CN213279650U - 一种具有射频前端保护的射频测量设备 - Google Patents

Abstract

一种具有射频前端保护的射频测量设备，其主要包括电源电路、前端保护电路、射频开关和信号处理电路，其中电源电路用于产生设备工作所需的直流电；前端保护电路形成有射频信号的输入通道和输出通道，用于在直流电上电完成之后接通输入通道和输出通道，以及在直流电下电完成之前断开输入通道和输出通道；射频开关用于引入输出通道上的射频信号，且在自身导通时输出射频信号；信号处理电路用于对输出通道输出的射频信号进行信号分析处理。由于在射频开关的前端设置了前端保护电路，使得直流电的上/下电顺序能够适应射频开关对射频信号的接收要求，从而在上/下电过程中保护射频测量设备不受损坏。

Description

一种具有射频前端保护的射频测量设备

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及一种具有射频前端保护的射频测量设备。

背景技术

当前，基于射频原理的无线通信产品俯拾即是，其数量的增长速度也非常惊人。从蜂窝电话和无线PDA，到支持WiFi的笔记本电脑、蓝牙耳机、射频身份标签、无线医疗设备和Zigbee传感器，射频设备的市场规模在飞速扩大。要想进行全面的生产测试并提高测试产能，测试者需要将射频信号接入射频测量设备(如频谱分析仪、矢量信号分析仪、示波器等)以便执行测试工作。

高频的射频前端开关芯片往往对芯片自身的上/下电顺序有严格要求，上电顺序为先给电源和控制信号，再给射频输入信号；下电顺序为先撤走射频输入信号，再断掉电源和控制信号。若不满足上/下电顺序，则可能会损坏芯片内部集成电路。射频测量设备在使用过程中经常会遇到一些情况，比如先将射频信号接入射频测量设备的输入端口后再给测量设备上电开机，还比如在测量信号时遇到意外而突然断电，这两种情况均不满足射频宽带芯片的上/下电顺序要求，容易发生损坏芯片的现象。

为了保护射频前端开关芯片，现有的技术方案是在射频前端开关芯片之前设置一个机械数控衰减器，将射频输入信号衰减到安全功率电平之后再输出给射频前端开关芯片。这种电路结构还存在一些问题，由于高频宽带的机械数控衰减器还非常昂贵，会极大地增加射频测量设备的应用成本。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是：如何在上/下电过程中保护射频测量设备不受损坏。为解决上述问题，本申请提供一种具有射频前端保护的射频测量设备，其包括：

电源电路，用于产生设备工作所需的直流电；前端保护电路，与所述电源电路连接；所述前端保护电路形成有射频信号的输入通道和输出通道，用于在所述直流电上电完成之后接通所述输入通道和所述输出通道，以及在所述直流电下电完成之前断开所述输入通道和所述输出通道；射频开关，与所述前端保护电路的输出通道连接，用于引入所述输出通道上的射频信号，且在自身导通时输出所述射频信号；信号处理电路，与所述射频开关连接，用于对所述射频开关输出的射频信号进行信号分析处理。

所述前端保护电路包括：稳压输出电路，与所述电源电路连接，用于检测到所述直流电的电压超过预设阈值时对所述直流电进行稳压输出；射频同轴开关，包括第一输入端、第一输出端和第二输出端，其中第一输入端用于形成所述射频信号的输入通道，第一输出端用于形成所述射频信号的输出通道，第二输出端用于形成所述射频信号的负载通道；所述射频同轴开关由所述稳压输出电路进行直流稳压供电，用于在供电时导通自身的第一输入端和第一输出端以将所述输入通道转接至所述输出通道，以及在断电时导通自身的第一输入端和第二输出端以将所述输入通道转接至所述负载通道；所述射频开关包括第二输入端和第三输出端，其中第二输入端与所述第一输出端连接，第三输出端连接至所述信号处理电路；所述射频开关用于在一控制信号的作用下导通自身的第二输入端和第三输出端以将引入的所述射频信号传输至所述信号处理电路，或者导通自身的第三输入端和第三输出端以将接入的所述校准信号传输至所述信号处理电路。

所述稳压输出电路包括第一线性稳压器、电源监控芯片和电子开关；所述第一线性稳压器与所述电源电路连接，用于对所述直流电进行稳压变换，并输出第一等级的稳压直流电；所述电源监控芯片与所述电源电路连接，用于检测所述直流电的电压，并在所述直流电的电压大于或等于预设阈值时输出触发信号；所述电子开关包括第一极、第二极和控制极，所述第一极和所述第二极分别与所述第一线性稳压器和所述射频同轴开关连接，所述控制极与所述电源监控芯片连接；所述电子开关用于在自身的控制极接收到所述触发信号时导通自身的第一极和第二极，以使所述第一等级的稳压直流电供给至所述射频同轴开关，以及在自身的控制器未接收到触发信号时断开自身的第一极和第二极。

所述射频同轴开关的第二输出端连接有宽带负载，且与所述宽带负载之间形成所述负载通道；所述宽带负载为高频工作特性的电阻性元器件。

所述的射频测量设备还包括第二线性稳压器；所述第二线性稳压器与所述电源电路和所述射频开关连接，用于对所述直流电进行稳压变换，并输出第二等级的稳压直流电，以使所述射频开关在所述第二等级的稳压直流电下通电工作。

所述的射频测量设备还包括控制部件；所述控制部件与所述射频开关和所述第一线性稳压器信号连接，用于向所述射频开关发送控制信号并使所述射频开关导通自身的第二输入端和第三输出端，以及向所述第一线性稳压器发送使能信号并使所述第一线性稳压器进入稳压变换的工作状态。

所述信号处理电路具备的信号分析处理包括信号放大、信号滤波、信号采样、频率变换、时域分析、频域分析中的一者或多者。

所述的射频测量设备包括与所述电源电路连接的供电接口，和与所述前端保护电路连接的射频接口；所述供电接口用于接入外部的市网交流电；所述射频接口用于接入外部的射频信号。

所述的射频测量设备还包括显示器；所述显示器与所述信号处理电路连接，用于对所述射频信号的信号分析处理的结果进行显示。

本发明的有益效果是：

上述实施例提供的一种具有射频前端保护的射频测量设备，其主要包括电源电路、前端保护电路、射频开关和信号处理电路，其中电源电路用于产生设备工作所需的直流电；前端保护电路形成有射频信号的输入通道和输出通道，用于在直流电上电完成之后接通输入通道和输出通道，以及在直流电下电完成之前断开输入通道和所述输出通道；射频开关与前端保护电路的输出通道连接，用于引入输出通道上的射频信号，且在自身导通时输出该射频信号；信号处理电路用于对输出通道输出的射频信号进行信号分析处理。一方面，由于在射频开关的前端设置了前端保护电路，使得直流电的上/下电顺序能够适应射频开关对射频信号的接收要求，从而在上/下电过程中保护射频测量设备不受损坏；另一方面，信号处理电路的前端保护电路具有简单的电路结构，且采用了常规的元器件，但是通过巧妙的电路设计能够充分发挥其中各元器件的性能，相比传统的机械数控衰减器，不仅实现了上/下电过程和射频信号输出过程顺序适配的功能，还能够有效降低射频测量设备的应用成本。

附图说明

图1为射频测量设备的示意图；

图2为射频测量设备的电路结构图；

图3为射频测量设备的外部结构图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

请参考图1、图2和图3，本申请公开一种射频测量设备，该射频测量设备主要包括电源电路1、前端保护电路2、射频开关3和信号处理电路4。

电源电路1是射频测量设备的主要供电部件，用于产生设备工作所需的直流电。电源电路1可以是交换式电源，从而将外部输入的交流电转换为设备工作所需的直流电；当然，电源电路1还可以是整流式电源，从而将储蓄电池的电能转换为设备工作所需的直流电。

为了满足射频测量设备中多数元器件的用电需要，优选地采用交换式电源作为电源电路1，从而将市网交流电220V转换为直流电12V，进而再借助其它稳压器件对12V直流电继续进行稳压变换。

前端保护电路2与电源电路1连接，并且前端保护电路2形成有射频信号的输入通道和输出通道，那么前端保护电路2用于在直流电上电完成之后接通输入通道和输出通道，以及在直流电下电完成之前断开输入通道和所述输出通道。可以理解，前端保护电路2实现了对直流上/下电和射频信号输出的顺序调节，既能够在直流电上电过程中先上电完成再导通通道，从而通过延迟方式引入射频信号；还能够在直流电下电过程中先断开通道再下电完成，从而通过迅速撤走射频信号的方式保护电路元器件。

射频开关3具有输入端和输出端，射频开关3与前端保护电路2的输出通道连接。那么，射频开关3用于引入输出通道上的射频信号，且在自身导通(即自身的输入端和输出端导通)时输出该射频信号。

信号处理电路4与前端保护电路2连接，用于对输出通道输出的射频信号进行信号分析处理。可以理解，信号处理电路4可以为集成滤波、采样、数值分析功能的模拟和数字电路，对接收到的射频信号具有一系列的分析处理能力。

在本实施例中，参见图2，前端保护电路包括主要包括稳压输出电路21和射频同轴开关22。

其中，稳压输出电路21与电源电路1连接，用于检测到电源电路1产生的直流电的电压，并在电压超过预设阈值时对直流电进行稳压输出。

射频同轴开关22包括第一输入端221、第一输出端222和第二输出端223。其中，第一输入端221用于形成射频信号的输入通道，即射频信号可以从第一输入端221进入射频同轴开关22；第一输出端222用于形成射频信号的输出通道，第二输出端223用于形成射频信号的负载通道。射频同轴开关22还与稳压输出电路21连接，并由稳压输出电路21进行直流稳压供电，则射频同轴开关22用于在供电时导通自身的第一输入端221和第一输出端222以将输入通道转接至输出通道，此时射频信号经第一输入端221、第一输出端222传输至射频开关3；以及射频同轴开关用于在断电时导通自身的第一输入端221和第二输出端223以将输入通道转接至负载通道，此时射频信号经第一输入端221、第二输出端223传输至一负载器件。

在一个实施例中，射频同轴开关22的第二输出端223连接有宽带负载24，且与宽带负载24之间形成负载通道。这里的带宽负载24可以为高频工作特性的电阻性元器件，用于在射频同轴开关22无供电情况下给外部的待测器件提供一定欧姆值的匹配负载，例如提供50Ω的带宽负载。

需要说明的是，射频同轴开关22须采用非自保持型的射频同轴开关，具有切换不同射频通道的功能，用于保护设备的射频开关3。射频同轴开关22具有如下特征，在无供电时，射频信号的第一输入端221与宽带负载24之间导通；而在有供电时，射频信号第一输入端口221与射频开关3之间导通。

在本实施例中，参见图2，射频开关3包括第二输入端31、第三输入端32和第三输出端33。其中，第二输入端31与射频同轴开关222的第一输出端222连接，第三输入端32用于接入校准信号，第三输出端33连接至信号处理电路4。那么，射频开关3用于在一控制信号的作用下导通自身的第二输入端31和第三输出端33以将引入的射频信号传输至信号处理电路4，或者在另一个控制信号的作用下导通自身的第三输入端32和第三输出端33以将接入的校准信号传输至信号处理电路4。

需要说明的是，射频开关3可称为微波开关，主要实现控制射频信号或微波信号通道转换作用。本实施例中，射频开关3的作用是在射频信号输入端口和校准信号之间进行切换。

需要说明的是，从第三输入端32输入的校准信号是由设备内部产生的信息，主要用于校准因温度变化导致的增益波动。

在一个实施例中，参见图2，稳压输出电路21具体包括第一线性稳压器211、电源监控芯片212和电子开关213。

第一线性稳压器211与电源电路1连接，对电源电路1产生的直流电进行稳压变换，并输出第一等级的稳压直流电(如输出11V稳压直流电)。

电源监控芯片212与电源电路1连接，用于检测电源电路1产生的直流电的电压，并在直流电的电压大于或等于预设阈值(如10.5V)时输出触发信号。

电子开关213包括第一极、第二极和控制极(图2中未标记)，其中，第一极和第二极分别与第一线性稳压器211和射频同轴开关22连接，控制极与电源监控芯片212连接。那么，电子开关213用于在自身的控制极接收到触发信号时导通自身的第一极和第二极，以使第一等级的稳压直流电供给至射频同轴开关。

需要说明的是，如果采用TELEDYNE公司的CCR-53S模块作为射频同轴开关22，就需要适配该模块供电电压为11V的要求，则可以选择12V直流输出的开关电源作为电源电路1，选择12V转11V的LDO线性稳压器件作为第一线性稳压器211，同时选择TI公司的TPS3803-01作为电源监控芯片212，以及选择适宜耐压范围的晶闸管作为电子开关213。那么，电源监控芯片212实时检测电源电路1的输出直流电压，当直流电压低于预设阈值10.5V时，向电子开关213发送低电平；当直流电压高于预设阈值10.5V时，向电子开关213发送高电平(即触发信号)。由于电源监控芯片212的检测精度和转换速率都非常高，所以从检测电压到输出电平所用的时间非常短(通常在ns级别)，所以能够迅速的对电子开关213进行控制。

在一个实施例中，参见图2，射频测量设备还包括第二线性稳压器5，第二线性稳压器5与电源电路1和射频开关3连接。那么，第二线性稳压器5用于对电源电路1产生的直流电进行稳压变换，并输出第二等级的稳压直流电(比如输出5V稳压直流电)，以使射频开关3在第二等级的稳压直流电下通电工作。

需要说明的是，如果采用ADI公司的ADRF5021模块作为射频开关3，就需要适配该模块供电电压为5V的要求，则可以选择12V转5V的LDO线性稳压器件作为第二线性稳压器5。

在一个实施例中，为了使得射频开关3能够在第二输入端31、第三输入端32之间进行切换，则可以参见图2，为射频测量设备配置控制部件6，控制部件6与射频开关3和第一线性稳压器211信号连接。那么，控制部件6用于向射频开关3发送控制信号并使射频开关3导通自身的第二输入端31和第三输出端33，从而将射频同轴开关22输出的射频信号引至信号处理电路4；以及控制部件6向第一线性稳压器211发送使能信号并使第一线性稳压器211进入稳压变换的工作状态。

在一个实施例中，参见图1和图2，信号处理电路4具备的信号分析处理包括信号放大、信号滤波、信号采样、频率变换、时域分析、频域分析中的一者或多者，具体不做限定。此外，信号处理电路4的具体电路结构和实现功能可以参考诸如频谱分析仪、矢量信号分析仪、示波器等设备，由于执行射频信号的信号分析功能属于现有技术，所以这里不再进一步说明。

在一个实施例中，参见图1和图3，射频测量设备具有外壳，外壳上设有用来和电源电路1连接的供电接口71，以及用来和前端保护电路2连接的射频接口72。那么，这里的供电接口71用于接入外部的市网交流电，则电源电路1对市网交流电进行直流转换；这里的射频接口72可以采用常见的同轴连接器，通过***同轴线缆的公头/母头来接入外部的射频信号。

进一步地，参见图1和图3，射频测量设备的外壳上还设有显示器73，显示器73用来和信号处理电路4连接，作用是对射频信号的信号分析处理的结果进行显示。比如显示射频信号的波形、周期、频率、幅值等信息。

进一步地，参见图2和图3，射频测量设备的外壳上还设有按键式的输入部件42，从而实现用户的操作输入。

在本实施例中，前端保护电路2具有简单的电路结构，其中多采用常规的元器件，但是通过巧妙的电路设计能够充分发挥其中各元器件的性能，相比传统的机械数控衰减器，不仅实现了上/下电过程和射频信号输出过程顺序适配的功能，还能够有效降低射频测量设备的应用成本。

为更好地理解本申请技术方案，下面将结合图2对技术方案的工作原理进行详细说明。

情况一，对设备实施上电保护。上电保护的关键是在射频开关3完成上电前，保证射频同轴开关22无供电，从而使得射频信号不进入射频开关22的第二输入端31。当电源电路1接入220V的市网交流电后，产生的直流电的电压受电源电路1内部感性、容性器件的影响会逐渐升高，电源监控芯片212会实时监控该直流电压，当直流电压高于预设阈值(如10.5V)时，电源监控芯片212输出触发信号，控制电子开关213导通。由于第一线性稳压器211还未使能，所以第一线性稳压器211仍处于不工作状态，无稳定直流电输出，此时射频同轴开关22处于无供电状态，致使射频信号经第一输入端211和第二输出端223传输至宽带负载24。第二线性稳压器5对电源电路1产生的直流电进行稳压变换，输出第二等级的稳压直流电(比如5V)，从而完成对射频开关3的上电。通常，控制部件6启动完成并处于正常工作状态时，射频开关3的上电动作已经完成，所以控制部件6即可向射频开关3发送控制信号，以使第二输入端31和第三输出端33导通；控制部件6可在延迟一小段时间后(保证射频开关6导通)，向第一线性稳压器211发送使能信号，促使第一线性稳压器211输出第一等级的稳压直流电(比如11V)，经电子开关213后为射频同轴开关222供电，从而导通第一输入端221和第一输出端222，进而使得待测器件发出的射频信号经过第一输入端221、第二输出端222、第二输入端31、第三输出端33后传输至信号处理电路4。在直流上电过程中，先完成对射频开关3的直流供电，然后给射频开关3发送控制信号，接着给第一线性稳压器211发送使能信号，之后将射频信号引入至射频开关3，使得直流电的上电顺序能够适应射频开关对射频信号的接收要求，从而在上电过程中保护射频测量设备不受损坏。

情况二，对设备实施下电保护。下电保护的关键是在射频开关3完成下电前，保证射频同轴开关22断电，从而迅速切断射频信号传输至射频开关的通道。当意外断电情况发生之初，接入电源电路1的市网交流电首先被断开，产生的直流电的电压受电源电路1内部感性、容性器件的影响会逐渐下降，电源监控芯片212实时监控该直流电压，当直流电压低于预设阈值电压(如10.5V，当然该预设阈值还可以为10.8V)，电源监控芯片212输出低电平(即停止输出触发信号)，控制电子开关213迅速断开。由于射频同轴开关222失去供电，射频同轴开关222的第一输入端221和第二输出端223将导通，从而切断输入到射频开关3的射频信号，并将射频信号传输至宽带负载24。由于电源监控芯片212的控制反应非常快，射频同轴开关22的供电被断开时，电源电路1输出的直流电仍在第二线性稳压器5的工作范围之内，射频开关3仍然在正常工作，经过一段时间后才逐渐失去供电。在直流下电过程中，先切断射频信号传输至射频开关3的通道，再完成对射频开关3的断电，使得直流电的下电顺序能够适应射频开关对射频信号的接收要求，从而在下电过程中保护射频测量设备不受损坏。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种射频测量设备，其特征在于，包括：

电源电路，用于产生设备工作所需的直流电；

前端保护电路，与所述电源电路连接；所述前端保护电路形成有射频信号的输入通道和输出通道，用于在所述直流电上电完成之后接通所述输入通道和所述输出通道，以及在所述直流电下电完成之前断开所述输入通道和所述输出通道；

射频开关，与所述前端保护电路的输出通道连接，用于引入所述输出通道上的射频信号，且在自身导通时输出所述射频信号；

信号处理电路，与所述射频开关连接，用于对所述射频开关输出的射频信号进行信号分析处理。

2.如权利要求1所述的射频测量设备，其特征在于，所述前端保护电路包括：

稳压输出电路，与所述电源电路连接，用于检测到所述直流电的电压超过预设阈值时对所述直流电进行稳压输出；

射频同轴开关，包括第一输入端、第一输出端和第二输出端，其中第一输入端用于形成所述射频信号的输入通道，第一输出端用于形成所述射频信号的输出通道，第二输出端用于形成所述射频信号的负载通道；所述射频同轴开关由所述稳压输出电路进行直流稳压供电，用于在供电时导通自身的第一输入端和第一输出端以将所述输入通道转接至所述输出通道，以及在断电时导通自身的第一输入端和第二输出端以将所述输入通道转接至所述负载通道。

3.如权利要求2所述的射频测量设备，其特征在于，所述射频开关包括第二输入端和第三输出端，其中第二输入端与所述第一输出端连接，第三输出端连接至所述信号处理电路；所述射频开关用于在一控制信号的作用下导通自身的第二输入端和第三输出端以将引入的所述射频信号传输至所述信号处理电路。

4.如权利要求2所述的射频测量设备，其特征在于，所述稳压输出电路包括第一线性稳压器、电源监控芯片和电子开关；

所述第一线性稳压器与所述电源电路连接，用于对所述直流电进行稳压变换，并输出第一等级的稳压直流电；

所述电源监控芯片与所述电源电路连接，用于检测所述直流电的电压，并在所述直流电的电压大于或等于预设阈值时输出触发信号；

所述电子开关包括第一极、第二极和控制极，所述第一极和所述第二极分别与所述第一线性稳压器和所述射频同轴开关连接，所述控制极与所述电源监控芯片连接；所述电子开关用于在自身的控制极接收到所述触发信号时导通自身的第一极和第二极，以使所述第一等级的稳压直流电供给至所述射频同轴开关，以及在自身的控制器未接收到触发信号时断开自身的第一极和第二极。

5.如权利要求2所述的射频测量设备，其特征在于，所述射频同轴开关的第二输出端连接有宽带负载，且与所述宽带负载之间形成所述负载通道；所述宽带负载为高频工作特性的电阻性元器件。

6.如权利要求3所述的射频测量设备，其特征在于，还包括第二线性稳压器；所述第二线性稳压器与所述电源电路和所述射频开关连接，用于对所述直流电进行稳压变换，并输出第二等级的稳压直流电，以使所述射频开关在所述第二等级的稳压直流电下通电工作。

7.如权利要求4所述的射频测量设备，其特征在于，还包括控制部件；所述控制部件与所述射频开关和所述第一线性稳压器信号连接，用于向所述射频开关发送控制信号并使所述射频开关导通自身的第二输入端和第三输出端，以及向所述第一线性稳压器发送使能信号并使所述第一线性稳压器进入稳压变换的工作状态。

8.如权利要求1-7中任一项所述的射频测量设备，其特征在于，所述信号处理电路具备的信号分析处理包括信号放大、信号滤波、信号采样、频率变换、时域分析、频域分析中的一者或多者。

9.如权利要求1-7中任一项所述的射频测量设备，其特征在于，包括与所述电源电路连接的供电接口，和与所述前端保护电路连接的射频接口；

所述供电接口用于接入外部的市网交流电；

所述射频接口用于接入外部的射频信号。

10.如权利要求9所述的射频测量设备，其特征在于，还包括显示器；所述显示器与所述信号处理电路连接，用于对所述射频信号的信号分析处理的结果进行显示。

Images