可程控射頻開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)

程玉強(qiáng)　崔祺

摘 要：可程控射頻開(kāi)關(guān)是整個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的核心，其性能直接影響自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的指標(biāo)和功能，文章主要介紹了一種可程控射頻開(kāi)關(guān)模塊的設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹了其工作原理及電路設(shè)計(jì)。文章設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電路插入損耗低、通道隔離好、駐波小，能較好的完成自動(dòng)測(cè)試時(shí)開(kāi)關(guān)切換的功能。

關(guān)鍵詞：射頻開(kāi)關(guān)；自動(dòng)測(cè)試；插入損耗

中圖分類號(hào)：TM564 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）21-0093-02

Abstract： The programmable radio frequency switch is the core of the whole automatic test system. Its performance directly affects the index and function of the automatic test system. This paper mainly introduces the design of a programmable radio frequency switch module. The working principle and circuit design are introduced in detail. The switch circuit designed in this paper has the advantages of low insertion loss， good channel isolation and small standing wave， which can complete the switch switching function in automatic test.

Keywords： RF switch； automatic test； insertion loss

1 概述

隨著印制電路板組件集成度越來(lái)越高，數(shù)字收發(fā)模塊通道數(shù)越來(lái)越多，測(cè)試量越來(lái)越大，傳統(tǒng)的測(cè)試工作量和勞動(dòng)強(qiáng)度很大。為了減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，一個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是必不可少的，而自動(dòng)測(cè)試時(shí)需頻繁地將信號(hào)源與頻譜儀等儀表的輸入或輸出端打入相應(yīng)的通道中，可程控多路射頻開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)就尤為重要了。本文以16路可程控射頻開(kāi)關(guān)為例介紹了其工作原理及電路設(shè)計(jì)，并對(duì)開(kāi)關(guān)的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試。

2 工作原理及電路設(shè)計(jì)

2.1 工作原理描述

本文設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)有1個(gè)輸入/輸出端口（JO）；16個(gè)輸出/輸入端口（J1～J16）；開(kāi)關(guān)的供電電壓為+5V；工作頻段為10Hz-1.8GHz。

該開(kāi)關(guān)由C1、C2、C3和C4四個(gè)不同的高低電平進(jìn)行組合來(lái)完成電路開(kāi)關(guān)選擇控制，C1、C2、C3、C4接入4-16譯碼器的4個(gè)地址輸入管腳，譯碼器將C1、C2、C3、C4的不同的組合譯碼出來(lái)，對(duì)應(yīng)的管腳輸出為低電平，其余管腳均為高電平。4-16譯碼器的1.3.5.7.9.10.14.16腳分別接入到8個(gè)二選一射頻開(kāi)關(guān)芯片的Vctl控制端。

將C2、C3、C4接入3-8譯碼器的三個(gè)地址輸入管腳，譯碼器將C2、C3、C4的各個(gè)不同的電平組合譯碼出來(lái)，譯碼出來(lái)的管腳輸出為低電平，其余的管腳均為高電平。

將3-8譯碼器的8個(gè)譯碼輸出管腳分別連接8個(gè)二選一射頻開(kāi)關(guān)芯片的使能管腳，當(dāng)使能電壓電平為高時(shí)，該開(kāi)關(guān)芯片工作，當(dāng)使能電壓電平為高時(shí)，芯片不工作，這樣就實(shí)現(xiàn)了譯碼器對(duì)該開(kāi)關(guān)芯片的控制。

系統(tǒng)的末端由于有8個(gè)輸入信號(hào)，1個(gè)輸出信號(hào)，因此，選擇了一個(gè)8選1集成開(kāi)關(guān)芯片，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路功能。

該開(kāi)關(guān)的控制邏輯如下表1所示（“0”為接GND，“1”為接+5V）：

2.2 主要硬件構(gòu)成

系統(tǒng)的原理圖如圖1所示。

（1）譯碼電路

譯碼電路主要由一個(gè)3-8線譯碼器和一個(gè)4-16線譯碼器組成。3-8譯碼器采用SN54LS138，其輸入端為4個(gè)程控接口的高3位組成，輸出端則分別供到末端8個(gè)HMC349MS8G開(kāi)關(guān)的使能端，控制這8個(gè)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。3-8譯碼器采用74LS154，其輸入端為4個(gè)程控接口信號(hào)，經(jīng)譯碼后，產(chǎn)生16種控制狀態(tài)，其1.3.5.7.9.10.14.16腳分別接入末端8個(gè)HMC349MS8G開(kāi)關(guān)的Vctl端。

（2）開(kāi)關(guān)電路

開(kāi)關(guān)電路由一片HM253和8片HMC349MS8G組成。

HMC253是Hittite公司生產(chǎn)的一款帶有3-8譯碼器功能的8路射頻信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)集成芯片，其引腳關(guān)系如圖2所示，該芯片插損低（約為1.5dB），8個(gè)通路之間的隔離性能優(yōu)越，供電電壓為5V。將該芯片C、B、A 3個(gè)選擇控制引腳同3-8譯碼器74LS154的3個(gè)控制引腳C2、C3、C4相接，實(shí)現(xiàn)通路選擇的統(tǒng)一性，從而實(shí)現(xiàn)電路對(duì)一路信號(hào)連通的功能。

該芯片功率損耗低，信號(hào)插入損耗小于0.5dB，通道隔離度大于43dB，工作頻段為10Hz-1.8GHz的射頻信號(hào)，采用TTL電平控制信號(hào)的通斷，其邏輯關(guān)系如表2所示。

HMC349MS8G是Hittite公司生產(chǎn)的無(wú)反射信號(hào)開(kāi)關(guān)，HMC349MS8G最大的特點(diǎn)是能夠提供很高的開(kāi)關(guān)信號(hào)隔離度，在一般的應(yīng)用中，HMC349MS8G標(biāo)稱的信號(hào)隔離度為50dB到60dB。HMC349MS8G的管腳分布如圖3所示。

芯片有兩個(gè)控制輸入端，分別為EN端口和Vctl端口；有兩個(gè)輸出端口，分別為RF1和RF2。兩個(gè)控制端口的輸入控制了信號(hào)的輸出路徑，HMC349MS8G的輸出控制真值表如表3所示，其中輸入端口的電平為0V-0.8V時(shí)芯片認(rèn)定為低電平，電平為2V-5V時(shí)認(rèn)定為高電平。

在實(shí)際應(yīng)用中，各芯片的EN輸入端口由3-8譯碼器控制，Vctl端由4-16線譯碼器控制，這樣在同一時(shí)刻只有一路信號(hào)與J0端相通。

3 測(cè)試結(jié)果

在開(kāi)關(guān)研制成功后，對(duì)其各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試，該開(kāi)關(guān)插入損耗大于-3dB，各端口輸入駐波小于等于1.4、輸出駐波小于等于1.6，電路各輸入端口之間的隔離度小于等于-55dB，滿足測(cè)試需求。

4 結(jié)束語(yǔ)

在多通道收發(fā)數(shù)字電路板自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中，射頻開(kāi)關(guān)電路發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，其性能直接影響著測(cè)試速度、測(cè)試準(zhǔn)確性。該開(kāi)關(guān)穩(wěn)定性高， 微波特性良好， 能夠準(zhǔn)確應(yīng)用于測(cè)試系統(tǒng)中電路的切換。目前， 該射頻開(kāi)關(guān)已應(yīng)用于某收發(fā)數(shù)字電路板測(cè)試系統(tǒng)中， 效果良好， 可靠性高。

參考文獻(xiàn)：

[1]嚴(yán)豐慶，錢澄.射頻開(kāi)關(guān)及其在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電子器件，2005，28（1）.

[2]路雪蓮，吳鳴鳴.一種新型微波射頻開(kāi)關(guān)（4×2）的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].國(guó)外電子元器件，2008（2）.