用于校准电缆的方法和相应的测量设备与流程

本申请整体上涉及例如移动电话测试仪等测量设备的电缆的校准。本申请还涉及相应的测量设备，例如移动电话测试仪。
背景技术：
：无线电子设备通常包括：收发器电路、天线电路和提供无线通讯能力的其它射频电路。在测试过程中，被测无线电子设备(DUT)可能各自呈现出不同的性能水平。例如，每个无线DUT可能呈现出其自身的输出功率水平、增益、频率响应、效率、线性、动态范围等。出于对射频电缆路径损耗的考虑，可以将矢量网络分析仪(VNA)连接到每条电缆以确定其路径损耗。不过，使用这种方式校准路径损耗需要VNA，并且忽略了与测试装置相关联的路径损耗以及在不同测试台中的不同测试仪器之间可能存在的潜在差异。未能考虑测试装置路径损耗以及不同测试仪器的行为差异可能导致不一致的测量数据。例如，使用一个测试台测量的性能参数可能偏离使用另一测试台测量的性能参数。在US8,903,672B2中，提供一种校准设备，用于校准测试系统中的多个测试台。每个测试台包括：测试单元、测试装置和将测试单元连接到测试装置的射频(RF)电缆。使用控制测试机构来校准与每个测试台相关联的上行和下行特征(以例如确定与RF电缆和测试装置相关联的路径损耗以及与测试单元相关联的差异)。所述控制测试机构以所希望的频率校准每个测试台以生成测试台误差(偏离)表。每个测试台的测试单元各自基于测试台误差表而独立配置，使得在不同测试台之间使偏离最小化，并使得测试台可在产品检测过程中可靠地测量几百或几千个无线电子设备。使用专门的控制测试机构来校准每个测试台的电缆损耗。这种专门的控制测试机构利用校准板以连接到每个测试台的测试装置。不过，这种校准机构不允许非常准确的测量而且还使校准进程变慢。因此，所希望的是：具有一种改进的校准方法以及相应的测量设备，因而允许以足够的精度进行校准。技术实现要素：根据第一方面，本发明的方法包括：将测量设备的至少一个端口经由相应电缆连接到第一校准元件，第一校准元件优选是短路部件，但未必是短路部件。来自所述测量设备的发送装置的信号通过所述电缆提供给所述第一校准元件，并且由所述第一校准元件反射的返回信号作为测量信号被测量。测量由测量设备的接收装置进行。而且，相同频率的信号从所述发送装置通过基准路径提供给所述接收装置，基准路径优选是测量设备的内部路径，但未必是测量设备的内部路径。通过该基准路径测量基准信号。根据本发明的优选实施方案，对测量信号的测量和对基准信号的测量交替进行多次。这种次序可以通过测量信号和基准信号这两种信号开始。测量信号和基准信号均至少测量两次，优选地测量多于五次，更优选地均测量多于十次。通过使测量信号和基准信号的测量步骤交替进行，校准的精度可以显著提高。这将在下文中详细描述本发明时得以理解。优选地也对第二校准元件进行以上过程，第二校准元件优选是开路部件，但并非唯一地是开路部件。开路校准和短路校准的组合可以被称为OS校准。短路以如下方式理解：在与电缆固定到测量设备端口处的端部相反的一端，电缆通过短路部件终结。开路以如下方式理解：在与电缆固定到测量设备端口处的端部相反的一端，电缆开路。进一步地，优选地，还可对第三校准元件(例如匹配部件)重复操作。匹配表示电缆通过与电缆的系统电阻匹配的电阻器终结，例如50欧姆或75欧姆。这样的校准可被称为OSM校准(开路、短路、匹配)。优选地，对于多个频率重复以上步骤。例如，所述频率可从起始频率开始步进并以结束频率结束，在起始频率与结束频率之间存在多个频率。它们之间的频率可具有相等间距或者其它适合的间距(例如对数间距)。更优选地，对测量信号的相位和基准信号的相位的测量可以先于对测量信号的幅值的测量。这是因为模拟和数字信号处理中的滤波器在频率改变之后需要一些时间形成稳定(不再有瞬态振荡)。不过，在此阶段中，这些滤波器相对于相位已经稳定，但为必相对于幅值也稳定。根据本发明的另一方面，提供一种测量设备。这种测量设备包括至少一个端口；电缆，其从外部连接到所述至少一个端口；发送装置，其从内部通过切换装置连接到所述至少一个端口；接收装置，其从内部通过所述切换装置连接到所述至少一个端口；基准路径，其通过所述切换装置连接所述发送装置与所述接收装置。所述切换装置以一方式交替地切换而使得：在第一状态，所述发送装置和所述接收装置连接到所述至少一个端口；而在第二状态，所述发送装置和所述接收装置经由所述基准路径连接。优选地，所述电缆连接到第一校准元件和第二校准元件，其中所述第一校准元件可以是短路部件，所述第二校准元件可以是开路部件。所述电缆还可连接到第三校准元件，其中所述第三校准元件可以是匹配部件(match)。不过，这种第三校准元件对于本发明而言显然不是必要的。甚至对本发明有利的是，可以避免使用第三校准元件。测量设备优选地包括信号分路器，信号分路器布置在所述切换装置与所述至少一个端口之间。如果存在多个端口，则可对于每个端口设置一个信号分路器，或者可设置公共的信号分路器以多路复用到多个端口。所述信号分路器优选地是电阻分路器，所述电阻分路器优选地包括星型构造(starconfiguration)的三个电阻器。优选地，所述接收装置包括：第一选择装置(选择所接收信号矢量的第一部分)和第一相位平均装置，以评估测量信号的平均相位。所述测量信号是连接到所述电缆的校准元件所反射的返回信号。更优选地，所述接收装置包括：第二选择装置(选择所接收信号矢量的第二部分)和第二相位平均装置，以评估基准信号的平均相位，所述基准信号是由所述发送装置经由所述基准路径提供给所述接收装置的信号。所述接收装置优选地还可以包括：减除装置，其从所述第一相位平均装置的输出中减除所述第二相位平均装置的输出。所述接收装置还可包括：幅值(绝对值)平均装置，以评估测量信号的平均幅值(magnitude)。进一步地，所述接收装置优选地还可包括：倍乘装置，以将所述幅值平均装置的输出与所述减除装置的虚指数输出(imaginareexponentialoutput)相乘。通过前述装置，对电缆损耗的非常有效的计算可以实现，这将通过对本发明详细实施方案的描述而得到更精确的理解。本发明的进一步的特征、其性质和各种优点通过附图和以下详细描述将更加显见。附图说明在附图的各图中，仅通过例示性方式描述本发明的实施例和实施方案。在附图中：图1为示意性示出本发明的第一实施方案的方块图；图2为用于解释根据本发明实施方案的电缆损耗的定量评估的矢量图；图3为示出本发明的第二实施方案的第一细节的方块图；图4为示出根据第二实施方案对基准信号和测量信号的交替测量以及对测量信号的幅值的测量的时间图；图5为示出本发明的第二实施方案的第二细节的方块图；图6A所示示意图用于例示出根据第一实施方案、当基准信号和测量信号的测量未交替进行时在平均基准信号与平均测量信号之间的相位差；图6B所示示意图用于例示出根据第二实施方案、当基准信号和测量信号的测量交替进行时在平均基准信号与平均测量信号之间的相位差；图7A示出本发明的方法的实施方案的第一部分的流程；和图7B示出本发明的方法的实施方案的第二部分的流程。具体实施方式本发明的方法用于校准例如移动电话测试设备之类的测量设备的电缆。不过，该测试设备也可为其它设备，例如频谱分析仪或示波器。通常，这些测量设备通过电缆连接到被测设备(DUT)。特别地，在高于1GHz的高频下，这些电缆具有显著的阻尼(damping，即衰减)，即使保持尽可能短时也是如此。电缆的阻尼可高至12dB。因此，校准电缆的阻尼因子很重要。来自这种校准过程的结果的误差应小于1dB。优选地，电缆通过短路而终结，通过该短路进行第一校准测量。然后，该电缆通过开路而终结，在这种开路构造中进行第二校准测量。优选地，这在测量设备的工作范围内对于多个频点进行。通常，测量设备包括发送装置和接收装置。特别地，对用于测试移动电话的移动通信测试仪而言，发送装置和接收装置的起始相位与通过矢量网络分析仪校准电缆时的情形不同，这是因为：发送装置和接收装置中的混合器所用的振荡器之间没有相干性。因此，需要测量发送装置的起始相位。根据本发明，基准路径可在发送装置与接收装置之间交替切换。这优选通过切换装置进行。优选地，基准路径布置在测量设备内部。图1示出本发明的测量设备的实施方案的简化模型的方块图。在这个方块图中，仅示出用于操作本发明的最基本的元件。所述模型在足以理解本发明的等效基带中示出。特别地，所有用于上下变频的混合器和滤波器均未显示。本发明的任务在于：在基准过程中评估未知电缆阻尼，其中电缆是通过校准元件终结的，特别是校准标准件例如开路部件和短路部件。在等效基带中的发送信号a(k)通过复数矢量描述：在此式中所用符号描述如下：θ(k)是相对于接收装置振荡器相位的、发送装置发生器的、与时间相关的平均自由相位噪声。θ0是相对于接收装置振荡器的、发送装置振荡器的任意起始相位。应注意的是，对于电缆开路终结时的测量和对于电缆短路终结时的测量而言，这些起始相位θ0是不同的。n(k)是复合AWGN噪声(加性高斯白噪声)。不过，相位噪声高度主导该噪声，使得在此不再进一步考虑AWGN噪声且在上式中将其忽略不计。图1示出本发明的测量设备的非常简化的实施方案。在等效基带中示出该实施方案。发送装置2将复合发送信号a(k)(其在数字域中在样本点k处被限定)通过切换装置3的第一部分3a、通过信号分路器4、并通过端口6传送到电缆5中。实际上，这是图1中所示第一状态“Meas”处的情况。在端部7，电缆5优选地在第一遍测试中通过短路终结，而在第二遍测试中通过开路终结。不过，电缆5也可通过其它校准元件例如匹配件(match)或特定的错配件(dismatch)而终结。波在开路校准元件处被反射且没有相位改变，在短路校准元件处也被反射且相位偏移180°。反射波然后将通过电缆5、并通过分路器4的其它分支以及通过切换装置3的第二部分3b而回传至接收装置8中。在图1中所示实施方案中，信号分路器4是电阻分路器，具有呈星型构造(starconfiguration)的三个电阻器。第一电阻器4a通过切换装置3的第一部分3a连接到发送装置2。第二电阻器4b通过切换装置3的第二部分3b连接到接收装置8。优选地，在第一电阻器4a和第二电阻器4b中，所述波受到6dB的阻尼。第三电阻器4c通过端口6连接到电缆5。优选地，所述波在第三电阻器4c中在每个方向(前向和后向)上受到3dB的阻尼，使得当向前方向和向后方向一起考虑时，所述波在第三电阻器4c中总共也受到6dB阻尼。在电缆5中，所述波在每个方向上受到xdB的阻尼。测量的任务在于：获得这种电缆阻尼x的值。途径电阻器4a和4b的路径具有运行时间ΤMeas，并具有12dB的阻尼。通过端口6的信号沿向前方向a→具有额外运行时间Τcable。a→＝3dB+x[dB](2)x[xdB]即为在此关注的电缆阻尼。所述波沿向后方向a←被额外阻尼，使得途径所述端口的波具有的总阻尼为：a↔=2·a→[dB]---(3)]]>为了测量未知的起始相位θ0，由发送装置2发送的发送信号通过基准路径9被直接发送到接收装置8。在此情况下，切换装置3处于标记为“Ref”的第二状态。在下文中，指出不需要未知的运行时间TMeas和Tcable来评估电缆阻尼。对于任意频率ωV，考虑开路测量和短路测量。发送信号具有任意起始相位并可限定如下：a(k)=exp(j[θ(k)+θ0{Open}])@Openexp(j[θ(k)+θ0{Short}])@Short---(4)]]>通过运行时间，形成以下相位：在接收装置8中，接收以下基准信号：在接收装置8中，还接收以下测量信号：在理想情况下，同时接收基准信号和测量信号。这在下文中假定作为假设条件，使得更易于理解测量原理。首先，未知的起始相位θ0通过测量基准信号而被消除。对于开路测量，我们得到：对于短路测量，我们得到：在图2中，这些矢量以图形形式示出。从图2中可易于获得：由两个矢量可计算出阻尼的绝对值(幅值)。由这两个估计值的系数，可获得在向前方向和向后方向上的阻尼如下：a^↔=|c{Meas,Open}(k)-c{Meas,Short}(k)c{Meas,Open}(k)+c{Meas,Short}(k)|---(10)]]>通过将此结果代入式(3)和(2)中，我们得到电缆阻尼如下：x^[dB]=a^↔[dB]2-3dB---(11)]]>在图1的实施方案中，当电缆5的终结从短路部件切换到开路部件、或者相反之前，首先测量基准信号的所有样本然后测量测量信号的所有样本，或者相反。不过，如果在此期间这种起始相位显著偏移，则会存在可能相当大的测量误差。在下文中，描述改进的第二实施方案。在图3中所示的改进实施方案中，切换装置3周期性切换，使得对测量信号和基准信号的样本的测量在整个测量周期过程中交替多次。对于接收装置8，在图3中示出数字低通8a和存储装置8b。其它部件与图1的实施方案相同。在测量过程中，切换装置3对于区块长度(blocklength)KBlock·Ta进行切换。在每次切换之后，具有脉冲响应hTP(K)的接收装置8的低通8a需要一些时间以获取(不再有瞬态振荡)。一旦模拟硬件在切换之后稳定，则测量值b(k)可开始被获取并可存储到存储装置8b中。图4示出在一个单频点处的开路测量或短路测量的时序。图中示出由接收装置8所接收的信号的幅值|b(t)|。首先，模拟硬件需要在新的频点上稳定。然后，开始获取复值b(k)，所述复值在图4中由相应的点表示。在图4中所示的示例中，以具有区块长度KBlock的基准信号的一组样本开始测量。然后，测量发生切换以获取具有相同区块长度KBlock的测量信号的一系列样本。在所示实施方案中区块长度是相同的，但未必都是这种情况。在切换时，在能够使用有效样本来估计电缆阻尼之前，需要等待特定数量的样本KAkqu，在所述特定数量的样本KAkqu期间使接收低通8a稳定化。有效样本在图4中以kRef和kMeas表示。这些样本值用于以下算法中，以估计电缆阻尼的大小。当已获取到测量信号和基准信号的样本时，模拟硬件可能还没有稳定。不过，幅值的稳定时间比相位的稳定时间长得多。因此，开始获取用于相位估计的值可早于获取用于幅值估计的样本。这将节省测量时间。在图4中，标签10指示新频率的测量开始。标签11指示模拟/数字转换器(ADC)起动。标签12指示在基准信号Ref的测量与测量信号Meas的测量之间的切换点。如前所述，优选的是：具有额外区间13，其中不仅数字滤波器达到稳定而且模拟硬件也达到稳定，用于对测量信号Meas的幅值进行测量。在区间14中，模拟硬件通常稳定在新的测量频率上。不过，可能发生的是：精度已不足以测量出测量信号Meas的幅值。因此，合理的是等待至时间区间13以进行幅值测量。k|Meas|是稳定后的基准信号的时间索引。现在，描述改进的、对电缆阻尼的估计算法。变量x用于区别开路和短路。输入矢量v_b包括在一个频率下的一个测量的所有样本b(k)。它们在图4中以点示出。图5示出将算法付诸实施的实施方案的方块图。矢量v_b被提供给第一选择装置20以选择测量信号的样本v_b的第一部分v_bMeas。第一选择装置20之后是第一相位平均装置21，用于评估测量信号的平均相位ΨMeas。接收装置8还包括第二选择装置23以选择基准信号的样本v_bRef。第二选择装置23之后是第二相位平均装置24。为了评估基准信号的平均相位ΨRef，相位值可估计如下：ψRef=arg{b^{Ref,x}}]]>ψMeas=arg{b^{Meas,x}},---(12)]]>在减除装置25中计算出相位差ΨMeas-ΨRef。指数装置6计算相位差的虚指数值(imaginareexponentialvalue)。进一步地，接收装置8包括第三选择装置27以选择图4中所示区间13中的样本值，用于估计测量信号的幅值。第三选择装置27之后是幅值平均装置28，用于评估测量信号Meas的平均幅值在图5中所示实施方案中，存在切换器29以在由第一选择装置20提供的值和由第三选择装置27提供的值之间进行选择。这样，根据切换器29，可基于常规Meas值计算幅值或者通过图4中所示区间13中的特定Meas值计算幅值。根据式(8)和(9)，测量信号Meas中的未知起始相位需要使用下式利用基准信号Ref消除：c^{Meas,x}=b^{Meas,x}·exp(-jarg{b^{Ref,x}})---(13).]]>通过代入式(12)，获得下式：c^{Meas,x}=|b^{Meas,x}|·exp(jarg{b^{Measf,x}})·exp(-jarg{b^{Ref,x}})=|b^{Meas,x}|·exp(jψMeas)·exp(-jψRef)=|b^{Meas,x}|·exp(j(ψMeas-ψRef))=|b^{Meas,x}|·exp(jψ)---(14).]]>为了在此式中进行倍乘，可以使用倍乘装置30，如图5中所示。利用式(10)，可获得向前和向后阻尼如下：a^↔=|C^{Meas,Open}-c^{Meas,Short}c^{Meas,Open}+c^{Meas,Short}|---(15).]]>通过将结果代入式(11)中，最后可计算出电缆阻尼如下：x^[dB]=a^↔[dB]2-3dB---(16).]]>图6A例示出如图1中所示的本发明第一实施方案的测量方案。在此基本实施方案中，对已传播通过基准路径9的基准信号Ref的测量、以及对已传播通过分路器4、端口6、电缆5并已被开路或短路反射且已通过电缆5、端口6和分路器4向回传播的测量信号Meas的测量依次进行。这意味着：首先测量基准信号Ref的所有值，然后获取测量信号Meas的所有值。不过，如果存在相位差(其为发送装置2中的振荡器的相位与接收装置8的振荡器的相位之差)偏移θ(t)，则存在相当大的测量误差，如图6A中所示。在图6A中，假定这种相位偏移θ(t)相对于时间t呈线性。进行这种假定是为简化。当然，也可能发生其它相位偏移。在图6A中示出基准信号Ref的平均值Ref和测量信号Meas的平均值Meas，图中显见的是：差值Δθ0相当大。图6B示出相同情形，不过针对的是图3、图4和图5的改进实施方案的方案。如前所述，这两个实施方案之间的主要差别在于：在改进实施方案中，所述测量总是在基准信号Ref的测量与测量信号Meas的测量之间交替进行。假定具有相同的线性相位偏移。从图6B中显见的是：相位偏移θ(t)的差值Δθ0与图6A的情形相比要小得多，这是因为：总是在基准信号Ref的测量与测量信号Meas的测量之间进行切换。图7A示出本发明的方法的第一部分的流程图。在第一步骤S1中，第一校准元件(例如短路部件)连接到测量设备1的至少一个端口。实际频率f在步骤S2中被设定至起始频率fstart。在步骤S3中，具有实际频率f的信号从测量设备1的发送装置2被提供给第一校准元件，而测量信号Meas(其为被第一校准元件反射的返回信号)由测量设备1的接收装置8测量。在步骤S4中，具有实际频率f的信号从发送装置2通过测量设备1的基准路径9提供给接收装置8，通过所述基准路径9测量基准信号Ref。在步骤S5中，检查实际频率是否已达到结束频率fend。如否，则实际频率f在步骤S6中以增量Δf递增，重复步骤S3和S4，只要实际频率f达到结束频率fend。如是，则算法行进到第二部分。图7B显示出本发明的方法的优选实施方案的第二部分。在步骤S7中，第二校准元件(例如开路部件)连接到测量设备1的至少一个端口。实际频率在步骤S8中被设定至起始频率fstart。在步骤S9中，具有实际频率f的信号从测量设备1的发送装置2被提供给第二校准元件，而测量信号Meas(其为被第一校准元件反射的返回信号)由测量设备1的接收装置8测量。在步骤S10中，实际频率f的信号从发送装置2通过测量设备1的基准路径9提供给接收装置8，通过所述基准路径9测量基准信号Ref。在步骤S11中，检查实际频率是否已达到结束频率fend。如果未达到，则实际频率f在步骤S12中以增量Δf递增，重复步骤S9和S10，直到实际频率f达到结束频率fend。如果已达到，则算法结束。本发明的方法和设备存在多种优点。电缆阻尼能够以极高精度获得。电缆阻尼能够作为频率的函数获得。阻尼值在测量设备1内直接可得，不需要进行外部测量，例如通过矢量分析仪进行测量。这样，电缆5不需与测量设备1断开连接。不需要诸如矢量网络分析仪之类的其它测量设备。能够容易地探测到损坏的电缆和连接器。当进行校准过程时，包括短路部件和开路部件、且优选地还可包括匹配部件的电路板可与测量设备1连接，而不是与被测设备连接。电路板可具有与被测设备相同的物理尺寸和比例。可在传送侧进行校正。可生成近似曲线。可以形成在已经对其执行本发明测量的频率值之间的近似值。在本发明的范围内，在以上说明中描述的、在所附权利要求书中要求保护的、或在附图中绘出的所有特征可以组合。虽然本发明的各种实施例已经在上文中描述，不过应理解，它们仅为示例性的，而不是限制性的。在不背离本发明的精神或范围的情况下，可根据在此所公开内容对所公开实施例进行多种改变。这样，本发明的宽度和范围不应局限于任意上述实施例。相反地，本发明的范围应根据所附的权利要求书及其等同方案限定。虽然本发明已经关于一个或多个实施方案进行例示和描述，不过对于本领域技术人员而言，在阅读和理解本专利文件和附图之后，将会有等同变化方案和改造方案。此外，虽然本发明的具体特征对于多个实施方案中的仅一个进行了公开，不过如果对任何给定或具体的应用而言可能是需要的或有利的，则这样的特征可与其它实施方案的一个或多个其它特征进行组合。当前第1页1 2 3