可程控射頻開關設計

程玉強　崔祺

摘 要：可程控射頻開關是整個自動測試系統的核心，其性能直接影響自動測試系統的指標和功能，文章主要介紹了一種可程控射頻開關模塊的設計，詳細介紹了其工作原理及電路設計。文章設計的開關電路插入損耗低、通道隔離好、駐波小，能較好的完成自動測試時開關切換的功能。

關鍵詞：射頻開關；自動測試；插入損耗

中圖分類號：TM564 文獻標志碼：A 文章編號：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

隨著印制電路板組件集成度越來越高，數字收發模塊通道數越來越多，測試量越來越大，傳統的測試工作量和勞動強度很大。為了減輕勞動強度，提高生產效率，一個自動測試系統是必不可少的，而自動測試時需頻繁地將信號源與頻譜儀等儀表的輸入或輸出端打入相應的通道中，可程控多路射頻開關的設計就尤為重要了。本文以16路可程控射頻開關為例介紹了其工作原理及電路設計，并對開關的各項指標進行了測試。

2 工作原理及電路設計

2.1 工作原理描述

本文設計的開關有1個輸入/輸出端口（JO）；16個輸出/輸入端口（J1～J16）；開關的供電電壓為+5V；工作頻段為10Hz-1.8GHz。

該開關由C1、C2、C3和C4四個不同的高低電平進行組合來完成電路開關選擇控制，C1、C2、C3、C4接入4-16譯碼器的4個地址輸入管腳，譯碼器將C1、C2、C3、C4的不同的組合譯碼出來，對應的管腳輸出為低電平，其余管腳均為高電平。4-16譯碼器的1.3.5.7.9.10.14.16腳分別接入到8個二選一射頻開關芯片的Vctl控制端。

將C2、C3、C4接入3-8譯碼器的三個地址輸入管腳，譯碼器將C2、C3、C4的各個不同的電平組合譯碼出來，譯碼出來的管腳輸出為低電平，其余的管腳均為高電平。

將3-8譯碼器的8個譯碼輸出管腳分別連接8個二選一射頻開關芯片的使能管腳，當使能電壓電平為高時，該開關芯片工作，當使能電壓電平為高時，芯片不工作，這樣就實現了譯碼器對該開關芯片的控制。

系統的末端由于有8個輸入信號，1個輸出信號，因此，選擇了一個8選1集成開關芯片，最終實現整個電路功能。

該開關的控制邏輯如下表1所示（“0”為接GND，“1”為接+5V）：

2.2 主要硬件構成

系統的原理圖如圖1所示。

（1）譯碼電路

譯碼電路主要由一個3-8線譯碼器和一個4-16線譯碼器組成。3-8譯碼器采用SN54LS138，其輸入端為4個程控接口的高3位組成，輸出端則分別供到末端8個HMC349MS8G開關的使能端，控制這8個開關的狀態。3-8譯碼器采用74LS154，其輸入端為4個程控接口信號，經譯碼后，產生16種控制狀態，其1.3.5.7.9.10.14.16腳分別接入末端8個HMC349MS8G開關的Vctl端。

（2）開關電路

開關電路由一片HM253和8片HMC349MS8G組成。

HMC253是Hittite公司生產的一款帶有3-8譯碼器功能的8路射頻信號選擇開關集成芯片，其引腳關系如圖2所示，該芯片插損低（約為1.5dB），8個通路之間的隔離性能優越，供電電壓為5V。將該芯片C、B、A 3個選擇控制引腳同3-8譯碼器74LS154的3個控制引腳C2、C3、C4相接，實現通路選擇的統一性，從而實現電路對一路信號連通的功能。

該芯片功率損耗低，信號插入損耗小于0.5dB，通道隔離度大于43dB，工作頻段為10Hz-1.8GHz的射頻信號，采用TTL電平控制信號的通斷，其邏輯關系如表2所示。

HMC349MS8G是Hittite公司生產的無反射信號開關，HMC349MS8G最大的特點是能夠提供很高的開關信號隔離度，在一般的應用中，HMC349MS8G標稱的信號隔離度為50dB到60dB。HMC349MS8G的管腳分布如圖3所示。

芯片有兩個控制輸入端，分別為EN端口和Vctl端口；有兩個輸出端口，分別為RF1和RF2。兩個控制端口的輸入控制了信號的輸出路徑，HMC349MS8G的輸出控制真值表如表3所示，其中輸入端口的電平為0V-0.8V時芯片認定為低電平，電平為2V-5V時認定為高電平。

在實際應用中，各芯片的EN輸入端口由3-8譯碼器控制，Vctl端由4-16線譯碼器控制，這樣在同一時刻只有一路信號與J0端相通。

3 測試結果

在開關研制成功后，對其各項指標進行了測試，該開關插入損耗大于-3dB，各端口輸入駐波小于等于1.4、輸出駐波小于等于1.6，電路各輸入端口之間的隔離度小于等于-55dB，滿足測試需求。

4 結束語

在多通道收發數字電路板自動測試系統中，射頻開關電路發揮著至關重要的作用，其性能直接影響著測試速度、測試準確性。該開關穩定性高， 微波特性良好， 能夠準確應用于測試系統中電路的切換。目前， 該射頻開關已應用于某收發數字電路板測試系統中， 效果良好， 可靠性高。

參考文獻：

[1]嚴豐慶，錢澄.射頻開關及其在通信系統中的應用[J].電子器件，2005，28（1）.

[2]路雪蓮，吳鳴鳴.一種新型微波射頻開關（4×2）的設計與應用[J].國外電子元器件，2008（2）.