如何降低GPS測試成本

似乎在一夜間，GPS已從汽車(chē)內的單一應用設備演變?yōu)槭殖衷O備應用，并且現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成為規模達300億美元的市場(chǎng)，這暗示著(zhù)許多設備將來(lái)自高批量制造流水線(xiàn)，并且每部設備的GPS子系統都需要測試，不論是單獨測試，還是作為多模手機系統的一部分。

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(gè)有效GPS衛星信號中的至少4個(gè)，并做一些直接的三角測量和誤差校正，為用戶(hù)提供非常準確的位置信息。結合數字地圖，GPS系統會(huì )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子系統必須能接收電平非常低的衛星信號（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、星歷數據。捕獲了這些信息以后，設備的內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(guān)聯(lián)起來(lái)。

測試方面的挑戰

在GPS設備中，有兩件關(guān)鍵項目需要測試（見(jiàn)圖1）。其一就是確認設備足夠靈敏，并能準確捕獲疊加（即調制）在衛星載波信號上的數據。

另一項測試是模擬多顆衛星，發(fā)送它們各自的信號數據，并驗證設備計算了恰當的定位坐標?；蛘呖砂言O備暴露在實(shí)際衛星信號中，驗證它是否提供了正確的位置定位。

后一種方法的問(wèn)題在于，實(shí)際衛星信號可能隨著(zhù)大氣條件而變化，使得難以實(shí)現初始測試條件的可重復性。前一種方法的問(wèn)題在于，多通道測試是一件昂貴而耗時(shí)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(shí)際衛星傳輸，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(jìn)入的衛星信號保持在穩定的功率電平，并且不論使用什么方式來(lái)實(shí)現這個(gè)目標，都不會(huì )使衛星信號進(jìn)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(shí)把它放大，并在它超過(guò)選定的標稱(chēng)電平時(shí)使它減弱?；蛘呔驮谕獠糠胖靡桓炀€(xiàn)，并輸入捕獲的任何信號，無(wú)論接收的功率電平有何變化。第一種情形過(guò)于復雜，第二種則冒著(zhù)質(zhì)量擾動(dòng)風(fēng)險。

創(chuàng )造一種多通道測試儀如何？它提供功率電平可調的L1信號，并能產(chǎn)生仿真衛星數據。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(jiàn)圖2）。

開(kāi)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(shí)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(jià)。而且，向多模手機添加GPS模式的成本必須與降價(jià)步伐一致。因此，購買(mǎi)昂貴的多通道測試儀變得越來(lái)越?jīng)]有吸引力了。

利用軟件定義無(wú)線(xiàn)電，人們可以設計基于VSG的多通道測試儀，它的價(jià)格更加接近單通道系統。這使人們可以不必用兩個(gè)或更多測試步驟，而是用一個(gè)測試步驟來(lái)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(diǎn)在于，我們最后一次能用簡(jiǎn)單方式測量大小約為-130dBm的信號功率是在何時(shí)？普通的功率表此時(shí)無(wú)濟于事。

但是，如果我們沿著(zhù)線(xiàn)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(lái)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(gè)過(guò)程就能更快完成。

大批量制造

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

這項產(chǎn)品開(kāi)發(fā)決定的結果就是一種測試儀，它在可調功率范圍內為L(cháng)1(1,575.42MHz)產(chǎn)生類(lèi)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(jiàn)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(lái)源。在-60dBm時(shí)，信號為CW類(lèi)型。在較低功率范圍時(shí)，它是BPSK調制信號。導航數據在1.023MHz時(shí)是GPS C/A。載波多普勒偏移為±10KHz，通道功率可在偏離標稱(chēng)電平±15dB的范圍內改變。

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(shí)發(fā)送6路信號，并在一次采樣中捕獲6個(gè)不同功率電平的SNR。這當然會(huì )縮短做首次測試（例如SNR）的時(shí)間，并且不會(huì )影響全面性或準確度（見(jiàn)圖4）。

在測試自動(dòng)化領(lǐng)域顯身手

該測試儀具備C/C++應用程序接口(API)，來(lái)簡(jiǎn)化測試腳本和自動(dòng)化測試軟件的編寫(xiě)。另外，該系統具有圖形用戶(hù)界面(GUI)，后者設計用于GPS DUT的人工測試（見(jiàn)圖5）。借助該系統，用戶(hù)能選擇空間載體數量、功率電平、輸出模式、多普勒頻率、C/A率、源頻率。

設置非常簡(jiǎn)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(hù)利用安裝于PC的GUI軟件和設備驅動(dòng)程序來(lái)控制測試儀和DUT。（DUT從PC的某個(gè)USB連接器接收其功率和控制指令。）

利用這臺PC，可以開(kāi)發(fā)和執行測試腳本和自動(dòng)化測試程序。在制造環(huán)境中，這些自動(dòng)化程序將控制DUT和測試儀。在開(kāi)發(fā)環(huán)境中，用戶(hù)可用GUI來(lái)控制測試儀。

實(shí)質(zhì)上，如果評論家們的觀(guān)點(diǎn)正確，并且GPS市場(chǎng)增長(cháng)至數百億美元規模的話(huà)，則行業(yè)將需要在GPS測試系統領(lǐng)域開(kāi)展同樣的創(chuàng )新，這些創(chuàng )新目前在支撐著(zhù)Wi-Fi市場(chǎng)——單機箱、快速、全面、準確。