射频微波芯片模块及系统的自动测量及优化EDA仪器的制作方法

射频微波芯片模块及系统的自动测量及优化eda仪器
技术领域
1.本发明涉及射频微波芯片、模块及系统eda（electronic design automation——电子设计自动化）领域，尤其是一种可以解决现有射频微波eda仿真软件误差大的难题、且设计值100%符合实际电路、可大大提高复杂射频微波电路及系统的设计效率的射频微波芯片模块及系统的自动测量及优化eda仪器。


背景技术：

2.射频微波芯片、模块及系统的设计通常采用eda仿真软件，常用的射频微波eda仿真软件有美国的ads、hfss、cadence等。
3.但是，由于射频微波电路中存在大量的寄生效应、串扰等因素，因而射频微波芯片、模块及系统从上述eda设计变成实际电路后，存在着各种误差，特别是对于大信号、大功率器件、非线性器件，这个误差往往会比较大，很难设计到最佳值；且频率越高，误差越大，难度越大。
4.因此，发明一种eda仪器，在前期仿真设计的基础上，使用它，在很宽频率范围内自动匹配和测试、验证及优化被测芯片、模块及系统，快速找到被测件真正的最优参数，具有重要意义。


技术实现要素：

5.为了解决现有的射频微波eda仿真软件误差大、无法100%达到真正的最优值的难题，本发明提供一种软硬件结合的射频微波芯片、模块及系统的自动测量及优化eda仪器，这是一种快速、宽带的自动阻抗控制仪器，能使设计者在完全真实的操作条件下，将很宽频率范围的已知的源阻抗及负载阻抗加到被测器件（dut）上，从而找出 dut 参数的各种变化以及最佳值，快速得到所需的最优设计参数。该eda仪器可覆盖从dc到110ghz、从线性到非线性、从小功率（毫瓦级）到超大功率（数千瓦）、从基波到高次谐波、从脉冲波到连续波、从单个器件到整机等的全方位eda设计，大大提高了复杂射频微波电路及系统的设计效率且设计值100%符合实际电路，使之成为设计人员高效而有用的工具。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：射频微波芯片模块及系统的自动测量及优化eda仪器（eqp），由平板电脑（u0）、接口1（if1）、接口2（if2）、电子控制电路（u1）、水平电机（u2）、垂直电机（u3）、水平开关（u4）、垂直开关（u5）、水平传动装置（g）、丝杠（s）、垂直传动装置（l）、矢量探头装置（p）、传输线（t）、输入连接器（c1）、输出连接器（c2）和电源适配器（u6）组成。平板电脑（u0）通过接口1（if1）连接到电子控制电路（u1）内的接口芯片，而其接口2（if2）则作为eqp和外围仪器设备的控制接口；电子控制电路（u1）分别通过接口p1-p4连接到水平电机（u2）、垂直电机（u3）、水平开关（u4）和垂直开关（u5），水平电机（u2）连接到水平传动装置（g），水平传动装置（g）连接到丝杠（s），丝杠（s）连接到垂直传动装置（l），因而丝杠（s）运动将带动整个垂直传动装置（l）作水平运动，而垂直传动装置（l）又连接到矢量探头装置（p），故可带动矢量探头装置（p）的水平运动；另，垂直电机（u3）也连接到垂直
传动装置（l），带动矢量探头装置（p）的垂直运动；矢量探头装置（p）插入到传输线（t）中，输入连接器（c1）和输出连接器（c2）连接到传输线（t）的两端，水平开关（u4）、垂直开关（u5）安装在传输线（t）中，电源适配器（u6）将交流电转换为直流电压，对平板电脑（u0）、电子控制电路（u1）、水平电机（u2）、垂直电机（u3）、水平开关（u4）、垂直开关（u5）进行供电。以上组成一套完整的射频微波芯片模块及系统的自动测量及优化eda仪器(eqp)。
7.综上所述，该射频微波芯片模块及系统的自动测量及优化eda仪器是将微波传输线、矢量探头、电子控制电路、计算机自动测量及eda软件的系统集成。
8.众所周知，射频微波传输、放大及信号处理的优化，本质上是匹配问题，它关系到信号完整性问题，匹配好了，就能得到射频微波芯片、模块和系统的最优性能指标参数（如输出功率、效率、增益、线性度、谐波、噪声、imd、acpr等等）。
9.在所述的射频微波芯片模块及系统的自动测量及优化eda仪器（eqp）结构中，平板电脑（u0）通过内置的自动测量及优化eda软件，控制矢量探头装置（p）在传输线（t）中的位置，而一个位置对应着smith圆图上的一个阻抗点（v），因此，通过上述的自动测量软件可真实模拟smith圆图上的各种阻抗，并通过接口2（if2）控制外接的仪器设备（如信号发生器、功率计、频谱仪等），自动扫描及测量各种阻抗条件下的射频微波芯片、模块和系统的性能指标参数，得到海量测量数据；通过上述的优化eda软件对数据进行分析处理，即可得到真正的最优化的性能指标参数。
10.由于所述的矢量探头装置（p）、传输线（t）、输入连接器（c1）和输出连接器（c2）可根据频率范围、功率容量等来进行设计，因而所述的射频微波芯片模块及系统的自动测量及优化eda仪器可覆盖从dc到110ghz、从线性到非线性、从小功率（毫瓦级）到超大功率（数千瓦）、从基波到高次谐波、从脉冲波到连续波、从单个器件到整机等的全方位eda设计。
11.本发明的有益效果是，解决了现有的射频微波eda仿真软件误差大的难题，大大提高了复杂射频微波电路及系统的设计效率且设计值100%符合实际电路，使之成为设计人员高效而有用的工具。
附图说明
12.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
13.图1是本发明的总体连接图，它组成一套完整的射频微波芯片、模块及系统的自动测量及优化eda仪器。
14.图2是本发明实施例的smith圆图上的阻抗点变化的扫描示意图。
15.图3是本发明实施例的结构图主视图（透视）。
16.图4是本发明实施例的结构图右视图。
17.图5是本发明实施例的电路结构原理图。
18.图6是本发明实施例的具体应用连接图。
19.图中u0：平板电脑，if1：内部控制接口1，if2：用于和外围仪器设备连接的接口2，u1：电子控制电路，u2：水平电机，u3：垂直电机，u4：水平开关，u5：垂直开关，g：水平传动装置，s：丝杠，l：垂直传动装置，p：矢量探头装置，t：传输线，c1：输入连接器，c2：输出连接器，u6：电源适配器，b: 机脚，eqp: 射频微波芯片模块及系统的自动测量及优化eda仪器整机；
v: smith圆图上的阻抗点，o：smith圆图上的中心点；u1-1：usb接口芯片，u1-2：地址解码与输入/输出接口电路，u1-3：电机驱动电路，u1-4：开关及状态检测电路，usb：内部控制的usb接口（if1的实施例），gpib：用于和外围仪器设备连接的gpib通用接口（if2的实施例）；gen: 信号发生器，dut：device under test被测件，pm：功率计。
具体实施方式
20.在图1中，平板电脑（u0）通过接口1（if1）接到电子控制电路（u1），而接口2（if2）则作为eqp整机和外围仪器设备的控制接口，电子控制电路（u1）连接到水平电机（u2）、垂直电机（u3）、水平开关（u4）和垂直开关（u5），水平电机（u2）连接到水平传动装置（g），水平传动装置（g）连接到丝杠（s），丝杠（s）连接到垂直传动装置（l），带动整个垂直传动装置（l）作水平运动，而垂直传动装置（l）连接到矢量探头装置（p），因而可带动矢量探头装置（p）的水平运动；垂直电机（u3）也连接到垂直传动装置（l），带动矢量探头装置（p）的垂直运动；矢量探头装置（p）插入到传输线（t）中，输入连接器（c1）和输出连接器（c2）连接到传输线（t）的两端，水平开关（u4）、垂直开关（u5）安装在传输线（t）中，电源适配器（u6）将交流电转换为直流电压，对平板电脑（u0）、电子控制电路（u1）、水平电机（u2）、垂直电机（u3）、水平开关（u4）、垂直开关（u5）进行供电。以上组成了一套完整的射频微波芯片模块及系统的自动测量及优化eda仪器（eqp）。
21.图2是smith圆图上阻抗点（v）变化的扫描示意图，在smith圆图上的一个点，对应着矢量探头装置（p）在传输线（t）中的一个位置。
22.在图3、图4所示的本发明实施例的结构图主视图（透视）及右视图中，其结构由平板电脑（u0）、电子控制电路（u1）、水平电机（u2）、垂直电机（u3）、水平开关（u4）、垂直开关（u5）、水平传动装置（g）、丝杠（s）、垂直传动装置（l）、矢量探头装置（p）、传输线（t）、两输入输出连接器（c1和c2）、电源适配器（u6）和机脚（b）组成,平板电脑（u0）置于整台仪器的前面，通过内置的控制软件经电子控制电路（u1）控制水平电机（u2）、垂直电机（u3）的运动。水平电机（u2）带动水平传动装置（g）转动，进而带动丝杠（s）转动，因丝杠（s）连接到垂直传动装置（l），垂直传动装置（l）连接到矢量探头装置（p），故使矢量探头装置（p）水平运动；而垂直电机（u3）也连接到垂直传动装置（l），故垂直电机（u3）带动垂直传动装置（l）垂直运动，进而带动矢量探头装置（p）的垂直运动。因矢量探头装置（p）插入到传输线（t）中，故可带动矢量探头装置（p）在传输线中水平、垂直运动。此外，水平开关（u4）安装在丝杠（s）旁边，垂直开关（u5）安装在垂直传动装置（l）旁边，用于检测矢量探头装置（p）的位置及状态。
23.在图5所示的实施例电路结构原理图中，平板电脑（u0）通过usb接口连接到电子控制电路（u1）的usb接口，而gpib接口则直接通过u1引出gpib口，用于和外围仪器设备的连接；u1由usb接口芯片（u1-1）、地址解码与输入/输出接口电路（u1-2）、电机驱动电路（u1-3）和开关及状态检测电路（u1-4）组成。u1-1采用cypress公司的专用usb接口芯片an2131qc，它集成了一个改进的8051微处理器内核及usb接口电路，其功能是：对串行数据进行编码和解码，完成错误纠正、码位填充、以及其它一些usb需要的信号级操作，最后发送数据字节到usb端口或从usb端口接收数据字节。eeprom（24lc00/01/64）为储存系统id的电可擦除只读存储器，连接到u1-1的i2c接口（scl、sda），用于识别系统的类别及特性。u1-1具有连接自动
识别功能，它有一个描述符表，记录了本身的要求和性能，当启动平板电脑（u0）时，平板电脑向地址0（u1-1第一次连接时必须响应地址0）发送获取描述符/设备的请求，u1-1响应请求，向平板电脑发送eeprom的id数据，告诉它的身份；平板电脑再向u1-1发出地址设定的请求，为u1-1提供一个唯一的地址；然后平板电脑发出多个获取描述符的请求，以获取更多u1-1的信息。据此，平板电脑已经得到u1-1的端点数目、电源要求、所需总线带宽，并下载驱动程序。至此，u1-1已经被连接，并且已经自动装上u1-1的驱动程序，可以使用了。此外，晶振y和c1、c2组成振荡电路。usb接口芯片（u1-1）的数据线（d0-d7）、地址线（a0-a15）及读（rd）写（wr）线连接到地址解码与输入/输出接口电路（u1-2）， u1-2接口pa0-pa7连接到电机驱动电路（u1-3），其输出（y0-y7）驱动水平电机（u2）和垂直电机（u3）；另外，水平开关（u4）和垂直开关（u5）的状态分别输出到开关及状态检测电路（u1-4）的输入口（c0-c7），读取开关及状态。u1-3采用uln2803大电流驱动集成电路，u1-4采用标准输入缓冲芯片ls244，u4、u5采用松下公司的pm-u24光电传感器阵列；电源适配器（u6）将交流电转换为直流电压，对平板电脑（u0）、电子控制电路（u1）、水平电机（u2）、垂直电机（u3）、水平开关（u4）、垂直开关（u5）进行供电。
24.在图6所示的实施例的具体应用连接图中，信号发生器（gen）输出射频微波信号，再输入到被测件（dut）（可以是射频微波芯片，或模块，或系统）中，dut的输出接到本发明——射频微波芯片模块及系统的自动测量及优化eda仪器（eqp）整机的输入连接器（c1）口，而其输出连接器（c2）口则连接到功率计（pm）的输入口，eqp整机通过gpib通用仪器接口和外围的仪器设备——信号发生器（gen）和功率计（pm）的gpib口连接，所有测量数据均通过该gpib接口由平板电脑（u0）通过内置的自动测量及优化eda软件读入，并完成数据的分析计算、画图及显示、优化等eda工作，从而高效完成射频微波芯片、模块及系统的自动测量及优化eda的工作。