CN106301608A - 一种超短波收发单元通用调试工装装置 - Google Patents

Abstract

一种超短波收发单元通用调试工装装置，包括射频信号源、频谱分析仪、矩阵键盘、直流稳压电源、控制处理板、人机界面单元、接口转换板和射频线缆组件；控制处理板连接射频信号源并进行数字信号控制实现双路射频信号源输出至接口转换板再输出至待调试射频单元调试，控制处理板连接矩阵键盘、人机界面单元，接口转换板用于将控制处理板的对外信号接口转换成待测单元板的物理接口形式，控制处理板通过射频线缆组件给待调试射频单元板提供两路本振信号，按压控制处理板上的矩阵键盘，改变本振信号频率连续或单步的移动，通过矩阵键盘配置其工作在不同的状态下，检验和测试相关的功能和指标性能。

Description

一种超短波收发单元通用调试工装装置

一、技术领域

本发明涉及专用无线通信行业，是一种用于调试和测量超短波通信设备射频单元板功能指标的通用工装装置，多个接口和功能都可编程更改，具有很好的软件重构特性，可适用于多种单元板的调测需求。

二、背景技术

目前多种专用超短波收发信机通信系统都是采用模块化设计方式来实现的，主要由接收、发射、本振、主控、基带、功放和电源等单元模块组成，图3是典型的超短波收发信机单元框图。每种单元模块均采用独立单板和自屏蔽设计，具有完整的功能特性和完善的电磁兼容措施，模块间通过低频板间连接器实现低频信号链路的通信和控制，射频信号一般采用50Ω低损耗射频线缆连接。整机有效的将高低频信号进行空间隔离，降低了信号间传导和辐射的干扰影响，具有较优的射频指标及可测试性、可生产性、可维修性和可靠性。产品研发时更利于单元板分别进行独立设计、调试、试验等过程。减少了单元之间的耦合，更利于整机各单元并行设计和开发进度控制。

在产品的研发阶段，由于单元板的开发是先于整机合拢的，所以各单元板需要在整机合拢前进行独立测试，以验证单元板的功能和指标，特别是接收和发射射频单元，由于涉及到与本振、主控、基带、功放、电源等多个单元模块间的接口联调和测试，前期需要花费大量的时间搭建试验平台，还要用多种射频仪表来代替其它单元板，以验证自身的工作性能和指标，更要外接多种线缆，来模拟主控与单板的通信和状态控制，部分协议验证还很难实现，测试系统变得异常复杂，多种临时控制线缆也影响到测试的准确性和可重复性，测试平台的搭建和维护更需要花费大量的时间。利用测试工装，可以快速的搭建测试环境，简化测试流程，提高测试效率，并且让测试的指标和数据更准确且可靠。图4是典型超短波接收射频单元板框图，图12为射频单元板外形示意图。

三、发明内容

本发明目的是，提出一种超短波收发单元通用调试工装装置及调试方法，在通信设备的研发和生产阶段，通过使用本发明的通用调测工装装置，可以代替复杂的控制连接线缆和部分昂贵的射频仪器，搭建出完整的接收和发射工作性能和指标测试试验平台，提前模拟收发单元板的整机工作环境，快速排除和定位单元板故障和设计缺陷。不仅可以极大的方便射频单元板在研发和生产阶段的调试和测量，提高工作效率，减少射频单元板研发和生产调试周期，还能减少通信设备在研发和生产阶段的射频仪表投入，大幅降低企业设备成本。

本发明的技术方案是，一种超短波收发单元通用调试工装装置，包括射频信号源、频谱分析仪、矩阵键盘、直流稳压电源、控制处理板、人机界面单元、接口转换板和射频线缆组件；控制处理板连接射频信号源并进行数字信号控制实现双路射频信号源输出至接口转换板再输出至待调试射频单元调试，控制处理板连接矩阵键盘、人机界面单元，接口转换板用于将控制处理板的对外信号接口转换成待测单元板的物理接口形式，射频线缆组件用于将控制处理板的双路射频信号源与待调试射频单元板相应接口连接；控制处理板通过射频线缆组件给待调试射频单元板提供两路本振信号，按压控制处理板上的矩阵键盘，改变本振信号频率连续或单步的移动，实现对射频单元板全频段工作频率范围内射频指标测试；设置每路本振信号的幅度，以满足最佳的本振接口电平要求；直流稳压电源和控制处理板输出的控制信号通过接口转换板，适配不同的待调试射频单元板插接件型号，与待调试射频单元板低频信号连接器互插，实现对待调试射频单元板的供电和信号通信与控制，通过矩阵键盘配置其工作在不同的状态下，检验和测试相关的功能和指标性能。

通过控制处理板，接口转换板和射频线缆组件的高低频插接组合，实现一种通用调试工装装置；采用不同的接口转换板，实现与不同测试目标板的物理接口匹配，极大的拓宽该发明工装装置的通用性。

直流稳压电源，输入电源通过DC/DC开关稳压电路分别输出+5V、-5V、+3.3V三种电压，RF+3.3V由LDO稳压输出，+6V～+28V输入电源通过滤波后直接输出给部分芯片和目标板供电。+5V、+3.3V具有较大的带载能力，-5V因为使用的较少，带载能力落些，由于每路电源都有独立的滤波电路，各路不同电压间的串扰基本得到抑制，RF+3.3V专门给频率源电路供电，通过LDO线性稳压输出，满足射频电路部分高质量供电的需求。

信号控制处理电路由混合信号系统级MCU芯片C8051F020及外围电路构成，该MCU芯片集成了与8051兼容的CIP-51内核，8通道12位ADC，两个12位DAC，64K字节可在系统编程的FLASH存储器，4352字节的片内RAM，SPI和两个UART串行通信接口，64个数字GPIO口。MCU芯片承担了所有外围需配置和可控制电路的信号处理，是执行所有指令和动作的控制源，是本发明工装的大脑和中枢系统。

所述射频频率源，分别使用两个金属屏蔽盒将高低频频率源屏蔽其中，增加与外部数字电路间的空间隔离度，有利于提高频率源的输出信号特性，也不会对其它电路产生干扰；频率源电路有基准源电路和两个覆盖不同频率范围的集成锁相环芯片组成，基准源电路用于检测、切换外部基准源和内部温补晶振，当没有检测到外部基准源时，由内部温补晶振提供基准，当检测到外部基准时，比较控制电路立即作出切换动作，改变射频开关的通断状态，由外部基准源作基准输出，输出的基准信号通过滤波和分配，给锁相环芯片提供准确、纯净的基准频率信号。

集成锁相环Si4133芯片输出750MHz～1.8GHz频率范围的RF射频信号，Si4112芯片输出65MHz～1000MHz频率范围的IF射频信号，每路射频信号的输出频率都是由MCU来配置，同时MCU通过控制增益电路来改变输出信号的幅度，可调整的幅度范围是-10dBm～+10dBm，射频接口的阻抗都是50Ω，可以满足绝大部分超短波射频单元板对本振频率和幅度的要求。

使用一台射频信号源、频谱分析仪和直流稳压电源，就可以搭建一个完整的射频单元板功能指标测试平台。控制处理板实现双路射频信号源输出，数字信号控制和人机界面等功能，接口转换板用于将控制处理板的对外信号接口转换成待测单元板的物理接口形式，可以用不同的接口转换板，实现与不同测试目标板的物理接口匹配，极大的拓宽该发明工装装置的通用性，射频线缆组件用于将控制处理板的双路射频信号源与待测射频单元板相应接口连接。

有益效果：用本发明的测试工装装置和辅助测试仪器，搭建的射频单元板功能指标测试平台，可以用不同的接口转换板，实现与不同测试目标板的物理接口匹配，极大的拓宽该发明工装装置的通用性，射频线缆组件用于将控制处理板的双路射频信号源与待测射频单元板相应接口连接。本发明的对射频的各单元板需要在整机合拢前进行独立测试，以验证单元板的功能和指标，特别是接收和发射射频单元，包括与本振、主控、基带、功放、电源等多个单元模块间的接口联调和测试，验证自身的工作性能和指标，本发明利用测试工装，可以快速的搭建测试环境，简化测试流程，提高测试效率。

四、附图说明

图1为通用调测工装测试平台示意图；

图2为通用工装组成框图；

图3为典型超短波收发信机主要单元组成框图；

图4为典型超短波接收射频单元板框图；

图5为控制处理板原理框图；

图6为控制处理板电源处理框图；

图7为频率源电路原理框图；

图8为控制处理板MCU资源框图；

图9为控制处理板外形示意图；

图10为射频线缆组件外形示意图；

图11为接口转换板外形示意图；

图12射频单元板外形示意图。

五、具体实施方式

图1是用本发明的测试工装装置和辅助测试仪器，搭建的射频单元板功能指标测试平台示意图，图2是测试工装的组成框图，图1中：

1是射频线缆组件，具备优良的电气和机械性能，屏蔽性好、衰减低、驻波小、线性度好，可以应用于射频或微波信号连接；

2是待调试或测量的射频单元板，可以是接收或发射单元，能够完成超短波收发信机设备的射频收发信号频率搬移和调理，其指标会直接影响到整机性能，是传统收发信机不可缺少的主要功能单元；

3是控制处理板与接口转换板接插件连接示图，位于控制处理板的反面，主要用于传输电源和多路模拟数字信号；

4是控制处理板，是本发明工装的主要功能单元，能实现射频、模拟和数字信号的输出和控制，具有可编程特性，能适应不同射频单元板测试要求，具有很强的重构性和适应性；

5是接口转换板，用于将控制处理板的对外信号接口转换成待测单元板的物理接口形式，可以用不同的接口转换板，实现与不同测试目标板的物理接口匹配，极大的拓宽该发明工装装置的通用性；

6是频谱分析仪，射频单元板辅助调试仪器，用于测量和分析射频单元板的中频输出信号射频指标特性；

7是射频信号源，射频单元板辅助调试仪器，用于产生单载波和各种调制模式的已调制射频信号；

8是测试线缆，用于射频单元板与辅助调试仪器的射频信号连接；

9是直流稳压电源，辅助调试仪器，用于给测试工装提供电源信号；

10是工装供电线缆，用于连接直流稳压电源与工装板的电源。

图5是控制处理板电路原理框图，主要由电源稳压滤波电路，信号处理控制电路和频率源电路组成。

1)电源稳压滤波电路

电源稳压滤波电路负责处理所有输入输出电源信号，为板上所有有源芯片提供稳定的高质量供电电源，并且将多路电源信号输出给对外接口插座，以提供给测试目标板使用。基本满足各类射频单元板的电源需求，通过工装板对测试目标板供电，简化了测试目标板的电源供给方式，减少了直流稳压电源的仪表的数量和输出路数，极大方便于调试时电源的连接，也不会出现错接漏接的问题。

电源稳压滤波电路的简化框图如图6，有两个外部电源输入接口，第一个是大电流电源插座，由外部直流稳压电源输入，电压范围是+6V～+28V，可根据测试目标板的电源要求确定具体电压数值。第二个是USB插座，可以外接标准+5V电压USB接口，一般仅用于给控制处理板上的电路供电使用，主要是方便于控制处理板软件加载和调试时供电，由于标准USB接口比较常见，也是大部分计算机和仪表的标准接口，在软件调试时具有较好的供电灵活性，不会受到外部直流稳压电源的限制，具有很强的适应性。

输入电源通过DC/DC开关稳压电路分别输出+5V、-5V、+3.3V三种电压，RF+3.3V由LDO稳压输出，+6V～+28V输入电源通过滤波后直接输出给部分芯片和目标板供电。+5V、+3.3V具有较大的带载能力，-5V因为使用的较少，带载能力落些，由于每路电源都有独立的滤波电路，各路不同电压间的串扰基本得到抑制，纹波噪声也比较小，RF+3.3V专门给频率源电路供电，由于是通过LDO线性稳压输出，能满足射频电路部分高质量供电的需求。

2)信号控制处理电路

信号控制处理电路主要由混合信号系统级MCU芯片C8051F020及外围电路构成，该MCU芯片集成了与8051兼容的CIP-51内核，8通道12位ADC，两个12位DAC，64K字节可在系统编程的FLASH存储器，4352字节的片内RAM，SPI和两个UART串行通信接口，64个数字GPIO口，详细芯片内置资源参见图8。

MCU微处理器是整板的控制中心，4×4键盘阵列和2×16字符型显示屏主要负责人机交互，可以通过触按键盘输入软件定义的指令，实现特定的功能，字符型显示屏可以将部分控制信息和数据显示给用户作为参考，并作为输入指令的响应和运行提示窗口，可以非常直观的提醒和提示调试人员当前工装和测试射频单元板工作状态和反馈信息，让调试人员及时的了解测试数据以采取相应的调试措施，提高测试效率。MCU芯片承担了所有外围需配置和可控制电路的信号处理，是执行所有指令和动作的控制源，是本发明工装的大脑和中枢神经系统。

3)频率源电路

图7是频率源电路的原理框图，主要有基准源电路和两个覆盖不同频率范围的集成锁相环芯片组成，基准源电路用于检测、切换外部基准源和内部温补晶振，当没有检测到外部基准源时，由内部温补晶振提供基准，当检测到外部基准时，比较控制电路立即作出切换动作，改变射频开关的通断状态，由外部基准源作基准输出，输出的基准信号通过滤波和分配，给锁相环芯片提供准确、纯净的基准频率信号。

集成锁相环Si4133芯片输出750MHz～1.8GHz频率范围的RF射频信号，Si4112芯片输出65MHz～1000MHz频率范围的IF射频信号，每路射频信号的输出频率都是由MCU来配置，同时MCU可以通过控制增益电路来改变输出信号的幅度，可调整的幅度范围是-10dBm～+10dBm，射频接口的阻抗都是50Ω，可以满足绝大部分超短波射频单元板对本振频率和幅度的要求。

控制处理板

控制处理板是本发明最重要的组成部分，图9是控制处理板外形示意图。

图9中：

3是位于反面的对外接口连接器，由三个2.00mm间距的双排贴片插座组成，通过接插件分别输出+6V～+28V、+5V、+3.3V、-5V多路电源，GPIO、SPI、ADC、DAC、USART等数字控制和通信接口。基本可以满足射频单元板的电源和控制需求；

4是控制处理板，本发明工装的主要功能单元；

11是射频频率源，分别使用两个金属屏蔽盒将高低频频率源屏蔽其中，增加与外部数字电路间的空间隔离度，有利于提高频率源的输出信号特性，也不会对其它电路产生干扰；

12是字符型液晶屏，能够同时显示16列2行32个字符，自带背光电路，可以显示阿拉伯数字、英文大小写字母和常用的符号等，基本满足工装状态显示使用；

13是键盘阵列，由4×4阵列16个按键组成，每个按键都可以由软件独立定义需要的功能，是控制测试工装工作状态的主要方式；

14是射频信号高频段输出接口，SSMB针型接插件，需选用SSMB孔型连接器对接，可以输出750MHz～1.8GHz频率射频信号，信号幅度+5dBm，阻抗50Ω；

15是外部参考基准源输入接口，可以采用外部更稳定的参考基准频率，代替板载内部14.4MHz的TCXO温补有源晶振，使输出的频率源具有更加精准的频率，适用于对频率精度有非常高的应用需求；

16是射频信号低频段输出接口，SSMB针型接插件，需选用SSMB孔型连接器对接，可以输出65MHz～1000MHz频率射频信号，信号幅度+5dBm，阻抗50Ω；

17是控制处理板电源输入接口，输入电压范围+6V～+28V，同时也经过滤波后直接输出给测试射频单元板，可根据测试板的电源供电需求来确定具体电压数值；

18是串行通信接口，RS232电平，可以直接与计算机连接，显示工装的工作状态和测试数据，也可以通过计算机键盘输入定义好的指令，调整工装和测试射频单元板工作状态；

19是8路LED指示灯，可以直观、快速的显示工装板和测试射频单元板的某些状态，如按键指示、射频板收发状态显示等；

20是软件调试接口，可以通过该接口挂载MCU开发工具，烧写、调试软件程序。

接口转换板

接口转换板用于将控制处理板的对外信号接口转换成待测单元板的物理接口形式，可以用不同的接口转换板，实现与不同测试目标板的物理接口匹配，极大的拓宽该发明工装装置的通用性。接口转换板是无源的，主要由两组接插件组成，一组接插件与控制处理板对接，另一组接插件与待测的射频单元板对接，通过印制板走线实现两组接插件的信号互联。图11为接口转换板外形示意图，图11中：

21是射频单元板接口，可以是一个接插件也可能是两个，主要由射频单元板的信号连接器型号和数量决定，是射频单元板所有电源和模拟、数字信号的输入输出接口；控制处理板接口，由三个2.00mm间距的双排贴片插座组成，通过接插件分别输出+6V～+28V、+5V、+3.3V、-5V多路电源，GPIO、SPI、ADC、DAC、USART等数字控制和通信接口；

23是信号处理板插接位置，信号处理板通过2.00mm接插件22与接口转换板信号对插后，用6颗M3铜螺柱和螺丝进行安装固定。

射频线缆组件

射频线缆组件用于将控制处理板上的两路射频信号与射频单元板连接，图10是射频线缆组件外形示意图，图12是射频单元板外形示意图，射频单元板的数字、模拟信号通常采用低频矩形连接器，而射频信号由于频率较高，一般都单独采用射频接插件通过射频线缆组件连接，这样即保证了射频信号的性能，也减少了射频信号与低频信号间的串扰。

射频线缆组件通常都具有优良的电气和机械性能，屏蔽性好、衰减小、驻波小、线性度好，射频线缆组件中包括控制处理板射频头，通常选用与处理板对插的SSMB-KW3弯式射频插头；射频同轴线缆，选用SFF-50-1.5柔性同轴线缆，具有稳定的50Ω特性阻抗、很小的信号衰减、优秀的屏蔽性能和较宽工作频率范围，由于线缆外径较小，基本可以任意弯曲，方便射频信号的连接；射频单元板射频头，型号可以根据射频单元板的射频接插件型号确定。

Claims (6)

1.一种超短波收发单元通用调试工装装置，其特征是包括射频信号源、频谱分析仪、矩阵键盘、直流稳压电源、控制处理板、人机界面单元、接口转换板和射频线缆组件；控制处理板连接射频信号源并进行数字信号控制实现双路射频信号源输出至接口转换板再输出至待调试射频单元调试，控制处理板连接矩阵键盘、人机界面单元，接口转换板用于将控制处理板的对外信号接口转换成待测单元板的物理接口形式，射频线缆组件用于将控制处理板的双路射频信号源与待调试射频单元板相应接口连接；控制处理板通过射频线缆组件给待调试射频单元板提供两路本振信号，按压控制处理板上的矩阵键盘，改变本振信号频率连续或单步的移动，实现对射频单元板全频段工作频率范围内射频指标测试；设置每路本振信号的幅度，以满足本振接口电平要求；直流稳压电源和控制处理板输出的控制信号通过接口转换板，适配不同的待调试射频单元板插接件型号，与待调试射频单元板低频信号连接器互插，实现对待调试射频单元板的供电和信号通信与控制，通过矩阵键盘配置其工作在不同的状态下，检验和测试相关的功能和指标性能。

2.根据权利要求1所述的调试工装装置，其特征是通过控制处理板，接口转换板和射频线缆组件的高低频插接组合，实现一种通用调试工装装置；采用不同的接口转换板，实现与不同测试目标板的物理接口匹配，极大的拓宽该发明工装装置的通用性。

3.根据权利要求1所述的调试工装装置，其特征是所述直流稳压电源，输入电源通过DC/DC开关稳压电路分别输出+5V、-5V、+3.3V三种电压，RF+3.3V由LDO稳压输出，+6V～+28V输入电源通过滤波后直接输出给部分芯片和目标板供电；每路电源都有独立的滤波电路。

4.根据权利要求1所述的调试工装装置，其特征是控制处理板输出的控制信号由信号控制处理电路完成，信号控制处理电路由混合信号系统级MCU芯片C8051F020及外围电路构成，MCU芯片集成了与8051兼容的CIP-51内核，8通道12位ADC，两个12位DAC，64K字节可在系统编程的FLASH存储器，4352字节的片内RAM，SPI和两个UART串行通信接口，64个数字GPIO口；MCU芯片承担了所有外围需配置和控制电路的信号处理，执行所有指令和动作的控制源。

5.根据权利要求1所述的调试工装装置，其特征是所述射频频率源，分别使用两个金属屏蔽盒将高低频频率源屏蔽其中，增加与外部数字电路间的空间隔离度，有利于提高频率源的输出信号特性，也不会对其它电路产生干扰；频率源电路有基准源电路和两个覆盖不同频率范围的集成锁相环芯片组成，基准源电路用于检测、切换外部基准源和内部温补晶振，当没有检测到外部基准源时，由内部温补晶振提供基准，当检测到外部基准时，比较控制电路立即作出切换动作，改变射频开关的通断状态，由外部基准源作基准输出，输出的基准信号通过滤波和分配，给锁相环芯片提供准确、纯净的基准频率信号。

6.根据权利要求1所述的调试工装装置，其特征是集成锁相环Si4133芯片输出750MHz～1.8GHz频率范围的RF射频信号，Si4112芯片输出65MHz～1000MHz频率范围的IF射频信号，每路射频信号的输出频率都是由MCU来配置，同时MCU通过控制增益电路来改变输出信号的幅度，可调整的幅度范围是-10dBm～+10dBm，射频接口的阻抗都是50Ω。