射頻芯片自動測試平臺設計

崔海龍　田愛國　馬艷杰

摘要：射頻芯片具有頻率高的特點，傳統的測試方法是通過信號源、頻譜儀、矢量網絡發生器等設備分別連接射頻模擬接口測試，不同鏈路測試就需要重新連接線纜，測試效率低。本文介紹了基于開關矩陣的射頻芯片自動化測試平臺，采用GPIB接口連接和Pascal語言編程，結合射頻開關矩陣靈活切換的優點，搭建自動測試平臺，實現了對射頻芯片多參數的自動測試，具有測試效率高和測試精度高的特點。

關鍵詞：射頻；開關矩陣；自動測試

中圖分類號：TP23 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）02-0179-02

1 序言

射頻芯片由于其較高頻率的特點，主要應用于通信、雷達、導航等領域，近年來，隨著這些領域的快速發展，射頻芯片的需求量也相應的加大，對于測試精度和測試效率提出了更高的要求。本文利用開關矩陣靈活切換的特點，搭建出可滿足測試需求的自動測試平臺。

本文測試對象是S波段射頻收發芯片，具有射頻接收和發射兩部分，其中發射部分采用零中頻架構，需要信號源提供4路IQ 25KHz基帶信號，經過芯片內部電路處理，輸出頻率為1980MHz～2010的射頻信號；接收部分采用基于一次變頻到中頻結構，輸入頻率范圍為2170MHz～2200MHz的射頻信號，經過芯片內部處理后，與混頻器變頻到中頻信號。待測試的典型參數包括接收部分的噪聲系數（NF）和發射部分的輸出功率。若采用傳統方式測試，則需要兩臺頻譜儀，一臺信號源，此方式具有占用測試資源多、測試效率低的缺點。若采用基于開關矩陣的自動測試平臺，則只需要一臺頻譜儀和一臺信號源，并且可以自動控制信號源與頻譜儀，自動讀取和判定數據，大大提高了測試效率，節省了測試資源。

2 測試硬件平臺

測試平臺硬件包括電腦、信號源、頻譜儀、電源、開關矩陣和測試板等硬件設備，利用本套測試平臺，在不切換連接線的情況下，可以完成對射頻接收和發射部分的參數測試。

2.1 平臺硬件連接結構

根據射頻收發芯片的測試原理，測試平臺硬件連接結構如圖1所示。信號源采用安捷倫4438C，具有同時提供射頻信號和低頻IQ信號的功能，可滿足射頻接收和發射的需求。頻譜儀采用安捷倫9020A，只有一個信號輸入接口，通過開關矩陣的切換，實現發射和接收的測試。信號源和頻譜儀均通過通用接口總線（GPIB）接口與電腦建立通信，信號源發射信號和頻譜儀分析信號處于可自動控制狀態，其次開關矩陣通過串口與電腦建立通信，開關矩陣的開關切換也處于可控狀態。

在本平臺中，各設備的通信是完成自動測試的重要組成部分，主要有三種通信方式，第一是針對芯片寄存器讀寫的SPI通信，主要是通過對芯片寄存器的配置實現芯片不同功能性能的切換；第二是針對開關矩陣的串口通信，配置好的開關鏈路信息通過串口發送到開關矩陣，以此來控制開關矩陣的鏈路；第三是針對信號源和頻譜儀等儀器的GPIB通信，GPIB接口具有傳輸速率高、價格便宜、操作簡單等優點[1]，廣泛應用于安捷倫、NI等測試儀器中。基于這些接口，測試平臺可以自動完成SPI配置、信號生成、信號分析和開關鏈路選擇等工作，大大提高了測試效率。

2.2 開關矩陣結構

開關矩陣作為信號傳遞的樞紐[2]，主要是自動切換不同的測試鏈路，其鏈路結構如圖2所示，主要有電源模塊、控制模塊和射頻開關組成。外部射頻端口包括端口1～5、IN1～IN4、OUT1～OUT4等9個端口，根據測試需要，連接測試設備或芯片端口。開關矩陣內部射頻開關總數量為9個，編號從K1到K9，其中K1～K6是2選1射頻開關，支持0和1兩種開關邏輯狀態，K7～K9是4選1射頻開關，支持0、1、2、4、8五種邏輯開關狀態。實現圖2虛線鏈路接通，可表示為9，0，1，0，0，0，0，1，8，1，其中9表示射頻開關數量為9。因此通過編程即可實現開關矩陣不同鏈路的切換。

射頻信號在傳輸的過程中會有一定的損耗，在本方案中由于輸出信號經過了較長的線路連接，并且經過了開關矩陣鏈路，因此線上有一定的損耗，在測試參數之前，將相應頻點下的線上損耗測量出來，并計入到最終的測試結果。

3 測試平臺軟件系統

測試平臺軟件系統是基于Pascal語言的軟件平臺，通過設備配置、驅動配置、測試項配置和自動存儲數據等功能，實現測試的自動化。

3.1 軟件系統測試流程

射頻芯片測試流程如圖3所示，通過設備配置找到連接的所有設備；SPI驅動配置是對芯片內部寄存器讀寫操作，該驅動配置可以由軟件的驅動配置模塊完成；測試項配置是測試的核心部分，包含了儀器發射、接收、頻點設置、輸出數據定義等主要內容；輸出數據默認以excel表格形式保存，也可根據需求進行自定義其他形式輸出。

3.2 軟件實現方法

軟件的主要通過Pascal語言實現，Pascal 語言是一種標準的“結構化程序設計語言”[3]。對于發射端口測試，按照圖1所示連接測試平臺，信號源輸入IQ四路中頻信號，頻率為25KHz，輸出端通過開關矩陣連接到頻譜儀，輸出的信號頻率為1989MHz，測量輸出功率值，測試項配置程序如下所示：

SPIFreqSetTx（1989）； //SPI配置

SW_SendCmd（d_SW， GetSLValue（‘TX_PSA））；

//開關矩陣鏈路選擇

DoMethod（FThis， ‘SG_SetWaveFile， [d_SGDevice， ‘SINE_TEST_WFM]）；//信號源輸出波形

DoMethod（FThis， ‘PSA_GetMarkValue， [d_PSADevice， 1]， vOutParam）；//頻譜儀測試

ShowDataToSG（FThis，TXPower ，vPower）；

//輸出結果

對于接收端口測試，按照圖1所示連接測試平臺，信號源輸入2170MHz射頻信號，輸出端通過開關矩陣連接到頻譜儀，輸出的信號頻率為3.2MHz，測量輸出功率、噪聲等參數，根據這些參數計算出噪聲系數，測試項配置程序如下所示：

SPIFreqSetTx（1989）； //SPI配置

SW_SendCmd（d_SW， GetSLValue（‘ RX_SG_PSA ‘））；

//開關矩陣鏈路選擇

DoMethod（FThis， ‘SG_SetRFFreq， [d_SGDevice， 2170]）；//設置信號源頻率

DoMethod（FThis， ‘SG_SetRFAmplitu， [d_SGDevice， vSGPower + GetLLValue（‘Rxin）]）；

//設置信號源功率

DoMethod（FThis， ‘PSA_GetMarkValue， [d_PSADevice， 1]， vOutParam）；

//頻譜儀測試輸出功率

DoMethod（FThis， ‘PSA_GetMarkValue， [d_PSADevice， 2]， vOutParam）；//頻譜儀測試底噪

NF ：= 174 - 10*log10（1800） - vGain + vPnoise；

//計算噪聲系數

ShowDataToSG（FThis， NF ‘ ， NF）；

//輸出結果

4總結及展望

本文通過測試設備、開關矩陣和電腦的連接控制，實現了射頻收發芯片的自動測試，結果自動保存，測試平臺具有高效、高精度的優點，可以應用于更多同類型的射頻芯片測試中，并且具有大規模批量測試的能力。

參考文獻

[1]何宏.基于GPIB接口數據采集系統的設計[J].天津理工大學學報，2014，（02）：30-33.

[2]陳玉強，蘇健等.ATE開關矩陣最短路徑搜索算法[J].科技導報，2014，（08）：37-42.

[3]黃梅.通過經典實例掌握Pascal 語言中的循環結構語句[J].電子技術與軟件工程，2015，（05）：250.