采集卡型應答器測試臺的設計與實現

董曉輝

（沈陽鐵路信號有限責任公司，遼寧 沈陽110020）

應答器是基于射頻識別技術的車-地信息傳輸系統中的地面設備。應答器通過接收車載天線的射頻能量，轉換為工作電能，將上級通信單元或儲存芯片的報文信息以FSK 的形式發送出來，從而實現車-地通信。隨著我國鐵路的快速發展，應答器的應用數量越來越大。

在應答器的生產和應用過程中，需要大量的功能和性能的測試。傳統的應答器測試臺雖然測試功能多，但是占地面積大，且使用儀器儀表較多，成本較高，不適合在生產或應用過程中使用。有些改進的測試臺雖然解決了這些問題，但是在分析應答器數據時使用的通用儀表，從而造成測試效率不高。本文中吸取了改進測試臺的優點，設計并制作了一種采集卡型應答器測試臺。

1 系統原理

圖1 采集卡型應答器測試臺結構圖

采集卡型應答器測試臺由信號發生器產生射頻能量，經過功率放大器放大后傳送給測試天線，射頻能量用來激活應答器，工控機測試軟件通過控制信號發生器改變輸出能量大小，從而產生測試需要的不同的能量。

應答器被激活后，通過A 接口向空間輻射FSK 信號，測試天線接收到FSK 信號，并將采集到的FSK 信號進行濾波，射頻開關K1 將FSK 信號傳輸給信號分析儀或者示波器類高速采集卡進行處理。信號分析儀測量模式設置為頻譜分析，測試信號的信道功率。高速采集卡將FSK 信號轉換成數值數據發送給工控機測試軟件進行數據處理。測試天線上的電流探頭連接功率計，功率計監控測試天線的能量大小，得到的功率值反饋給工控機以控制信號發生器的輸出。

工控機的測試軟件根據第二章的算法要求設計，可以實現對采集數據的分析和計算，并將分析和計算的結果通過屏幕顯示，測試顯示包含了測試達標范圍以及測試結果，最終的測試數據以圖形的形式繪出，可以直觀觀看測試情況以及測試結果。

圖2 采集卡型應答器測試臺連接圖

2 測試過程

2.1 輸入輸出特性測量

在測試時候，將信號發生器輸出設置為正弦波，頻率為27.095MHz，表1 給出了27MHz 磁通量等級的Pcs 偏移量。測試應該從最低磁通量開始，遞增到磁通量Φd4，然后通量應該再次遞減到表中的最低磁通量。將信號分析儀設置為中心頻率為4.23MHz，測量帶寬為1.2MHz 的信道功率測量模式，對FSK 信號進行功率測量，通過工控機讀取測量結果，工控機測試軟件會記錄每個射頻能量及對應的FSK 信號功率，通過描點的方式顯示。

表1 27MHz 磁通量偏置

2.2 上行鏈路信號特性測量

工控機測試軟件將高速采集卡得到的FSK 波形數據進行頻率、幅度分析，將fH 連續8 個波形、fL 連續7 個波形定義為1bit數據，然后進行以下形式的處理：

2.2.1 中心頻率及頻率偏移

對FSK 信號使用一個16bit 的窗口，從窗口中找出fHmax、fLmax、fHmin 和fLmin，使其滿足：

(fLmax+fHmax)/2 < 4.234MHz+175kHz=4.409MHz；

(fLmin+fHmin)/2 > 4.234MHz-175kHz=4.059MHz；

(fHmax-fLmin)/2 < 282.24kHz×（1+7%）=302.00kHz；

圖3 應答器輸入輸出特性測量結果圖

圖4 應答器上行鏈路信號特性測量結果圖

(fHmin-fLmax)/2 > 282.24kHz×（1-7 %）=262.48kHz；

然后窗口前移1 位，直到測量結束。

2.2.2 MTIE 2

對于1 位≤τ≤5 位，MTIE 2=236×10-9s

對于5 位<τ≤50 位，MTIE 2=370×10-9s

對 于50 位<τ ≤1000 位，MTIE 2=2.5×τ×10-6/564.48+148×10-9s

其中，τ 是觀察間隔（位），MTIE 是相對于平均數據率測量的。

碼元平均速率被定義為1500 除以1500 個連續數據位的長度。對于任何連續的1500 位，碼元平均率應為564.48kbit/s，總公差為±2.5%。

2.2.3 幅度抖動

在400us～800us 窗口內每一位的幅度抖動不超過窗口內算數平均值的+1.5/-2.0 分貝。

2.3 測試臺的組裝

集卡型應答器測試臺使用的儀器儀表通過GPIB/USB 等通信方式與工控機機通信，濾波器選擇Mini-Circuits 的SLP-10.7，低通截止頻率為11MHz，前置放大器選擇Mini-Circuits 的ZFL-500，截止頻率為500 MHz，開關選擇射頻繼電器JPT3，使用直流24V 供電，頻帶范圍在DC-1GHz，器件的接頭種類為SMA接頭，既保證了連接可靠性，又做到小型化。連接電纜使用半鋼柔性電纜，增強了整個切換單元的可靠性。由于應答器輸入輸出測量和上行鏈路信號特性測量的測試高度不同，所以在測試中增加木質墊塊調整應答器的高度。

3 測試結果

通過上述設計要求，將測試臺所需的儀器儀表進行組裝，并將測試軟件安裝于測試臺工控機，然后使用測試軟件對應答器產品進行自動測試，應答器輸入輸出特性測量如圖3 所示，應答器上行鏈路信號特性測量（中心頻率及頻率偏移、MTIE2、幅度抖動）如圖4 所示，測試結果達到預期，滿足設計要求。

4 結論

本文根據目前應答器產品的測試需求，設計制作了一種采集卡型應答器測試臺，能夠方便進行應答器輸入輸出特性測量和上行鏈路信號特性測量（中心頻率及頻率偏移、MTIE2、幅度抖動）。由于使用了高速采集卡，射頻切換單元和半剛性電纜等儀表和配件，使整個測試臺更加緊湊、使用方便、節省空間，提高了測試臺的可靠性。同時，測試結果準確，測試軟件顯示結果比較直觀，有利于測試臺的推廣應用。