TD-SCDMA 终端综合测试仪射频合路模块的设计与

1、TD-SCDMA 终端综合测试仪射频合路模块的设计与    摘 要：射频合路模块介于天线与收发信机射频链路之间，其性能关系到整个系统的性能。本文通过对终端综合测试仪中射频合路模块的需求进行分析，提出了一种通用合路模块方案，并在此基础上进行了详细分析与电路设计。通过实际测试确定达到了指标要求。关键词：TD-SCDMA; 合路器；PIN 开关二极管；同轴电缆中图分类号：TN929.531 引 言作为第三代移动通信标准的TD-SCDMA 系统在我国逐步发展起来，为保障TD-SCDMA产业链的完整、提升产业化的可靠性和竞争优势，TD-SCDMA 终端产业迫切需要

2、一个综合的测试平台。在GSM 和CDMA 终端生产的测试仪表中，国外的测试仪表生产公司已经占据了大部分市场，但是在TD-SCDMA 系统的终端测试领域，国内市场还处于起步阶段，具有广阔的发展空间。终端综合测试仪射频合路模块包括数字和模拟两部分。作者从插入损耗、隔离度、回波损耗等合路器的根本指标出发，完成了射频合路模块的原理设计；参与了从芯片选型和评估、ADS 仿真、PCB 设计、射频合路模块各部分的调试，直至最后测试仪整体硬件联调的全套流程。2 合路模块总体功能描述及指标分析A模拟部分数字部分BCPCI BUS状态控制图1 合路模块基本框图合路模块由数字和模拟两部分组成，如图1 所示，分别由数

3、字板卡和模拟板卡实现，模-2-拟板卡前端分别为A,B,C 和四个射频端口。A 口连接射频接收模块，B 口连接射频发送模块，C 口输出至机箱外备用，口连接测试终端。作为通用的合路模块，各端口可以灵活配置。该合路模块的四个端口分别为双向3 输入和1 输出，3 个端口等价对称，适用于250MHz到3GHz 的频率范围，有三种工作模式：a. ABC-模式下，在上行链路方向上接收来自被测终端的射频信号，经过衰减和温度补偿等过程，将射频信号发送到射频接收板。在下行链路方向上将射频发送模块发送的射频信号传至终端，带动终端进入通话状态，实现双方信息的交互。b. A-, B-C 模式下，提供测试仪外部自环功能，

4、可以更加方便灵活地搭建测试平台；c. C-, A-B 模式下，提供内部闭环功能，以实现测试仪内部校准功能，以提高测试仪性能。射频合路模块设计时，其性能指标的确定和分析尤为重要，依据终端综测仪的应用和通用性分析，确定其性能指标为如下几项：频率范围：300Mhz3000Mhz插入损耗：A、B、C 和端口之间小于15dB，A 和B，B 和C 之间小于2dB。回波损耗：端口大于20dB，A、B、C 端口大于16 dB。隔离度：A 和C，A 和B，B 和C 之间均大于35dB。此外，需要考虑的性能指标还有功耗，以及单板高温、老化、产品测试的性能和稳定性、一致性等。3 合路器关键部分的设计射频合路模块的模

5、拟部分的结构如图2 所示。模拟部分主要分为控制逻辑部分，开关矩阵部分，链路损耗调节电路部分，匹配电路部分，同轴电缆隔离器部分，合路网络部分。同 轴 电 缆同 轴 电 缆开关开关开关ACB二合路网络二合路网络控制逻辑来自数字板的FPGA衰减网络匹配电路图2 合路模块模拟部分结构射频合路模块常用的三种工作模式详细逻辑为：ABC-，当选择这种工作方式时，模拟板内部的开关阵列进行相应的通断调整，A 口-3-通过模拟板内部的开关阵列、衰减网络、同轴电缆隔离器、一路电阻合路网络后，与输出口连通。B 口通过模拟板内部的开关阵列、同轴电缆隔离器、两路电阻合路网络后，与输出口连通。C 口通过模拟板内部的开关阵列

6、、两路电阻合路网络后，与输出口连通。A-，B-C，当选择这种工作方式时，模拟板内部的开关阵列进行相应的通断调整，A口通过模拟板内部的开关阵列、衰减网络、同轴电缆隔离器、一路电阻合路网络后，与输出口连通。B 口通过模拟板内部的开关阵列直连到C 口，B 路和C 路到的电路被开关阻断。C-，A-B，当选择这种工作方式，与第二种工作方式同理。3.1 开关电路设计PIN 管的特性是可以以用低直流电平来控制高功率的射频信号，具有体积小、控制功率小、控制速度快等特点。为了满足合路器端口间隔离度的要求，该开关电路采用了多个PIN管串联的设计。A 链路B 链路C 链路A1控制点B1控制点C1控制点A2控制点B2

7、控制点C2控制点2个PIN二极管2个PIN二极管2个PIN二极管5个PIN二极管5个PIN二极管图3 开关阵列示意图如图3 所示，开关阵列是由多个PIN 二极管组成，其中在A-、B-、C-链路上分别由两个PIN 二极管负责电路的通断，在A-B 和B-C 之间链路分别由五个PIN 二极管负责电路的通断。这是为电路中匹配阻抗的需求、链路插入损耗确定和A-B 和B-C 之间隔离度的要求设计的。由于PIN 二极管本身有等效串联电阻，因此在考虑电路的阻抗匹配和连续性时，需要将二极管本身的串联电阻考虑进去，开关关断后电流泄漏因开关管的数量增加而减少，但因为其串联电阻的原因，选择仅选用两个PIN 管即可保证

8、电流很少泄漏。其次，因为链路插入损耗在三条路径上等值的情况下越小越好，考虑到PIN 开关二极管的插入损耗参数的大小，选用二个较为合适。最后，在确定A-B 和B-C 之间隔离度的要求时，经过ADS 仿真，在5 个PIN 二极管串联的情况下，在250MHz 到3GHz 的频率范围内，其隔离度可以达到40dB 以上，几乎没有电流的泄漏，因此满足了指标需求。表1 为不同工作模式下个控制点状态：-4-表1 开关模式对应的控制点电平逻辑工作模式 各控制点电平逻辑ABC- A1>A2, B2>B1, C1>C2, A1>B1, C1>B1A-，B-C A1>A2, A1&

9、gt;B1>B2, B1>C1, C2>C1C-，A-B A2>A1, B1>A1, B1>B2, C1>B1, C1>C23.2 同轴电缆隔离器的设计为了满足A、B 端口间隔离度要求，A-，B-两条信号链路中采用了同轴电缆隔离器的设计。原理如图4 所示：连接到口平衡不平衡I2I1连接到B链路R1相当于口所接的匹配负载R150R350R450R250I3I4I5I6R2、R3、R4共消耗6dB功率1/4abc连接到A链路图4 同轴电缆隔离器原理在理想情况下，从A 链路过来的射频信号可以传输到口供给负载，并没有信号流入B链路，达到A-B 之间的完全

10、隔离；反之，若从口过来的射频信号，由于这种电流平衡状态被打破，有部分电流进入A 链路，剩余部分电流全部进入了B 链路，这也正符合合路器反过来为耦合的功能需求；由B 链路过来的射频信号，由于a 点、b 点对地电阻相等即电势相等，故I5 和I6 平分其电流，且分别全部传输到R1 和R2 上，同轴电缆内外导体上均无电流，达到B-A 之间的完全隔离。-5-4 实际测试结果图5 ABC-模式下，A 和端口间插损及回损测试图6 ABC-模式下，B 和C 端口间隔离度及回损测试通过测试曲线可知，射频合路模块各个端口以及端口之间的插入损耗、隔离度和回波损耗等参数都符合了预期指标需求，对设计结果进行了很好的验证

11、。5 结论本文详细描述了TD-SCDMA 终端综合测测仪射频合路模块设计与实现，给出了该合路模块的逻辑框图，具体说明了射频模块中关键部分的电路设计，并通过给出的测试曲线和测试数据对设计结果进行了验证。从验证结果可以看出，在保证测试仪各功能都顺利实现的情况下，射频合路模块的设计在各个方面都基本满足预期设计指标的要求。-6-参考文献1 闫润卿，李英惠微波技术基础M，北京理工大学出版社，1997.12。2 Reinhold Ludwig, Pavel Bretcheko. 射频电路设计理论及应用M，王子宇等译。北京：科学出版社，2002.3 英飞凌公司，Carrier Lifetime and Fo

12、rward Resistance in RF PIN-Diodes, Application Note No. 034.Design and Implement of RF Combiner in TD-SCDMAWireless Communication Test SetXu FeiSchool of Information and Communication Engineering, Beijing University of Posts andTelecommunications, Beijing (100876)AbstractThe performance of the RF Combiner, which is between antenna and transceiver, impacts the wholecommunication system. In this paper, a new scheme and detail design is presented based on therequirement analysi