崔海龍　田愛國　馬艷杰

摘要：射頻芯片具有頻率高的特點，傳統(tǒng)的測試方法是通過信號源、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試，不同鏈路測試就需要重新連接線纜，測試效率低。本文介紹了基于開關(guān)矩陣的射頻芯片自動化測試平臺，采用GPIB接口連接和Pascal語言編程，結(jié)合射頻開關(guān)矩陣靈活切換的優(yōu)點，搭建自動測試平臺，實現(xiàn)了對射頻芯片多參數(shù)的自動測試，具有測試效率高和測試精度高的特點。

關(guān)鍵詞：射頻；開關(guān)矩陣；自動測試

中圖分類號：TP23 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）02-0179-02

1 序言

射頻芯片由于其較高頻率的特點，主要應(yīng)用于通信、雷達、導(dǎo)航等領(lǐng)域，近年來，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，對于測試精度和測試效率提出了更高的要求。本文利用開關(guān)矩陣靈活切換的特點，搭建出可滿足測試需求的自動測試平臺。

本文測試對象是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)，需要信號源提供4路IQ 25KHz基帶信號，經(jīng)過芯片內(nèi)部電路處理，輸出頻率為1980MHz～2010的射頻信號；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，經(jīng)過芯片內(nèi)部處理后，與混頻器變頻到中頻信號。待測試的典型參數(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)方式測試，則需要兩臺頻譜儀，一臺信號源，此方式具有占用測試資源多、測試效率低的缺點。若采用基于開關(guān)矩陣的自動測試平臺，則只需要一臺頻譜儀和一臺信號源，并且可以自動控制信號源與頻譜儀，自動讀取和判定數(shù)據(jù)，大大提高了測試效率，節(jié)省了測試資源。

2 測試硬件平臺

測試平臺硬件包括電腦、信號源、頻譜儀、電源、開關(guān)矩陣和測試板等硬件設(shè)備，利用本套測試平臺，在不切換連接線的情況下，可以完成對射頻接收和發(fā)射部分的參數(shù)測試。

2.1 平臺硬件連接結(jié)構(gòu)

根據(jù)射頻收發(fā)芯片的測試原理，測試平臺硬件連接結(jié)構(gòu)如圖1所示。信號源采用安捷倫4438C，具有同時提供射頻信號和低頻IQ信號的功能，可滿足射頻接收和發(fā)射的需求。頻譜儀采用安捷倫9020A，只有一個信號輸入接口，通過開關(guān)矩陣的切換，實現(xiàn)發(fā)射和接收的測試。信號源和頻譜儀均通過通用接口總線（GPIB）接口與電腦建立通信，信號源發(fā)射信號和頻譜儀分析信號處于可自動控制狀態(tài)，其次開關(guān)矩陣通過串口與電腦建立通信，開關(guān)矩陣的開關(guān)切換也處于可控狀態(tài)。

在本平臺中，各設(shè)備的通信是完成自動測試的重要組成部分，主要有三種通信方式，第一是針對芯片寄存器讀寫的SPI通信，主要是通過對芯片寄存器的配置實現(xiàn)芯片不同功能性能的切換；第二是針對開關(guān)矩陣的串口通信，配置好的開關(guān)鏈路信息通過串口發(fā)送到開關(guān)矩陣，以此來控制開關(guān)矩陣的鏈路；第三是針對信號源和頻譜儀等儀器的GPIB通信，GPIB接口具有傳輸速率高、價格便宜、操作簡單等優(yōu)點[1]，廣泛應(yīng)用于安捷倫、NI等測試儀器中?；谶@些接口，測試平臺可以自動完成SPI配置、信號生成、信號分析和開關(guān)鏈路選擇等工作，大大提高了測試效率。

2.2 開關(guān)矩陣結(jié)構(gòu)

開關(guān)矩陣作為信號傳遞的樞紐[2]，主要是自動切換不同的測試鏈路，其鏈路結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要有電源模塊、控制模塊和射頻開關(guān)組成。外部射頻端口包括端口1～5、IN1～IN4、OUT1～OUT4等9個端口，根據(jù)測試需要，連接測試設(shè)備或芯片端口。開關(guān)矩陣內(nèi)部射頻開關(guān)總數(shù)量為9個，編號從K1到K9，其中K1～K6是2選1射頻開關(guān)，支持0和1兩種開關(guān)邏輯狀態(tài)，K7～K9是4選1射頻開關(guān)，支持0、1、2、4、8五種邏輯開關(guān)狀態(tài)。實現(xiàn)圖2虛線鏈路接通，可表示為9，0，1，0，0，0，0，1，8，1，其中9表示射頻開關(guān)數(shù)量為9。因此通過編程即可實現(xiàn)開關(guān)矩陣不同鏈路的切換。

射頻信號在傳輸?shù)倪^程中會有一定的損耗，在本方案中由于輸出信號經(jīng)過了較長的線路連接，并且經(jīng)過了開關(guān)矩陣鏈路，因此線上有一定的損耗，在測試參數(shù)之前，將相應(yīng)頻點下的線上損耗測量出來，并計入到最終的測試結(jié)果。

3 測試平臺軟件系統(tǒng)

測試平臺軟件系統(tǒng)是基于Pascal語言的軟件平臺，通過設(shè)備配置、驅(qū)動配置、測試項配置和自動存儲數(shù)據(jù)等功能，實現(xiàn)測試的自動化。

3.1 軟件系統(tǒng)測試流程

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

3.2 軟件實現(xiàn)方法

軟件的主要通過Pascal語言實現(xiàn)，Pascal 語言是一種標(biāo)準的“結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計語言”[3]。對于發(fā)射端口測試，按照圖1所示連接測試平臺，信號源輸入IQ四路中頻信號，頻率為25KHz，輸出端通過開關(guān)矩陣連接到頻譜儀，輸出的信號頻率為1989MHz，測量輸出功率值，測試項配置程序如下所示：

SPIFreqSetTx（1989）； //SPI配置

SW_SendCmd（d_SW， GetSLValue（‘TX_PSA））；

//開關(guān)矩陣鏈路選擇

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

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

ShowDataToSG（FThis，TXPower ，vPower）；

//輸出結(jié)果

對于接收端口測試，按照圖1所示連接測試平臺，信號源輸入2170MHz射頻信號，輸出端通過開關(guān)矩陣連接到頻譜儀，輸出的信號頻率為3.2MHz，測量輸出功率、噪聲等參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)計算出噪聲系數(shù)，測試項配置程序如下所示：

SPIFreqSetTx（1989）； //SPI配置

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

//開關(guān)矩陣鏈路選擇

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

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

//設(shè)置信號源功率

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

//頻譜儀測試輸出功率

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

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

//計算噪聲系數(shù)

ShowDataToSG（FThis， NF ‘ ， NF）；

//輸出結(jié)果

4總結(jié)及展望

本文通過測試設(shè)備、開關(guān)矩陣和電腦的連接控制，實現(xiàn)了射頻收發(fā)芯片的自動測試，結(jié)果自動保存，測試平臺具有高效、高精度的優(yōu)點，可以應(yīng)用于更多同類型的射頻芯片測試中，并且具有大規(guī)模批量測試的能力。

參考文獻

[1]何宏.基于GPIB接口數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計[J].天津理工大學(xué)學(xué)報，2014，（02）：30-33.

[2]陳玉強，蘇健等.ATE開關(guān)矩陣最短路徑搜索算法[J].科技導(dǎo)報，2014，（08）：37-42.

[3]黃梅.通過經(jīng)典實例掌握Pascal 語言中的循環(huán)結(jié)構(gòu)語句[J].電子技術(shù)與軟件工程，2015，（05）：250.