CN117459091A - 程控射频开关矩阵系统装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开程控射频开关矩阵系统，涉及射频开关领域，包括射频开关、射频开关控制器、射频连接器和系统机箱组件；射频连接器包括射频开关与被测射频芯片及模块之间的接口，基于被测射频芯片及模块的性能参数进行选型；射频开关包括若干相同或不同拓扑结构的开关，通过对应拓扑结构开关控制射频信号链路的开启与闭合，从测试仪器到被测器件之间进行自由切换；射频开关控制器接收上位机控制指令，根据控制指令控制和驱动射频开关，选中其中拓扑结构的开关，控制对应射频通断。采用串行转并行驱动阵列和达灵顿管驱动阵列可控制大量的射频开关，为更多开关提供驱动电流，提升射频开关矩阵系统通道的可拓展性和便利性。

Description

程控射频开关矩阵系统装置

技术领域

本申请涉及射频开关领域，特别涉及一种程控射频开关矩阵系统装置。

背景技术

程控射频开关矩阵系统是射频芯片及模块自动测试设备中用于信号链路切换的一种装置。开关矩阵目的是控制信号链路的开启与闭合，自动测试设备中的开关矩阵系统通常由两个或多个矩阵开关组成，按照各种接口标准相互连接，形成从测试仪器到被测器件的灵活切换。

在传统的射频开关矩阵中，通常采用PXI架构的射频开关矩阵模块包含一个N*N通道的射频开关矩阵和一个开关矩阵控制器。模块通过PCI连接器插在PXI控制机箱的相关槽位上，上位机通过PCI总线对开关矩阵进行控制。

随着射频芯片及模块的功能复杂程度不断提高，对测试系统的自由度，可重构性，经济性和可拓展性的要求也越来越高。但基于PXI架构的开关矩阵模块，其本身的开关数量是有限的，开关的种类也相对固定，而且PXI控制机箱的槽位也是有限的，传统的PXI架构已经不适合复杂的射频芯片及模块测试。

发明内容

本申请提供一种程控射频开关矩阵系统，解决射频开关数量不足和可控性差的问题。该程控射频开关矩阵系统包括射频开关、射频开关控制器、射频连接器和系统机箱组件；所述射频开关、所述射频开关控制器和所述射频连接器内置于所述系统机箱组件内部；

所述射频连接器包括所述射频开关与被测射频芯片及模块之间的接口，基于被测射频芯片及模块的性能参数进行选型；

所述射频开关包括若干相同或不同拓扑结构的开关，通过对应拓扑结构开关控制射频信号链路的开启与闭合，从测试仪器到被测器件之间进行自由切换；

所述射频开关控制器接收上位机控制指令，根据控制指令控制和驱动所述射频开关，选中其中目标数量个相同或不同拓扑结构的开关，控制对应射频通断。

具体的，所述射频开关和所述射频连接器为阵列式设计，且通过射频线缆一一对应连接，

射频开关控制器通过控制驱动总线与阵列设置的所述射频开关连接。

具体的，所述射频开关控制器包括若干通讯接口、STM32单片机、串行转并行驱动阵列和达林顿管驱动阵列；

所述射频开关控制器通过通讯接口接收外部上位机的控制指令，并输入至所述STM32单片机；

所述STM32单片机处理控制信息和自检信息，输入控制信号到所述串行转并行驱动阵列；所述串行转并行驱动阵列将所述STM32单片机输入的串行信号转换为并行信号输出；

所述达林顿管驱动阵列接收所述串行转并行驱动阵列输出的并行信号，驱动所述射频开关。

具体的，所述通讯接口包括三个SP3232协议转换芯片，每个芯片连接所述STM32单片机的串口外设，进行TTL转RS232通讯；上位机通过其中的一路RS232接口远程对所述射频开关进行控制，其余两路搭配外置的RS232转USB模块和RS232转网口模块，上位机通过USB接口和网口对所述射频开关进行控制。

具体的，所述串行转并行驱动阵列包括若干组级联相互的74HC595芯片，74HC595芯片包括八路并行输出，将其中的一路级联其他74HC595芯片，形成流水阵列，其余七路为并行信号输出。

具体的，所述串行转并行驱动阵列为12路74HC595芯片的级联，相邻74HC595芯片的QH’串行输出引脚级联下一74HC595芯片的串行输入SER引脚。

具体的，所述达林顿管驱动阵列为ULN2803芯片，对应输出接口连接到所述射频开关上，提供驱动电压。

具体的，所述射频开关为N*N开关阵列，所述串行转并行驱动阵列分别所有连接开关，并通过所述达林顿管驱动阵列驱动开关通断。

具体的，所述系统机箱组件内部还包括电源模块，所述电源模块连接到所述射频开关的N*N开关阵列上，提供工作电压。

具体的，所述STM32单片机记录对所述射频开关的开关次数进行记录，当开关阵列中的目标开关达到使用寿命次数时，通过通讯接口将信息反馈给上位机。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：采用三路RS232协议转换芯片兼容TTL，RS232，USB，网口等通讯接口，可适配市面上大部分射频芯片及模块自动测试系统，大大提升了射频开关矩阵系统的通用性。射频开关控制器采用串行转并行驱动阵列和达灵顿管驱动阵列，串行转并行接口驱动阵列可以级联，控制大量的射频开关，提升了射频开关矩阵系统通道的可拓展性。用可配置的系统机箱及附件架构，系统结构可以做到灵活拆卸，解决了开关类型和系统自由度的问题。

附图说明

图1是本申请实施例提供的程控射频开关矩阵系统的结构装置图；

图2是本申请实施例提供的程控射频开关矩阵系统的结构框图；

图3是射频开关控制器的原理控制图；

图4是通讯接口的电路结构示意图；

图5是STM32单片机最小系统电路原理图；

图6是串行转并行驱动阵列芯片电路原理图；

图7是达灵顿管驱动阵列电路原理图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在现有的射频开关控制技术中，射频开关矩阵存在以下不足：

(1)通道数量有限：传统的射频开关矩阵模块的通道数量主要受到开关矩阵本身的射频开关数量和PXI机箱插槽数量限制。传统的射频开关矩阵系统的通道总数＝开关矩阵本身的射频开关数量*PXI机箱可用插槽数。如果遇到复杂的测试需求，需要多个通道，则传统射频开关矩阵可能无法满足要求。

(2)开关类型的自由度有限：传统的射频开关矩阵模块中，配置的开关类型相对固定，要么都为单刀双掷，要么都为双刀双掷，一旦选定了型号，开关的种类就无法变通。如果遇到测试中需求发生变化，需要改变开关的种类，则传统射频开关矩阵可能无法满足要求。

(3)开关矩阵的通用性不足：传统的射频开关矩阵模块只能用于PXI架构，该类开关矩阵只能用于带有PXI插槽的机箱，在其他各类测试系统中缺乏通用性。

(4)单位数量下的开关矩阵价格昂贵：传统的射频开关矩阵模块包含射频开关，控制器(FPGA)和PCI接口，基于PXI架构的单个射频开关矩阵的造价昂贵。

图1是本申请实施例提供的程控射频开关矩阵系统的结构装置图，其包括射频开关30、射频开关控制器40、射频连接器20和系统机箱组件10。射频开关30、射频开关控制器40和射频连接器20都设置在系统机箱组件10的内部，组成一个完整的装置结构。射频连接器提供了射频开关和被测射频芯片及模块之间的接口，射频连接器可以根据被测射频芯片及模块的性能参数进行选型。系统机箱组件可以根据需求的射频开关数量，来决定外壳的尺寸大小，根据被测射频芯片及模块的性能参数，选取合适的射频线缆。

射频开关包括多种类型的开关，如单刀单掷、单刀双掷、双刀双掷，以及N刀N等拓扑结构的一种或多种组合，这些相同或不同拓扑结构的开关共同组成N*N阵列的布局结构，每个开关都单独受控于射频开关控制器。

而本方案中描述的射频开关含的开关拓扑结构和数量和类型具体根据实际控制的射频信号链路来决定。

通过对应的开关拓扑结构即可控制射频信号链路的开启与闭合，从测试仪器到被测器件之间进行自由切换。

射频开关控制器通过外部上位机控制，接收上位机控制指令，并根据控制指令控制和驱动射频开关。例如选中其中目标数量个相同或不同拓扑结构的开关，控制对应射频开关的通断。

参见图2所示，是本申请实施例提供的程控射频开关矩阵系统的结构框图，射频开关和射频连接器都采用阵列式设计，且通过射频线缆一一对应连接。如图1中射频开关1连接射频连接器1，射频开关2连接射频连接器2，射频开关n连接射频连接器n，而射频开关控制器则通过控制驱动总线与阵列设置的射频开关连接。

射频开关控制器是整个程控射频开关矩阵系统的核心，用于接收上位机控制指令，反馈系统自检信息，控制和驱动射频开关。射频开关控制器可以同时控制多个开关，从而实现对任意拓扑结构的射频开关矩阵的控制。

图3是射频开关控制器的原理控制图，包括若干通讯接口、STM32单片机、串行转并行驱动阵列和达林顿管驱动阵列。射频开关控制器通过通讯接口接收外部上位机的控制指令，并输入至STM32单片机。STM32单片机处理控制信息和自检信息，输入控制信号到串行转并行驱动阵列。串行转并行驱动阵列将STM32单片机输入的串行信号转换为并行信号输出。达林顿管驱动阵列接收串行转并行驱动阵列输出的并行信号，驱动射频开关。

图4是通讯接口的电路结构示意图，该通讯接口包括三个SP3232协议转换芯片，每个芯片连接STM32单片机的串口外设，进行TTL转RS232通讯。该芯片兼容3.3V供电和5V供电，通讯速率不低于235kbps，实现TTL转RS232通讯。上位机可通过其中1路RS232接口远程对射频开关矩阵系统进行控制，其余2路搭配外置的RS232转USB模块和RS232转网口模块。上位机还可以利用USB接口和网口对射频开关矩阵系统进行控制，实现通讯接口和协议的自由搭配。

图5是STM32单片机最小系统电路原理图，单片机选用STM32F103C8T6，该芯片基于ARM Cortex-M3内核，3.3V供电，CPU最大主频72MHz，拥有3个USART收发器外设。该单片机价格便宜，且开发简单，负责接收处理上位机的控制指令，向串行转并行驱动阵列发送控制指令，以及向上位机返回自检信息等。此外，STM32单片机还可以对射频开关的开关次数进行记录，当开关阵列中的目标开关达到使用寿命次数时，通过通讯接口将信息反馈给上位机。

图6是串行转并行驱动阵列芯片电路原理图，串行转并行驱动阵列包括若干组级联相互的74HC595芯片。如12个级联或其他数量个级联。74HC595芯片包括八路并行输出，将其中的一路级联其他74HC595芯片，形成流水阵列，其余七路为并行信号输出。串行转并行驱动阵列选用74HC595芯片，该芯片为5V供电，1位串行输入，8位并行输出，带有串行级联功能，最大速率100MHz。该芯片可以接收串行的控制信号，将单片机发送的串行脉冲控制信号，转换为并行的控制信号。此外，该芯片的串行输出QH’引脚可以连接到下一个芯片的串行输入SER引脚，实现串行控制信号的级联，从而实现单个单片机产生多个并行驱动控制信号。

本申请实施例中，达林顿管驱动阵列为ULN2803芯片，达灵顿管驱动阵列电路原理图如图7所示，串行转并行驱动阵列的驱动能力只有25mA，为了提升射频开关控制器的驱动能力，引入了达灵顿管驱动阵列。ULN2803芯片为高耐压大电流达灵顿阵列，最大输出电压为50V，最大输出电流为500mA。可以接收串行转并行驱动阵列的控制信号，为射频开关提供最大500mA的驱动能力，可以兼容市面上绝大多数射频开关。其对应输出接口连接到射频开关上，提供驱动电压。射频开关为N*N开关阵列，串行转并行驱动阵列分别所有连接开关，并通过达林顿管驱动阵列驱动开关通断。电源模块连接到射频开关的N*N开关阵列上，提供工作电压。

综上所述，本申请代开的技术效果如下：

1.射频开关控制器采用三路RS232协议转换芯片，其中1路作为RS232通讯接口，其余2路搭配外置的RS232转USB模块和RS232转网口模块或者其他类型的RS232协议转换模块，兼容TTL，RS232，USB，网口等通讯接口，可适配市面上大部分射频芯片及模块自动测试系统。除此之外还可以提供标准DLL驱动库和定制的上位机控制界面2种远程控制方式。大大提升了射频开关矩阵系统的通用性。

2.射频开关控制器采用串行转并行驱动阵列和达灵顿管驱动阵列，串行转并行接口驱动阵列可以级联，控制大量的射频开关。在实际的工程应用中，目前已经实现了单个射频开关控制器控制驱动96个射频开关，达灵顿管驱动阵列为每个射频开关提供最大50V驱动电压，最大500mA的驱动电流，可以兼容市面上绝大多数射频开关的控制驱动要求，提升了射频开关矩阵系统通道的可拓展性。

3.采用可配置的系统机箱及附件架构，系统结构可以做到灵活拆卸，可以根据测试中不同的需求，灵活的选用射频开关，射频线缆和射频连接器，解决了开关类型和系统自由度的问题。

4.采用可配置的系统机箱及附件架构，可以根据射频芯片及模块的测试需求，对射频开关，线缆及连接器进行精准选型，这样避免了标准射频开关矩阵中，器件性能冗余的问题。除了射频开关，线缆及连接器的部分，系统机箱和射频开关控制器的成本可以控制在3000元以内，提升了射频开关矩阵系统的经济性。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述；需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容；因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种程控射频开关矩阵系统，其特征在于，包括射频开关、射频开关控制器、射频连接器和系统机箱组件；所述射频开关、所述射频开关控制器和所述射频连接器内置于所述系统机箱组件内部；

所述射频连接器包括所述射频开关与被测射频芯片及模块之间的接口，基于被测射频芯片及模块的性能参数进行选型；

所述射频开关包括若干相同或不同拓扑结构的开关，通过对应拓扑结构开关控制射频信号链路的开启与闭合，从测试仪器到被测器件之间进行自由切换；

所述射频开关控制器接收上位机控制指令，根据控制指令控制和驱动所述射频开关，选中其中目标数量个相同或不同拓扑结构的开关，控制对应射频通断。

2.根据权利要求1所述的程控射频开关矩阵系统，其特征在于，所述射频开关和所述射频连接器为阵列式设计，且通过射频线缆一一对应连接，

射频开关控制器通过控制驱动总线与阵列设置的所述射频开关连接。

3.根据权利要求2所述的程控射频开关矩阵系统，其特征在于，所述射频开关控制器包括若干通讯接口、STM32单片机、串行转并行驱动阵列和达林顿管驱动阵列；

所述射频开关控制器通过通讯接口接收外部上位机的控制指令，并输入至所述STM32单片机；

所述STM32单片机处理控制信息和自检信息，输入控制信号到所述串行转并行驱动阵列；所述串行转并行驱动阵列将所述STM32单片机输入的串行信号转换为并行信号输出；

所述达林顿管驱动阵列接收所述串行转并行驱动阵列输出的并行信号，驱动所述射频开关。

4.根据权利要求3所述的程控射频开关矩阵系统，其特征在于，所述通讯接口包括三个SP3232协议转换芯片，每个芯片连接所述STM32单片机的串口外设，进行TTL转RS232通讯；上位机通过其中的一路RS232接口远程对所述射频开关进行控制，其余两路搭配外置的RS232转USB模块和RS232转网口模块，上位机通过USB接口和网口对所述射频开关进行控制。

5.根据权利要求3所述的程控射频开关矩阵系统，其特征在于，所述串行转并行驱动阵列包括若干组级联相互的74HC595芯片，74HC595芯片包括八路并行输出，将其中的一路级联其他74HC595芯片，形成流水阵列，其余七路为并行信号输出。

6.根据权利要求5所述的程控射频开关矩阵系统，其特征在于，所述串行转并行驱动阵列为12路74HC595芯片的级联，相邻74HC595芯片的QH’串行输出引脚级联下一74HC595芯片的串行输入SER引脚。

7.根据权利要求6所述的程控射频开关矩阵系统，其特征在于，所述达林顿管驱动阵列为ULN2803芯片，对应输出接口连接到所述射频开关上，提供驱动电压。

8.根据权利要求7所述的程控射频开关矩阵系统，其特征在于，所述射频开关为N*N开关阵列，所述串行转并行驱动阵列分别所有连接开关，并通过所述达林顿管驱动阵列驱动开关通断。

9.根据权利要求1所述的程控射频开关矩阵系统，其特征在于，所述系统机箱组件内部还包括电源模块，所述电源模块连接到所述射频开关的N*N开关阵列上，提供工作电压。

10.根据权利要求4所述的程控射频开关矩阵系统，其特征在于，所述STM32单片机记录对所述射频开关的开关次数进行记录，当开关阵列中的目标开关达到使用寿命次数时，通过通讯接口将信息反馈给上位机。