射頻和微波開關(guān)測試系統(tǒng)基礎(chǔ)

1、射頻和微波開關(guān)測試系統(tǒng)基礎(chǔ)無線通信產(chǎn)業(yè)的巨大成長意味著對于無線設(shè)備的元器件和組件的測試迎來了大爆發(fā)，包括對組成通信系統(tǒng)的各種rf ic和微波單片的測試。這些測試通常需要很高的頻率，普遍都在ghz范圍。本文研究了和微波開關(guān)測試系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題，包括不同的開關(guān)種類，rf開關(guān)卡規(guī)格，和有助于測試工程師提高測試吞吐量并降低測試成本的rf開關(guān)設(shè)計中需要考慮的問題。射頻開關(guān)和低頻開關(guān)的區(qū)分將一個信號從一個頻點轉(zhuǎn)換到另一個頻點看起來挺簡單的，但要達成極低的信號損耗該如何實現(xiàn)呢？設(shè)計低頻和直流（dc）信號的開關(guān)系統(tǒng)都需要考慮它們特有的參數(shù)，包括接觸電位、建立時光、偏置和隔離特性等。高頻信號，與低頻信號類似，需

2、要考慮其特有的參數(shù)，它們會影響開關(guān)過程中的信號性能，這些參數(shù)包括vswr（駐波比）、插入損耗、帶寬和通道隔離等等。另外，硬件因素，比如端接、類型、類型，也會極大的影響這些參數(shù)。開關(guān)種類和構(gòu)造繼電器內(nèi)的容性是限制開關(guān)的信號頻率的常見因素。繼電器的材料和物理特性打算了其構(gòu)成的內(nèi)部。比如，在超過40ghz的射頻和微波開關(guān)中，在機電繼電器中采納了特別的接觸架構(gòu)來獲得更好的性能。圖1顯示了一個典型的構(gòu)造，共同端接位于兩個開關(guān)端接之間。全部信號的銜接線路都是同軸線，來保證最佳的信號完整性（si）。在這種狀況下，銜接器是sma母頭。對于越發(fā)復(fù)雜的開關(guān)結(jié)構(gòu)，共同端接被各個開關(guān)端接以發(fā)射狀圍繞。圖1 高頻機電繼

3、電器一系列復(fù)雜的開關(guān)拓撲在rf開關(guān)中得以采納。矩陣式開關(guān)可以實現(xiàn)每個輸入與每個輸出的銜接。有兩種類型的矩陣在微波開關(guān)架構(gòu)中得以采納blocking和non-blocking架構(gòu)。一個blocking矩陣可將隨意一個輸入和隨意一個輸出舉行銜接，因此其他的輸入和輸出就不能同時銜接。這對只需在一個時刻切換到一個信號頻率的應(yīng)用是一個有效的低成本計劃，信號完整性也更好，由于有更少的繼電器路徑，特殊是避開了相位延遲的問題。而non-blocking矩陣允許多個路徑的同時銜接，這種架構(gòu)具有更多的繼電器和線纜，因此靈便性更強，不過價格也更高。圖2 單通道blocking矩陣和non-blocking矩陣層疊開

4、關(guān)架構(gòu)是多位置開關(guān)的一種替代形式。它采納多個繼電器將一個輸入銜接到多個輸出。路徑長度（同時打算了相位延遲）是由信號經(jīng)過的繼電器的數(shù)量打算的。圖3 - 層疊開關(guān)架構(gòu)圖4 多重開關(guān)（圖示為一個雙重開關(guān)）樹形架構(gòu)是層疊開關(guān)架構(gòu)的一種替代。相比層疊架構(gòu)，對于同等規(guī)格的系統(tǒng)，樹形技術(shù)需要更多的繼電器，然而，選定的路經(jīng)和其他不用的路經(jīng)之間的隔離會更好，這樣降低了繼電器和通道之間的crosstalk。樹形架構(gòu)具備一些優(yōu)勢，包括無端接殘余（unterminatedstubs），各個通道特性也會相像。然而，在選定路經(jīng)上具有多個繼電器意味著損耗會更大，信號完整性也令人堪憂。rf開關(guān)卡架構(gòu)在測試儀器主機上的rf開關(guān)

5、卡應(yīng)用中，為保證信號完整性，需要理解許多電性能指標(biāo)。crosstalk是指不同通道上傳送的信號之偶爾通道上信號與輸出信號之間產(chǎn)生的電容耦合、耦合或電磁輻射。普通用特定負載阻抗和特定頻率下的分貝數(shù)來描述。插入損耗是信號在開關(guān)卡或系統(tǒng)中傳輸時的衰減，用特定頻率范圍的分貝數(shù)來表示。當(dāng)信號低或者噪聲大的時候，插入損耗是相當(dāng)重要的技術(shù)指標(biāo)。電壓駐波比（vswr）是對信號在傳送線路上反射的測量，定義為信號路經(jīng)上駐波的最高電壓幅度與最低電壓幅值之比。信號舉行開關(guān)、傳輸或者放大處理的一個有限的頻率范圍被稱作帶寬。對于給定的負載條件，帶寬范圍用-3db（半功率）點定義。隔離是鄰近通道的電壓比例，定義為一個頻率范

6、圍上的分貝數(shù)。rf開關(guān)設(shè)計要設(shè)計一個rf開關(guān)系統(tǒng)，需要額外考慮一系列關(guān)鍵因素。阻抗匹配假設(shè)開關(guān)置于測量儀器和dut（待測設(shè)備）之間，對于幾個系統(tǒng)中的全部的阻抗必需匹配。對于最佳的信號傳輸，源的輸出阻抗應(yīng)等于開關(guān)的特征阻抗、線纜阻抗和dut的阻抗。在rf測試中，普遍的阻抗級是50或75歐姆。不論要求什么樣的阻抗級，適當(dāng)?shù)淖杩蛊ヅ鋵ＷC囫圇系統(tǒng)完整性。輸入vswr和信號路經(jīng)vswr打算了測量的精確程度。mismatch uncertainty(db) = 20 x log(1 +/- sig path * inst)where = vswr-1/vswr +1假如信號路經(jīng)輸出和儀器輸入具有很好的

7、vswr，比如1.3：1，失配不確定性（mismatch uncertainty）也許在+/-0.15db。終止在高頻率狀況下，全部信號必需被適當(dāng)終止，否則電磁波會在端接點上被反射，導(dǎo)致vswr的增強。一個沒有終接的開關(guān)在斷開狀態(tài)會增強vswr，一個開關(guān)普通需要提供50歐姆的端接來匹配連通或斷開狀態(tài)。vswr增強后，假如反射部分足夠大，甚至有可能損壞源端。功率傳輸另一個重要的考慮是系統(tǒng)從儀器至dut傳送rf功率的能力。因為插入損耗，信號可能需要放大。一些應(yīng)用場合，又可能需要削減信號至dut上的功率。用法或衰減器可保證將精確的信號功率值傳送至開關(guān)系統(tǒng)。信號信號濾波器在一些狀況下是很實用的，比如噪聲不當(dāng)心加入到通過開關(guān)傳送的信號中的時候。假如原始信號頻率不適合dut測試頻率，濾波器也很實用。在這種狀況下，濾波器可被加到開關(guān)中以轉(zhuǎn)變信號帶寬或者濾除不需要的信號頻率。相位失真隨著測試系統(tǒng)尺寸的擴大，從相同的信號源出來的信號可能會通過不同的途徑傳送至dut，導(dǎo)致了相位失真。這個指標(biāo)通常被稱之為傳輸延遲。對一個給定的傳導(dǎo)介質(zhì)