CN102495603A - 一种基于gpib总线的射频切换单元集成控制*** - Google Patents

Abstract

本发明属于测试领域，具体说是涉及一种基于GPIB总线的射频切换单元集成控制***，其特征是：是由硬件设计集成电路与软件设计自动测试***程序集成组成；所述的硬件设计集成电路，是由射频自动控制***下位机控制单元模块与射频自动控制***上位机控制模块组成；所述的软件设计自动测试***程序，是由射频自动控制***下位机控制单元模块软件设计与射频自动控制***上位机控制模块软件设计组成；是一款结构紧凑的经济型***，解决和克服了在对射频终端设备进行测试过程中，需要手动搭载射频链路以满足测试要求的问题，实现了射频链路的自动切换，消除了因人为引入的干扰或泄露而增加测试误差，同时通过人机交互界面有助于测试，提高检测效率。

Description

一种基于GPIB总线的射频切换单元集成控制***

技术领域：

本发明属于测试领域，具体说是涉及一种基于GPIB总线的射频切换单元集成控制***。

背景技术：

常规的终端射频自动测试***是指采用计算机控制，自动完成建立通话、链路切换、信号测量、数据计算处理并输出测试结果的自动化测试***，主要应用于无线终端射频指标测试及集成测试***搭建，包括GSM、WCDMA、CDMA、TD-SCDMA、WLAN、蓝牙等无线终端的射频指标测试及自动测试***搭建；

现有技术的射频切换***主要由国外少数厂家生产，生产周期长，而且受限程度大，价格昂贵，且切换单元不能人工单独控制，很难灵活的应用于不同的测试环境，现阶段终端射频测试主要使用先进的测试仪表，但是在对射频终端设备进行测试过程中，针对不同的测试项目，需要搭载相应的射频链路以满足测试要求，同时在完成一项射频测试过程中需要多条射频链路搭载；

如果采用手动测试，不仅增加了测试的工作量，而且由于频繁的手动更换链路，致使测试过程中出错率增加，链路稳定性差，测试添加重复性差，可能引入不必要的干扰而增加测试误差，同时对于现阶段的终端射频自动测试***，用于射频测试的射频接口箱是一个封闭的单元，没有人机交互界面，不能观察到其中的链路状态，在不启用测试软件时不能对切换单元进行链路切换控制，所以不能满足灵活的测试需求。

发明内容：

本发明的目的是提供了一种自动控制射频同轴开关以及人机交互界面控制基于GPIB、RS-485、RS-232、IIC协议可视化自动开关控制***，特别应用于无线终端射频指标测试及集成测试***搭建，包括GSM、WCDMA、CDMA、TD-SCDMA、WLAN、蓝牙等无线终端的射频指标测试及自动测试***搭建，可适用于不同的测试环境的一种基于GPIB总线的射频切换单元集成控制***，以克服上述不足。

本发明的目的是由以下技术方案实现的：

一种基于GPIB总线的射频切换单元集成控制***，其特征是：是由硬件设计集成电路与软件设计自动测试***程序集成组成；所述的硬件设计集成电路，是由射频自动控制***下位机控制单元模块与射频自动控制***上位机控制模块组成；

所述的软件设计自动测试***程序，是由射频自动控制***下位机控制单元模块软件设计与射频自动控制***上位机控制模块软件设计组成；

所述的射频自动控制***下位机控制单元模块，是由电源模块电路、中央处理器MSP430F149电路、RS-485通信电路、RS-232通信电路、射频同轴开关电路、模块地址选择电路、温度电路连接组成，是以MSP430F149作为中央处理器，通过RS485接口与上位机进行通信连接，完成对射频同轴开关的控制监测；

所述的射频自动控制***上位机控制模块，是由电源模块电路、中央处理器ATmega128A电路、通用接口总线GPIB电路、RS-485通信电路、RS-232通信电路、蜂鸣器电路、地址选择器电路、日期电路、温度电路、EEPROM电路、键盘电路连接组成，是以ATmega128A作为中央处理器，通过RS-485接口与下位机通信连接，用来对射频同轴开关的控制监测；RS-232接口与人机交互界面通信连接，显示控制信息；通过通用接口总线GPIB与计算机GPIB卡通信连接，完成自动控制；

所述的射频自动控制***下位机控制单元模块，简称为下位机；所述的射频自动控制***上位机控制模块，简称为上位机，所述的射频自动控制***下位机控制单元模块，用于控制射频终端切换单元内部同轴开关，并将控制信息反馈给射频自动控制***上位机控制模块，受控于上位机；所述的下位机软件：负责接收解析上位机指令，并对同轴开关进行相应操作；可反馈同轴开关状态信息；上位机软件：负责GPIB模块编程，与上位机通信；负责UART通信，与下位机进行信息交互。

本发明的优点是：

本发明射频切换单元GPIB集成控制***，是一款结构紧凑的经济型射频传导测试***，承载着设备仪表化、人际界面交互、可独立集成的射频终端测试和搭建，GPIB集成控制***平台的搭建，解决了现有技术设备设计可控性差、集成性能差等问题，克服了在射频终端设备进行测试过程中，需要手动搭载射频链路以满足测试要求的问题，实现了射频链路的自动切换，仪表化显示功能；消除了因人为引入的干扰或泄露而增加测试误差，具备远程自动控制与本地定制控制双重功能，同时通过人机交互界面有助于测试工程师更好的监测***状态，提高检测效率，对未来射频传导测试的发展具有重要的实际意义；

可适用于不同的测试环境；适合设计验证、自动测试和数据采集方面的中高密度开关/测量应用，包括：GSM射频自动测试***、WCDMA射频自动测试***、CDMA射频自动测试***、WLAN射频自动测试***、蓝牙射频自动测试***应用，是基于GPIB总线接口的控制***，最高可配置16个射频切换单元模块，这些模块包括GSM、WCDMA、CDMA、TD-SCDMA、WLAN、蓝牙等，射频切换单元集成控制***是一款经济型模块化平台，可以轻松扩展和重新配置，它在不影响精度的情况下提供了广泛的功能，同时适合预算要求。

附图说明：

图1是本发明射频自动控制***下位机控制单元模块电路原理图；

图2是本发明电源模块电路图；

图3是本发明中央处理器MSP430F149电路图；

图4是本发明RS-485通信模块图；

图5是本发明RS-232通信电路图；

图6是本发明射频同轴开关电路图；

图7是本发明模块地址选择电路图；

图8是本发明温度电路图；

图9是本发明模块电路原理图；

图10是本发明电源模块电路图；

图11是本发明中央处理器ATmega128A电路图；

图12是本发明通用接口总线GPIB电路图；

图13是本发明RS-485通信电路图；

图14是本发明RS-232通信电路图；

图15是本发明蜂鸣器电路图；

图16是本发明地址选择器电路图；

图17是本发明日期电路图；

图18是本发明温度电路图；

图19是本发明EEPROM电路图；

图20是本发明键盘电路图；

图21是本发明射频自动控制***下位机控制单元模块软件流程图；

图22是本发明射频自动控制***上位机控制模块软件设计工作流程图；

图23是本发明基于GPIB总线的集成控制***整体结构图。

下面结合实施例对本发明作进一步描述，

具体实施方式：

实施例：

如图1-图23所示，本发明一种基于GPIB总线的射频切换单元集成控制***，其特征是：是由硬件设计集成电路与软件设计自动测试***程序集成组成，实现基于GPIB总线的射频自动测试集成控制***。

硬件设计集成电路有两部分组成包括：

一、射频自动控制***下位机控制单元模块；

二、射频自动控制***上位机控制模块；

一、射频自动控制***下位机控制单元模块

该模块电路原理图如图1所示，主要由MSP430F149作为中央处理器，通过RS485接口与上位机进行通信连接，用来对射频同轴开关的控制监测。该模块主要由以下几部分组成：

电源模块电路

中央处理器MSP430F149电路

RS-485通信电路

RS-232通信电路

射频同轴开关电路

模块地址选择电路

温度电路

(1)电源模块电路

由图2所示电源模块电路提供+24V工作电压控制射频同轴开关，并且+24V经过汇众电源模块(HZD05B-24S05)变换器降至+5V，用于给TI公司生产的TPS7333Q和金升阳公司生产的B0505LS_1W隔离电源供电，TPS7333Q将电压降至+3.3V用于给MSP430F149、DS18B20和模块地址选择电路供电，B0505LS_1W(+5V)分别给RS-485和RS-232通信电路供电；

(2)中央处理器MSP430F149电路

由图3所示中央处理器MSP430F149电路作为主控制器主要使用了该芯片的最小***和P1/P2(16只同轴开关控制引脚)、P3.4/P3.5(RS-232)、P3.6/P3.7/P4.0(RS-485)、P5.5(温度)以及P6.3/P6.4/P6.5/P6.6(模块地址选择引脚)，通过软件程序对下位机控制单元模块进行工作控制；

(3)RS-485通信模块

由图4所示RS-485通信电路主要MAX485ESA、6N137以及若干电阻电容连接组成。负责与上位机的通信连接，本部分电源一部分由B0505LS_1W提供+5V，另一部分由TPS7333Q提供+3.3V，该电路具有电源隔离与信号隔离作用；

(4)RS-232通信模块

由图5所示RS-232通信电路主要MAX3232ESE、6N137以及若干电阻电容连接而成。负责与计算机的通信连接，不需要上位机控制模块即可通过计算机可以控制单个射频切换单元。本部分电源一部分由B0505LS_1W提供+5V，另一部分由TPS7333Q提供+3.3V，该电路具有电源隔离与信号隔离作用；

(5)射频同轴开关电路

由图6所示射频同轴开关电路主要AQW212EH、电阻(R360)连接组成，由MSP430F149发出信号，负责控制同轴开关的通断，本部分电源一部分由+24V提供，另一部分由MSP430F149通用IO引脚(P1/P2)提供高低电平；

(6)模块地址选择电路

由图7所示模块地址选择电路由两个排阻构成，连接到MSP430F149的P6.3/P6.4/P6.5/P6.6(模块地址选择一脚)，通过软件读取该引脚数值，确定该模块编号；

(7)温度电路

由图8所示温度电路由测温芯片DS18B20，连按到MSP430F149的P5.5引脚，通过1_wire总线技术读取DS18B20内部温度数值，作为对下位机监测数据通过RS-485端口传输给射频自动控制***上位机控制模块。

二、射频自动控制***上位机控制模块

该模块电路原理图如图9所示，主要由ATmega128A作为中央处理器，通过RS-485接口与下位机通信连接，用来对射频同轴开关的控制监测；RS-232接口与人机交互界面通信，显示控制信息；通过通用接口总线(GPIB)与计算机GPIB卡通信连接，完成自动控制。

该模块主要由以下几部分组成：

电源模块电路

中央处理器ATmega128A电路

通用接口总线(GPIB)电路

RS-485通信电路

RS-232通信电路

蜂鸣器电路

地址选择器电路

日期电路

温度电路

EEPROM电路

键盘电路

(1)电源模块电路

由图10所示电源模块电路提供+24V工作电压作为电压源，经汇众电源模块(HZD05B-24S05)变换器降至+5V，用于给ATMEL公司生产的ATmega128A、SN75160、SN75161、金升阳公司生产的B0505LS_1W隔离电源供电，并可通过JP1、JP2、JP3将+5V连接到其他需要+5V供电的模块；B0505LS_1W(+5V)分别给RS-485和RS-232通信电路供电；

(2)中央处理器ATmega128A电路

由图11所示中央处理器ATmega128A电路作为主控制器主要使用了该芯片的最小***，分别包括了通用接口总线、1_wire、RS-485、RS_232、IIC总线接口等相关引脚，通过软件程序控制各个引脚工作状态等操作；

(3)通用接口总线(GPIB)电路

由图12所示通用接口总线(GPIB)电路主要由NAT9914BPL、SN75ALS160、SN75ALS161构成GPIB通信接口，ATmega128A通过对NAT9914BPL编程使其具备SCPI通信能力，受控于计算机GPIB卡；

(4)RS-485通信电路

由图13所示RS-485通信电路主要由MAX485ESA、6N137构成RS-485通信接口。ATmega128A通过RS-485通信接口控制下位机同轴开关、查询相关信息；

(5)RS-232通信电路

由图14所示RS-232通信电路主要由MAX3232ESE、6N137构成RS-232通信接口。ATmega128A通过RS-232通信接口与LCD进行人机界面交互，实时显示***状态，且LCD通过软件可单独控制射频终端切换单元，而无需通过GPIB接口；

(6)蜂鸣器电路

由图15所示蜂鸣器电路主要对***中出现的非法操作进行报警；

(7)地址选择器电路

由图16所示地址选择器电路用于硬件设置GPIB地址，地址范围0-31；

(8)日期电路

由图17所示日期电路用于实时显示日期；

(9)温度电路

由图18所示温度电路由测温芯片DS18B20，通过1_wire总线技术读取DS18B20内部温度数值，作为对上位机监测数据；

(10)EEPROM电路

由图19所示EEPROM电路用于对***中需要存储的数据进行存储，采用IIC总线技术进行数据的存取操作；

(11)键盘电路

由图20所示键盘电路是整个***中的一项功能扩展电路，为方便以后功能升级所预留的接口，但不限于只作为键盘电路使用。

软件设计部分：

软件设计自动测试***程序有两部分组成包括：

一、射频自动控制***下位机控制单元模块软件设计；

二、射频自动控制***上位机控制模块软件设计；

一、射频自动控制***下位机控制单元模块软件设计

根据射频自动控制***下位机控制单元模块电路原理图板内资源，以及射频终端测试工作流程和部分检测单元设计了本软件，具体软件工作流程图如图21所示；

二、射频自动控制***上位机控制模块软件设计

根据射频自动控制***下位机控制单元模块电路原理图板内资源，以及射频终端测试工作流程和部分检测单元设计了本软件，具体软件工作流程图如图22所示。

实施例1：

控制***各制式射频切换控制单元分为：GSM射频自动测试***切换控制单元、WCDMA射频自动测试***切换控制单元、CDMA射频自动测试***切换控制单元、WLAN射频自动测试***切换控制单元、蓝牙射频自动测试***切换控制单元，内置射频自动控制***下位机控制单元模块，用于控制射频终端切换单元内部同轴开关，并将控制信息反馈给射频自动控制***上位机控制模块，受控于上位机。

一、测试的过程中频自动控制***上位机控制模块控制下位机切换单元进行链路切换，并将控制信息显示在LCD液晶屏上，射频切换单元有两种切换模式：

1、Remote(远程)控制模式

远程控制模式是PC机使用GPIB卡通过GPIB总线对挂载在总线上的上位机控制模块进行控制，上位机接收到PC机的命令，对下位机进行相应的切换操作，并将操作信息显示在LCD上。

2、Local(本地)控制模式

本地控制模式是LCD对上位机模块进行直接控制，通过RS-232接口将命令传输给上位机模块，上位机接收到LCD的本地控制命令，对下位机进行相应的切换操作，并将操作信息显示在LCD上；

以GSM型号核准测试为例，对于GSM900/DCS1800移动终端测试，支持的测试项目包括：GSM发射机频率误差、GSM发射机相位误差、GSM发射机最大平均功率及功率级控制、GSM发射机载波功率与时间关系、GSM发射机射频输出调制频谱、GSM发射机射频输出切换频谱、GSM发射机频段传导杂散发射；

在GSM发射机频段传导杂散发射过程中，在移动终端和测试仪表之间需要构造不同的信号通路，需要射频终端切换单元配合不同链路的切换来满足测试要求，控制模式主要分为Remote和Local模式，一般在自动测试***中，主要用Remote模式来满足自动控制切换单元。

实施例2：

TD-SCDMA射频自动测试***

测试：本发明在***测试过程中，关键部分是对***通信链路的选择和切换，所以需要设计合适的自动控制射频切换单元，在测试过程中，GPIB卡与自动控制***上位机控制模块GPIB口相连，通过RS-485口，使集成控制***上位机与下位机建立通信，使用软件对切换单元进行Remote模式控制，测试过程中通过软件下发GPIB指令控制不同链路的切换(例如：1G低通滤波器链路，需要将同轴开关切换到相应位置，达到自动控制功能)，针对不同的测试项目进行即时切换，同时保证切换单元工作过程中的稳定性和灵活性，并且在LCD界面能够实时显示正在进行的测试项目操作信息，追踪链路切换状态，已经部署完成的TD-SCDMA自动测试***；

过程：本***采用了频谱分析仪(N 9030A)、TD-SCDMA综合测试仪(SP6010)、信号源(E8257D)等仪表，使用工控机和基于GPIB总线的集成控制***对***进行自动控制、数据采集以及数据处理等工作，对集成控制***和各个仪表采用GPIB总线控制，控制仪表进行参数配置和测试，同时控制集成控制***进行链路切换和并对其监控，LCD实时显示切换单元的工作状态和操作信息和一些必要的辅助信息，如温度、时间、报警等功能；

调试：完成***部署后，集成控制***控制一切正常，LCD显示正常，经过调试，***控制流程可以顺利执行，随后进行切换链路的损耗校准，结果显示链路损耗稳定，能够满足常规的射频测试；校准完成后，我们对TD-SCDMA自动测试***进行了样机的型号核准项目测试，顺利完成测试，比对测试结果在正常波动范围内，集成控制***工作稳定，满足设计要求，至此整个搭建过程圆满完成。

总之，本发明在***测试过程中，关键部分是对***通信链路的选择和切换，所以需要设计合适的自动控制射频切换单元。在测试过程中，GPIB卡与射频自动控制***上位机控制模块GPIB口相连，PC机通过GPIB指令控制整个集成控制***，包括下位机模块工作、LCD显示；通过RS-485口，使集成控制***上位机与下位机建立通信，最大可支持16个下位机模块同时工作，下位机通过串口协议对指令进行解析，如图23所示。

***中两个软件分工如下：

1、上位机软件：负责GPIB模块编程，与上位机通信；负责UART通信，与下位机进行信息交互；

2、下位机软件：负责接收解析上位机指令，并对同轴开关进行相应操作；可反馈同轴开关状态信息。如图23所示。

Claims (10)

1.一种基于GPIB总线的射频切换单元集成控制***，其特征是：是由硬件设计集成电路与软件设计自动测试***程序集成组成。

2.根据权利要求1所述的一种基于GPIB总线的射频切换单元集成控制***，其特征是：所述的硬件设计集成电路，是由射频自动控制***下位机控制单元模块与射频自动控制***上位机控制模块组成。

3.根据权利要求1所述的一种基于GPIB总线的射频切换单元集成控制***，其特征是：所述的软件设计自动测试***程序，是由射频自动控制***下位机控制单元模块软件设计与射频自动控制***上位机控制模块软件设计组成。

4.根据权利要求2所述的一种基于GPIB总线的射频切换单元集成控制***，其特征是：所述的射频自动控制***下位机控制单元模块，是由电源模块电路、中央处理器MSP430F149电路、RS-485通信电路、RS-232通信电路、射频同轴开关电路、模块地址选择电路、温度电路连接组成，是以MSP430F149作为中央处理器，通过RS485接口与上位机进行通信连接，完成对射频同轴开关的控制监测。

5.根据权利要求2所述的一种基于GPIB总线的射频切换单元集成控制***，其特征是：所述的射频自动控制***上位机控制模块，是由电源模块电路、中央处理器ATmega128A电路、通用接口总线GPIB电路、RS-485通信电路、RS-232通信电路、蜂鸣器电路、地址选择器电路、日期电路、温度电路、EEPROM电路、键盘电路连接组成，是以ATmega128A作为中央处理器，通过RS-485接口与下位机通信连接，用来对射频同轴开关的控制监测；RS-232接口与人机交互界面通信连接，显示控制信息；通过通用接口总线GPIB与计算机GPIB卡通信连接，完成自动控制。

6.根据权利要求2所述的一种基于GPIB总线的射频切换单元集成控制***，其特征是：所述的射频自动控制***下位机控制单元模块，简称为下位机。

7.根据权利要求2所述的一种基于GPIB总线的射频切换单元集成控制***，其特征是：所述的射频自动控制***上位机控制模块，简称为上位机。

8.根据权利要求6所述的一种基于GPIB总线的射频切换单元集成控制***，其特征是：所述的射频自动控制***下位机控制单元模块，用于控制射频终端切换单元内部同轴开关，并将控制信息反馈给射频自动控制***上位机控制模块，受控于上位机。

9.根据权利要求3所述的一种基于GPIB总线的射频切换单元集成控制***，其特征是：所述的上位机软件：负责GPIB模块编程，与上位机通信；负责UART通信，与下位机进行信息交互。

10.根据权利要求3所述的一种基于GPIB总线的射频切换单元集成控制***，其特征是：所述的下位机软件：负责接收解析上位机指令，并对同轴开关进行相应操作；可反馈同轴开关状态信息。

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