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手持移动设备的FM测试及发射机设计特性测试
来源：LitePoint公司
作者：佚名日 11:35
[导读] & &&&& 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
& &&&& 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53kHz。RDS，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。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26dB。RDS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）。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。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）。图4 上面列出的七项测试全面反映了FM发射的设计性能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：图5a 在制造中，接收端的测试缩减至5项图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，了解测试项目和如何测试很重要，但最关键的是确保测试时间最短并且测试成本最低。根据上文的介绍，我们完全可以用信号发生器和频谱分析仪进行测试。而且，在时间允许的研发环境中，使用分立仪器就足够了。然而，制造环境下时间和成本都非常关键，因而需要使用流水线程度更高的方法。例如，包含信号发生和调整设备控制的测试系统必然能简化处理复杂度并缩短处理时间（见图6）。图6 图中的测试方案使用计算机分析和调整设备控制，利用测试仪提供FM、CW和FM/AM输出信号并用接口设备将模拟音频信号转换为数字信号以供计算机分析软件使用使用I2S信号的系统与使用模拟音频输出的系统很相似，区别在于前者的接口模块能接收和生成I2S信号（见图7）。图7 接口模块能接收和生成I2S数字数据，无需将模拟转换为数字而且消除了可能出现在模拟输出信号中的模拟损伤的影响如果测试仪能生成并混合多个信号，还能用各种音频信号对RF信号进行频率调制，它就能组合一些设计和制造测试并得到多个测试结果。通过利用数字化的测试数据和使用高效的分析软件，我们可以在几秒钟之内评估测试并能消除设置或“读”数据中的人为误差。Multicom测试系统实现FM测试图8 LitePoint公司FM测试解决方案下面以LitePoint公司IQ2010型Multicom为例说明如何实现FM测试（图8）。测试仪已内建了能覆盖FM测试频谱的矢量信号分析（VSA）和矢量信号发生（VSG）。当测试接收灵敏度时，IQ2010可产生具有以下特点的FM信号：1kHz音频信号、94.3MHz载频、22.5kHz最大频偏、50us预加重、30Hz~15kHz频段调制（例如单声道模式）。VSG FM信号输入FM RX DUT，并且模拟音频输出送到音频接口模块。从该音频信号生成一个.wav文件并通过USB接口传至笔记本电脑。这里，LitePoint公司的音频分析软件能快速分析此.wav文件的信息并得到分析结果。音频接口模块还能接收来自DUT的I2S输出。同样，生成的.wav文件通过USB接口可以传到笔记本电脑。
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半导体热敏电阻特性的研究的实验设计
一、实验目的1、研究热敏电阻的温度特性；2、掌握非平衡电桥的测量原理；3、了解热敏电阻温度计的基本结构及使用方法二、实验内容1、热敏电阻温度特性的研究；2、热敏电阻温度计的设计和标定；3、用热敏电阻温度计测温。三、实验仪器设备和材料清单PN结正向压降温度特性实验组合仪1套，直流稳压电源1，电阻箱3，检流计1，热敏电阻1，温度计1，滑线变阻器1，恒温器或杜瓦瓶1，加热器1，微安表1，开关2，导线若干。四、实验要求实验前预习：1、半导体PN结（热敏电阻）的导电特性和温度特性；2、惠斯通电桥平衡和不平衡的电路特点；3、温度计的标定方法；4、PN结正向压降温度特性实验组合仪的功能和原理。实验过程：1、分别用实验组合仪和分离仪器自组装测试热敏电阻的温度特性；2、设计和标定热敏电阻温度计。五、实验步骤及结果测试1、用实验组合仪测定PN结（热敏电阻）的正向温度特性，求出材料主要参数，作图线；2、用分离仪器自组装电桥电路，测定热敏电阻的温度特性，作图线；3、设计和制作热敏电阻温度计，标定刻度；4、使用热敏电阻温度计测量几个特殊的温度，并与标准温度计测量值比较。六、考核形式根据实验操作表现、设计内容和实验报告情况综合评分。七、实验报告要求1、写明本实验的目的和意义；2、阐明实验的基本原理、设计思路和研究过程。回答教师指定的预习问题；3、记录实验的全过程，包括各实验步骤、各种实验现象和数据；4、数据处理，包括作图线；5、对比和分析实验结果，讨论实验中出现的各种问题。
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1、热敏电阻温度特性的研究；
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三、实验仪器设备和材料清单
PN结正向压降温度特性实验组合仪1套，直流稳压电源1，电阻箱3，检流计1，热敏电阻1，温度计1，滑线变阻器1，恒温器或杜瓦瓶1，加热器1，微安表1，开关2，导线若干。
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实验前预习：1、半导体PN结（热敏电阻）的导电特性和温度特性；
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3、温度计的标定方法；
4、PN结正向压降温度特性实验组合仪的功能和原理。
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《酶的特性》的教学设计
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1& 设计思路
首先对学生熟悉的实验进行更改探究，用以在复杂的自主设计与活动之前，给学生一个思考与设计的启示，以便循序渐进，逐层深入。在&PH、温度对酶活性的影响&的实验设计与探究的过程中，利用预设的一些思考性问题及学生之间的即时自评，对学生的活动过程予以引导与控制。这一处理策略至关重要，关系着探究过程的成败，关系着教学目标的达成度；同时，学生实验过程中，还会因诸如试剂的用量、量筒与试管的洗涤、滴管的混用等学多原因，导致实验出现误差，对此，教师课前一定要进行充分的预设，以便帮助学生迅速合理地找出原因。为了充分提高教学目标的达成度，及时进行建构知识的应用练习。
本节课以&自主探究科学发现的过程来学习科学研究的方法&为设计理念，打破了学生以往接受结论性知识的习惯，注重知识的形成过程，切实落实主体性教学。让学生通过体验质疑、分析和解决问题的科学探究过程，掌握科学探究的基本方法，培养和发展科学探究的基本能力和获取新知识的能力。
2& 教学分析
2．1教材分析：本节教材内容包括&酶具有高效性&、&酶具有专一性&、&影响酶活性的探究与分析&三大内容。其中&酶具有高效性&的内容，在前一课的&比较过氧化氢在不同条件下的分解&实验中学生已自我构建。有关&酶具有专一性&的内容，只要引导学生对前一节所学实验就底物和酶进行改变，通过亲自实验分析，很容易突破。因此，&影响酶活性的条件&的探究实验是本节课的重心所在，而这一内容所包含的实验方案设计、实验操作过程及实验结果分析，既是前面所学的&酶的作用与本质&知识的延续和进一步理解，又是学生以后学习影响光合作用和呼吸作用因素的基础，同时又是培养学生生物科学研究素养非常好的内容，对学生学习与研究生命科学的兴趣将产生较大的影响。
2．2学情分析：本节课之前，学生已具备了以下与本节学习相关的知识和技能：①科学探究的一般程序&提出问题&作出假设&设计实验&进行实验&分析结果，得出结论&表达和交流&进一步探究&。②探究过氧化氢酶对过氧化氢分解的实验技能，即对照实验的设计与操作方法（自变量的设置，无关变量的控制，因变量的观察）。然而，有关影响酶条件的实验方案设计，对学生而言，要求较高，存在相当大的困难，因此，需要老师设计一系列具有梯度的问题引导学生、并且在学生的讨论中自主设计和完成实验。
2．3教学条件分析：可在分组实验室进行教学，有多媒体平台和各种实验材料。学生分组实验材料用具：质量分数为2％的新配制的淀粉酶溶液，新鲜的质量分数为20％的猪肝研磨液，质量分数为3％的可溶性淀粉溶液，体积分数为5％的盐酸溶液，体积分数为5％的氢氧化钠溶液，热水，蒸馏水，冰块，碘液，斐林试剂，试管，量筒，小烧杯，大烧杯，滴管，试管夹，酒精灯，三脚架，石棉网，温度计，火柴。
3& 教学目标
3．1知识与技能：能写出酶的特性和影响酶活性的条件。在实验设计过程中，能判断自变量、因变量和无关变量。
3．2过程与方法：通过进行酶的特性、影响酶活性的条件的实验探究活动，让学生学会设置自变量、控制无关变量和观察检测因变量。
3．3情感态度和价值观：养成用于质疑、自主探究、合作学习的科学探究精神。
4& 教学策略与手段
4．1策略一：课前学生先阅读有关材料，预习本节课将要开展的教学活动。
4．2策略二：小组合作学习，通过设计实验方案，引导学生展开积极主动地探究性学习。
4．3策略三：教师通过一系列问题，引导学生完成实验设计，并在学生实验过程中进行指导。最后由教师引导学生构建本节课的知识体系。
5& 教学过程
6& 问题研讨
6．1实验式探究，给学生提供实验材料，小组分组合作设计实验，在教师引导思考如何控制变量，设置对照，改&授人以鱼&为&授人以渔&， 有助于培养学生的科学探究能力，注重学生的终身发展。
6．2学生的主体性没有得到充分的体现，整个过程中教师的提问多，学生的提问少。学生表现出的还是基于教师提问的被动思维，缺乏主动思考。例如&将处于低温或高温环境下的酶恢复到正常温度，酶的活性是否能够恢复？&等之类的问题，就很少学生能够提出，缺乏发现问题的能力，和进一步探究的能力。
6．3由于时间的限制，留给学生活动和思考的时间不足。在学生没有充分思考和交流的基础上，教师就急于给出答案。应该如何处理本节课的教学任务的完成和长远教学任务的关系呢。
7& 作业设计
1、下图示某酶促反应，若B为麦芽糖，则A是&&&&&&&&&& ，C是&&&&&&&&& 。
5、用坐标图建构&温度对酶活性影响的数学模型&。并回答：
（1）AB段的含义是：
BC段的含义是：
（2）A点与C点时酶的区别是：
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