CN101251573B - 射频调谐器芯片中混频器三阶互调失真的自动测试方法 - Google Patents

射频调谐器芯片中混频器三阶互调失真的自动测试方法 Download PDF

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Abstract

射频调谐器芯片中混频器三阶互调失真的自动测试方法,具体为应用于DVB-C数字电视调谐器芯片中混频器三阶互调失真的自动测试方法。该自动测试方法是以安捷伦公司的射频仪器为测试平台。该测试方法的主要设备包括：安捷伦频谱分析仪E4402B、安捷伦矢量信号发生器E4438C、安捷伦数字电源E3649A、安捷伦GPIB连接模块82357A和计算机。利用IEEE488通信协议、可编程仪器标准命令(SCPI)和芯片的I2C控制协议，测试软件通过读写调谐器芯片中的寄存器，控制芯片的工作状态，设置并读取测试仪器的相关参数，实现射频测试的自动化。测试软件由IEEE488驱动模块、并口驱动模块、I2C模块、混频器测试模块组成。

Description

射频调谐器芯片中混频器三阶互调失真的自动测试方法
技术领域
本发明适用于需要低成本、快速、准确的测试射频芯片参数指标。属于射频测试领域。
背景技术
射频调谐器芯片工作在较宽的频率范围，通常需要对整个频段进行测量。其中混频器的三阶互调失真测量，通常是利用两个射频信号源产生两路固定频率信号，通过功率合成器合成一路，输入到混频器，通过额外的射频信号源产生本振LO信号，输出的信号通过频谱分析仪测量，正确的设置频谱分析仪测得三阶互调信号和输出双音信号的幅度，最后计算出混频器的三阶交截点。对于测量混频器在其他频率点的三阶交截点，则需要再次通过操作仪器面板按键，读取测试结果并判断、记录。测试时间将随着测试的点数显著增长。由于射频测试设备相对昂贵，且由于没有实现测试的自动化，造成射频测试成为非常消耗成本和时间的事情。虽然最新先进的网络分析仪可以测量三阶互调失真，但是昂贵的测试设备将显著增加测试成本。
发明内容
技术问题：本发明的目的在于提供一种射频调谐器芯片中混频器三阶互调失真的自动测试方法，解决上述由于人工操作仪器测试射频参数，测试时间长和测试成本高的问题。提出了利用计算机程序控制射频仪器操作实现射频芯片指标参数测试，并使用常用的射频仪器完成上述的射频参数测试。
技术方案：本发明的射频调谐器芯片中混频器三阶互调失真的自动测试方法利用软件控制射频仪器实现对芯片的互调失真测量，其测试步骤为：
步骤1：用户设置输入信号参数，输入信号参数包括：功率幅度、频率扫描范围、频率测试点数；
步骤2：测试仪器和待测芯片复位，测试仪器包括频谱分析仪，矢量信号发生器和数字电源；
步骤3：将用户设置的参数发送到矢量信号发生器，矢量信号发生器输出单音正弦信号，数字电源输出5V电压；
步骤4：锁定待测芯片中的锁相环，锁相环锁定的频率比矢量信号发生器输出信号的频率高36MHz，使能待测芯片中混频器模块；
步骤5：搜索输出的中频单音正弦信号，改变频谱分析仪的参数，参数设置包括：频谱分析仪中心频率设置为36MHz，扫描带宽设置为400kHz，频率分析仪参考功率比输出信号功率高1dBm，分辨率带宽设置为3kHz，打开平均功能，并且平均次数设置为100次；
步骤6：等待仪器操作完成，读取输出的中频信号功率，关闭频谱分析仪中的平均功能；
步骤7：增大输入的单音正弦信号功率1dB，依据步骤3～步骤6再次测量输出的中频信号功率；
步骤8：判断输出的中频信号功率是否提高了1±0.01dB范围，如果输出功率没有提高1±0.01dB范围，提示用户输入信号功率过大，需要重新设置参数再测试，如果输出功率提高1±0.01dB范围，计算输出输入信号功率的差值，修正测试电路板上的微带线，SMA转接头和射频信号线上的衰减得到混频器增益；
步骤9：设置矢量信号发生器，矢量信号发生器输出频率间隔为100kHz的双音正弦信号；
步骤10：改变频谱分析仪的参数，参数设置包括：频率分析仪的参考功率比输出的双音信号功率高1dBm，打开平均功能，并且平均次数设置为100次；
步骤11：等待仪器操作完成，读取双音信号功率Pout和双音信号功率Pout与三阶互调分量功率PIM3差值，关闭频谱分析仪中的平均功能；
步骤12：计算三阶输出交截点OIP3，三阶输出交截点的公式为：
Figure G2008100203320D00021
三阶输出交截点OIP3减去步骤8中得到的混频器增益即为三阶输入交截点IIP3，OIP3-G＝IIP3；
步骤13：将当次测试得到的数据发送到计算机存入Excel中，测试数据包括输入信号功率、频率，输出信号功率，修正的混频器增益，计算得到的OIP3，IIP3；
步骤14：判断频率扫描点数是否完成，如果未完成，则依据步骤3～步骤13测量其他频率点下的三阶互调失真，如果完成，则关闭数字电源，测试结束。
测试仪器是通过计算机控制的，每台测试仪器都有固定的GPIB地址，计算机中安装IEEE488驱动软件，通过3个GPIB连接模块实现计算机与3台仪器的硬件连接，通过可编程仪器标准命令SCPI发出操作指令实现对仪器具体操作的进行控制；
待测芯片工作状态是通过计算机控制的，计算机使用并口模拟I2C信号控制芯片，其中并口中的端口2，端口3和端口12分别用于I2C协议中的SDA写信号，SCL时钟信号和SDA读信号。
有益效果：射频调谐器芯片中混频器三阶互调失真的测试频率范围较宽，导致测试频点显著的增加，采用人工测试将会非常的耗时，同时由于射频仪器相对较为昂贵，使得射频测试成为一项繁琐而且成本高昂的工作。本发明中提出了一种自动测试方法，使用常用的射频测试仪器，可以在保证测试精度的同时，显著的提高测试效率，降低测试成本。
附图说明
图1为混频器三阶互调失真的自动测试方法硬件框图，
图2为混频器三阶互调失真的自动测试方法软件框图，
图3为混频器三阶互调失真自动测试流程图，
其中有：主控计算机1、安捷伦GPIB连接模块82357A 2、待测芯片3、安捷伦E4438C矢量信号发生器4、安捷伦E4402B频谱分析仪5、安捷伦E3649A数字电源6、并口连接线7、射频连接线8、电源连接线9。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
所提出的射频调谐器芯片中混频器三阶互调失真的自动测试方法的框架如图1所示，它是由主控计算机、安捷伦GPIB连接模块82357A、待测芯片、安捷伦E4438C矢量信号发生器、安捷伦E4402B频谱分析仪、安捷伦E3649A数字电源、并口连接线、射频连接线和电源连接线组成；主控计算机上安装IEEE488驱动程序，并通过安捷伦USB转GPIB端口连接模块82357A分别与安捷伦E4438C矢量信号发生器、安捷伦E4402B频谱分析仪和安捷伦E3649A数字电源测试仪器并行连接，每个仪器具有特定的地址便于主机寻址；主控计算机通过USB端口，利用安捷伦连接模块82357A与测试仪器的GPIB口相连接；主控计算机利用并口模拟I2C信号对调谐器芯片中寄存器进行读写，控制芯片的工作状态；主控计算机上运行的主程序利用可编程仪器标准命令(SCPI)控制各个测试仪器的操作并读取测试数据写入到Excel中，并对测试数据进行相应的处理。
本发明软件总体构成如图2所示，混频器三阶互调失真自动测试系统软件运行在标准的Windows XP操作系统上的。其底层驱动软件包括：并口驱动软件、IEEE488驱动软件、I2C驱动软件以及相关PC驱动软件。
运行在计算机上的应用测试软件首先通过I2C设置芯片的工作状态，然后利用可编程仪器标准命令设置仪器参数，并读取相应的测试数据并通过GPIB连接模块发送到计算机存入Excel中，从而代替人工仪器操作与数据记录。测试中必须正确的设置仪器才能得到精确的测量结果，包括频谱分析仪的中心频率，扫描带宽，参考功率，分辨率带宽，平均次数。输入信号功率也需要正确设置才能得到正确的测量结果，程序中首先判断输入参数的正确与否，给出判断结果后再进行相应的测试流程。这种混频器三阶互调失真的自动测试方法可以满足测试的精度要求。
图2为混频器三阶互调失真的自动测试方法软件框图。自动测试软件是由操作系统、底层驱动软件、应用测试软件构成，各个测试软件分块设计，便于维护与升级；底层驱动软件包括并口驱动软件、IEEE488驱动软件和I2C驱动软件以及相关的PC驱动软件，应用测试软件包括混频器互调失真测试软件和MicrosoftExcel等，混频器互调失真测试软件在Windows XP操作系统上运行。
图3为混频器三阶互调失真自动测试流程图。测试的仪器为安捷伦矢量信号发生器E4438C，安捷伦频谱分析仪E4402B和安捷伦数字电源E3649A。其测试步骤如下：
1.用户设置输入信号参数，输入信号参数包括：功率幅度、频率扫描范围、频率测试点数；
2.通过仪器复位指令，分别使矢量信号发生器E4438C，频谱分析仪E4402B和数字电源E3649A复位，同时计算机通过并口模拟I2C信号使待测芯片复位；
3.将用户设置的参数，包括功率幅度和频率发送到矢量信号发生器，矢量信号发生器输出单音正弦信号，同时使数字电源输出的电压为5V；
4.锁定待测芯片中的锁相环，锁相环锁定的频率比矢量信号发生器输出信号的频率高36MHz，然后使能待测芯片中混频器模块；
5.搜索输出的中频单音正弦信号，改变频谱分析仪的参数，参数设置包括：频谱分析仪中心频率设置为36MHz，扫描带宽设置为400kHz，频率分析仪参考功率比输出信号功率高1dBm，分辨率带宽设置为3kHz，打开平均功能，并且平均次数设置为100次；
6.等待仪器操作完成，读取输出的中频信号功率，关闭频谱分析仪中的平均功能；
7.增大输入的单音正弦信号功率1dB，依据步骤3～步骤6再次测量输出的中频信号功率；
8.判断输出的中频信号功率是否提高了(1±0.01)dB范围，如果输出功率没有提高(1±0.01)dB范围，提示用户输入信号功率过大，需要重新设置参数再测试，如果输出功率提高(1±0.01)dB范围，计算输出输入信号功率的差值，修正测试电路板上的微带线，SMA转接头和射频信号线上的衰减得到混频器增益；
9.设置矢量信号发生器，矢量信号发生器输出频率间隔为100kHz的双音正弦信号；
10.改变频谱分析仪的参数，参数设置包括：频率分析仪的参考功率比输出的双音信号功率高1dBm，打开平均功能，并且平均次数设置为100次；
11.等待仪器操作完成；
12.读取双音信号功率Pout和双音信号功率Pout与三阶互调分量功率PIM3的差值，关闭频谱分析仪中的平均功能；
13.计算三阶输出交截点(OIP3)，三阶输出交截点的公式为：
Figure G2008100203320D00051
三阶输出交截点(OIP3)减去步骤8中得到的混频器增益即为三阶输入交截点(IIP3)，OIP3-G＝IIP3；
14.将当次测试得到的数据发送到计算机存入Excel中，测试数据包括输入信号功率、频率，输出信号功率，修正的混频器增益，计算得到的OIP3，IIP3；
15.判断频率扫描点数是否完成，如果未完成，则依据步骤3～步骤14测量其他频率点下的三阶互调失真，如果完成，则关闭数字电源，测试结束。

Claims (3)

1.一种射频调谐器芯片中混频器三阶互调失真的自动测试方法，其特征在于利用软件控制射频仪器实现对芯片的互调失真测量，其测试步骤为：
步骤1：用户设置输入信号参数，输入信号参数包括：功率幅度、频率扫描范围、频率测试点数；
步骤2：测试仪器和待测芯片复位，测试仪器包括频谱分析仪，矢量信号发生器和数字电源；
步骤3：将用户设置的参数发送到矢量信号发生器，矢量信号发生器输出单音正弦信号，数字电源输出5V电压；
步骤4：锁定待测芯片中的锁相环，锁相环锁定的频率比矢量信号发生器输出信号的频率高36MHz，使能待测芯片中混频器模块；
步骤5：搜索输出的中频单音正弦信号，改变频谱分析仪的参数，参数设置包括：频谱分析仪中心频率设置为36MHz，扫描带宽设置为400kHz，频率分析仪参考功率比输出信号功率高1dBm，分辨率带宽设置为3kHz，打开平均功能，并且平均次数设置为100次；
步骤6：等待仪器操作完成，读取输出的中频信号功率，关闭频谱分析仪中的平均功能；
步骤7：增大输入的单音正弦信号功率1dB，依据步骤3～步骤6再次测量输出的中频信号功率；
步骤8：判断输出的中频信号功率是否提高了1±0.01dB范围，如果输出功率没有提高1+0.01dB范围，提示用户输入信号功率过大，需要重新设置参数再测试，如果输出功率提高1+0.01dB范围，计算输出输入信号功率的差值，修正测试电路板上的微带线，SMA转接头和射频信号线上的衰减得到混频器增益；
步骤9：设置矢量信号发生器，矢量信号发生器输出频率间隔为100kHz的双音正弦信号；
步骤10：改变频谱分析仪的参数，参数设置包括：频率分析仪的参考功率比输出的双音信号功率高1dBm，打开平均功能，并且平均次数设置为100次；
步骤11：等待仪器操作完成，读取双音信号功率Pout和双音信号功率Pout与三阶互调分量功率PIM3差值，关闭频谱分析仪中的平均功能；
步骤12：计算三阶输出交截点OIP3，三阶输出交截点的公式为：
Figure F2008100203320C00021
三阶输出交截点OIP3减去步骤8中得到的混频器增益即为三阶输入交截点IIP3，OIP3-G＝IIP3；G是步骤8中得到的混频器增益；
步骤13：将当次测试得到的数据发送到计算机存入Excel中，测试数据包括输入信号功率、频率，输出信号功率，修正的混频器增益，计算得到的OIP3，IIP3；
步骤14：判断频率扫描点数是否完成，如果未完成，则依据步骤3～步骤13测量其他频率点下的三阶互调失真，如果完成，则关闭数字电源，测试结束。
2.根据权利要求1中所述的射频调谐器芯片中混频器三阶互调失真的自动测试方法，其特征在于测试仪器是通过计算机控制的，每台测试仪器都有固定的GPIB地址，计算机中安装IEEE488驱动软件，通过3个GPIB连接模块实现计算机与3台仪器的硬件连接，通过可编程仪器标准命令SCPI发出操作指令实现对仪器具体操作的控制。
3.根据权利要求1中所述的射频调谐器芯片中混频器三阶互调失真的自动测试方法，其特征在于待测芯片工作状态是通过计算机控制的，计算机使用并口模拟I2C信号控制芯片，其中并口中的端口2，端口3和端口12分别用于I2C协议中的SDA写信号，SCL时钟信号和SDA读信号。
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