深挖智能汽車設(shè)計(jì)要素，你知多少？

方法1：單一被動式RF衰減器：

雖然使用外接衰減，是為了確保GPS信號產(chǎn)生作業(yè)可達(dá)最佳噪聲密度，但實(shí)際僅需20dB的衰減，即可確保噪聲密度低于-174dBm/Hz.當(dāng)使用20dB的固定板(Pad)時，僅需將儀器設(shè)定為超過20dB的RF功率強(qiáng)度即可。為了達(dá)到-136dBm的目標(biāo)，儀器應(yīng)程序設(shè)計(jì)為-115dBm(假設(shè)1dB的連接線插入損耗)，且將20dB衰減器直接連至產(chǎn)生器的輸出。則所達(dá)到的RF功率將為-136dBm，但仍具有額外的不確定性。假設(shè)20dB的固定板具有±0.25dB的不確定性，且RF產(chǎn)生器亦于-116dBm具有±1.0dB的不確定性，則整體的不確定性將為±1.25dB.因此，雖然方法1最為簡單且不需進(jìn)行校準(zhǔn)，但由于系統(tǒng)中的多項(xiàng)組件均未經(jīng)過校準(zhǔn)，因此可能接著發(fā)生不確定性。請注意，造成儀器不確定性最主要的原因之一，即為電壓駐波比(Voltage standing wave ratio，VSWR)。因?yàn)楸粍邮剿p器是直接連至儀器的輸出，所以反射回儀器的駐波即為實(shí)際衰減。由于降低了功率的不確定性，因此可提升整體功率的精確性。

請注意，此處亦使用高效能VNA確實(shí)測量被動衰減器。透過此測量裝置，即可于±0.1dB的不確定性之內(nèi)，決定所要套用的衰減。

方法2：經(jīng)過校準(zhǔn)的多組被動衰減器

校準(zhǔn)RF功率的第二種方法，即是使用高精確度的RF功率計(jì)(高于±0.2dB的精確度，并最低可達(dá)-70dBm)搭配多款固定式衰減器。因?yàn)槲覀兪且怨潭l率，與相對較小的功率范圍操作RF產(chǎn)生器，所以可有效修正由產(chǎn)生器造成的任何錯誤。此外，由于被動衰減器是以固定頻率進(jìn)行線性動作，因此亦可校準(zhǔn)其不確定性。在方法2中，主要即必須確保產(chǎn)生系統(tǒng)可達(dá)到最佳效能，且將不確定性降至最低。此高精確度功率計(jì)可達(dá)優(yōu)于80dB的動態(tài)范圍(往往為雙頭式儀器)，進(jìn)而確保最低的測量不確定性。

透過高精確度的功率計(jì)，即可使用3種測量作業(yè)進(jìn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)：1種用于矢量信號發(fā)生器的RF功率，另外2種測量作業(yè)可校準(zhǔn)衰減器。為了達(dá)到最佳的不確定性，則應(yīng)設(shè)定系統(tǒng)所需的最少測量次數(shù)。若要達(dá)到-136dBm的RF功率強(qiáng)度，則可將RF儀器程序設(shè)計(jì)為-65dBm的功率強(qiáng)度，并使用70dB固定衰減(假設(shè)1dB插入損耗)。為了確實(shí)進(jìn)行RF功率強(qiáng)度的程序設(shè)計(jì)作業(yè)，則可透過固定的Padding校準(zhǔn)實(shí)際衰減。校準(zhǔn)程序如下：

1)將VSG程序設(shè)計(jì)為+15dBm功率強(qiáng)度

可開啟MeasurementandAutomationExplorer(MAX)并使用測試面板。透過測試面板以+15dBm產(chǎn)生1.58GHz連續(xù)波(CW)信號。

2)以高精確度的功率計(jì)測量RF功率

使用RF功率計(jì)，讓功率達(dá)到儀器功率精確度規(guī)格的+14.78dBm(或近似值)之內(nèi)。

3)附加70dB固定式衰減器(30dB+20dB+20dB)與任何必要的連接線

4)以高精確度的功率計(jì)測量RF功率

將功率計(jì)設(shè)定為最大平均值(512)，以測量RF功率強(qiáng)度。此處的讀數(shù)為-56.63dBm.

5)計(jì)算RF總耗損

若以+14.78dBm減去-56.63dBm，即可在整合了衰減器與連接線之后，確保產(chǎn)生71.41dB的功率耗損。請注意，多款衰減器往往具備最高±1.0dB的不確定性。因此測量所得的衰減可能最高達(dá)±3.0dB的變化。所以校準(zhǔn)衰減器更顯重要，確保已知衰減可達(dá)較低的不確定性。

根據(jù)衰減器與連接線的校準(zhǔn)例程，即可確定所需的RF功率強(qiáng)度必須達(dá)到-136dBM.基于前述的71.41dB衰減，必須將RF矢量信號發(fā)生器設(shè)定為-58.59dBm的功率強(qiáng)度。若要確認(rèn)程序設(shè)計(jì)過后的功率無誤，則可依下列步驟進(jìn)行：

6)直接將功率計(jì)附加至RF矢量信號發(fā)生器

并移除所有的衰減器與連接線。

7)將RF產(chǎn)生器設(shè)定必要數(shù)值，使其最后功率達(dá)到-136dBm.

而程序設(shè)計(jì)的數(shù)值應(yīng)為-58.59dBm，即由-136dBm+71.41dB而得。

8)以功率計(jì)測量最后功率。

請注意，所測得的RF功率，將因儀器的功率精確度而有所不同。即使測得-58.59，則實(shí)際結(jié)果亦將因儀器的不確定性而產(chǎn)生些許變化。

9)調(diào)整產(chǎn)生器功率直到功率計(jì)讀出-58.59dBm

雖然RF產(chǎn)生器可于一定的容錯范圍內(nèi)進(jìn)行作業(yè)，但此數(shù)值不僅具有可重復(fù)性，亦可調(diào)整RF功率計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)，直到得出合適的數(shù)值為止。

透過上述方法，僅需3項(xiàng)RF功率測量作業(yè)，即可決定所需的RF功率。因此，假設(shè)測量裝置具有±0.2dB的不確定性，則可得出–136dBm的功率不確定性將為±0.6dBm(3x0.2)。

PartB：靈敏度測量

現(xiàn)在校準(zhǔn)RF測量系統(tǒng)的功率之后，接著僅需進(jìn)行RF產(chǎn)生器的程序設(shè)計(jì)，將功率強(qiáng)度設(shè)定足以讓接收器回傳最小的C/N.雖然用于測量靈敏度的RF功率將因接收器而有所不同，但是接收器C/N與RF功率的比值，將呈現(xiàn)完美的線性關(guān)系。在我們的測試中，可假設(shè)所需的C/N為28dB-Hz以進(jìn)行定位。透過等式12，即可得出接收器C/N比值與噪聲指數(shù)之間的關(guān)系。

假設(shè)衛(wèi)星功率穩(wěn)定，則可發(fā)現(xiàn)由接收器回報的C/N比，幾乎就等于接收器的噪聲指數(shù)函式。下表顯示可達(dá)到的多樣C/N比值。

圖16.C/N為噪聲指數(shù)的函式

一般來說，接收器上的GPS譯碼芯片組，將得出定位作業(yè)所需的最小C/N比值。然而，又必須透過整組接收器的噪聲指數(shù)，才能決定目前功率強(qiáng)度所能達(dá)到的C/N比值。因此，當(dāng)測量靈敏度時，必須先了解定位作業(yè)所需的最小C/N比值。

其實(shí)有多種方法可測量靈敏度。如上表所示，RF功率與靈敏度具有直接相關(guān)性。因此，可根據(jù)現(xiàn)有的靈敏度功率強(qiáng)度，測量接收器的C/N比值;亦可根據(jù)不同的RF功率強(qiáng)度，得出系統(tǒng)靈敏度。

為了說明這點(diǎn)，則可注意RF信號功率與GPS接收器C/N比值，在不同功率強(qiáng)度之下的關(guān)系。下方測量作業(yè)所套用的激發(fā)，即忽略了第一組LNA而進(jìn)行，且接收器的整體噪聲指數(shù)約為8dB.而圖17顯示相關(guān)結(jié)果。

圖17.接收器的C/N比值為RF功率的函式

如圖17所示，此測量范例的RF功率與C/N比值，幾乎是呈現(xiàn)完整的線性關(guān)系。而若使用高輸入功率模擬C/N比值，將產(chǎn)生例外情況;接收器報表將出現(xiàn)可能的最大C/N值。然而，因?yàn)樵谌魏螚l件下，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的芯片組均不會產(chǎn)生超過54dB-Hz的C/N值，所以這些結(jié)果均屬預(yù)期范圍之中。