射頻芯片自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)

崔海龍　田愛(ài)國(guó)　馬艷杰

摘要：射頻芯片具有頻率高的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的測(cè)試方法是通過(guò)信號(hào)源、頻譜儀、矢量網(wǎng)絡(luò)發(fā)生器等設(shè)備分別連接射頻模擬接口測(cè)試，不同鏈路測(cè)試就需要重新連接線(xiàn)纜，測(cè)試效率低。本文介紹了基于開(kāi)關(guān)矩陣的射頻芯片自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)，采用GPIB接口連接和Pascal語(yǔ)言編程，結(jié)合射頻開(kāi)關(guān)矩陣靈活切換的優(yōu)點(diǎn)，搭建自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)射頻芯片多參數(shù)的自動(dòng)測(cè)試，具有測(cè)試效率高和測(cè)試精度高的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：射頻；開(kāi)關(guān)矩陣；自動(dòng)測(cè)試

中圖分類(lèi)號(hào)：TP23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）02-0179-02

1 序言

射頻芯片由于其較高頻率的特點(diǎn)，主要應(yīng)用于通信、雷達(dá)、導(dǎo)航等領(lǐng)域，近年來(lái)，隨著這些領(lǐng)域的快速發(fā)展，射頻芯片的需求量也相應(yīng)的加大，對(duì)于測(cè)試精度和測(cè)試效率提出了更高的要求。本文利用開(kāi)關(guān)矩陣靈活切換的特點(diǎn)，搭建出可滿(mǎn)足測(cè)試需求的自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)。

本文測(cè)試對(duì)象是S波段射頻收發(fā)芯片，具有射頻接收和發(fā)射兩部分，其中發(fā)射部分采用零中頻架構(gòu)，需要信號(hào)源提供4路IQ 25KHz基帶信號(hào)，經(jīng)過(guò)芯片內(nèi)部電路處理，輸出頻率為1980MHz～2010的射頻信號(hào)；接收部分采用基于一次變頻到中頻結(jié)構(gòu)，輸入頻率范圍為2170MHz～2200MHz的射頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)芯片內(nèi)部處理后，與混頻器變頻到中頻信號(hào)。待測(cè)試的典型參數(shù)包括接收部分的噪聲系數(shù)（NF）和發(fā)射部分的輸出功率。若采用傳統(tǒng)方式測(cè)試，則需要兩臺(tái)頻譜儀，一臺(tái)信號(hào)源，此方式具有占用測(cè)試資源多、測(cè)試效率低的缺點(diǎn)。若采用基于開(kāi)關(guān)矩陣的自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)，則只需要一臺(tái)頻譜儀和一臺(tái)信號(hào)源，并且可以自動(dòng)控制信號(hào)源與頻譜儀，自動(dòng)讀取和判定數(shù)據(jù)，大大提高了測(cè)試效率，節(jié)省了測(cè)試資源。

2 測(cè)試硬件平臺(tái)

測(cè)試平臺(tái)硬件包括電腦、信號(hào)源、頻譜儀、電源、開(kāi)關(guān)矩陣和測(cè)試板等硬件設(shè)備，利用本套測(cè)試平臺(tái)，在不切換連接線(xiàn)的情況下，可以完成對(duì)射頻接收和發(fā)射部分的參數(shù)測(cè)試。

2.1 平臺(tái)硬件連接結(jié)構(gòu)

根據(jù)射頻收發(fā)芯片的測(cè)試原理，測(cè)試平臺(tái)硬件連接結(jié)構(gòu)如圖1所示。信號(hào)源采用安捷倫4438C，具有同時(shí)提供射頻信號(hào)和低頻IQ信號(hào)的功能，可滿(mǎn)足射頻接收和發(fā)射的需求。頻譜儀采用安捷倫9020A，只有一個(gè)信號(hào)輸入接口，通過(guò)開(kāi)關(guān)矩陣的切換，實(shí)現(xiàn)發(fā)射和接收的測(cè)試。信號(hào)源和頻譜儀均通過(guò)通用接口總線(xiàn)（GPIB）接口與電腦建立通信，信號(hào)源發(fā)射信號(hào)和頻譜儀分析信號(hào)處于可自動(dòng)控制狀態(tài)，其次開(kāi)關(guān)矩陣通過(guò)串口與電腦建立通信，開(kāi)關(guān)矩陣的開(kāi)關(guān)切換也處于可控狀態(tài)。

在本平臺(tái)中，各設(shè)備的通信是完成自動(dòng)測(cè)試的重要組成部分，主要有三種通信方式，第一是針對(duì)芯片寄存器讀寫(xiě)的SPI通信，主要是通過(guò)對(duì)芯片寄存器的配置實(shí)現(xiàn)芯片不同功能性能的切換；第二是針對(duì)開(kāi)關(guān)矩陣的串口通信，配置好的開(kāi)關(guān)鏈路信息通過(guò)串口發(fā)送到開(kāi)關(guān)矩陣，以此來(lái)控制開(kāi)關(guān)矩陣的鏈路；第三是針對(duì)信號(hào)源和頻譜儀等儀器的GPIB通信，GPIB接口具有傳輸速率高、價(jià)格便宜、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)[1]，廣泛應(yīng)用于安捷倫、NI等測(cè)試儀器中。基于這些接口，測(cè)試平臺(tái)可以自動(dòng)完成SPI配置、信號(hào)生成、信號(hào)分析和開(kāi)關(guān)鏈路選擇等工作，大大提高了測(cè)試效率。

2.2 開(kāi)關(guān)矩陣結(jié)構(gòu)

開(kāi)關(guān)矩陣作為信號(hào)傳遞的樞紐[2]，主要是自動(dòng)切換不同的測(cè)試鏈路，其鏈路結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要有電源模塊、控制模塊和射頻開(kāi)關(guān)組成。外部射頻端口包括端口1～5、IN1～I(xiàn)N4、OUT1～OUT4等9個(gè)端口，根據(jù)測(cè)試需要，連接測(cè)試設(shè)備或芯片端口。開(kāi)關(guān)矩陣內(nèi)部射頻開(kāi)關(guān)總數(shù)量為9個(gè)，編號(hào)從K1到K9，其中K1～K6是2選1射頻開(kāi)關(guān)，支持0和1兩種開(kāi)關(guān)邏輯狀態(tài)，K7～K9是4選1射頻開(kāi)關(guān)，支持0、1、2、4、8五種邏輯開(kāi)關(guān)狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)圖2虛線(xiàn)鏈路接通，可表示為9，0，1，0，0，0，0，1，8，1，其中9表示射頻開(kāi)關(guān)數(shù)量為9。因此通過(guò)編程即可實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)矩陣不同鏈路的切換。

射頻信號(hào)在傳輸?shù)倪^(guò)程中會(huì)有一定的損耗，在本方案中由于輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)了較長(zhǎng)的線(xiàn)路連接，并且經(jīng)過(guò)了開(kāi)關(guān)矩陣鏈路，因此線(xiàn)上有一定的損耗，在測(cè)試參數(shù)之前，將相應(yīng)頻點(diǎn)下的線(xiàn)上損耗測(cè)量出來(lái)，并計(jì)入到最終的測(cè)試結(jié)果。

3 測(cè)試平臺(tái)軟件系統(tǒng)

測(cè)試平臺(tái)軟件系統(tǒng)是基于Pascal語(yǔ)言的軟件平臺(tái)，通過(guò)設(shè)備配置、驅(qū)動(dòng)配置、測(cè)試項(xiàng)配置和自動(dòng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)等功能，實(shí)現(xiàn)測(cè)試的自動(dòng)化。

3.1 軟件系統(tǒng)測(cè)試流程

射頻芯片測(cè)試流程如圖3所示，通過(guò)設(shè)備配置找到連接的所有設(shè)備；SPI驅(qū)動(dòng)配置是對(duì)芯片內(nèi)部寄存器讀寫(xiě)操作，該驅(qū)動(dòng)配置可以由軟件的驅(qū)動(dòng)配置模塊完成；測(cè)試項(xiàng)配置是測(cè)試的核心部分，包含了儀器發(fā)射、接收、頻點(diǎn)設(shè)置、輸出數(shù)據(jù)定義等主要內(nèi)容；輸出數(shù)據(jù)默認(rèn)以excel表格形式保存，也可根據(jù)需求進(jìn)行自定義其他形式輸出。

3.2 軟件實(shí)現(xiàn)方法

軟件的主要通過(guò)Pascal語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，Pascal 語(yǔ)言是一種標(biāo)準(zhǔn)的“結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言”[3]。對(duì)于發(fā)射端口測(cè)試，按照?qǐng)D1所示連接測(cè)試平臺(tái)，信號(hào)源輸入IQ四路中頻信號(hào)，頻率為25KHz，輸出端通過(guò)開(kāi)關(guān)矩陣連接到頻譜儀，輸出的信號(hào)頻率為1989MHz，測(cè)量輸出功率值，測(cè)試項(xiàng)配置程序如下所示：

SPIFreqSetTx（1989）； //SPI配置

SW_SendCmd（d_SW， GetSLValue（‘TX_PSA））；

//開(kāi)關(guān)矩陣鏈路選擇

DoMethod（FThis， ‘SG_SetWaveFile， [d_SGDevice， ‘SINE_TEST_WFM]）；//信號(hào)源輸出波形

DoMethod（FThis， ‘PSA_GetMarkValue， [d_PSADevice， 1]， vOutParam）；//頻譜儀測(cè)試

ShowDataToSG（FThis，TXPower ，vPower）；

//輸出結(jié)果

對(duì)于接收端口測(cè)試，按照?qǐng)D1所示連接測(cè)試平臺(tái)，信號(hào)源輸入2170MHz射頻信號(hào)，輸出端通過(guò)開(kāi)關(guān)矩陣連接到頻譜儀，輸出的信號(hào)頻率為3.2MHz，測(cè)量輸出功率、噪聲等參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)計(jì)算出噪聲系數(shù)，測(cè)試項(xiàng)配置程序如下所示：

SPIFreqSetTx（1989）； //SPI配置

SW_SendCmd（d_SW， GetSLValue（‘ RX_SG_PSA ‘））；

//開(kāi)關(guān)矩陣鏈路選擇

DoMethod（FThis， ‘SG_SetRFFreq， [d_SGDevice， 2170]）；//設(shè)置信號(hào)源頻率

DoMethod（FThis， ‘SG_SetRFAmplitu， [d_SGDevice， vSGPower + GetLLValue（‘Rxin）]）；

//設(shè)置信號(hào)源功率

DoMethod（FThis， ‘PSA_GetMarkValue， [d_PSADevice， 1]， vOutParam）；

//頻譜儀測(cè)試輸出功率

DoMethod（FThis， ‘PSA_GetMarkValue， [d_PSADevice， 2]， vOutParam）；//頻譜儀測(cè)試底噪

NF ：= 174 - 10*log10（1800） - vGain + vPnoise；

//計(jì)算噪聲系數(shù)

ShowDataToSG（FThis， NF ‘ ， NF）；

//輸出結(jié)果

4總結(jié)及展望

本文通過(guò)測(cè)試設(shè)備、開(kāi)關(guān)矩陣和電腦的連接控制，實(shí)現(xiàn)了射頻收發(fā)芯片的自動(dòng)測(cè)試，結(jié)果自動(dòng)保存，測(cè)試平臺(tái)具有高效、高精度的優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用于更多同類(lèi)型的射頻芯片測(cè)試中，并且具有大規(guī)模批量測(cè)試的能力。

參考文獻(xiàn)

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