和射頻微波開關(guān)測(cè)試系統(tǒng)。

無(wú)線通信行業(yè)的大增長(zhǎng)意味著無(wú)線設(shè)備的元器件和組件測(cè)試迎來(lái)了大爆炸，包括組成通信系統(tǒng)的各種射頻IC和微波單片集成電路的測(cè)試。這些測(cè)試通常需要高頻率，通常在GHz范圍內(nèi)。摘要:本文討論了射頻和微波開關(guān)測(cè)試系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題，包括不同的開關(guān)類型、射頻開關(guān)卡規(guī)格，以及在設(shè)計(jì)射頻開關(guān)時(shí)需要考慮的問題，以幫助測(cè)試工程師提高測(cè)試吞吐量和降低測(cè)試成本。射頻開關(guān)和低頻開關(guān)的區(qū)別

將信號(hào)從一個(gè)頻點(diǎn)切換到另一個(gè)頻點(diǎn)似乎很容易，但如何實(shí)現(xiàn)極低的信號(hào)損耗？當(dāng)設(shè)計(jì)具有低頻和直流(DC)信號(hào)的開關(guān)系統(tǒng)時(shí)，有必要考慮其獨(dú)特的參數(shù)，包括接觸電勢(shì)、建立時(shí)間、偏置電流和隔離特性。

高頻信號(hào)和低頻信號(hào)類似，需要考慮其特有的參數(shù)，這些參數(shù)會(huì)影響信號(hào)在切換過(guò)程中的性能，包括VSWR(電壓駐波比)、插入損耗、帶寬和通道隔離等。此外，硬件因素，如終端，連接器類型和繼電器類型，也會(huì)大大影響這些參數(shù)。

繼電器中開關(guān)電容的類型和結(jié)構(gòu)是限制開關(guān)信號(hào)頻率的常見因素。繼電器的材料和物理特性決定了其內(nèi)部電容。例如，在超過(guò)40GHz的射頻和微波開關(guān)中，機(jī)電繼電器采用特殊的觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，以獲得更好的性能。圖1示出了典型的配置，其中公共端子位于兩個(gè)開關(guān)端子之間。所有信號(hào)連接線都是同軸的，以確保最佳的信號(hào)完整性(SI)。在這種情況下，連接器是SMA母接頭。對(duì)于更復(fù)雜的開關(guān)結(jié)構(gòu)，公共端子被每個(gè)開關(guān)端子徑向包圍。

射頻開關(guān)采用了一系列復(fù)雜的開關(guān)拓?fù)?。矩陣開關(guān)可以連接每個(gè)輸入和每個(gè)輸出。微波開關(guān)結(jié)構(gòu)中使用兩種類型的矩陣——阻塞型和非阻塞型。一個(gè)分塊矩陣可以連接任何輸入和任何輸出，所以其他輸入和輸出不能同時(shí)連接。對(duì)于只需要一次切換到一個(gè)信號(hào)頻率的應(yīng)用，這是一種有效的低成本方案，信號(hào)完整性更好，因?yàn)橹欣^路徑更少，特別是避免了相位延遲的問題。無(wú)阻塞矩陣允許同時(shí)連接多條路徑。這種架構(gòu)有更多的繼電器和電纜，因此更靈活，但也更昂貴。

堆疊交換機(jī)架構(gòu)是多位置交換機(jī)的一種替代形式。它使用多個(gè)繼電器將一個(gè)輸入連接到多個(gè)輸出。路徑長(zhǎng)度(也決定相位延遲)由信號(hào)通過(guò)的繼電器數(shù)量決定。

樹形架構(gòu)是級(jí)聯(lián)交換機(jī)架構(gòu)的替代方案。與堆疊架構(gòu)相比，對(duì)于相同規(guī)格的系統(tǒng)，樹形技術(shù)需要更多的繼電器。但是，選中的路由和其他未使用的路由之間的隔離會(huì)更好，從而減少繼電器和通道之間的串?dāng)_。樹形架構(gòu)有一些優(yōu)點(diǎn)，包括未端接的短截線，每個(gè)通道的特性會(huì)很相似。但是，選擇的路由上有多個(gè)中繼，意味著損耗會(huì)更大，信號(hào)完整性也堪憂。

射頻開關(guān)卡架構(gòu)在測(cè)試儀器主機(jī)上應(yīng)用射頻開關(guān)卡時(shí)，為了保證信號(hào)的完整性，需要了解很多電氣性能指標(biāo)。串?dāng)_是指不同通道上傳輸?shù)男盘?hào)之間或通道上的信號(hào)與輸出信號(hào)之間的電容耦合、電感耦合或電磁輻射。一般用特定負(fù)載阻抗和特定頻率下的分貝數(shù)來(lái)描述。插入損耗是信號(hào)在開關(guān)卡或系統(tǒng)中傳輸時(shí)的衰減，用特定頻率范圍的分貝數(shù)表示。當(dāng)信號(hào)較低或噪聲較高時(shí)，插入損耗是一個(gè)非常重要的技術(shù)指標(biāo)。電壓駐波比(VSWR)是對(duì)傳輸線上信號(hào)反射的度量，它被定義為信號(hào)路徑上駐波的最高電壓幅度與最低電壓幅度的比值。信號(hào)交換、傳輸或放大的有限頻率范圍稱為帶寬。對(duì)于給定的負(fù)載條件，帶寬范圍由-3dB(半功率)點(diǎn)定義。

隔離度是相鄰?fù)ǖ赖碾妷罕?，定義為一個(gè)頻率范圍內(nèi)的分貝數(shù)。

RF開關(guān)設(shè)計(jì)為了設(shè)計(jì)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)放置在測(cè)量?jī)x器和DUT(被測(cè)設(shè)備)之間，幾個(gè)系統(tǒng)中的所有阻抗必須匹配。為了實(shí)現(xiàn)最佳的信號(hào)傳輸，信號(hào)源的輸出阻抗應(yīng)該等于開關(guān)的特性阻抗、電纜的阻抗和DUT的阻抗。在射頻測(cè)試中，常見的阻抗水平是50或75歐姆。無(wú)論需要什么樣的阻抗水平，適當(dāng)?shù)淖杩蛊ヅ鋵⒋_保整個(gè)系統(tǒng)的完整性。

輸入VSWR和通過(guò)VSWR的信號(hào)路徑?jīng)Q定了測(cè)量的精度。失配不確定度(dB)= 20 x log(1+/-γSIG路徑*γinst)其中γ= VSWR-1/VSWR+1

如果信號(hào)路徑輸出和儀器輸入具有良好的VSWR，例如1.3: 1，則失配不確定度約為+/-0.15dB

端接——在高頻下，所有的信號(hào)都必須適當(dāng)端接，否則電磁波會(huì)在端接點(diǎn)反射，導(dǎo)致VSWR增加。沒有終端的開關(guān)將增加關(guān)閉狀態(tài)下的VSWR，并且開關(guān)通常需要提供50歐姆的終端電阻來(lái)匹配打開或關(guān)閉狀態(tài)。VSWR增加后，如果反射部分足夠大，甚至可能損壞源端。

功率傳輸-另一個(gè)重要的考慮因素是系統(tǒng)將射頻功率從儀器傳輸?shù)紻UT的能力。由于插入損耗，信號(hào)可能需要放大。在某些應(yīng)用中，可能需要降低DUT的信號(hào)功率。放大器或衰減器的使用可以確保準(zhǔn)確的信號(hào)功率值被傳輸?shù)浇粨Q系統(tǒng)。

信號(hào)濾波器-信號(hào)濾波器在某些情況下非常有用，例如當(dāng)通過(guò)交換機(jī)傳輸?shù)男盘?hào)中意外添加了噪聲時(shí)。如果原始信號(hào)頻率不適合DUT測(cè)試頻率，濾波器也很有用。這種情況下，可以在開關(guān)中添加一個(gè)濾波器，以改變信號(hào)帶寬或?yàn)V除不需要的信號(hào)頻率。

相位失真——隨著測(cè)試系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，來(lái)自同一信號(hào)源的信號(hào)可能通過(guò)不同的信道傳輸?shù)紻UT，導(dǎo)致相位失真。這個(gè)指標(biāo)通常稱為傳輸延遲。對(duì)于給定的導(dǎo)電介質(zhì)，延遲與信號(hào)路徑長(zhǎng)度成正比。不同的信號(hào)路徑長(zhǎng)度會(huì)導(dǎo)致信號(hào)相移，從而導(dǎo)致錯(cuò)誤的測(cè)量結(jié)果。為了減少相位失真，有必要確保相同的信號(hào)路徑長(zhǎng)度。

總結(jié)和理解射頻/微波交換系統(tǒng)采購(gòu)和建設(shè)中的各種設(shè)計(jì)參數(shù)，有利于保證信號(hào)和系統(tǒng)的完整性。

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