CN1514589A - 用于局域网布线的手持测试仪和方法 - Google Patents

Abstract

一种LAN测试仪具有显示和远程设备，每个设备均具有与适配器板相连的连接器插座以连接跳线的插头。显示和远程设备都具有电路，能测量驱动信号电压和因驱动信号导致的对应耦合或反射信号之间的相位。配对连接器对和跳线本身的散射参数是在场校准期间测量的。一个或两个所述测试仪内的计算机存储所测量的散射参数并利用所述散射参数来移动基准平面到沿该跳线的任何期望位置。通道链路或永久链路测试可利用相同设备执行。

Description

用于局域网布线的手持测试仪和方法

背景技术

局域网(LAN)布线被用来连接诸如个人计算机、打印机和传真机的设备，这些设备利用高速数字信号在它们之间传递信息。这种高性能布线有时被称为远程通信电缆。由于一个办公室存在多个计算机、计算机文件服务器、打印机以及传真机，LAN布线将所有这些设备互连为一个通信网络。LAN布线已经被设计成能支持该网络的所有单个元素之间的远程通信。

图1以简图示意了LAN布线的例子。图1示意了大部分在建筑物墙内延伸的LAN布线如何被用来连接某人桌上的个人计算机1与机房内的文件服务器2。墙内的电缆3的最大长度不能超过90米。墙插座连接器4用于从计算机和文件服务器连接跳线5到LAN布线。

布线：在术语LAN布线中布线是一个重要的词汇，因为布线包括置于LAN电缆上的连接器4以及电缆3本身。因此，LAN布线的性能取决于连接器以及电缆。

安装：技术人员安装LAN布线作为新结构的一部分或作为在现有结构中LAN性能升级的一部分。在任何一种情况下，技术人员将LAN电缆3拉出墙，接着将连接插座4置于电缆两端。接着插座被压入墙插座安装板，安装完成。

然而，随后需要技术人员用校准的测试设备测试每个LAN布线线路或链路。这种测试是向总承包者证明已经从信号完整性的立场正确安装了布线线路。手持LAN测试仪就是用来执行这些测试的。测试仪以一系列不同信号类型激励该布线，并且从接收信号的测量中确定该布线是否能支持指定数据率的电信信号。

LAN测试仪记录每次测试的结果，之后打印出一个测试文档，指示该链路是通还是不通。链路通则技术人员收费。若链路不通，则技术人员必须重新测试，并且经常要更换安装不正确或不恰当的连接器。技术人员不断测试和维修链路直到这些链路全通。

LAN测试仪：LAN测试仪为相当复杂的手持测试系统，在TIA6类布线的情况下，能用覆盖频率范围1-250MHz的一系列测试测试LAN线路。图2示意了典型的LAN测试仪6，其中测试适配器电路板7与此LAN测试仪相连。该测试适配器电路板包括测试插座连接器8。这种测试适配器的目的是在LAN测试仪和待测试的LAN链路之间提供连接接口。

测试插座8使得LAN测试仪6能借助跳线9连接LAN链路，如图3和4所示。跳线的典型长度为2米，或大约6英尺。这个长度使得在测试运行期间技术人员能方便地连接LAN测试仪到墙插座4。

标准：技术人员参考电信工业标准测试它们安装的链路。在美国这个标准是由TIA或电信工业协会指定的。在欧洲，这个标准来自ISO，或国际标准组织。在测试链路时，技术人员选择要测试何种类型的链路以及对应的测量限制集合是来自TIA还是ISO。

测试连接并比较所测量的结果与来自指定标准的限制。如果不超过这些限制，则链路通。如果超过，则链路不通，技术人员必须研究该不通的链路，直到通畅。经常这意味着要在电缆两端重新安装连接器。

标准链路定义：图5以简化形式示出了标准永久链路，其中长90米的LAN电缆在建筑物墙内或头顶上的天花板上延伸。与布线末端相连的墙插座用于连接该链路与机房内的设备，以及连接办公室的局域网内的诸如计算机或打印机的单个设备。TIA和ISO指定90米长度作为永久链路的最大长度。

链路测试：图6示意了LAN测试仪如何检查链路的性能。当测试链路时(在工业上称为链路“shooting(故障检修)”的程序)，需要图示的两个LAN测试仪。技术人员连接该链路一端的显示端LAN测试仪6A，和该链路另一端的远端LAN测试仪6B。由于显示端LAN测试仪具有显示屏用以显示测量测试结果，技术人员从显示端检修链路故障，控制测试，以及察看测试结果。

在测试期间，第一个设备将测试信号施加到该链路一端，而两个设备同时测量结果。接着在该链路相对一端发生的信号施加和信号测量的角色对调。当测试完成时，远程设备发送其数据测量文件到显示设备，用于最终处理并存储在显示设备内。由所选标准指定的每次测试的限制被应用于该测量数据集合以确定该链路是通过还是未通过检验测试。

标准链路：TIA和ISO都定义了两种LAN链路，即通道链路和永久链路。以下示意和讨论每种链路。

通道链路：通道链路包括图7所示的LAN链路和跳线，但不包括与通道测试适配器板7A的连接。通道链路测量路径包括墙内的链路3，墙上的配对连接器对以及跳线，并且假定该路径代表最终的、完整电信链路的性能，这种链路也使用跳线来互连个人计算机和文件服务器。由于在此路径上布线的长度更长，对通道链路的测试限制不像对永久链路那样严格。

永久链路：永久链路包括链路3，加上墙插座上的配对连接器对，但不包括跳线，如图8所示。永久链路也不包括与永久链路测试适配器板7B的连接。永久链路测试只评价墙内的电缆，墙上的连接器插座，插入到插座内的插头，以及与每个插头相连的两厘米电缆。永久链路测试基本上只代表墙内链路布线的性能。因此，永久链路测试限制是要通过的最严厉的测量限制。

因此技术人员经常说，如果他们的链路没有通过永久链路测试，则改变LAN测试仪限制为通道链路限制并重新测试。如果通过了通道测试，则可认为该链路在这些条件下是通的。

现在考虑当技术人员测试他们安装的局域网(LAN)布线是否遵守适当的TIA或ISO测量测试限制时所面临的测试问题。技术人员将证明所安装的链路是永久还是通道链路测量限制。假设技术人员在LAN检验测试之前已经执行了校准现场中的测试设备所必要的步骤，以确保LAN测试仪测量精度最高。

永久链路测试问题

1.永久链路适配器结构：注意图8所示的现有技术永久链路测试适配器7B。记住永久链路包括墙内的电缆加上墙插座上的配对连接器对，但不包括大部分跳线。永久链路适配器(PLA)通常是通过将跳线切成两半，接着焊接被切半的跳线的每一端到永久链路测试适配器外壳内的印刷电路板(PCB)制作的。这些PCB被设计成产生极少信号完整性问题，这样它们的影响可以被忽略。

2.永久链路测试寿命：由于跳线进入PLA外壳时的机械扰曲，永久链路适配器的测试寿命有限。当跳线的弯曲程度超过其最大扰曲数时，就需要更换。当发生这种情况时，整个PLA都必须要更换。另外，为使测试精度最高，两个PLA，即位于显示端的PLA和位于远端的PLA，都应被更换。

3.专用PLA：LAN测试仪经常对测试的每个永久链路使用专用PLA。这是因为跳线的电路和传输线特性可以说是整个PLA测量结果的重要部分。安装技术人员需要知道其正在测试什么链路，谁布的线，以及什么是优选使用的PLA类型。

4.匹配的PLA组：通常技术人员会使用一组由该链路中使用的厂商制作的匹配该电缆类型的PLA。如果该链路采用来自厂商X的布线(即，电缆加上连接器)，则将使用由厂商X的跳线制作的PLA进行检验测试。

5.PLA成本：对于安装人员来说PLA可以说是昂贵的项目，通常对一组两个PLA需要400美金或更多。如果LAN布线安装测试公司有若干安装人员，每个安装人员需要若干不同组合的特定厂商的PLA，这种总开销项可以说是相当昂贵。这种成本来自于塑料外壳内的专用印刷板电路，用以形成连接LAN测试仪的PLA的结构。

6.PLA串话：另外，由于LAN检验移动到高于250MHz的频率，作为测量系统一部分的PLA的性能变得更为关键。随着频率的增加，所测量的串话或PLA连接电路板内的导线对之间缺乏隔离成为严重的问题。当这种隔离下降到超过某个级别时，LAN测试仪就无法测量这种布线对与对隔离，因为它无法越过其自己PLA产生的串话来“看”。

本发明提供对这种问题的解决方案。该解决方案是在测试适配器板上使用具有被证实的隔离特性的连接器，接着用具有与适配器板上的连接器配对的连接器的跳线连接该测试适配器板。

7.PLA基准平面校准：永久链路适配器的最后一个问题是测量基准平面位置的问题。永久链路校准的目的是使所有永久链路测量参考沿该跳线上的已知点。特别是计算永久链路测量基准平面以在距离墙插座2厘米的跳线一端设置这个点。通过这个校准，就能从永久链路测量中去除来自跳线的所有影响。用于在这个点定义和设置这个基准平面的这个校准过程可涉及取出永久链路校准数据的初试集合，最后使之参考这个希望的基准平面。

通道链路测试问题

1.通道链路适配器：观察图7所示的通道链路测试适配器7A。记住该通道链路包括该链路(即，墙内的电缆加上墙插座上的配对连接器对)和跳线，但不包括通道测试适配器板上的插头或插座。通道链路适配器(CLA)是通过在CLA外壳内安装的印刷电路板上放置具有适当隔离的直角连接器制作的。在与用于通道链路检验的跳线配对时选择直角连接器以提供显著的对与对隔离。

2.CLA测试寿命：由于使用低成本可更换的跳线解决了跳线机械扰曲问题，因此通道链路适配器相比永久链路测试适配器具有更长的测试寿命。随着触点上的覆层磨损在CLA内部的印刷电路板上安装的连接器最终穿破。然而，通道链路测试仪的测试寿命比永久链路适配器的测试寿命长得多。

3.专用CLA：由于在通道链路适配器印刷电路板上使用低串话、高隔离的连接器8，因此LAN测试仪在测试通道链路时也使用专用CLA。

4.匹配的CLA组：匹配的CLA组是利用CLA外壳内部的PCB上安装的高隔离直角印刷电路板连接器确定使用的。然而，相比PLA，任何类型的跳线都能与CLA一起使用，只要该跳线与用于所测试的链路的布线类型兼容。

5.CLA成本：CLA的成本没有PLA的高，因为CLA可使用任何兼容的跳线来连接和测试通道链路。

6.CLA串话：由于在CLA模块外壳内使用的是低串话的连接器，通道链路对与对隔离高于永久链路的对与对隔离。

7.CLA基准平面校准：通道链路适配器的最后一个问题也是测量基准平面位置的问题。特别是通道链路测量基准平面被设置在正好位于跳线输入端的跳线连接器一端，如图7所示。利用这种校准，可以从通道链路测量中去除来自跳线输入连接器(即，位于测试仪端的插头)的所有影响。

LAN链路测量问题总结

根据前面的讨论，永久链路测量与通道链路适配器比较，需要使用独立的永久链路适配器组，这就增加了以下几方面不希望的成本：1)永久链路适配器本身；2)专用PLA装置的数量；以及3)由于跳线扰曲故障导致的有限PLA测试寿命。永久链路适配器相比通道链路适配器还具有最小化对与对串话的更多问题。

发明内容

由于这些原因，在本发明中提出了一种校准/测量方法，该方法的目的是：

1.完全去除永久链路测试适配器；

2.降低LAN测量总开销支持成本；

3.改进信号完整性；

4.提高在高于300MHz频率处的LAN链路测量精度，以及

5.提供利用通道适配器和低成本跳线测量永久链路的装置。

相位

在描述本发明的方法之前，需要介绍一下相位。相位测量的功能是本发明的LAN测试仪的关键属性。也就是说，除了幅度，本发明的手持LAN测试仪还能测量相位。这种功能使得该测试仪能在沿待测量的LAN链路的一个指定点上设置测量基准平面。初始校准基准平面可以被设置在沿该链路的一个容易设置、测量、确定和实现的点。

相位也使得在LAN链路测试期间的任何时间，测试仪很容易移动这个初始校准基准平面和所有其相关LAN链路测量到另一、新的基准平面位置。具体地说，利用相位信息，显示端和远端均可从通道链路适配器印刷电路板内部移动该相位基准平面，通过位于CLA输出端和任何地方的成对连接器，沿跳线长度，一直到位于图9所示的4个可能位置中的任何一个位置的墙插座上的成对连接器。移动相位基准平面使得本发明的测试仪能使用通道链路适配器和低成本跳线来执行永久链路测量。

简要地说，本发明涉及为如图10所示的每根跳线加上位于跳线每一端的配对连接器对测量总散射参数ST的校准步骤。每根跳线的散射参数SB可以从该跳线的已知特性获得。这个参数与总散射参数矩阵ST一起就能计算位于跳线两端的配对连接器对的散射参数SA和SC。利用配对连接器对的散射矩阵SA和SC以及已知的跳线SB，就可从LAN测试仪内沿该跳线移动基准平面到任何地方以执行永久链路或通道链路测试。

附图说明

图1是从工作区到机房的LAN布线连接的示意图。

图2是具有测试适配器和测试插座的现有技术LAN测试仪。

图3和图4示意了具有跳线的现有技术LAN测试仪连接。

图5示意了标准90米链路。

图6示意了用LAN测试仪测试或检修”链路的过程。

图7示意了通道链路配置。

图8示意了永久链路配置。

图9示意了本发明讲述的以相位移动测量基准平面。

图10示意了本发明的LAN测试仪。

图11是本发明的LAN测试仪测量的驱动信号和结果信号图。

图12是在本发明的显示设备的相位测量电路的示意图。

图13是根据本发明在出厂校准期间测量基准平面的设置示意图。

图14是通过配对连接器对移动基准平面的示意图。

图15是根据本发明沿跳线移动基准平面的示意图。

图16是位于图9的点2的基准平面与位于图9的点3的基准平面的关系图。

图17是本发明的LAN测试仪显示设备的分解透视图。

图18是测试仪设备的下侧的分解透视图。

图19是本发明的LAN测试仪的数字控制电路板的框图。

图20是本发明的模拟电路板的框图。

图21是本发明的详细相位测量框图。

具体实施方式

图9示出了本发明的LAN测试系统的示意图。该测试系统包括手持显示设备10，手持远程设备12以及第一和第二跳线14和16。每根跳线包括一端的第一插头14A、16A，实际电缆14B、16B，以及另一端的第二插头14C、16C。显示设备10具有通道链路适配器板18，其上安装了第一连接器插座20。该插座暴露在显示设备外部。插座20可容纳跳线的插头14A或16A以形成第一配对连接器对。在测试链路时，跳线的另一插头14C、16C与在墙内延伸的链路24所连的墙插座22配对。远程设备14类似地具有通道链路适配器板26，其上安装第二连接器插座28。连接器20和28都优选为具有适当的对与对隔离的直角连接器。用于较高频率的RJ-45插座或Siemon terra插座合适。插座28容纳第二跳线的插头16A以形成第二配对连接器对。当测试链路时，第二跳线16的插头16C连接位于链路24一端的墙插座30。显示和远程设备包含用于测试该链路的适当的射频和电子电路。显示设备还具有用户激励的开关以启动和控制测试功能，以及无论数据是否正确都传递给用户的显示器。显示设备还具有用于执行以下的计算的计算机处理器，以及存储测量的散射参数和其他数据的存储器。

LAN测试系统的操作如下。首先，必须用显示和远程设备以及两根跳线执行场校准。这个校准的目的是通过利用具有图10所示的连接显示和远程设备的一组通道链路适配器的任何两根跳线为显示设备和远程设备设置测量基准平面。这两根跳线应由同一厂家制作，每端具有相同插头，但它们不必为相同长度。

散射参数

由于显示和远程设备能测量相位，通过以散射或[S]参数测量它们的频率响应可测量或特征化由跳线插头和跳线本身构成的整个跳线。通过出厂校准，通道适配器印刷电路板上的测量基准平面将位于通道链路适配器板18、26上的直角连接器插座20、28的输入端。

测量步骤：

1.连接这两个设备之间的跳线14。

2.测量如此连接的第一跳线14的所有4个散射参数，包括位于每个通道链路适配器板18、26的配对连接器对20、14A和28、14C。

3.保存第一跳线14的全部测量的散射数据[ST]1。

4.连接这两个设备之间的第二跳线16。

5.测量如此连接的第二跳线16的所有4个散射参数，包括位于每个通道链路印刷电路板18、26的配对连接器对20、16C和28、16A。

6.保存第二跳线16的全部测量的散射数据[ST]2。

计算步骤

1.对于每根跳线来说，散射矩阵的元素为具有以下已知模式的一组简单等式或项：

配对连接器对    跳线    配对连接器对

以两个端口为例，考虑：

$j=\sqrt{-1}$ c：＝3·10⁸米/秒

假设输入端配对LAN连接器对A矩阵[SA]的值

det_A：＝SA_1，1·SA_2，2-SA_1，2·SA_2，1

跳线矩阵[S_B](假设该线路为完全匹配)

L：＝2米  假设F＝600MHz  NVP＝0.75 α：＝0.002

F：＝600·10⁶     NVP：＝0.75

$\mathrm{\β}:=\frac{2\·\mathrm{\π}\·F}{c\·\mathrm{NVP}}$ γ：＝α+β·j  φ：＝γ·L  φ＝4×10^-3+33.51i

SB₁₁：＝0  SB¹²：＝e^-φ  SB₂₁：＝e^-φ  SB₂₂：＝0

$\mathrm{SB}:=\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{SB}}_{11}& {\mathrm{SB}}_{12}\\ {\mathrm{SB}}_{21}& {\mathrm{SB}}_{22}\end{array}\right]$ $\mathrm{SB}=\left[\begin{array}{cc}0& -0.498-0.863i\\ -0.498-0.863i& 0\end{array}\right]$

det_B：＝SB_1，1·SB_2，2-SB_1，2·SB_2，1

输出端配对LAN连接器对A矩阵[S_C]，(注意与[S_A]的关系)

SC_1，1：＝SA_2，2 SC_1，2：＝SA_2，1 SC_2，1：＝SA_1，2 SC_2，2：＝SA_1，1

$\mathrm{SC}:=\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{SC}}_{\mathrm{1,1}}& {\mathrm{SC}}_{\mathrm{1,2}}\\ {\mathrm{SC}}_{\mathrm{2,1}}& {\mathrm{SC}}_{\mathrm{2,2}}\end{array}\right]$ $\mathrm{SA}=\left[\begin{array}{cc}0.04+0.01i& 0.3-0.1i\\ 0.3-0.1i& 0.04-0.01i\end{array}\right]$ 用于参考

$\mathrm{SC}=\left[\begin{array}{cc}0.04-0.01i& 0.3-0.1i\\ 0.3-0.1i& 0.04+0.01i\end{array}\right]$

det_C：＝SC_1，1·SC_2，2-SC_1，2·SC_2，1

2.为达到可接受的精度，已知跳线特性阻抗Z₀，而且为达到非常好的第一位近似值，可认为Z₀＝100Ohms。

3.将知道跳线的电长度。该长度可由生产测试仪的生产厂家指定，或可通过LAN测试仪测量。

4.为达到可接受的精度，可假设位于跳线每一端的配对插座和插头的散射矩阵相同。

5.接着，利用上面的合理假设1-4和[ST]₁，求解为第一跳线14测量的总散射矩阵，位于跳线每一端的配对插座和插头对的散射矩阵。

6.利用配对连接器对散射矩阵和跳线14的散射矩阵，可通过印刷电路板上的配对连接器对移动测量基准平面。这个基准平面位置是执行通道链路测试所必需的；或者可进一步沿跳线移动基准平面到墙插座的1或2厘米内，以便执行永久链路测量。

7.接着利用第二跳线16进行相同的测量和计算。

8.保存配对连接器对的散射参数以测试一整天，或直到选择另一跳线组，此时重复该场校准过程。

利用线性代数计算可处理散射参数矩阵以求解配对LAN通道连接器散射矩阵的元素。在这组计算中，假设配对连接器对的一组散射参数，并根据所建的公式，通过组合配对连接器对的散射矩阵与跳线传输线的散射矩阵计算整个总散射矩阵[S_T]。

接着，利用作为指定’的最终测量结果的[S_T]，以及对跳线传输线的假设，即上面的假设2和3，加上假设两个配对连接器对的散射矩阵相同的假设4，该程序求解出配对连接器对散射矩阵[S_A]的元素。

该程序对[S_A]求解和计算与在对总[S_T]矩阵的最初计算中假设的相同值。这个计算证实该数学模型是正确的。

现在转到考虑本发明的相位测量方面，本发明的LAN测试仪在测试LAN布线是否与公布的LAN布线性能标准兼容时测量两个信号之间的关系。测试仪所测量的信号关系为幅度比，并且包括这两个信号之间的相位关系。应指出，所讨论的这个相位测量是驱动信号电压与由该同一驱动信号导致的对应耦合或反射电压之间的相位。这两个信号是在由出厂或场校准程序确定的指定基准平面测量的。

在同一频率的两个正弦信号之间可显示相位差。在图11所示的曲线中，V_Drive迹线(实线)对应到LAN布线的驱动信号。V_Meas迹线(虚线)是LAN测试仪所测量的结果信号。应指出，V_Meas的幅度是V_Drive的幅度的40％。V_Meas还滞后V_Drive30度相位。从该曲线图也能看到V_Drive和V_Meas之间的滞后相位关系。

如果计算了V_Meas与V_Drive之比，则可计算例如在一个LAN电缆对上涉及该驱动信号的串话项，以及在另一LAN导线对上出现的耦合串话信号。当计算了比值V_R＝V_Meas/V_Drive，则|V_R|，即V_R的大小＝|V_R|＝|V_Meas|/|V_Drive|＝0.4/1.0＝0.4。因此，|V_R|＝0.4。

必须利用其中一个信号作为相位基准来计算两个信号之间的相位。在此情况下，V_Drive信号被确定为基准信号。于是V_Meas的相位关系被说成滞后基准信号V_Drive 30度相位。由于涉及到相位角，因此V_R＝V_Meas/V_Drive是复数，具有对应的幅度|V_R|和相位角φR＝-30°。φR上的负符号指示V_Meas滞后V_Drive 30度相位。因此V_R＝0.4∠-30°。

通过计算方波信号的两个对应边缘之间的时间差，也可从两个方波信号的时间关系计算相位。图12示意了这种情况，图中信号从左向右传输。注意在图12中，有两个方波，V_Meas和V_Drive，其中V_Meas的前沿滞后基准V_Drive方波的前沿时差Δt。通过联系Δt与在频率F_clock运行的精确基准时钟的周期T_clock，这个时差可用于计算两个信号之间的相位。

T_clock＝1/F_Clock

这两个方波之间的相位φR(单位为度)因此为：

φ_R＝360x(Δt/T_clock)度

相位测量电路确定Δt的值，并输出与这两个方波V_Meas和V_Drive之间的相位相关的信号。本发明的LAN测试仪使用可编程的门阵列来测量Δt。

LAN测试仪可测量相位，这需要参考测量基准平面，下面对此进行讨论。

1.设置初始测量基准平面在校准期间，相位测量功能允许LAN测试仪在沿待测量的LAN链路的一个指定点上设置或定义测量基准平面。这个在出厂校准过程期间定义的基准平面可以被设置在沿该链路任何一点的任何位置，以使测量简单和方便。图13示出了这种校准过程。

利用图13所示的过程在初始出厂校准期间在显示端和远端定义或设置基准平面位置。在通道链路适配器上的插座顺序插入包含短路、开路和终端的插头。用连接该插座的每个插头进行扫描频率测量。根据包含相位信息的测量数据，显示端或远端在以虚线示意的CLA印刷电路板上向插座内看的点上设置其基准平面。利用在此点设置的基准平面，相位信息也允许该基准平面从这个点沿跳线上下移动。

2.移动测量基准平面  在跳线场校准之后，相位还允许LAN测试仪在链路测试期间很容易移动这个原始校准基准平面。相位使得原始基准平面在LAN链路测试期间的任何时间被移动到一个新的基准平面位置。具体来说，利用相位信息，显示端和/或远端均可从通道链路适配器PCB内部移动它们的相位基准平面，通过位于CLA输出端的配对连接器，沿跳线长度一直到位于图9所示的4个可能位置中的一个位置的墙插座上的配对连接器。

2a.通过通道链路适配器模块上的配对连接器对从图14所示的1到2移动基准平面，是利用在跳线场校准期间为配对连接器对测量和计算的[S₂₁]_{Connector Pair}数据执行的。这个步骤为通道链路测试设置基准平面。

2b.沿跳线从图15所示的2到3移动基准平面，是利用在场校准期间为该跳线测量和计算的[S]参数数据执行的。

应指出，沿跳线的希望长度L_line从2到3是以英寸为物理长度单位表示的。L_Line(以英寸为单位)需要被转换为等效的电相位长度，φ_Line(以度为单位)。

在跳线场校准期间，通过测量确定跳线的NVP(额定传播速率)。从这个值，利用下述公式计算从2移动到3的对应电相位长度φ_Line：

β＝(360×f)/(NVP×c)度/英寸

其中：

c＝自由空间的光速＝1.1811×10¹⁰英寸/秒

f＝信号频率(赫兹)

接着利用以向下公式计算φ_Line(以度为单位)：

φ_Line＝L_Line×(360×f)/(NVP×c)度

在图16可看到这个公式正好与从2移动到3的跳线基准平面相关。

利用图14所示的[S₂₁]_{Connector Pair}数据所测量的LAN电缆数据穿过配对连接器对从1移动到2。参考图15，图15示出了以英寸为单位的跳线长度与以度为单位的等效跳线电长度的关系，图16联系以下每个公式的这些项：

${\[S\]}_{\mathrm{Patchcord}}=\left[\begin{array}{cc}{S}_{11P}& S_{12P}\\ S_{21P}& S_{22P}\end{array}\right]$

对于匹配相当好的跳线，这个表达式变为：

${\[S\]}_{\mathrm{Patchcord}}=\left[\begin{array}{cc}0& e^{-\mathrm{j\φLine}}\\ e^{-\mathrm{j\φLine}}& 0\end{array}\right]$

如果跳线的特性阻抗Z_0p不等于Z₀＝100Ohms，那么跳线S_11P和S_22P不为0，于是被通过利用标准传输线理论计算的非零值取代。

最后，通过利用跳线散射矩阵[S]_Patchcord使参考平面2测量的LAN电缆数据与平面3相关。

${\[S\]}_{\mathrm{Patchcord}}=\left[\begin{array}{cc}0& e^{-\mathrm{j\φLine}}\\ e^{-\mathrm{j\φLine}}& 0\end{array}\right]$

从这个矩阵可看出，对于匹配很好的跳线，通常情况下对S₁₁和S₂₂配对连接器对项没有影响。对配对连接器对散射矩阵的唯一影响是添加的相位项，e^-jφLine。

因此，利用通过测量或指定已知的跳线NVP，可通过通道链路适配器板上的配对连接器对，沿跳线移动测量基准平面距配对连接器对输出端处的平面2指定数量英寸。

现在转到对测试仪设备的详细描述，图17和18的分解图示出了测试仪的整体物理配置，以及如何安装其印刷电路板。图中所示的测试仪为显示设备10。应理解的是，远程设备与之类似。测试仪的外壳包括前罩32和后罩34。后罩限定用于容纳和安装通道链路适配器印刷电路板37的插座或插槽36。在外壳内部有数字控制模块38，其驱动和控制模拟激励/测量模块40。这两个模块都被嵌入到印刷电路板内，在此称为数字板和模拟板。模拟板40在其下侧包括连接器42。这个连接器通过插槽36底部后罩内的开口43可释放地啮合通道链路适配器上的配对连接器。时域反射计(TDR)44测量功能由第三个独立模块提供。图17所示的其他组件包括PCMCIA卡座46，通用串行总线(USB)端口48和串口50。它们被安装在数字板38上。彩色显示设备52和键盘54被安装在前罩32上或内部。在2001年5月22日申请的标题为“具有用于测量电缆和网络特性的可互换模块的装置”的美国专利申请序号No.09/863,810中示意和描述了这种外壳的其他详细物理配置，其公开内容在此结合作为参考。

在图19的数字控制电路框图中示出了数字控制模块38的总体功能。数字板受测试仪内部安装的固件驱动的高速中央处理器(CPU)56的控制。除了RAM存储器58，小型引导闪存60以及大型引导闪存62，还可以提供若干存储器块(未示出)。测试仪或通过利用USB 48，或借助与CPU 56的串行接口连接50与外部个人计算机(PC)1通信。闪存或网卡64可安装到测试仪内，其通过PCMCIA块46连接CPU。这些卡可用于存储另外的测试结果，或上载新的固件到CPU。与CPU的其他连接包括键盘54、彩显52、扬声器66、实时时钟68以及随温度的升高补偿模拟板性能的温度传感器70。

其中最重要的是通过I/O总线72与模拟板40通信。由于这个总线从数字板38连接控制命令到模拟板40，并且从模拟板返回测量的数据以存储在显示设备的存储器内并在彩显52上显示，因此这个总线被表示为独立的功能块。

图20的LAN测试仪模拟电路框图示出了模拟板40上的主要功能块。为清晰起见省略了其他功能块。模拟板生成一组连续变化的低频(LF)和射频(RF)信号，这些信号通过使用模拟板上的信号转换继电器组74被施加到LAN布线的一个选择的导线对。这个继电器组从另一选择的LAN电缆导线对将测量的返回信号传输回模拟板。模拟板上的电路块接着以返回的测试信号为条件测量其相对所施加的驱动信号的特性。低频LF测量包括电缆电容、长度、导线DC阻抗、线映射和延迟。与这些低频信号相关的电路块由相关的符号表示。

注意在框图中有几个位置出现符号“MUX”。MUX是多路复用器的缩写符号，这是路由输入的若干不同信号到一个选择的信号路径的交换设备。LAN测试仪模拟板使用若干个MUX，因为它是四通道的测试仪器，能测试待测LAN电缆的四个可能导线对中的两个。信号路由和信道与信道的信号隔离需要MUX。

电路块76、78被示意为RS-485功能块，一个用于通信，另一个用于与门阵列和测量IC 80的LAN测试仪接口，以及用于模拟板上的DC电源控制和功率管理。

模拟板40还测量电缆串话的RF参数，回波损耗和衰减。具体来说，模拟板测量返回信号的幅度与RF驱动信号的幅度之比。已经向该设备中的模拟板加入一个电路，用于测量返回的测试信号相对于在所选择的导线对上发送出去的RF驱动信号的相位。

RF驱动器82经RF信号转换继电器74从RF合成器84发送信号出一对LAN电缆线。该驱动信号也被发送到回波损耗桥86。

结果产生的测试信号经由同一组RF继电器74进入测试仪，并通过回波损耗桥86被路由到RF混频器块88。在此它与本地振荡器(LO)信号混频，被转换为测试IF(中频)信号。

如上所述，RF驱动信号也被发送到回波损耗桥86。如图20所示，发送到回波损耗桥的驱动信号进入混频器88并被转换为相位基准IF信号。与LAN测量相关的所有IF信号被与这个相位基准IF信号比较以确定该测量信号的相位。

一旦建立了Ref IF和Test IF信号，则发送这两个信号到相位检测器90以及测试幅度检测器块92和94。相位检测器块90发送相位信息到门阵列和测量IC 80。从基准和测试幅度检测器92、94的输出被发送到模数(A/D)Mux 96，接着发送到A/D变换器98。幅度比信号由此被发送到门阵列和测量IC(集成电路)80。

门阵列和测量IC 80完成测试和基准IF信号之间的相位，以及它们的幅度比的计算，以形成该测量的复数表示。从IC 80的输出被置于模拟I/O总线72，该I/O总线与数字板38通信。因此，用于该测试设备的相位测量功能是从数字板控制的，但却是在模拟板上被测量和计算的。这些测量结果接着从模拟板被传输至数字板。

图21的LAN测试仪相位测量框图示出了在相位测量系统级别上的这种功能。这个框图还示意了在模拟板上计算幅度比。I/0总线72从数字板传输控制信号到模拟板，其还传输测试信号的相位和幅度到数字板。一旦测试信号已经被传送到显示板，则该信号可以被存储在存储器中或以彩色图形在显示屏52上显示。

就测量速度而言，测试仪的结构已经被设计成可从显示或远程测试设备10或12以RF信号驱动LAN电缆导线对的方式。因此所有其他非驱动的线路可以借助每个设备内的模拟板上的MUX电路同时连接测量电路。这种设计特征使得能大大缩短测试时间，同时仍提供对测试信号幅度和相位的测量。

虽然已经示意和描述了本发明的优选形式，但应理解的是，不用偏离随后的权利要求书的范围可对本发明进行变更和修正。

Claims (8)

1.一种LAN布线测试系统，包括：

第一和第二跳线，每根跳线各自终接于第一和第二插头；

手持显示设备和手持远程设备，每个所述设备包括用于通过所述跳线和待测试的LAN链路，向另一所述设备发送和从另一所述设备接收所选频率的波形的装置；

所述手持显示设备包括用于容纳其中一根跳线的插头的插座，所述插座和插头限定第一配对连接器对；

所述手持远程设备包括用于容纳另一根所述跳线的插头的插座，所述插座和插头限定第二配对连接器对；以及

相位测量装置，用于测量所述显示或远程设备之一的相位。

2.如权利要求1的LAN布线测试系统，其中显示设备和远程设备之一还包括电子存储装置，用于存储所述跳线和所述配对连接器对的散射参数，以及计算装置，其利用所述存储的散射参数来移动所述相位基准平面到对所期望的测试类型的需要位置。

3.在一种LAN布线系统中，所述系统具有显示设备、远程设备以及已知长度L1和L2的第一和第二跳线，所述跳线各自终接于第一和第二插头，而且所述显示和远程设备均具有用于容纳跳线插头的插座，插头和插座在连接时构成配对连接器对，所述显示和远程设备均具有用于通过所述跳线和待测试的LAN链路，向另一所述设备发送和从另一所述设备接收所选频率的波形的装置，一种改进的测试LAN布线的方法，包括步骤：

a)校准所述跳线和配对连接器对，所述校准包括测量所述配对连接器对和所述跳线的散射参数的步骤；

b)将所述第一跳线与所述显示设备以及待测试的链路的一端相连接，将所述第二跳线与所述远程设备以及待测试的链路的另一端相连接，并测试待测链路；以及

c)利用所述配对连接器对和所述跳线的散射参数来移动位于所述显示设备和远程设备的基准平面到对所期望测试类型的需要位置。

4.如权利要求3的方法，其中所述校准步骤还包括步骤：

a)连接所述第一跳线的所述第一插头与所述显示设备的插座，并且连接所述第一跳线的第二插头与所述远程设备的插座；

b)测量包括位于每个设备的所述配对连接器在内的所述第一跳线的所有四个散射参数ST1；

c)对所述第二跳线重复步骤a和b，以获得包括位于每个设备的所述配对连接器对在内的所述第二跳线的散射参数ST2；

d)获得由所述设备生成的波的频率F值、额定传播速率NVP以及衰减常数α，并利用每根跳线的已知长度和所获得的F、NVP和α的值计算每根跳线不带插头时的散射参数SB1和SB2；

e)根据ST1和SB1计算所述第一跳线的每个配对连接器对的散射参数SA1和SC1；以及

f)根据ST2和SB2计算所述第二跳线的每个配对连接器对的散射参数SA2和SC2。

5.如权利要求4的方法，还包括步骤：在其中一个所述设备保存所述整体测量的散射参数ST1和ST2，以及所述计算的散射参数SA1、SB1、SC1、SA2、SB2和SC2。

6.如权利要求4的方法，其中获得额定传播速率NVP以及衰减常数α的值的步骤是通过测量这些量实现的。

7.如权利要求4的方法，其中获得额定传播速率NVP以及衰减常数α的步骤是通过假设这些量的适当值实现的。

8.一种LAN布线测试系统，包括终接于第一和第二插头的第一和第二跳线，手持显示设备和手持远程设备，每个所述设备均包括通道链路适配器卡，所述卡具有适合于容纳跳线的插头的插座，每个所述设备包括用于通过所述跳线和待测试的LAN链路，向另一所述设备发送和从另一所述设备接收所选频率的波形的装置，所述显示设备和远程设备包括用于测量显示或远程设备之一的相位的相位测量装置，以便可利用所述通道链路适配器卡进行通道链路和永久链路测试。

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