射频芯片自动测试平台设计

崔海龙　田爱国　马艳杰

摘要：射频芯片具有频率高的特点，传统的测试方法是通过信号源、频谱仪、矢量网络发生器等设备分别连接射频模拟接口测试，不同链路测试就需要重新连接线缆，测试效率低。本文介绍了基于开关矩阵的射频芯片自动化测试平台，采用GPIB接口连接和Pascal语言编程，结合射频开关矩阵灵活切换的优点，搭建自动测试平台，实现了对射频芯片多参数的自动测试，具有测试效率高和测试精度高的特点。

关键词：射频；开关矩阵；自动测试

中图分类号：TP23 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）02-0179-02

1 序言

射频芯片由于其较高频率的特点，主要应用于通信、雷达、导航等领域，近年来，随着这些领域的快速发展，射频芯片的需求量也相应的加大，对于测试精度和测试效率提出了更高的要求。本文利用开关矩阵灵活切换的特点，搭建出可满足测试需求的自动测试平台。

本文测试对象是S波段射频收发芯片，具有射频接收和发射两部分，其中发射部分采用零中频架构，需要信号源提供4路IQ 25KHz基带信号，经过芯片内部电路处理，输出频率为1980MHz～2010的射频信号；接收部分采用基于一次变频到中频结构，输入频率范围为2170MHz～2200MHz的射频信号，经过芯片内部处理后，与混频器变频到中频信号。待测试的典型参数包括接收部分的噪声系数（NF）和发射部分的输出功率。若采用传统方式测试，则需要两台频谱仪，一台信号源，此方式具有占用测试资源多、测试效率低的缺点。若采用基于开关矩阵的自动测试平台，则只需要一台频谱仪和一台信号源，并且可以自动控制信号源与频谱仪，自动读取和判定数据，大大提高了测试效率，节省了测试资源。

2 测试硬件平台

测试平台硬件包括电脑、信号源、频谱仪、电源、开关矩阵和测试板等硬件设备，利用本套测试平台，在不切换连接线的情况下，可以完成对射频接收和发射部分的参数测试。

2.1 平臺硬件连接结构

根据射频收发芯片的测试原理，测试平台硬件连接结构如图1所示。信号源采用安捷伦4438C，具有同时提供射频信号和低频IQ信号的功能，可满足射频接收和发射的需求。频谱仪采用安捷伦9020A，只有一个信号输入接口，通过开关矩阵的切换，实现发射和接收的测试。信号源和频谱仪均通过通用接口总线（GPIB）接口与电脑建立通信，信号源发射信号和频谱仪分析信号处于可自动控制状态，其次开关矩阵通过串口与电脑建立通信，开关矩阵的开关切换也处于可控状态。

在本平台中，各设备的通信是完成自动测试的重要组成部分，主要有三种通信方式，第一是针对芯片寄存器读写的SPI通信，主要是通过对芯片寄存器的配置实现芯片不同功能性能的切换；第二是针对开关矩阵的串口通信，配置好的开关链路信息通过串口发送到开关矩阵，以此来控制开关矩阵的链路；第三是针对信号源和频谱仪等仪器的GPIB通信，GPIB接口具有传输速率高、价格便宜、操作简单等优点[1]，广泛应用于安捷伦、NI等测试仪器中。基于这些接口，测试平台可以自动完成SPI配置、信号生成、信号分析和开关链路选择等工作，大大提高了测试效率。

2.2 开关矩阵结构

开关矩阵作为信号传递的枢纽[2]，主要是自动切换不同的测试链路，其链路结构如图2所示，主要有电源模块、控制模块和射频开关组成。外部射频端口包括端口1～5、IN1～IN4、OUT1～OUT4等9个端口，根据测试需要，连接测试设备或芯片端口。开关矩阵内部射频开关总数量为9个，编号从K1到K9，其中K1～K6是2选1射频开关，支持0和1两种开关逻辑状态，K7～K9是4选1射频开关，支持0、1、2、4、8五种逻辑开关状态。实现图2虚线链路接通，可表示为9，0，1，0，0，0，0，1，8，1，其中9表示射频开关数量为9。因此通过编程即可实现开关矩阵不同链路的切换。

射频信号在传输的过程中会有一定的损耗，在本方案中由于输出信号经过了较长的线路连接，并且经过了开关矩阵链路，因此线上有一定的损耗，在测试参数之前，将相应频点下的线上损耗测量出来，并计入到最终的测试结果。

3 测试平台软件系统

测试平台软件系统是基于Pascal语言的软件平台，通过设备配置、驱动配置、测试项配置和自动存储数据等功能，实现测试的自动化。

3.1 软件系统测试流程

射频芯片测试流程如图3所示，通过设备配置找到连接的所有设备；SPI驱动配置是对芯片内部寄存器读写操作，该驱动配置可以由软件的驱动配置模块完成；测试项配置是测试的核心部分，包含了仪器发射、接收、频点设置、输出数据定义等主要内容；输出数据默认以excel表格形式保存，也可根据需求进行自定义其他形式输出。

3.2 软件实现方法

软件的主要通过Pascal语言实现，Pascal 语言是一种标准的“结构化程序设计语言”[3]。对于发射端口测试，按照图1所示连接测试平台，信号源输入IQ四路中频信号，频率为25KHz，输出端通过开关矩阵连接到频谱仪，输出的信号频率为1989MHz，测量输出功率值，测试项配置程序如下所示：

SPIFreqSetTx（1989）； //SPI配置

SW_SendCmd（d_SW， GetSLValue（‘TX_PSA））；

//开关矩阵链路选择

DoMethod（FThis， ‘SG_SetWaveFile， [d_SGDevice， ‘SINE_TEST_WFM]）；//信号源输出波形

DoMethod（FThis， ‘PSA_GetMarkValue， [d_PSADevice， 1]， vOutParam）；//频谱仪测试

ShowDataToSG（FThis，TXPower ，vPower）；

//输出结果

对于接收端口测试，按照图1所示连接测试平台，信号源输入2170MHz射频信号，输出端通过开关矩阵连接到频谱仪，输出的信号频率为3.2MHz，测量输出功率、噪声等参数，根据这些参数计算出噪声系数，测试项配置程序如下所示：

SPIFreqSetTx（1989）； //SPI配置

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

//開关矩阵链路选择

DoMethod（FThis， ‘SG_SetRFFreq， [d_SGDevice， 2170]）；//设置信号源频率

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

//设置信号源功率

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

//频谱仪测试输出功率

DoMethod（FThis， ‘PSA_GetMarkValue， [d_PSADevice， 2]， vOutParam）；//频谱仪测试底噪

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

//计算噪声系数

ShowDataToSG（FThis， NF ‘ ， NF）；

//输出结果

4总结及展望

本文通过测试设备、开关矩阵和电脑的连接控制，实现了射频收发芯片的自动测试，结果自动保存，测试平台具有高效、高精度的优点，可以应用于更多同类型的射频芯片测试中，并且具有大规模批量测试的能力。

参考文献

[1]何宏.基于GPIB接口数据采集系统的设计[J].天津理工大学学报，2014，（02）：30-33.

[2]陈玉强，苏健等.ATE开关矩阵最短路径搜索算法[J].科技导报，2014，（08）：37-42.

[3]黄梅.通过经典实例掌握Pascal 语言中的循环结构语句[J].电子技术与软件工程，2015，（05）：250.