CN114019364A - 基于矢量网络分析仪结构实现射频开关通断时间测量的方法、装置、处理器及其存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于矢量网络分析仪结构实现射频开关通断时间测量的方法，包括设置外部触发信号；矢量网络分析仪接收到外部触发信号，ADC模块开始采样时钟频率；将开关稳定时间或关闭时间分别与数字本振进行数字混频，得到I/Q两路信号；进行滤波处理，算幅度值。本发明还涉及一种基于矢量网络分析仪结构实现射频开关通断时间测量的装置、处理器及计算机可读存储介质。采用了本发明的基于矢量网络分析仪结构实现射频开关通断时间测量的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质，利用矢量网络分析仪大的动态范围可测出开关开启前或关闭后的隔离度以及插损等指标，方便又简洁，可以看到开关从缓冲到稳定的曲线，能够直观对比各型号开关的性能。
Description
技术领域
本发明涉及测试测量技术领域，尤其涉及矢量网络分析仪领域，具体是指一种基于矢量网络分析仪结构实现射频开关通断时间测量的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质。
背景技术
由于开关的工作特性，开关在通电且打开后会经过一段时间的缓冲才能保持稳定，从打开到稳定所需的时间越短，表示开关速度越快，性能越好。因此，精确测量出开关通断延时时间就显得尤为重要。
现有技术测量开关通断延时时间的方法是，用示波器测量开关通断的波形，通过波形曲线来计算出开关的导通或关闭时间。这种传统的测量方法存在较多缺点，具体表现在：
结果不够精准：由于示波器的局限性，比如：
1、大部分示波器不能显示功率随时间的变化，因此这种测试方法误差较大，测试结果不够准确；
2、示波器没有射频源作为开关的输入信号；
3、测试高频开关时，需要外接本振和混频器等，这种方法外接设备繁琐容易出错。
因此利用示波器这种方法测量开关具有很多缺陷，过程繁杂且结果不准确。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足精度高、操作简便、适用范围较为广泛的基于矢量网络分析仪结构实现射频开关通断时间测量的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质。
为了实现上述目的，本发明的基于矢量网络分析仪结构实现射频开关通断时间测量的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质如下：
该基于矢量网络分析仪结构实现射频开关通断时间测量的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
(1)设置外部触发信号，作为矢量网络分析仪的输入触发信号和被测开关的控制信号；
(2)矢量网络分析仪接收到外部触发信号，ADC模块开始采样时钟频率，被测开关根据外部触发信号导通或关闭；
(3)矢量网络分析仪接收采样数据，将开关稳定时间或关闭时间分别与数字本振进行数字混频，得到I/Q两路信号；
(4)将所述的I/Q两路信号经过FIR低通滤波器进行滤波处理，传输至数字信号处理器，根据I/Q数据计算幅度值，上位机按照波形曲线的形式显示各采样点的数据。
较佳地，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：
(3.1)将本振信号和射频信号进行混频，得到中频数据；
(3.2)将中频数据通过抗混叠滤波器滤波，进行A/D采样，通过低压差分信号传输至FPGA；
(3.3)经过数字下变频，将数字中频下变频到零中频，得到I/Q两路信号。
较佳地，所述的步骤(4)具体包括以下步骤：
(4.1)将I/Q两路信号通过FIR滤波器进行滤波处理；
(4.2)经过FIR滤波器的数据，通过数字信号处理器进行读取，转换成表示幅度的功率值并传输至上位机；
(4.3)上位机将数据以波形曲线的形式显示各采样点的数据。
较佳地，所述的步骤(3.2)中进行A/D采样，具体为：
根据以下公式得到A/D采样的采样速率：
fs＝(4f0)/(2n+1)；
fs>＝2B；
其中，fs为采样速率，B为中频信号的带宽，f0为中频频率。
较佳地，所述的步骤(4.2)具体包括以下步骤：
经过FIR滤波器的数据存储在先入先出存储器中；
通过数字信号处理器进行读取转换成表示幅度的功率值并传输至上位机。
较佳地，所述的步骤(2)中ADC模块采样时钟频率，通过提高时钟频率来提高射频开关通断时间的测量精度。
该基于矢量网络分析仪结构实现射频开关通断时间测量的装置，其主要特点是，所述的装置包括：
处理器，被配置成执行计算机可执行指令；
存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的基于矢量网络分析仪结构实现射频开关通断时间测量的方法的各个步骤。
该基于矢量网络分析仪结构实现射频开关通断时间测量的处理器，其主要特点是，所述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的基于矢量网络分析仪结构实现射频开关通断时间测量的方法的各个步骤。
该计算机可读存储介质，其主要特点是，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现上述的基于矢量网络分析仪结构实现射频开关通断时间测量的方法的各个步骤。
采用了本发明的基于矢量网络分析仪结构实现射频开关通断时间测量的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质，利用矢量网络分析仪大的动态范围可测出开关开启前或关闭后的隔离度以及插损等指标，在测试开关时，只要按照需求进行连接，没有其他的繁杂操作，既方便又简洁，可以看到开关从缓冲到稳定的曲线，能够直观对比各型号开关的性能。
附图说明
图1为本发明的基于矢量网络分析仪结构实现射频开关通断时间测量的方法的工作原理示意图。
图2为本发明的基于矢量网络分析仪结构实现射频开关通断时间测量的方法的流程示意图。
图3为本发明的直接型FIR滤波器示意图。
图4为本发明实施例的示波器实测开关的波形示意图。
图5为本发明的实施例的结构实测开关的波形曲线示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
本发明的该基于矢量网络分析仪结构实现射频开关通断时间测量的方法，其中包括以下步骤：
(1)设置外部触发信号，作为矢量网络分析仪的输入触发信号和被测开关的控制信号；
(2)矢量网络分析仪接收到外部触发信号，ADC模块开始采样时钟频率，被测开关根据外部触发信号导通或关闭；
(3)矢量网络分析仪接收采样数据，将开关稳定时间或关闭时间分别与数字本振进行数字混频，得到I/Q两路信号；
(4)将所述的I/Q两路信号经过FIR低通滤波器进行滤波处理，传输至数字信号处理器，根据I/Q数据计算幅度值，上位机按照波形曲线的形式显示各采样点的数据。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：
(3.1)将本振信号和射频信号进行混频，得到中频数据；
(3.2)将中频数据通过抗混叠滤波器滤波，进行A/D采样，通过低压差分信号传输至FPGA；
(3.3)经过数字下变频，将数字中频下变频到零中频，得到I/Q两路信号。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(4)具体包括以下步骤：
(4.1)将I/Q两路信号通过FIR滤波器进行滤波处理；
(4.2)经过FIR滤波器的数据，通过数字信号处理器进行读取，转换成表示幅度的功率值并传输至上位机；
(4.3)上位机将数据以波形曲线的形式显示各采样点的数据。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(3.2)中进行A/D采样，具体为：
根据以下公式得到A/D采样的采样速率：
fs＝(4f0)/(2n+1)；
fs>＝2B；
其中，fs为采样速率，B为中频信号的带宽，f0为中频频率。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(4.2)具体包括以下步骤：
经过FIR滤波器的数据存储在先入先出存储器中；
通过数字信号处理器进行读取转换成表示幅度的功率值并传输至上位机。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(2)中ADC模块采样时钟频率，通过提高时钟频率来提高射频开关通断时间的测量精度。
本发明的该基于矢量网络分析仪结构实现射频开关通断时间测量的装置，其中所述的装置包括：
处理器，被配置成执行计算机可执行指令；
存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的基于矢量网络分析仪结构实现射频开关通断时间测量的方法的各个步骤。
本发明的该基于矢量网络分析仪结构实现射频开关通断时间测量的处理器，其中所述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的基于矢量网络分析仪结构实现射频开关通断时间测量的方法的各个步骤。
本发明的该计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现上述的基于矢量网络分析仪结构实现射频开关通断时间测量的方法的各个步骤。
本发明的具体实施方式中，如图1所示，设置一个外部触发信号，同时作为矢量网络分析仪的输入触发信号和被测开关的控制信号，这样矢量网络分析仪的采样起始时间和开关的通断起始时间同步。
基于矢量网络分析仪结构实现的射频开关通断时间测量方法，包括以下步骤：
步骤1：设置一个外部触发信号，同时作为矢量网络分析仪的输入触发信号和被测开关的控制信号，这样矢量网络分析仪的采样起始时间和开关的通断起始时间同步；
步骤2：矢量网络分析仪接收到触发信号的边沿后，ADC模块开始采样，同时开关在这个信号边沿开始导通或者关闭；
步骤3：矢量网络分析仪的采样模块收到采样数据，采样时间大于预计的开关稳定时间或者关闭时间，分别和频率与采样频率相同相位相差90°的数字本振进行数字混频，变成I/Q两路信号；
步骤4：步骤3得到的I/Q两路信号，分别经过FIR低通滤波将数字混频产生的高频信号抑制到可接受范围后，按照顺序依次传给DSP，DSP处理将I/Q数据计算为表示功率的幅度值后传给上位机软件，上位机可以将各采样点的数据按照波形曲线的形式进行显示。曲线能直观的展现开关从缓冲到稳定的具体过程或者通过计算功率曲线中每点的功率变化得到开关的稳定时间。本发明中FPGA为现场可编程逻辑门阵列，DSP为数字信号处理器。
外部触发信号可以由函数信号发生器产生，也可以由其他设备提供，只需要幅度、偏移、频率以及占空比可以同时满足矢量网络分析仪和开关的要求。
ADC采样的时钟频率为Fs，可以通过提高Fs来提高射频开关通断时间的测量精度。
数字下变频过程中，数字本振模块固定输出频率为f0＝Fs。
FIR滤波后的数据由于吞吐率大，首先缓存到内存中，再通过通信链路上传到上位机软件。
上位机软件，可以根据需求，灵活配置采样点数，更加直观地展现曲线的趋势。
如图2所示，本振信号和射频信号，经过混频之后传给中频，中频数据经过抗混叠滤波器滤波、A/D采样，通过低压差分信号传给FPGA。
A/D的采样速率应满足带通采样定理，采样速率应大于等于中频信号带宽的两倍：fs>＝2B，并且满足fs＝(4f0)/(2n+1)，其中fs为采样速率、B为中频信号的带宽、f0为中频频率。
所述中频数据经过数字下变频后，将数字中频下变频到零中频，得到正交的I/Q数据，以便后续基带信号的处理。
数字下变频主要由正交变换和低通滤波器组成，中频数据与数控振荡器产生的两路正交的本振信号相乘，得到I/Q两路信号。
所述FIR滤波，指的是通过FIR滤波器进行滤波处理，FIR滤波器是非递归型滤波器的简称，又叫有限长单位冲激响应滤波器。带有常系数的FIR滤波器是一种LTI(线性时不变)数字滤波器。长度为N的FIR输出对应于输入时间序列x(n)的关系由一种有限卷积和的形式给出，具体形式如下：
如图3所示，为直接型FIR滤波器图解。表达的是一个N-1阶的FIR滤波器，它有N个抽头(系数)。因此有N个乘法器，N-1个累加器组成。
所述DSP是指经过FIR滤波器滤波后的数据，存在先入先出存储器中，然后DSP进行读取，转换成表示幅度的功率值并按照一定的格式传给上位机。
所述上位机波形曲线显示，是指DSP传给上位机的数据，通过软件，以波形曲线的形式直观展现整体的趋势。
如图4所示，就是用示波器测试开关通断得到的波形。其中紫色曲线表示外部触发信号，黄色曲线表示开关从导通到稳定的波形。从光标A到光标B所用的时间，即为射频开关通断时间。从图中可以看出，因为曲线存在一定的波动，所以无法精确判断出具体的稳定状态，因此，这样得到的射频开关通断时间存在一定的测量误差。
如图5所示，就是一个实测开关，通过整个***测试流程，最后得到的波形曲线。其中横坐标展示了采样点数，从图中可以看出，在727个点之后，整个曲线趋于稳定，也就是开关工作稳定。此次测试过程中，ADC的采样时钟为100MHz，则一个点的采样时间为10ns，所以开关的打开或者关闭的时间为10×727＝7270ns，即7.27us。
由图4和图5对于同一个开关的实测过程与结果可以看出，用示波器测试时操作调试较繁杂，且示波器的精度不足，不能显示功率随时间的变化，无法准确定位波形曲线稳定的时刻。用本发明的方案进行测量时，操作方便，通过各采样点的功率变化曲线图，可以精准定位开关的打开或者关闭的具体时刻，由此计算得出的结果误差小。
ADC采样时钟是由FPGA提供的Fs，若Fs为100MHz，则每个点的采样间隔时间为10ns；若Fs为1GHz，则每个点的采样间隔时间为1ns。因此，采样点时间间隔越短，测量精度也越高。
本实施例的具体实现方案可以参见上述实施例中的相关说明，此处不再赘述。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行装置执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，相应的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
采用了本发明的基于矢量网络分析仪结构实现射频开关通断时间测量的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质，利用矢量网络分析仪大的动态范围可测出开关开启前或关闭后的隔离度以及插损等指标，在测试开关时，只要按照需求进行连接，没有其他的繁杂操作，既方便又简洁，可以看到开关从缓冲到稳定的曲线，能够直观对比各型号开关的性能。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (9)
1.一种基于矢量网络分析仪结构实现射频开关通断时间测量的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)设置外部触发信号，作为矢量网络分析仪的输入触发信号和被测开关的控制信号；
(2)矢量网络分析仪接收到外部触发信号，ADC模块开始采样时钟频率，被测开关根据外部触发信号导通或关闭；
(3)矢量网络分析仪接收采样数据，将开关稳定时间或关闭时间分别与数字本振进行数字混频，得到I/Q两路信号；
(4)将所述的I/Q两路信号经过FIR低通滤波器进行滤波处理，传输至数字信号处理器，根据I/Q数据计算幅度值，上位机按照波形曲线的形式显示各采样点的数据。
2.根据权利要求1所述的基于矢量网络分析仪结构实现射频开关通断时间测量的方法，其特征在于，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：
(3.1)将本振信号和射频信号进行混频，得到中频数据；
(3.2)将中频数据通过抗混叠滤波器滤波，进行A/D采样，通过低压差分信号传输至FPGA；
(3.3)经过数字下变频，将数字中频下变频到零中频，得到I/Q两路信号。
3.根据权利要求1所述的基于矢量网络分析仪结构实现射频开关通断时间测量的方法，其特征在于，所述的步骤(4)具体包括以下步骤：
(4.1)将I/Q两路信号通过FIR滤波器进行滤波处理；
(4.2)经过FIR滤波器的数据，通过数字信号处理器进行读取，转换成表示幅度的功率值并传输至上位机；
(4.3)上位机将数据以波形曲线的形式显示各采样点的数据。
4.根据权利要求2所述的基于矢量网络分析仪结构实现射频开关通断时间测量的方法，其特征在于，所述的步骤(3.2)中进行A/D采样，具体为：
根据以下公式得到A/D采样的采样速率：
fs＝(4f0)/(2n+1)；
fs>＝2B；
其中，fs为采样速率，B为中频信号的带宽，f0为中频频率。
5.根据权利要求3所述的基于矢量网络分析仪结构实现射频开关通断时间测量的方法，其特征在于，所述的步骤(4.2)具体包括以下步骤：
经过FIR滤波器的数据存储在先入先出存储器中；
通过数字信号处理器进行读取转换成表示幅度的功率值并传输至上位机。
6.根据权利要求1所述的基于矢量网络分析仪结构实现射频开关通断时间测量的方法，其特征在于，所述的步骤(2)中ADC模块采样时钟频率，通过提高时钟频率来提高射频开关通断时间的测量精度。
7.一种基于矢量网络分析仪结构实现射频开关通断时间测量的装置，其特征在于，所述的装置包括：
处理器，被配置成执行计算机可执行指令；
存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现权利要求1至6中任一项所述的基于矢量网络分析仪结构实现射频开关通断时间测量的方法的各个步骤。
8.一种基于矢量网络分析仪结构实现射频开关通断时间测量的处理器，其特征在于，所述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现权利要求1至6中任一项所述的基于矢量网络分析仪结构实现射频开关通断时间测量的方法的各个步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现权利要求1至6中任一项所述的基于矢量网络分析仪结构实现射频开关通断时间测量的方法的各个步骤。
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