CN103592542A - 一种基于开关矩阵的信号分析接口智能化匹配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于开关矩阵的信号分析接口智能化匹配方法，其通过硬件矩阵开关结合软件预判断控制，自动实现低频信号测试匹配；根据被测信号要求，硬件由多个多选一、单刀单掷、双刀双掷等开关参与形成开关矩阵，达到扩展或者节约测试端口和后级分析通道数量的目的，实现一路信号多参数测量和多路信号多参数测量功能；对于被测信号首先进行粗测和比较，最终完成在耦合方式和量程大小的自动识别功能，自动划分信号通道。本发明引入矩阵开关和智能化控制理念，既可以节约硬件资源，也可以灵活扩展测试端口，增加测试功能，实现了多种耦合方式、多种阻抗、多种量程的自动识别切换功能，设计灵活。

Description

一种基于开关矩阵的信号分析接口智能化匹配方法

技术领域

本发明属于通信测试领域，尤其涉及一种基于开关矩阵的信号分析接口智能化匹配方法。

背景技术

在低频信号分析领域，被测信号的样式种类繁多，耦合方式分为直流和交流，幅度从几mV到几十V不等，匹配阻抗有50Ω到高阻多种，因此，为了适应不同信号的特点，简化后级分析电路，需要设计各种各样的信号接口装置，以匹配不同的阻抗、量程和接收通道设置。

在目前传统的单部仪表如音频表、示波器或者数字电压表等电路设计中，阻抗匹配种类较少，测试主要采用面向用户的交互理念，由用户估计被测信号大小等特点，手动选择耦合方式，手动切换量程等，来控制内部的一到两路开关，进行较为简单的接口匹配装置，如交流/直流耦合，50Ω/1MΩ负载阻抗等等，达到了对被测信号进行分类识别分析的目的。随着电子信息技术的不断发展，特别是无线电通信的迅猛发展，需要分析的低频信号格式愈加复杂，传统低频分析仪表在接口设计上对测试者要求较高，内部自动应变能力较差，表现在：

1)传统单部仪表阻抗设置种类较少，不能根据被测信号要求选择合适的阻抗，影响了后续测量结果的正确性；

2)在量程选择上往往需要用户根据推测信号大小，来手动接入对应端口或者切换量程，无法满足对广泛的未知低频信号分析的灵活测试需要。

针对低频信号的分析测试十分普遍，如电压测量、频率测量、失真度/信纳比测量等等，而正确的测试结果必须根据被测信号的特点设计不同的输入匹配电路，而对于多量程的电压测量，更需要设计不同的增益通道以适应后级统一的ADC转换电路。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于开关矩阵的信号分析接口智能化匹配方法，该方法基于多级开关矩阵，配合CPU选通控制，实现智能化选择多种阻抗，多种耦合方式，多种量程以及多种分析通道，为无线电领域内对低频信号的多参数测量分析提供了全面的端口解决方案，总体设计简洁实用并且成本较低。可满足对被测信号进行多阻抗匹配、多量程设置和多通道分析的需要。

本发明的基于开关矩阵的信号分析接口智能化匹配方法包括：

步骤1，当对一个端口的信号进行多参数测试时，通过控制中心设置开关矩阵将该信号送至多个分析通道获得各个测试结果；当对多个端口的信号进行同时多参数测试时，利用控制中心根据测试优先级进行切换，进行端口和分析通道的自动配置，分时复用信号通道实现多参数测试；

步骤2，所述控制中心引入耦合预判程序，分步对信号进行采样分析比较，将信号在交流和直流状态下分别进行ADC采样，通过比较采样结果进行判断处理，如果存在直流分量偏移，则自动耦合至DC状态，否则切换至AC耦合状态，实现耦合方式的自动匹配状态；

步骤3，控制中心采用幅度预判程序，将量程打到最大，测量信号大小，然后控制中心选择增益通路消除信号测量误差，进行量程大小的自动分配；

步骤4，进行测试时，通过控制中心对矩阵开关的控制，将被测信号接入任意一个测试端口，选定匹配阻抗和测试参数后，执行步骤1至步骤3后实现信号分析接口的智能化匹配；

其中，所述开关矩阵的电路两端是多个多选开关组成，电路中间采用多个单刀单掷或单刀多掷开关组成。

本发明的有益效果在于：

本发明通过硬件矩阵开关结合软件预判断控制，自动实现低频信号测试匹配；根据被测信号要求，硬件由多个多选一、单刀单掷、双刀双掷等开关参与形成开关矩阵，达到扩展或者节约测试端口和后级分析通道数量的目的，实现一路信号多参数测量和多路信号多参数测量功能；对于被测信号首先进行粗测和比较，最终完成在耦合方式和量程大小的自动识别功能，自动划分信号通道。本发明与目前广泛应用的音频分析接口电路相比，引入矩阵开关和智能化控制理念，既可以节约硬件资源，也可以灵活扩展测试端口，增加测试功能，实现了多种耦合方式、多种阻抗、多种量程的自动识别切换功能，设计灵活，为相关仪表特别是综合类测试仪表提出了全新的实用化设计模型，更给用户测试带来了极大方便。

附图说明

图1是本发明的基于开关矩阵的信号分析接口智能化匹配方法原理示意图。

具体实施方式

分析当前信号的特点，主要针对耦合、阻抗、幅度等几个方面进行分类设计匹配端口，总体方案如下：

如图1，该框图是一个双向可扩展的低频信号接口匹配装置，该部分硬件电路两端基于多个多选一开关设计，中间采用多个单刀单掷或单刀多掷开关组成，形成一个开关矩阵。从测试端口来看，既可以通过一个端口灵活分析各种类型的信号，也可以扩展到多个测试端口，分时复用后级信号通道的方式实现多种参数测试；后级可以根据信号参数提取的需要，共用同一个分析通道以节约资源，还可以动态设置扩展到多个通道，实现对同一个信号的多参数实时测试；在耦合方式上，有AC、DC、GND三种方式可选；在阻抗匹配方面，可有50Ω、150Ω、600Ω、1kΩ、1MΩ、高阻等多种供选择；在量程设置上，有*1、/10、/20等多种量程配置。

通过控制中心对矩阵开关的灵活控制，用户进行测试时，只需将被测信号接入任意一个测试端口，选定匹配阻抗和测试参数，该装置可实现对信号耦合方式和量程大小的自动识别、自动匹配，并根据测试参数自动送至特定的分析通道。

智能化配置实现的技术智能化体现在三个方面，分别为：测试端口和分析通道的自动配置、耦合方式的自动匹配、量程大小的自动分配。下面解释实现要点。

(1)测试端口和分析通道的自动配置。通过软件的协调参与，可实现当针对一个端口的信号进行多参数测试提取时，可通过控制中心设置矩阵开关将信号送至多个分析通道，缓存各个测试结果，然后分批次送给CPU显示测量结果；当多个测试端口同时进行测试，可能会共用一个分析通道，这时控制中心将根据测试优先级安排进行准确的切换，分时复用信号通道。

(2)在耦合方式自动匹配状态下，控制中心引入耦合预判程序，将分步对低频信号进行采样分析比较，将信号在交流和直流状态下进行ADC采样，通过比较，如果两次测量存在直流分量偏移，则自动耦合至DC状态下进行测量，否则切换至AC耦合状态。

(3)在量程切换自动状态下，针对未知大小的低频信号分析时，控制中心也会采用幅度预判机制，首先将量程打到最大，粗测信号大小，根据分析结果控制中心将再一次安排合适的增益通路进行精确测试分析。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于开关矩阵的信号分析接口智能化匹配方法，其特征在于，包括：

步骤1，当对一个端口的信号进行多参数测试时，通过控制中心设置开关矩阵将该信号送至多个分析通道获得各个测试结果；当对多个端口的信号进行同时多参数测试时，利用控制中心根据测试优先级进行切换，进行端口和分析通道的自动配置，分时复用信号通道实现多参数测试；

步骤2，所述控制中心引入耦合预判程序，分步对信号进行采样分析比较，将信号在交流和直流状态下分别进行ADC采样，通过比较采样结果进行判断处理，如果存在直流分量偏移，则自动耦合至DC状态，否则切换至AC耦合状态，实现耦合方式的自动匹配状态；

步骤3，控制中心采用幅度预判程序，将量程打到最大，测量信号大小，然后控制中心选择增益通路消除信号测量误差，进行量程大小的自动分配；

步骤4，进行测试时，通过控制中心对矩阵开关的控制，将被测信号接入任意一个测试端口，选定匹配阻抗和测试参数后，执行步骤1至步骤3后实现信号分析接口的智能化匹配；

其中，所述开关矩阵的电路两端是多个多选开关组成，电路中间采用多个单刀单掷或单刀多掷开关组成。

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