CN104967463A - 一种提高射频开关矩阵通道隔离度的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种提高射频开关矩阵通道隔离度的装置，其特征在于，包括：通用接口单元、控制单元、驱动单元、交叉点矩阵阵列单元、行隔离阵列单元1、行隔离阵列单元2、列隔离阵列单元1、列隔离阵列单元2；主控计算机将通道控制代码通过通用接口单元发送到控制单元，控制单元进行地址译码并发送到驱动单元中，驱动单元根据发送过来的不同代码接通或者断开交叉点矩阵阵列单元与行隔离阵列单元1、行隔离阵列单元2、列隔离阵列单元1、列隔离阵列单元2中的开关，实现对相应射频开关矩阵通道的控制。本发明操作方便、通用性强；射频通路隔离度指标高；便于维护；整个装置内部集成度高、体积较小，便于自动测试系统的集成。

Description

一种提高射频开关矩阵通道隔离度的装置

技术领域

本发明涉及微波领域，特别涉及一种提高射频开关矩阵通道隔离度的装置。

背景技术

传统的射频开关矩阵装置没有设计相应的通道隔离电路，通道之间的隔离度不高，在进行多通道测试时通道之间容易引起干扰，影响测试结果，满足不了测试的需求。

传统的128交叉点射频开关矩阵模块如图1所示，主要由128交叉点矩阵阵列单元、驱动单元、专用接口及控制单元组成。主控计算机通过专用的总线发送不同的参数控制各个射频开关矩阵通道。

传统的开关矩阵通路仅由矩阵阵列单元组成，没有设计相应的行隔离阵列单元以及列隔离阵列单元，这种设计方式使射频通道的行与行之间、列与列之间、行与列之间是直接相连的，中间没有设计必要的隔离电路，行与行、列与列、行与列之间的通路都存在串扰，导致各通道之间的隔离度指标不高。

传统的开关矩阵阵列单元的硬件电路布局采用印制板单面布局的方式，单位面积内集成的开关数量有限，在有限的空间内不能满足多通道自动测试系统测试需求，这种布局相对于双面布局集成度不高。

传统的射频开关矩阵模块外控单元和矩阵阵列单元在同一块电路板上实现，这种方式在结构上比较紧凑，但是对于模块化仪器来说，没有体现单元化设计的理念，而且维修性也不强，如果某部分出现故障，不容易排除故障。

传统的各类射频开关矩阵模块都是基于特定的总线接口标准的，在自动测试系统组建过程中需要特定总线控制设备才能工作，用户如果要使用该模块只能选定特定的总线接口设备，通用性不强。

发明内容

为解决现有技术中的缺陷和不足，本发明提出一种提高射频开关矩阵通道隔离度的装置，提高射频开关矩阵装置的通道隔离度、减小硬件电路体积，以满足小型化自动测试系统中对多通道、高隔离度射频信号通路切换的需求。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种提高射频开关矩阵通道隔离度的装置，包括：通用接口单元、控制单元、驱动单元、交叉点矩阵阵列单元、行隔离阵列单元(1)、行隔离阵列单元(2)、列隔离阵列单元(1)、列隔离阵列单元(2)；

通用接口单元与上位机和控制单元通信；

控制单元进行地址译码以及对驱动单元的控制；

驱动单元设置行隔离阵列单元、列隔离阵列单元以及交叉点矩阵阵列单元开关切换所需的驱动电平；

交叉点矩阵阵列单元由M×N个单刀单掷开关组成，完成M×N个交叉点开关矩阵通路的组建以及信号传输；

行隔离阵列单元(1)由M个单刀单掷开关组成，对M个行之间隔离；

行隔离阵列单元(2)由M个单刀四掷开关组成，对M个行与N个列之间隔离；

列隔离阵列单元(1)由N个单刀单掷开关组成，对N个列之间隔离；

列隔离阵列单元(2)由N个单刀双掷开关组成，对N个列与M个行之间隔离；

主控计算机将通道控制代码通过通用接口单元发送到控制单元，控制单元进行地址译码并发送到驱动单元中，驱动单元根据发送过来的不同代码接通或者断开交叉点矩阵阵列单元与行隔离阵列单元(1)、行隔离阵列单元(2)、列隔离阵列单元(1)、列隔离阵列单元(2)中的开关，实现对相应射频开关矩阵通道的控制。

可选地，行隔离阵列单元(1)的输出分别与行隔离阵列单元(2)的输入相连，行隔离阵列单元(2)的输出分别与交叉点矩阵阵列单元中对应的开关相连。

可选地，列隔离阵列单元(1)的各组输出分别与列隔离阵列单元(2)中对应的开关相连；列隔离阵列单元(2)每组单刀双掷开关的输出与对应的交叉点矩阵阵列对应的开关相连。

可选地，交叉点矩阵阵列单元每组单刀单掷开关的输入与列隔离阵列单元(2)的每组输出相连，每组单刀单掷开关的输出与对应的行隔离阵列单元(2)的每组输出相连。

可选地，所述通用接口单元、控制单元以及驱动单元集成在同一区域。

可选地，所述通用接口单元包括扁平电缆连接器。

可选地，所述控制单元包括一片CPLD芯片，进行对通用接口单元发送指令的译码以及对驱动单元的控制。

可选地，所述驱动单元包括多组带隔离功能的驱动芯片，对行隔离阵列单元(1)、行隔离阵列单元(2)、列隔离阵列单元(1)、列隔离阵列单元(2)以及交叉点矩阵阵列单元中的开关进行控制。

可选地，采用单块电路板正反两面对称排列的设计。

本发明的有益效果是：

(1)基于通用总线接口形式通信和控制，操作方便、通用性强；

(2)射频通路隔离度指标由于设计了隔离电路以及采用电路板双面布局的方式而提高；

(3)当与该装置互连的设备出现故障需要维修时，只需断开该装置的通用IO接口单元中的一个连接器即可与互连设备断开，便于维护；

(4)由于采用模块化、单元化设计的思想，整个装置内部集成度高、体积较小，便于自动测试系统的集成。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为传统的射频开关矩阵模块实现原理框图；

图2为本发明的一种提高射频开关矩阵通道隔离度的装置硬件组成框图；

图3为本发明的通用接口单元、控制单元以及驱动单元原理框图；

图4为本发明的行隔离阵列单元1的原理框图；

图5为本发明的行隔离阵列单元2的原理框图；

图6为本发明的列隔离阵列单元1的原理框图；

图7为本发明的列隔离阵列单元2的原理框图；

图8为本发明的128交叉点矩阵阵列单元原理框图；

图9为本发明的射频开关矩阵装置A面布局示意图；

图10为本发明的射频开关矩阵装置B面布局示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

传统的射频开关矩阵装置有以下不足之处：1)通道隔离度不高；2)单位面积上排列的开关数量有限，不能满足多通道测试需求。本发明结合测试装置小型化的特点，通过增加隔离电路和优化电路来提高射频开关矩阵装置的通道隔离度、减小硬件电路体积，以满足小型化自动测试系统中对多通道、高隔离度射频信号通路切换的需求。

本发明提出了一种提高射频开关矩阵通道隔离度的装置，以通用总线接口为基础，将整个射频开关矩阵装置划分为相对独立的单元，如图2所示，包括：通用接口单元、控制单元、驱动单元、128交叉点矩阵阵列单元、行隔离阵列单元、列隔离阵列单元。

本发明按照接口、控制以及驱动单元、行隔离阵列单元、列隔离阵列单元、交叉点矩阵阵列单元4大部分设计，每部分又分为各个独立的单元电路，体现了模块化、单元化设计的思想，具有很强的通用性和维修性。使用该射频开关矩阵装置进行自动测试系统集成时，根据实际需求只需要配置已有的总线接口卡和该装置进行简单的互连即可。

本发明的装置中，通用接口单元包括普通IO总线连接器，既完成与上位机的通信，又完成与射频开关矩阵装置控制单元的通信；控制单元包括CPLD，主要完成地址译码以及对驱动单元的控制；驱动单元由带隔离功能的驱动芯片组成，主要完成行隔离阵列单元、列隔离阵列单元以及交叉点矩阵阵列单元开关切换所需驱动电平的设置；交叉点矩阵阵列单元由M×N(M行、N列)个单刀单掷开关组成，主要完成M×N个交叉点开关矩阵通路的组建以及信号传输；行隔离阵列单元1由M个单刀单掷开关组成，主要完成M个行之间的隔离；行隔离阵列单元2由M个单刀四掷开关组成，主要完成M个行与N个列之间的隔离；列隔离阵列单元1由N个单刀单掷开关组成，主要完成N个列之间的隔离；列隔离阵列单元2由N个单刀双掷开关组成，主要完成N个列与M个行之间的隔离。

本发明的提高射频开关矩阵通道隔离度的装置，其主要的工作流程如下：首先工作时，根据不同的测试需求，通过主控计算机将相应的通道控制代码通过通用接口单元发送到控制单元，控制单元进行相应的地址译码发送到驱动单元中，驱动单元根据发送过来的不同代码接通或者断开M×N交叉点矩阵阵列单元与行隔离阵列单元1、行隔离阵列单元2、列隔离阵列单元1、列隔离阵列单元2中的不同开关，最终实现相应射频开关矩阵通道的控制。

下面给出根据本发明教导的一个具体实施例，该实施例中，交叉点矩阵阵列单元由8×16个单刀单掷开关组成，主要完成128个交叉点开关矩阵通路的组建以及信号传输；行隔离阵列单元1由8个单刀单掷开关组成，主要完成8个行之间的隔离；行隔离阵列单元2由8个单刀四掷开关组成，主要完成8个行与16个列之间的隔离；列隔离阵列单元1由16个单刀单掷开关组成，主要完成16个列之间的隔离；列隔离阵列单元2由16个单刀双掷开关组成，主要完成16个列与8个行之间的隔离。

上述通用接口单元、控制单元以及驱动单元组成了通信控制部分，为了体现模块化以及单元设计的思想，将这三部分集成在同一区域，硬件连接关系如图3所示。通用接口单元包括扁平电缆连接器，主要完成对控制单元、驱动单元的供电，还完成驱动单元与外控部分的通信。控制单元包括一片CPLD芯片，主要完成对通用接口单元发送指令的译码以及对驱动单元的控制。驱动单元包括多组带隔离功能的驱动芯片，主要完成对行隔离阵列单元1、行隔离阵列单元2、列隔离阵列单元1、列隔离阵列单元2中以及128交叉点矩阵阵列单元中的不同开关的控制。

如图4所示，行隔离阵列单元1作为整个行输入或者输出的通路，决定了行与行之间的隔离度。在本发明的单元体系结构中，增加了行隔离阵列单元1这部分电路，行隔离阵列单元1由8组单刀单掷开关组成，具体工作流程如下：8组行输入信号分别经过8组单刀单掷开关后，对应各组输出分别与行隔离阵列单元2的不同开关输入端相连。

行隔离阵列单元2作为连接行隔离阵列单元1的输出信号与矩阵通路之间的桥梁，决定了行与各交叉点矩阵之间的隔离性能。在本发明的单元体系结构中，增加了第一级行输出与各交叉点之间的行隔离阵列单元2，具体构建如图5所示，行隔离阵列单元2由8组单刀四掷开关组成，每组单刀四掷开关的输出与对应的交叉点矩阵阵列的对应开关相连，通过行隔离阵列单元2可以进一步提高行与行通道之间的隔离。

行隔离阵列单元2的工作流程如下：第一级行隔离阵列单元1的8组输出分别与第二级行隔离阵列单元2的8个输入相连，行隔离阵列单元2的输出分别与128交叉点的射频开关矩阵通路中的不同的开关相连，完成各矩阵通路信号的路由。

列隔离阵列单元1作为整个列输入或者输出的通路，决定了列与列之间的隔离度。在本发明的单元体系结构中，增加了列隔离阵列单元1，具体构建如图6所示，列隔离阵列单元1由16组单刀单掷开关组成，工作流程如下：16组列输入信号经过列隔离阵列单元1的16组单刀单掷开关后，每组输出分别与列隔离阵列单元2中对应的开关相连。

列隔离阵列单元2作为连接列隔离阵列单元1的输出与矩阵通路之间的桥梁，决定了列隔离阵列单元1的输出与各交叉点矩阵之间的隔离性能。在本发明的单元体系结构中，增加了列与各交叉点之间的隔离阵列单元2，具体构建如图7所示，列隔离阵列单元2由16组单刀双掷开关组成，每组单刀双掷开关的输出与对应的交叉点矩阵阵列的对应开关相连。这样，通过第二级列隔离阵列单元2可以进一步提高列与列通道之间的隔离。列隔离阵列单元2的工作流程如下：第一级列隔离阵列单元1的16组输出分别与第二级列隔离阵列单元2的16个输入相连，第2级的16组单刀双掷开关的输出分别与128交叉点的射频开关矩阵通路中的对应的开关相连，完成各通路信号的路由。

128交叉点矩阵阵列单元作为连接行信号与列信号之间的桥梁，决定了行与列之间的隔离性能。在本发明的单元体系结构中，交叉点矩阵阵列单元的具体构建如图8所示，128交叉点矩阵阵列单元由128个单刀单掷开关组成，每组单刀单掷开关的输入与列隔离阵列单元2的每组输出相连，每组单刀单掷开关的输出与对应的行隔离阵列单元2的每组输出相连。这样，通过这部分单元电路的设计来构建最基本的开关矩阵通道。

交叉点矩阵阵列单元的工作流程如下：第二级行隔离阵列单元2的32组输出分别与128交叉点的射频开关矩阵通路中的相应的开关输出相连，完成整个射频开关路由通路的组建。

本发明在结构设计方面，弃用传统方案中采取电路板单面放置的设计方式，传统结构方案要将大量开关摆放在电路板的射频矩阵阵列区域，单块电路板空间有限，除去专用接口控制电路、驱动电路，能用来设计射频通开关矩阵通道部分空间非常有限，最后造成射频通道部分走线非常密集，影响信号的传输，导致最终成品的隔离度指标不高。本发明结构设计方案在保证小型化的同时，同时兼顾多通道集成以及通用性等多方面因素，采用单块电路板双面布局的设计使得在单位面积上集成的通道数更多，采用通用接口单元使得该装置可以不受特定总线接口的限制，通用性更强。

为了使装置小型化程度更高、通道隔离度指标性能更好，本发明在射频通道单元电路板布局方面采用对称排列的设计方法，保证电路板正反两面的器件有序的排列。最终在单块电路板上实现了8x16射频开关矩阵装置，该装置的印制板的尺寸为：14cmx10cm(长x宽)，内部结构布局如图9和图10所示。

本发明的提高射频开关矩阵通道隔离度的装置，基于通用总线接口形式通信和控制，操作方便、通用性强；射频通路隔离度指标由于设计了隔离电路以及采用电路板双面布局的方式而提高；当与该装置互连的设备出现故障需要维修时，只需断开该装置的通用IO接口单元中的一个连接器即可与互连设备断开，便于维护；由于采用模块化、单元化设计的思想，整个装置内部集成度高、体积较小，便于自动测试系统的集成。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种提高射频开关矩阵通道隔离度的装置，其特征在于，包括：通用接口单元、控制单元、驱动单元、交叉点矩阵阵列单元、行隔离阵列单元(1)、行隔离阵列单元(2)、列隔离阵列单元(1)、列隔离阵列单元(2)；

通用接口单元与上位机和控制单元通信；

控制单元进行地址译码以及对驱动单元的控制；

驱动单元设置行隔离阵列单元、列隔离阵列单元以及交叉点矩阵阵列单元开关切换所需的驱动电平；

交叉点矩阵阵列单元由M×N个单刀单掷开关组成，完成M×N个交叉点开关矩阵通路的组建以及信号传输；

行隔离阵列单元(1)由M个单刀单掷开关组成，对M个行之间隔离；

行隔离阵列单元(2)由M个单刀四掷开关组成，对M个行与N个列之间隔离；

列隔离阵列单元(1)由N个单刀单掷开关组成，对N个列之间隔离；

列隔离阵列单元(2)由N个单刀双掷开关组成，对N个列与M个行之间隔离；

主控计算机将通道控制代码通过通用接口单元发送到控制单元，控制单元进行地址译码并发送到驱动单元中，驱动单元根据发送过来的不同代码接通或者断开交叉点矩阵阵列单元与行隔离阵列单元(1)、行隔离阵列单元(2)、列隔离阵列单元(1)、列隔离阵列单元(2)中的开关，实现对相应射频开关矩阵通道的控制。

2.如权利要求1所述的一种提高射频开关矩阵通道隔离度的装置，其特征在于，行隔离阵列单元(1)的输出分别与行隔离阵列单元(2)的输入相连，行隔离阵列单元(2)的输出分别与交叉点矩阵阵列单元中对应的开关相连。

3.如权利要求1所述的一种提高射频开关矩阵通道隔离度的装置，其特征在于，

列隔离阵列单元(1)的各组输出分别与列隔离阵列单元(2)中对应的开关相连；列隔离阵列单元(2)每组单刀双掷开关的输出与对应的交叉点矩阵阵列对应的开关相连。

4.如权利要求1所述的一种提高射频开关矩阵通道隔离度的装置，其特征在于，交叉点矩阵阵列单元每组单刀单掷开关的输入与列隔离阵列单元(2)的每组输出相连，每组单刀单掷开关的输出与对应的行隔离阵列单元(2)的每组输出相连。

5.如权利要求1所述的一种提高射频开关矩阵通道隔离度的装置，其特征在于，所述通用接口单元、控制单元以及驱动单元集成在同一区域。

6.如权利要求1所述的一种提高射频开关矩阵通道隔离度的装置，其特征在于，所述通用接口单元包括扁平电缆连接器。

7.如权利要求1所述的一种提高射频开关矩阵通道隔离度的装置，其特征在于，所述控制单元包括一片CPLD芯片，进行对通用接口单元发送指令的译码以及对驱动单元的控制。

8.如权利要求1所述的一种提高射频开关矩阵通道隔离度的装置，其特征在于，所述驱动单元包括多组带隔离功能的驱动芯片，对行隔离阵列单元(1)、行隔离阵列单元(2)、列隔离阵列单元(1)、列隔离阵列单元(2)以及交叉点矩阵阵列单元中的开关进行控制。

9.如权利要求1所述的一种提高射频开关矩阵通道隔离度的装置，其特征在于，采用单块电路板正反两面对称排列的设计。