黃玉斌，范朝元，鐘志強，逯玉宏，唐先建

（重慶金美通信有限責任公司，重慶，400030）

0 引言

在無線通信設(shè)備測試測量領(lǐng)域，需要用到各種通用和專用的功率測量儀器，功率測試測量儀器用于完成對各種無線通信設(shè)備發(fā)射機不同頻點的發(fā)射功率測試。發(fā)射功率是表征射頻信號特性的一個重要參數(shù)，隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展，對射頻信號功率的精確測量已成為無線通信測量中的重要一環(huán)[1]。但是，在測試測量儀器作為功率測量儀器首先需要對自身的精度進行校準。傳統(tǒng)的校準方法是通過信號源和測試儀器互聯(lián)，采用人工手動進行校準，每次校準涉及數(shù)百甚至上千個頻點，如果是批量生產(chǎn)，則需要校準的頻點數(shù)目將不計其數(shù)。人工手動校準方法存在效率低、頻點覆蓋率不全、容易出錯等問題。

為了解決上述問題，本文提出了一種基于Windows編程工具VC++設(shè)計的一款界面控制軟件，通過遠程自動控制KEYSIGHT信號發(fā)生器，實現(xiàn)了對功率測試儀的功率測量精度進行自動校準。極大的提高測量儀器自身的校準效率和準確性，該技術(shù)可以廣泛應用于測試測量儀器的研發(fā)和批生產(chǎn)過程。

1 功率校準

功率校準是指用信號源標定功率類測試測量儀表不同頻點基準功率值的過程。功率校準連接圖如圖1所示。

圖1 功率校準連接圖

測試儀的射頻功率檢測模塊由可編程衰減器[2]，檢波器[3]，MCU[4]等組成。測試儀獲取功率校準值的原理為：信號源輸出某個幅度功率值，通過檢波器輸出的偏置電壓為VTADJ；MCU通過AD采集偏值電壓VTADJ，并且經(jīng)過多次采樣后取平均得到一個穩(wěn)定的數(shù)值，這個值即為當前頻點測試儀對應的功率校準值。

功率校準值是通過平滑差值計算的方法得到的。平滑差值常用的計算方法有二次曲線法和多點斜率法，其中多點斜率法采用了多條直線段來模擬曲線的線性度，比二次曲線有更好的線性度；同時又不需要復雜的算法去根據(jù)采樣點生成二次曲線公式，所以采用了多點斜率法來計算功率校準值。如表1所示為測試儀校準得到部分頻點功率校準值表。

表1 部分信號源標定值對應功率校正值表

獲取所有頻點功率校準值后，可得到一個功率校準值查找表，此時將圖1中的信號源變?yōu)槿我鉄o線通信設(shè)備的發(fā)射機，MCU得到的采樣值通過查找表并結(jié)合之前的數(shù)學線性關(guān)系進行轉(zhuǎn)換計算，就可得到被測設(shè)備的射頻輸出功率。計算流程如圖2所示。

圖2 射頻功率輸出計算流程圖

2 自動功率校準

由于硬件的個體差異，單個測試儀設(shè)備獲取的功率校準值不能通用，為保證每個測試儀的功率測試精度，每個測試儀在出廠之前都必須進行功率校準，如果是手動的方式完成的功率校準工作，工作量巨大，手動校準過程繁瑣，并且由于重復操作次數(shù)數(shù)量巨大，這會大大增加操作過程出錯的風險。

為縮短校準完成時間及避免操作錯誤風險，有必要在PC端設(shè)計一款自動功率校準軟件，能夠同時進行儀器控制和串口通信，用程序執(zhí)行的方式代替人工手動校準過程。

2.1 編程工具

自動功率校準控制軟件編程工具選擇了VC++，選擇的版本為較新的VS2010，其類庫和開發(fā)技術(shù)都比較完善。

VC++全稱是Visual C++，是由微軟提供的C++開發(fā)工具。VC++不僅是一個編譯器更是一個集成開發(fā)環(huán)境，包括編輯器、調(diào)試器和編譯器等，一般它包含在Visual Studio中。Visual Studio包含了VB、VC++、C#等編譯環(huán)境。

軟件的具體開發(fā)使用到的是VC++的MFC。MFC全稱Microsoft Foundation Classes（微軟基礎(chǔ)類庫），它是VC++的核心，是C++與Windows API的結(jié)合，很徹底的用C++封裝了Windows SDK中的結(jié)構(gòu)和功能，還提供了一個應用程序框架，此應用程序框架為軟件開發(fā)者完成了一些例行化的工作，比如各種窗口、工具欄、菜單的生成和管理等，不需要開發(fā)者再去解決那些很復雜很乏味的難題，大大減少了軟件開發(fā)者的工作量，提高了開發(fā)效率。

2.2 遠程控制儀器和串口通信

自動功率校準的首要任務(wù)是通過PC實現(xiàn)遠程控制信號源。選擇的信號源為KeySight公司的E8257D。

E8257D提供了4種接口：GPIB、LAN、RS232和USB，用戶可選擇其一進行儀器的遠程控制操作。所有接口中LAN和USB比較常用，軟件開發(fā)選擇的LAN以太網(wǎng)口[5]。

以太網(wǎng)口遠程控制信號源可選擇的通信協(xié)議包括：VXI-11、Sockets LAN、TELNET、FTP及LXI。其中又以VXI-11和Sockets Lan最常用,軟件開發(fā)選擇的VXI-11。

VXI-11規(guī)范屬于VXIbus規(guī)范集，定義了控制器和設(shè)備通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信的網(wǎng)絡(luò)儀器協(xié)議。VXI-11又稱為TCP/IP協(xié)議，針對所有基于LAN的測試設(shè)備，幾乎支持所有的KeySight儀器。

KeySight公司為用戶提供了指令集SCPI對儀器進行遠程操作。SCPI(可編程儀器標準命令)是架構(gòu)在IEEE488.2上的新一代儀器控制語法，是一種基于ASCII的儀器編程語言。SCPI作為儀器程控命令，實現(xiàn)對儀器的控制，使得不同測試儀器的相同功能具有相同的命令形式。自動功率控制軟件開發(fā)主要采用SCPI指令實現(xiàn)對信號源的具體操作[6]。

除實現(xiàn)遠程控制儀器以外，控制軟件另外一個主要功能是實現(xiàn)與測試儀的串口通信，通過串口設(shè)置測試儀射頻模塊相關(guān)參數(shù)，并獲取MCU計算得到的參數(shù)對應功率校正值。

需要MFC設(shè)計實現(xiàn)的幾個主要串口通信功能包括：

（1）初始化界面：自動獲取全部可用串口。

（2）打開串口：讀取串口號，初始化波特率、校驗位、數(shù)據(jù)位等串口參數(shù)（如果串口已打開則關(guān)閉）。

（3）發(fā)送數(shù)據(jù)：更新控件狀態(tài)，進入串口事件驅(qū)動函數(shù)，讀緩沖區(qū)并完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

（4）退出界面（串口若開啟，則關(guān)閉串口后退出）。

2.3 自動功率校準實現(xiàn)流程

為實現(xiàn)測試儀自動功率校準搭建的硬件連接環(huán)境如圖3所示。

圖3 自動功率校正硬件實現(xiàn)環(huán)境

自動功率校準的核心是通過有序的設(shè)置信號源和測試儀，獲取測試儀所有頻點的所有電平的功率校準反饋值，保存在測試儀內(nèi)部存儲器中，用于測試儀的功率測試功能。具體流程如圖4所示。

圖4 自動功率校正流程圖

從流程圖可以看到，要獲取所有的功率校準值，就需要對信號源及串口操作2000多次，純?nèi)斯げ僮鞯脑捁ぷ髁肯喈斁薮螅捎脠D5所示的自動功率校正控制軟件，只需要調(diào)試人員點擊幾個按鈕，所有的流程工作即可完成。

圖5 自動功率校正界面控制軟件

2.4 實用測試結(jié)果

將自動功率校準軟件完成功率校準的測試儀設(shè)備用于實際測試，測試了某無線設(shè)備的發(fā)射功率，將測試儀測得結(jié)果與標準功率計測得結(jié)果比較，差值在±0.5dBm以內(nèi)，符合預期，與手動校準的設(shè)備性能一致。之前完成一次手動功率校準的時間大概需要1天時間，而自動功率校準完成的時間大概在10分鐘左右，并且可以隨時重復校準。

3 結(jié)語

測試儀在出廠應用之前必須進行功率校準，考慮到手動功率校準工作量巨大，耗時耗力，所以有必要實現(xiàn)測試儀的自動功率校準。通過采用自動功率校準界面控制軟件，成功實現(xiàn)了自動功率校準。實踐結(jié)果表明，本設(shè)計技術(shù)極大的提高測量儀器自身的校準效率和準確性，可以廣泛應用于測試測量儀器的研發(fā)和批生產(chǎn)過程。