CN109001662B

CN109001662B - 一种自动恢复电子校准件定标数据的装置和方法

Info

Publication number: CN109001662B
Application number: CN201810583689.3A
Authority: CN
Inventors: 李明太; 庄志远; 梁胜利; 赵立军; 马景芳; 李树彪; 刘丹; 郭永瑞; 袁国平
Original assignee: CETC 41 Institute
Current assignee: CETC 41 Institute
Priority date: 2018-06-08
Filing date: 2018-06-08
Publication date: 2020-07-03
Anticipated expiration: 2038-06-08
Also published as: CN109001662A

Abstract

本发明公开了一种自动恢复电子校准件定标数据的装置和方法，属于测试技术领域，本发明装置包括矢量网络分析仪和电子校准件，电子校准件包括ARM微处理器、微波模块、第一FLASH芯片即NAND FLASH 1、第二FLASH芯片即NAND FLASH 2、稳压限幅电路、第一开关和第二开关；ARM微处理器通过USB接插件与矢量网络分析仪连接；本发明增加了稳压限幅电路，对电子校准件进行保护；提供了一种自动恢复电子校准件定标数据的方法，只需按一个开关就可以完成数据的恢复；增强了电子校准件的稳定性和耐用性，减少了电子校准件用户的经济损失，调高了生产和科研效率。

Description

一种自动恢复电子校准件定标数据的装置和方法

技术领域

本发明属于测试技术领域，具体涉及一种自动恢复电子校准件定标数据的装置和方法。

背景技术

校准是矢量网络分析仪高精度测量的前提，传统的校准方式为机械校准。机械校准使用标准的机械校准件(包括开路器、短路器、负载、空气线等)，针对每一种校准件进行单独测量，得到的数据与校准件本身特性数据进行比较，计算得到测量误差。这种方式需要多次人工手动接插，速度慢，容易引进人为误差，影响校准的准确度。越来越多的用户选择使用电子校准件进行准件，电子校准只需一次接插，速度快，对操作者影响较小。电子校准件通过USB接口控制校准件内部的电子标准状态改变，从而完成矢量网络分析仪的校准。电子校准件具有可程控校准、校准质量高、对操作人员要求低等优点，逐步呈现替代机械校准件的趋势。电子校准使用可程控的电子标准模块，电子标准模块内置多种反射阻抗状态和至少一个传输阻抗状态。电子校准件作为校准标准，只有经过定标才能使用。电子校准件通常含有多个端口，每个端口包含多个标准，且电子校准件在定标时，定标点数很多(通常要数千点左右)，这些定表数据都被存储在FLASH芯片中。

(1)由于电子校准件是通过USB电缆与网络参数测试仪相连，整个电子校准件的供电都是由网络参数测试仪通过USB接口进行提供的，电子校准件内部包含主控CPU、存储定标数据的FLASH以及微波模块等。电子校准件内部的每个器件的输入电压和电流都有规定和要求，不能超出范围，这就要求网络参数测试仪测试主机USB接口输出的电压要在4.75V～5.25V范围之内。但是不同型号的网络参数测试仪，由于使用不同的工控机模块和电源模块在网络参数测试仪的开机重启时会造成USB接口的输出的电压超过5.25V，达到5.7v左右，会对电子校准件造成损坏。而用户使用电子校准件时，常常使用完成后，会忘记把电子校准件从网络参数测试仪通USB接口拔出。因此，经常会出现连接着电子校准件情况下，关闭或打开网络参数测试仪。而为了保证用户的校准效率，在每次开机时网络参数测试仪会自动读取电子校准件的定标信息，放入本地磁盘。在网络参数测试仪每次开机，由于网络参数测试仪USB接口输出的电压会有过冲，过大会造成存储在FLASH芯片里的定标数据损坏或被自动擦除，严重时可能会造成FLASH芯片被损坏，造成整个电子校准件损坏。这一问题会给用户造成时间和经济上的巨大损失，影响工作进展。客户需要把电子校准那件返厂重维修，并重新定标，并交纳费用，费用往往高达几万元。

(2)有些电子校准件的用户会常年，每天24小时使用电子校准件，造成电子校准件的FLASH读写次数超过上限而出现FLASH里的数据出错。

(3)在特殊的环境下，静电会造成电子校准件的FLASH芯片损坏。

矢量网络分析仪依靠校准与矢量误差修正达到高测量精度。电子校准件通过程控接口控制校准件内部的电子标准状态改变，从而完成矢量网络分析仪的校准。电子校准件是通过USB电缆与网络参数测试仪相连，整个电子校准件的供电都是由网络参数测试仪通过USB接口进行提供的，电子校准件内部包含主控CPU、存储定标数据的FLASH以及微波模块等。电子校准使用可程控的电子标准模块，电子标准模块内置多种反射阻抗状态和至少一个传输阻抗状态，这些阻抗状态通过定标得到其“实际值”。电子校准件能够进行单端口校准和多端口校准，校准精度和机械校准件精度相当，但在校准速度和校准成功率上大大优于采用机械校准件的校准过程。电子校准件是基于ARM微处理器的一个微控制系统，它由USB接口从主机获得电源和控制指令，完成矢量网络分析仪的校准。其整机原理框图如图1所示。

ARM微处理器是电子校准件的大脑，校准模块是电子校准件的核心，ARM处理器接收主机发送的指令，执行相应的校准过程，将校准模块的端口设置为正确的状态。ARM处理器送出的控制信号需要进行电平转换处理后才能送给校准模块。为了保持性能的稳定，需要校准标准处于一个稳定的温度条件下，温度调节电路通过PWM信号控制校准模块内部电阻的电流，内置的热敏电阻检测模块内的温度。

电子校准件在定标时，使用TRL机械校准件对网络仪进行校准，然后对电子校准件进行定标。每次测量电子校准件标准，需要在不同端口的反射参数和直通参数切换，测量轨迹需要重新设置。在存储数据过程中，需要依据不同参数进行数据的命名存储。

现有定标过程为：

a)设置网络仪定标参数；

b)使用TRL机械校准件校准网络仪；

c)使用外部电源控制电子校准件标准状态；

d)测量电子校准件标准，并将数据存储；

e)将存储的数据写入到电子校准件。

现有技术方案的缺点主要存在于下面两个方面。

1)存在缺点：在电子校准件的硬件电路设计中没有对USB接口的输入电压进行幅度限制。

2)存在缺点：电子校准件的定标数据存储在内部的一个flash芯片(仅有一个)中，不同型号的网络参数测试仪，由于使用不同的工控机模块和电源模块在网络参数测试仪的开机重启时会造成USB接口的输出的电压超过5.25V，达到5.7v左右，会对电子校准件中的造成FLASH芯片中的数据被擦除或损坏，造成电子校准件不能够使用，需要返厂维修。

3)有些电子校准件的用户会常年，每天24小时使用电子校准件，造成电子校准件的FLASH读写次数超过上限而出现FLASH里的数据出错。

4)在特殊的环境下，静电会造成电子校准件的FLASH芯片损坏。

5)存在缺点：电子校准件标准返厂维修维修需要缴纳高昂的定标费用，并且定标繁琐，费时，影响用户的生产效率。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种自动恢复电子校准件定标数据的装置和方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种自动恢复电子校准件定标数据的装置，包括矢量网络分析仪和电子校准件，电子校准件包括ARM微处理器、微波模块、NAND FLASH 1、NAND FLASH 2、稳压限幅电路、第一开关K2和第二开关Button1；ARM微处理器通过USB接插件与矢量网络分析仪连接；

矢量网络分析仪，被配置为用于通过USB接插件与电子校准件实现通信，从而完成对电子校准件的标准控制、校准件信息读取、定标数据写入、备份与恢复功能；

ARM微处理器，被配置为用于存储电子校准件的型号信息、端口信息和适用的频率范围信息；通过USB接口接收定标数据发并将定标数据写入NAND FLASH 1和NAND FLASH 2，从而完成定标；

NAND FLASH 1，被配置为用于存储电子校准件的定标数据，作为默认使用的存储芯片；

NAND FLASH 2，被配置为用于实现对电子校准件的定标数据的备份；

稳压限幅电路，被配置为用于对ARM微处理器中的USB接口模块的输入电压进行幅度限制；

微波模块，被配置为用于接收ARM微处理器发出的控制信号，实现不同阻抗状态的电子标准。微波模块包括MMIC芯片，MMIC芯片根据ARM微处理器发送过来的控制信号控制MMIC芯片内部的开关和电路导通状态，从而实现不同阻抗状态的电子标准。

微波模块还包括：微波腔体，热敏电阻，温度控制电路以及微带传输线，电子标准的电参数会受到温度的影响，因此必须包含一个温度控制电路。因为电子校准使用基于数据文件的定标方式和多标准多状态的误差系数求解算法，因此使用这些标准可以进行精确的误差系数求解；

第一开关K2，被配置为用于控制NAND FLASH 2的片选信号是否选通，contrl为1则CS有效，即NAND FLASH 2片选有效；contrl为0则CS无效，即NAND FLASH 2片选无效；

第二开关Button1，被配置为电子校准件用户控制开关，用户通过控制Button1来决定电子校准件是否能够使用NAND FLASH 2中的定标数据；

第二开关Button1有两种状态，即处于位置1或位置2；当第二开关Button1置于位置1时，则K1_input为0，表示电子校准件使用NAND FLASH 1数据；当第二开关Button1置于位置2时，则K1_input为1，表示电子校准件能够使用NAND FLASH2数据。

ARM微处理器会定时检测K1_input输入信号是否为1；如果为1，则ARM微处理器会控制contrl为1，否则contrl为0；contrl为1，则表示电子校准件可以使用NAND FLASH2数据；当电子校准件用户发现电子校准件的校准功能不正确时，但是依然能够读取电子校准件的信号信息时，说明NAND FLASH 1的定标数据损坏或被擦除；用户可把电子校准件的button1置于位置2处，并在矢量网络分析仪主机程序校准模块的软件界面上点击自动恢复定标数据，则ARM微处理器会自动把NAND FLASH 2的中的定标数据读取后再写入NANDFLASH 1中，完成定标数据的恢复。

此外，本发明还提到一种自动恢复电子校准件定标数据的方法，该方法采用如上所述的自动恢复电子校准件定标数据的装置，包括如下步骤：

步骤1：当电子校准件用户发现电子校准件的校准功能不正确时，但是依然能够读取电子校准件的信号信息时，说明NAND FLASH 1的定标数据损坏或被擦除；

步骤2：用户将电子校准件的第二开关电路置于位置2处，并在矢量网络分析仪主机程序校准模块的软件界面上点击自动恢复定标数据，ARM微处理器会自动将NAND FLASH2中的定标数据读取后再写入NAND FLASH 1中；

步骤3：10秒钟后，用户将电子校准件的第二开关电路置于位置1处，再使用电子校准件进行校准；判断电子校准件的校准功能是否正确；

若：判断结果是电子校准件的校准功能正确，则自动恢复定标数据成功；

或判断结果是电子校准件的校准功能不正确，说明NAND FLASH 1已损坏，则将电子校准件的第二开关电路置于位置2处，使用NAND FLASH 2的定标数据完成校准。

本发明所带来的有益技术效果：

1、在电子校准件的硬件电路设计中对USB接口的输入电压进行幅度限制，增加了稳压限幅电路，可以对电子校准件进行保护；

2、提供了一种自动恢复电子校准件定标数据的方法，只需按一个开关就可以完成数据的恢复；

3、如果经过自动恢复定标数据后电子校准件的校准功能依然不正确时，说明NANDFLASH 1已损坏，用户可把电子校准件的button1至于位置2处，以后就使用NANDFLASH2的定标数据完成校准；

4、增强了电子校准件的稳定性和耐用性，减少了电子校准件用户的经济损失，调高了生产和科研效率。

附图说明

图1为双端口电子校准件原理框图。

图2为可自动恢复电子校准件定标数据的装置的结构示意图。

图3为稳压限幅电路原理图。

图4为自动恢复电子校准件定标数据的软件架构示意图。

图5为自动恢复电子校准件定标数据方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

本发明旨在提供了一种自动恢复电子校准件定标数据的方法，只需按一个开关就可以完成数据的恢复，解决以上难题，为电子校准件的用户减少经济损失提高工作效率。

实施例1：

一种自动恢复电子校准件定标数据的装置，其结构如图2所示，包括矢量网络分析仪和电子校准件，电子校准件包括ARM微处理器、微波模块、NAND FLASH 1、NAND FLASH 2、稳压限幅电路、第一开关K2和第二开关Button1；ARM微处理器通过USB接插件与矢量网络分析仪连接；

在电子校准件的硬件电路设计中对USB接口的输入电压进行幅度限制，增加了稳压限幅电路。

在电子校准件的硬件电路中增加一个备用的FLASH芯片即NAND FLASH 2。

NAND FLASH 1是用来存储电子校准件的定标数据(定标频率、各标准定标数据)的，作为默认使用的存储芯片。

NAND FLASH 2实现对电子校准件的定标数据的备份，它存储的定标数据和NANDFLASH 1相同，配合程序控制完成电子校准件定标数据的恢复功能。

在电子校准件硬件电路中增加两个开关电路，一个是开关K2，另一个是开关Button1。当用户判断出电子校准件内部NAND FLASH 1存储的定标数据损坏时，可以通过开关按钮Button1完成定标数据的恢复。

电子校准件信息的型号信息、端口信息和适用的频率范围信息存储在ARM微处理器的内部固件程序中，不再存储在NAND FLASH芯片中。这样即使NAND FLASH损坏，矢量网络分析仪通过USB测试电缆依然能够读取电子校准件的基本信息，从而能够使用户快速的判断NAND FLASH芯片的数据是否损坏。

稳压限幅电路原理如图3所示，Vi是USB电缆输入的电压，R1是电阻，Z1是稳压二极管，Vo是提供给电子校准件使用的电压，Vi输入的最大上限是6.0V，通过图2可以把Vo限制在5.3V之下，能够对电子校准件进行保护。

可自动恢复电子校准件定标数据电子校准件的软件架构如图4所示。

实施例2：

矢量网络分析仪主机程序通过USB驱动与电子校准件实现通信，从而完成对电子校准件的标准控制、校准件信息读取、定标数据写入、备份与恢复等功能。

电子校准件出厂前进行定标，并通过USB接口把定标数据发送给ARM微处理器，由ARM微处理器把定标数据写入NAND FLASH 1以及NAND FLASH 1，从而完成定标。

在上述实施例的基础上，本发明还提到一种自动恢复电子校准件定标数据的方法，其流程如图5所示，包括如下步骤：

步骤2：用户将电子校准件的第二开关电路置于位置2，并在矢量网络分析仪主机程序校准模块的软件界面上点击自动恢复定标数据，ARM微处理器会自动将NAND FLASH 2中的定标数据读取后再写入NAND FLASH 1中；

本发明的关键点和保护点：

(1)在电子校准件的硬件电路中增加一个备用的FLASH芯片即NAND FLASH 2。

NAND FLASH 1是用来存储电子校准件的定标数据(定标频率、各标准定标数据)的，作为默认使用的存储芯片。NAND FLASH 2实现对电子校准件的定标数据的备份，它存储的定标数据和NAND FLASH 1相同，配合程序控制完成电子校准件定标数据的恢复功能；

(2)在电子校准件硬件电路中增加两个开关电路，一个是开关K2，另一个是开关Button1。当用户判断出电子校准件内部NAND FLASH 1存储的定标数据损坏时，可以通过开关按钮Button1完成定标数据的恢复；

(3)电子校准件信息的型号信息、端口信息和适用的频率范围信息存储在ARM微处理器的内部固件程序中，不再存储在NAND FLASH芯片中。这样即使NAND FLASH损坏，矢量网络分析仪通过USB测试电缆依然能够读取电子校准件的基本信息，从而能够使用户快速的判断NAND FLASH芯片的数据是否损坏。

(4)如果经过自动恢复定标数据后电子校准件的校准功能依然不正确时，说明NAND FLASH 1已损坏。用户可把电子校准件的button1至于位置2处，以后就使用NANDFLASH 2的定标数据完成校准。

本发明所带来的有益技术效果：

3、如果经过自动恢复定标数据后电子校准件的校准功能依然不正确时，说明NANDFLASH 1已损坏，用户可把电子校准件的button1至于位置2处，以后就使用NAND FLASH 2的定标数据完成校准；

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种自动恢复电子校准件定标数据的装置，其特征在于：包括矢量网络分析仪和电子校准件，电子校准件包括ARM微处理器、微波模块、NAND FLASH 1、NAND FLASH 2、稳压限幅电路、第一开关K2和第二开关Button1；ARM微处理器通过USB接插件与矢量网络分析仪连接；

微波模块，被配置为用于接收ARM微处理器发出的控制信号，实现不同阻抗状态的电子标准；其包括MMIC芯片，MMIC芯片根据ARM微处理器发送过来的控制信号控制MMIC芯片内部的开关和电路导通状态，从而实现不同阻抗状态的电子标准；

第一开关K2，被配置为用于控制NAND FLASH 2的片选信号是否选通；

第二开关Button1有两种状态，即处于位置1或位置2；当第二开关Button1置于位置1时，则K1_input为0，表示电子校准件能够使用NAND FLASH 1数据；当第二开关Button1置于位置2时，则K1_input为1，表示电子校准件能够使用NAND FLASH2数据。

2.一种自动恢复电子校准件定标数据的方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的自动恢复电子校准件定标数据的装置，包括如下步骤：

步骤2：用户将电子校准件的第二开关Button1置于位置2处，并在矢量网络分析仪主机程序校准模块的软件界面上点击自动恢复定标数据，ARM微处理器会自动将NAND FLASH 2中的定标数据读取后再写入NAND FLASH 1中；

步骤3：10秒钟后，用户将电子校准件的第二开关Button1置于位置1处，再使用电子校准件进行校准；判断电子校准件的校准功能是否正确；

或判断结果是电子校准件的校准功能不正确，说明NAND FLASH 1已损坏，则将电子校准件的第二开关Button1置于位置2处，使用NAND FLASH 2的定标数据完成校准。