CN103647120B - 一种组合型射频功放测试用开关矩阵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合型射频功放测试用开关矩阵，包括Level 1至Level 7共7个单元，所述Level 1单元包括4组开关，每组开关由4个SPDT开关组成；Level 2单元包括4组开关，每组由1个SP4T开关组成；Level 3单元包括4组开关，每组由1个SPDT开关组成；Level 4单元包括2组开关，每组由1个SP4T开关组成；Level 5单元包括2组开关分，每组由1个SPDT开关组成；Level 6单元包括2组开关，每组由1个SPDT开关组成；Level 7单元包括2组开关，每组由1个双刀双掷开关组成。本发明的开关矩阵造价成本低、矩阵开关的利用率高。

Description

一种组合型射频功放测试用开关矩阵

技术领域

本发明涉及射频功放测试领域，特别涉及一种适用于TD-SCDMA，GSM以及WINMAX等各种移动通信制式的射频功放模块的组合型射频功放测试用开关矩阵。

背景技术

功放模块的对外射频信号端口分为4类：信号上行端口、信号下行端口、信号反馈端口和天线端口，端口数量随功放的通道数和功放所在系统的接口定义不同而不同，一般来说通道数越多，功放的对外射频信号端口就越多。

传统的功放模块指标测试，是通过手动方式实现的。每测试一种指标都要按测试要求将功放模块的相应信号端口连接到仪器的相应端口。这种方式对动则数十上百种的功放指标测试而言，极费时间；且由于人工连接的不一致性，会对射频信号的插损、驻波等造成影响，导致测试结果不准。

为了提高测试效率，有的公司采用定制开关链路的方式来实现对功放模块的自动测试。该方式的优点是开关链路简洁、成本低；缺点是针对性太强，不适合普遍性应用，不同的功放模块接口定义不同，每次都需要重新去根据测试需要定制开关链路。

为了解决自动测试通用性的问题，当前主流的自动测试是通过开关矩阵来连接功放模块与仪器。开关矩阵主要分为两种：4×4（4组产品端口/4路仪器端口）全矩阵、6×6（6组产品端口/6路仪器端口）全矩阵。其中4×4开关 矩阵（拓扑关系见图2）可支持最多16路通信端口与4路仪器端口互连，优点是：可满足业界主流4通道及以下射频功放模块的自动测试；缺点是：不支持日益增多的4通道以上射频功放模块的测试需要。6×6开关矩阵（拓扑关系见图3）可支持最多36路通信端口与6路仪器端口互连，优点是：可满足几乎所有业界主流多通道射频功放的自动测试；缺点是：1、多路开关用量多造成开关矩阵造价高昂，2、即使测试8通道功放模块时，仍然有2组产品端口和2组仪器端口是空闲的，开关的利用率低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种造价成本低、矩阵开关的利用率高的组合型射频功放测试用开关矩阵。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种组合型射频功放测试用开关矩阵，所述开关矩阵包括Level1至Level7共7个单元，所述Level1单元包括4组开关，每组开关由4个SPDT开关组成；Level2单元包括4组开关，每组由1个SP4T开关组成；Level3单元包括4组开关，每组由1个SPDT开关组成；Level4单元包括2组开关，每组由1个SP4T开关组成；Level5单元包括2组开关分，每组由1个SPDT开关组成；Level6单元包括2组开关，每组由1个SPDT开关组成；Level7单元包括2组开关，每组由1个双刀双掷开关组成。

其中，所述Level1单元中每组4个SPDT开关的COM端用于连接射频功放的通信端口，Level1单元中每组4个SPDT开关的NO端口与Level2单元中对应组SP4T开关的J1-J4端口相连，Level1单元中每组4个SPDT开关的NC端口用于连接独立负载；Level2单元中每组SP4T开关的COM端口分别与Level3单元中对应组SPDT开关的COM端口相连；所述Level3单元中四组 开关的J1-J4端口相连；所述Level4单元中两组SP4T开关的COM端口分别与Level5单元中对应组SPDT开关的COM端口相连；所述Level5单元中两组SPDT开关的NO端口分别与Level6单元中对应组SPDT开关的NO端口相连，Level5单元中两组SPDT开关的NC端口作为外部端口使用，用于两台开关矩阵组合时连接另一台开关矩阵；Level6单元中两组SPDT开关的COM端口分别连接Level7单元中对应组双刀双掷开关的J1端口，Level6单元中两组SPDT开关的NC端口作为外部端口使用，用于两台开关矩阵组合时连接另一台开关矩阵；所述Level7单元中两组双刀双掷开关的J2端口作为连接仪器的输入/输出端口，Level7单元中两组双刀双掷开关的J3和J4端口用于连接外部衰减器；其中所述SPDT开关、SP4T开关、双刀双掷开关均为高频同轴触点型开关。

本发明的开关矩阵内部的产品/仪器端口拓扑关系为4×2，即：4组产品端口（Level1单元的4组开关）、2组仪器端口（Level7单元的连个开关的J2端口），其中每组产品端口又由4路通信端口（PORT1、PORT2、PORT3、PORT4）组成，即Level1单元的每组4个SPDT开关的COM端；本发明的开关矩阵按照开关层级可划分为7个单元，其中Level5和Level6单元各有2路外部端口（EX A_1、EX A_2、EX B_1、EX B_2），用于2台矩阵之间互连。单台开关矩阵可支持最多16路通信端口与2路仪器端口通过通信指令实现全矩阵连接，满足当前业界4通道及以下射频功放的单体测试；两台开关矩阵通过各自的外部端口2×2互连，可实现最多32路通信端口与4路仪器端口的全矩阵连接，满足当前业界主流8通道射频功放的单体测试或8通道以下射频功放的成双测 试。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、该开关矩阵的拓扑结构能在单台使用时满足4通道及以下射频功放的测试，功能上可完全替代4×4开关矩阵；在两台组合使用时满足8通道及以下射频功放的测试，功能上可完全替代6×6开关矩阵；

2、开关用量少，单台本开关矩阵其开关成本为￥8.474万元，远低于现有4×4开关矩阵成本￥12.756万元；两台组合使用时其开关成本为￥16.948万元，远低于现有6×6开关矩阵成本￥22.965万元，成本大大降低；

3、测试多通道射频模块时两个开关矩阵组合使用，测试少通道模块时单独使用，提高了开关的利用率，使生产资源配置更加灵活。

附图说明：

图1是本发明的组合型射频功放测试用开关矩阵结构图；

图2是4×4开关矩阵结构图；

图3是6×6开关矩阵结构图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

参看图1，本发明的组合型射频功放测试用开关矩阵包括Level1至Level7共7个单元，所述Level1单元包括4组开关，每组开关由4个SPDT开关组成，共16个SPDT开关（X1-X16）；Level2单元包括4组开关，每组由1个 SP4T开关组成，共4个SP4T（K1-K4）；Level3单元包括4组开关，每组由1个SPDT开关组成，共4个SPDT开关（X17-X20）；Level4单元包括2组开关，每组由1个SP4T开关组成，共2个SP4T开关（K5、K6）；Level5单元包括2组开关，每组由1个SPDT开关组成，共2个SPDT开关（X21、X22）；Level6单元包括2组开关，每组由1个SPDT开关组成，共2个SPDT开关（X23、X24）；Level7单元包括2组开关（T1、T2），每组由1个双刀双掷开关（J1打向J3时，J2打向J4；J1打向J2时，J3打向J4）组成，。

其中所述Level1单元中每组4个SPDT开关的COM端用于连接射频功放的通信端口，Level1单元中每组4个SPDT开关的NO端口与Level2单元中对应组SP4T开关的J1-J4端口相连，Level1单元中每组4个SPDT开关的NC端口用于连接独立负载；Level2单元中每组SP4T开关的COM端口分别与Level3单元中对应组SPDT开关的COM端口相连；所述Level3单元中四组SPDT开关的NO端口依次与Level4单元中一组SP4T开关的J1-J4端口相连，Level3单元中四组SPDT开关的NC端口依次与Level4单元中另一组SP4T开关的J1-J4端口相连；所述Level4单元中两组SP4T开关的COM端口分别与Level5单元中对应组SPDT开关的COM端口相连；所述Level5单元中两组SPDT开关的NO端口分别与Level6单元中对应组SPDT开关的NO端口相连，Level5单元中两组SPDT开关的NC端口作为外部端口（EXA_1、EX B_1）使用，用于两台开关矩阵组合时连接另一台开关矩阵；Level6单元中两组SPDT开关的COM端口分别连接Level7单元中对应组双刀双掷开关的J1端口，Level6单元中两组SPDT开关的NC端口作为外部端口（EXA_2、EX B_2）使用，用于两台开关矩阵组合时连接另一台开关矩阵；所述Level7单元中两组双刀双掷开关的J2端口作为连接仪器的输入/输出端口（PORT_M、PORT_N），Level7 单元中两组双刀双掷开关的J3和J4端口用于连接外部衰减器；其中所述SPDT开关、SP4T开关、双刀双掷开关均为高频同轴触点型开关。

本发明适用于射频功放自动测试领域，提供了一种可单独或组合使用的开关矩阵。本开关矩阵的拓扑结构为4×2全矩阵+4路外部端口。单独1台可用于4通道及以下射频功放的自动测试；2台组合起来可用于单个8通道及以下射频功放的自动测试，或者2个4通道及以下射频功放同时进行自动测试，可单独使用1台本开关矩阵或者组合2台本开关矩阵来实现对不同通道数射频功放的测试需要。本开关矩阵内部的产品/仪器端口拓扑关系为4×2，即：4组产品端口（A、B、C、D）、2组仪器端口（PORT_M、PORT_N），其中每组产品端口包括4路通信端口（PORT1、PORT2、PORT3、PORT4）。本发明的开关矩阵按照开关层级可划分为7个单元，其中Level5和Level6单元各有2路外部端口（EXA_1、EXA_2、EXB_1、EX B_2），用于2台矩阵之间互连。单台开关矩阵可支持最多16路通信端口与2路仪器端口通过通信指令实现全矩阵连接，满足当前业界4通道及以下射频功放的单体测试；两台开关矩阵通过各自的外部端口2×2互连，可实现最多32路通信端口与4路仪器端口的全矩阵连接，满足当前业界主流8通道射频功放的单体测试或8通道以下射频功放的成双测试。

本开关矩阵内所有开关的控制和供电端口都通过连线集成到一张控制卡上，该控制卡再通过串口与PC通信。使用该开关矩阵对射频功放进行测试的工作过程如下：

1、根据测试需要，为Level1单元所有SPDT开关的NC端口连接上负载或悬空；为Level7单元所有Transfer开关的J3和J4端口之间连接上衰减器或悬空。

2、连接开关矩阵的电源线到电源；连接开关矩阵的串口线到PC。

3、开关矩阵上电。

4、PC下发初始化指令，控制Level1单元所有SPDT开关的COM端都打向NC端，确保射频功放的通信端口首次连接开关矩阵时是接在负载上（或悬空）的；控制Level7单元所有Transfer开关的J1打向J3，J2打向J4，确保仪器端口首次与通信链路之间连接是通过了衰减器（或悬空）的。

5、根据测试方案，连接仪器的输入/输出端口到Level7单元预选Transfer开关的J2端口；连接产品的各通信端口到Level1单元预选SPDT开关的COM端口（相同类型的通信端口接入同一组产品端口）。

6、PC下发某指标测试用指令，控制测试链路上的各开关动作，完成产品与仪器之间的通信链路搭建。

7、控制仪器和射频功放工作，测试该项指标。

8、重复步骤6、7步骤，直到本工位指标全部测试完成。

9、换下一个模块，重复步骤4～8。

本组合型开关矩阵有4组共16路端口可与产品通信端口连接、2路仪器端口可与仪器输入/输出端口连接。4通道射频功放即使按极限情况来划分，即：功放各通道的上行端口、下行端口、天线端口和反馈端口都是独立的，其通信端口的数量也就4×4=16路。因此对4通道及以下的射频功放测试，1台本组合型开关矩阵的产品通信端口都是够用的；射频功放大部分指标都是通过矢量网络分析仪器或者信号源+频谱仪来进行测试的。1个工位如果放置1台矢量网络分析仪，本组合型开关矩阵的2路仪器端口可分别与矢量网络分析仪的输入和输出端口相连。1个工位如果放置1台信号源+1台频谱仪，本组合型开关矩 阵的2路仪器端口可分别与信号源输出端口、频谱仪输入端口相连。因此对于1个工位1类测试的生产安排，1台本组合型开关矩阵的仪器端口都是够用的。

对于4通道以上的射频功放产品或者1个工位多类测试的生产安排，1台本组合型开关矩阵的的产品通信端口或仪器端口就不够了。此时可将2台开关矩阵连接起来使用，参看图1，具体连接步骤如下：（此处为方便阐述，将2台开关矩阵分别命名为A和B）

1、A矩阵的EXA_1连接B矩阵的EXA_2;

2、A矩阵的EXB_1连接B矩阵的EXB_2;

3、B矩阵的EXA_1连接A矩阵的EXA_2;

4、B矩阵的EXB_1连接A矩阵的EXB_2;

按照以上方式连接起来的2台开关矩阵将拥有8组共32路通信端口和4路仪器端口。通信端口与仪器端口之间是全矩阵关系（即：任意一路通信端口都可与任意一路仪器端口建立通信链路），而且可同时建立4路仪器端口与不同通信端口之间的链路。8通道射频功放即使按极限情况来划分，即：功放各通道的上行端口、下行端口、天线端口和反馈端口都是独立的，其通信端口的数量也就4×8=32路。因此对8通道及以下的射频功放测试，2台本组合型开关矩阵互连之后的产品端口都是够用的；射频功放大部分指标都是通过矢量网络分析仪器或者信号源+频谱仪来进行测试的。1个工位如果放置1台矢量网络分析仪、1台频谱仪和1台信号源，2台本组合型开关矩阵互连之后的2路仪器端口可分别与矢量网络分析仪的输入和输出端口相连，另2路仪器端口可分别与信号源输出端口、频谱仪输入端口相连。因此对于1个工位多类测试的生产安排，2台本组合型开关矩阵互连后也是够用的。

本发明按照1个工位1类测试的思路，将仪器端口优化为2路，可支持与矢量网络分析仪器的输入和输出口同时连接，也支持与信号源输出和频谱仪输入同时连接，提高了仪器资源的利用率。并基于此将Level3～Level7单元的开关都优化为了2组，降低了开关数量，减少了多路开关的应用，成本降低。

由于当前业界需求量多的射频功放模块主要为2通道和4通道模块，因此将产品端口定义为4组（4组产品端口可分别连接射频功放的天线端口、上行端口、下行端口和反馈端口），每组产品端口又分为4路通信端口（4路通信端口可分别连接4通道模块各个通道的同类端口），最大化了单体组合型开关矩阵的产品覆盖范围。

本发明矩阵开关中通过Level5单元和Level6单元预留外部接口可实现两台矩阵的互连，使得两台矩阵组合后仍具有全矩阵特性，从而满足8通道射频功放的测试和1个工位多类测试的生产安排。

本开关矩阵与现有的开关矩阵成本对比如下：表4是Panasonic公司2010年RD同轴开关售价表：

表4

表5是4×4开关矩阵射频开关成本表：

表5

表6是6×6开关矩阵射频开关成本图：

表6

表7是本发明开关矩阵射频开关成本表：

表7

当前主流的自动测试用4×4开关矩阵（参看图2）和6×6开关矩阵（参看图3）都是单体全矩阵架构（即：每台矩阵箱都是独立使用的，其内部拓扑关系为任意一个通信端口都能与任意一个仪器端口建立通信链路）。其中用到的开关类型及数量如上表所示，4×4开关矩阵按照表4的价格计算可得其射频开 关成本为￥12.756万元，6×6开关矩阵按照表4的价格计算可得其射频开关成本为￥22.965万元。

与表7相对比，应用本发明的开关矩阵，单台矩阵在功能上可以替代主流的4×4开关矩阵，成本却比4×4开关矩阵少1/3；两台矩阵组合后在功能上可以替代主流的6×6开关矩阵，成本却比6×6开关矩阵少1/4。在射频功放实现自动测试，对开关矩阵需求量与日俱增的未来，将能大大的降低生产成本；且本组合型开关矩阵可根据需要单独或组合使用，大大提高了生产资源配置的灵活度。

上面结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细说明，但本发明并不限制于上述实施方式，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可以作出各种修改或改型。

Claims (1)

1.一种组合型射频功放测试用开关矩阵，其特征在于，所述开关矩阵包括Level 1至Level 7共7个单元，所述Level 1单元包括4组开关，每组开关由4个SPDT开关组成；Level 2单元包括4组开关，每组由1个SP4T开关组成；Level 3单元包括4组开关，每组由1个SPDT开关组成；Level 4单元包括2组开关，每组由1个SP4T开关组成；Level 5单元包括2组开关，每组由1个SPDT开关组成；Level 6单元包括2组开关，每组由1个SPDT开关组成；Level 7单元包括2组开关，每组由1个双刀双掷开关组成；

其中，所述Level 1单元中每组4个SPDT开关的COM端用于连接射频功放的通信端口，Level 1单元中每组4个SPDT开关的NO端口与Level 2单元中对应组SP4T开关的J1- J4端口相连，Level 1单元中每组4个SPDT开关的NC端口用于连接独立负载；Level 2单元中每组SP4T开关的COM端口分别与Level 3单元中对应组SPDT开关的COM端口相连；所述Level 3单元中四组SPDT开关的NO端口依次与Level 4单元中一组SP4T开关的J1- J4端口相连，Level 3单元中四组SPDT开关的NC端口依次与Level 4单元中另一组SP4T开关的J1- J4端口相连；所述Level 4单元中两组SP4T开关的COM端口分别与Level 5单元中对应组SPDT开关的COM端口相连；所述Level 5单元中两组SPDT开关的NO端口分别与Level 6单元中对应组SPDT开关的NO端口相连，Level 5单元中两组SPDT开关的NC端口作为外部端口使用，用于两台开关矩阵组合时连接另一台开关矩阵；Level 6单元中两组SPDT开关的COM端口分别连接Level 7单元中对应组双刀双掷开关的J1端口，Level 6单元中两组SPDT开关的NC端口作为外部端口使用，用于两台开关矩阵组合时连接另一台开关矩阵；所述Level 7单元中两组双刀双掷开关的J2端口作为连接仪器的输入/输出端口，Level 7单元中两组双刀双掷开关的J3和J4端口用于连接外部衰减器；其中所述SPDT开关、SP4T开关、双刀双掷开关均为高频同轴触点型开关。