FM信号，因此设备接收的信号同时具有FM和AM特性通过测量设备的音频输出电压，并且去掉AM 之后再测一次，我们就能测量输出电平的比值，即抑制的度量立体声平衡立体声平衡用于估计设备在左声道和右声道之间保持信号平衡的能力进行立体声平衡测试时，我们先发 送一个左、右声道音频电平相等的信号，然后分别测量左声道和右声道的音频输出电平两个声道的音频 输出功率电平的差就是不平衡的度量杂散响应/镜像抑制在理想条件下， FM 接收机仅响应有用信号而且完全抑制镜像信号和杂散信号然而，镜像信号或杂散会 产生较小而且有限信号响应杂散响应/镜像抑制测量设备抑制镜像频率及其它杂散信号的能力。

实际上， 设备的音频输出仅用有用信号测量，然后有用信号和表示镜像或杂散的信号同时输入，测量音频输出的改 变并与首次测试结果比较得到抑制比导频抑制立体声信号（包含分立的左声道和右声道内容）是基于19kHz导频信号产生的接收机一旦检测到这个信 号就会在23kHz〜53kHz范围来解调信号，而不是在单声道信号频段（30Hz〜15kHz）不管怎样，导频信 号不应在23kHz〜53kHz频带范围内产生音频信号然而，导频却会产生一个很小的有限信号，所以必须 让它低于某个阈值一种测试导频抑制的方法是发送一个1kHz音频的FM信号至设备并采集音频输出分 析此音频输出，1kHz音频信号的功率与19kHz导频信号的功率的比值即为抑制比三阶截点-IP3三阶截点是失真的度量IP3代表基频（f1,有用信号）功率与3阶互调产物（2f1-f2和2f2-f1 ）功率相等 的点（虚拟点）这里，配置设备进行SNR或SINAD测量并输入FM信号（f1）得到SNR或SINAD读数然后，输入CW （未调制）信号（f2）至该设备并且f1和f2的功率从同等功率起点开始以相等步长增加直 至达到灵敏度的临界点FM音频的功率电平即为IP3截点。

发射机设计特性的一致意见 发射端需要进行的测试更少（见图 4）FrequencyAccurac/(Modulation Rate甌阳)Transmit Spectrum图 4 上面列出的七项测试全面反映了 FM 发射的设计性能Max TX Power (low. mid( high)RDS Block Error Rate tBLER)Occupied Sand widthSNRTHD3 rm涓 h if.■JMl MMH'ii 1这七项测试包括最大发射功率、频率/调制率准确度、BLER、发射频谱、占用带宽、SNR和THD最大发射功率 最大发射功率测试用于确认设备产生的功率信号电平符合规定的最大阈值（通常从0〜+5dBm）在测试中, 让设备以最大 RF 功率电平发射接收信号并测量其功率，然后与规定的最大值比较频率/调制率准确度 这里，让设备在规定频率上发送具有相等左声道和右声道音频内容的 FM 信号，接收此信号并解调，测量 接收信号的频率并与规定的发射频率比较此外，接收信号解调后得到音频输出并且在整个信号带宽上平 均得到中间频率假定发射的右声道和左声道音频内容相等，那么测量的载频不应有明显差别。

RDS BLER 值 该测试实质上与接收端的测试相同，除了让设备发送符合RDS协议的信号并且测试仪和分析软件都应跟踪 块误码率发射频谱 这里，让设备以最大功率发送 FM 信号，然后接收此信号并在频域分析以确认此信号限制在频道频谱内 该测试没有限制最小带宽，但是接收频谱至少达500kHz或以上就够了占用带宽 结合发射频谱，占用带宽表示包含99%发射信号功率的带宽SNR 和 THD与接收测试类似，可以通过测试系统测量发射信号的SNR （包含或不含滤波器加权）采用1kHz音频信号 调制的信号还可用于分析 THD设计测试与制造测试设计时需要进行完整详尽的测试，这时对设计好坏进行验证是首要目标完成设计验证后，测试项目就可以缩减（见图 5）这些测试只要能检验出产品在生产过程中是否出了问题即可Test ItemMFGRSSiRDS Sensitivity {BEock Error Ratef BLER)Ax SensitivityAM SuppressionStereo Bahnce-SpuriouiResponse/1 mage RejectionTHD^INADzSNRPilot SuppressionIP3图5a在制造中，接收端的测试缩减至5项Max TX Poweir (low, mid, high)Frequency Acc u ra ty (Modulation Rate )RDS Block Error Rate (BLER)Transmit SpectrumOccupied BandwidthSNRTHD图 5b 制造过程中的发射测试基本上没有改变，因为所有这些测试项目将找到制造的缺陷 集成数字音频接口（I2S）在上文的测试描述中，假定设备输出的是模拟音频信号（RSSI除外）。

虽然以前和现在模拟音频信号都是 主要的设备输出信号类型，但随着传统音频听筒和耳机被蓝牙耳机替代，I2S接口将越来越受欢迎此外, 如果最终产品采用处理器，那么 I2S 数据可以直接送至处理器进行数字音频处理，如加入环绕立体声或者 均衡参数等在测试应用中， I2S 总线提供准确定义的接口，支持与测试设备之间传输“纯净”的数字信号以这种方式， 设备真实性能的测量不受加在模拟接口上的模拟损伤（例如噪声或失真）的影响I2S 总线由3 条线路组成，分别是：•时钟（SCK）•字选（WS）• 数据（ SD）该总线是双向的，用于将接收机（或发射机）设定为主（时钟发生器）或从（时钟接收器）该时钟频率典 型值为2.5MHz （周期为400ns）并且逻辑电平定义为VL<0.4V和VH>2.4V如果使用较低的逻辑电压， 就用较低的电平尽管大多数情况下 FM 测试系统只需处理模拟音频输出，但是更完整的测试方案是既能单独处理模拟或者 I2S，又能同时处理两者的测试仪苛刻的测试时间和测试成本正如上文所述，了解测试项目和如。