可程控射频开关设计

程玉强　崔祺

摘 要：可程控射频开关是整个自动测试系统的核心，其性能直接影响自动测试系统的指标和功能，文章主要介绍了一种可程控射频开关模块的设计，详细介绍了其工作原理及电路设计。文章设计的开关电路插入损耗低、通道隔离好、驻波小，能较好的完成自动测试时开关切换的功能。

关键词：射频开关；自动测试；插入损耗

中图分类号：TM564 文献标志码：A 文章编号：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

随着印制电路板组件集成度越来越高，数字收发模块通道数越来越多，测试量越来越大，传统的测试工作量和劳动强度很大。为了减轻劳动强度，提高生产效率，一个自动测试系统是必不可少的，而自动测试时需频繁地将信号源与频谱仪等仪表的输入或输出端打入相应的通道中，可程控多路射频开关的设计就尤为重要了。本文以16路可程控射频开关为例介绍了其工作原理及电路设计，并对开关的各项指标进行了测试。

2 工作原理及电路设计

2.1 工作原理描述

本文设计的开关有1个输入/输出端口（JO）；16个输出/输入端口（J1～J16）；开关的供电电压为+5V；工作频段为10Hz-1.8GHz。

该开关由C1、C2、C3和C4四个不同的高低电平进行组合来完成电路开关选择控制，C1、C2、C3、C4接入4-16译码器的4个地址输入管脚，译码器将C1、C2、C3、C4的不同的组合译码出来，对应的管脚输出为低电平，其余管脚均为高电平。4-16译码器的1.3.5.7.9.10.14.16脚分别接入到8个二选一射频开关芯片的Vctl控制端。

将C2、C3、C4接入3-8译码器的三个地址输入管脚，译码器将C2、C3、C4的各个不同的电平组合译码出来，译码出来的管脚输出为低电平，其余的管脚均为高电平。

将3-8译码器的8个译码输出管脚分别连接8个二选一射频开关芯片的使能管脚，当使能电压电平为高时，该开关芯片工作，当使能电压电平为高时，芯片不工作，这样就实现了译码器对该开关芯片的控制。

系统的末端由于有8个输入信号，1个输出信号，因此，选择了一个8选1集成开关芯片，最终实现整个电路功能。

该开关的控制逻辑如下表1所示（“0”为接GND，“1”为接+5V）：

2.2 主要硬件构成

系统的原理图如图1所示。

（1）译码电路

译码电路主要由一个3-8线译码器和一个4-16线译码器组成。3-8译码器采用SN54LS138，其输入端为4个程控接口的高3位组成，输出端则分别供到末端8个HMC349MS8G开关的使能端，控制这8个开关的状态。3-8译码器采用74LS154，其输入端为4个程控接口信号，经译码后，产生16种控制状态，其1.3.5.7.9.10.14.16脚分别接入末端8个HMC349MS8G开关的Vctl端。

（2）开关电路

开关电路由一片HM253和8片HMC349MS8G组成。

HMC253是Hittite公司生产的一款带有3-8译码器功能的8路射频信号选择开关集成芯片，其引脚关系如图2所示，该芯片插损低（约为1.5dB），8个通路之间的隔离性能优越，供电电压为5V。将该芯片C、B、A 3个选择控制引脚同3-8译码器74LS154的3个控制引脚C2、C3、C4相接，实现通路选择的统一性，从而实现电路对一路信号连通的功能。

该芯片功率损耗低，信号插入损耗小于0.5dB，通道隔离度大于43dB，工作频段为10Hz-1.8GHz的射频信号，采用TTL电平控制信号的通断，其逻辑关系如表2所示。

HMC349MS8G是Hittite公司生产的无反射信号开关，HMC349MS8G最大的特點是能够提供很高的开关信号隔离度，在一般的应用中，HMC349MS8G标称的信号隔离度为50dB到60dB。HMC349MS8G的管脚分布如图3所示。

芯片有两个控制输入端，分别为EN端口和Vctl端口；有两个输出端口，分别为RF1和RF2。两个控制端口的输入控制了信号的输出路径，HMC349MS8G的输出控制真值表如表3所示，其中输入端口的电平为0V-0.8V时芯片认定为低电平，电平为2V-5V时认定为高电平。

在实际应用中，各芯片的EN输入端口由3-8译码器控制，Vctl端由4-16线译码器控制，这样在同一时刻只有一路信号与J0端相通。

3 测试结果

在开关研制成功后，对其各项指标进行了测试，该开关插入损耗大于-3dB，各端口输入驻波小于等于1.4、输出驻波小于等于1.6，电路各输入端口之间的隔离度小于等于-55dB，满足测试需求。

4 结束语

在多通道收发数字电路板自动测试系统中，射频开关电路发挥着至关重要的作用，其性能直接影响着测试速度、测试准确性。该开关稳定性高， 微波特性良好， 能够准确应用于测试系统中电路的切换。目前， 该射频开关已应用于某收发数字电路板测试系统中， 效果良好， 可靠性高。

参考文献：

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