一种高频讯号切换装置及具有其的测试仪、测试系统的制作方法

1.本发明涉及电子测试设备领域，尤其涉及一种高频讯号切换装置及具有其的测试仪、测试系统。


背景技术：

2.在对电子设备作信号完整性si测试时，常规测试环境为使用开关切换装置作为受测电子设备与测试仪的中间连接件。
3.现有的一种做法是，分别将一个四择一切换器(1p4t切换器/又称sp4t)各自接在输入埠口、输入埠口，通过软体即可控制接在输入埠口的四择一切换器的四个埠口的任一者与输入埠口连接，通过软体即可控制接在输入埠口pb的四择一切换器的四个埠口的任一者与或输入埠口连接，这种做法无法做到每一个输出埠口都可以在输入埠口、输入埠口之间选择性地连接并通路。
4.为了实现在不需要更换接线的前提下，输出埠口可选择性地连接输出埠口p、输出埠口，尤其是输出埠口数量需求大的时候，要么选择有更多分插埠口的切换器，比如1p8t切换器，要么以更多阶切换器来实现。比如，需要同时连接16个受测电子设备，可以将10个四择一切换器配合16个二择一切换器，分成三阶，其中，两个1p4t切换器作为第一阶，其与输入埠口p、输入埠口p一一对应；8个1p4t切换器作为第二阶，八个1p4t切换器分为两组(每组各四个1p4t)，一组的1p4t切换器的头端接口接在第一阶的一个1p4t切换器的4个尾端接口上，另一组的1p4t切换器的头端接口接在第一阶的另一个1p4t切换器的4个尾端接口上；16个1p2t/1p4t切换器作为第三阶，其尾端接口分别与输出埠口(受测设备)一一对应，其两个头端接口分别与第二阶的第一组的1p4t切换器的尾端接口、第二阶的第二组的1p4t切换器的尾端接口连接。
5.要是需要同时连接多于16个受测电子设备，则切换装置需要更多阶的切换器，但是阶数越高，一方面切换器的数量增多导致成本高昂，另一方面，3层以上切换器的误差堆叠后，测试精度难以良好进行控制，再一方面，各组件不良率及讯号品质的一致性表现均会较差，此外，连接相邻阶切换器所需的同轴线缆数量增加，接线繁琐，容易发生接线错误而影响测试结果的准确性。详细的内容可以参考rohde&schwarz公司所推出的型zn-z84高频讯号切换装置(switch matrix)的说明书(“zn-z84switch matrix specifications”)一文中的第4页的示意图，即可看到一个12输入埠口的四阶层切换器系统的例子。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种减少切换器堆叠层数的高频讯号切换装置及具有其的测试仪、测试系统，以提高切换精度。
7.为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
8.一种高频讯号切换装置，包括至少一切换模组，所述切换模组包括:
9.一第一输入埠口；
10.一第二输入埠口；
11.多个输出埠口；
12.一初阶切换元件组，包括多个初阶切换器，所述多个初阶切换器中至少包括一第一初阶切换器和一第二初阶切换器，所述第一初阶切换器的头端接口与所述第一输入埠口电连接，所述第二初阶切换器的头端接口与第二输入埠口电连接；以及
13.一末阶切换元件组，包括多个末阶切换器，所述多个末阶切换器中至少包括一第一末阶切换器，所述第一末阶切换器同时与所述第一初阶切换器、所述第二初阶切换器及两个输出埠口可选择性地电连接，以使所述两个输出埠口分别且可选择性地与所述第一输入埠口或第二输入埠口电连接。
14.进一步地，所述第一初阶切换器与所述第一输入埠口之间的电路上不包括任一切换器，所述第二初阶切换器与所述第二输入埠口之间的电路上不包括任一切换器；所述多个末阶切换器的数量较所述输出埠口的数量少。
15.进一步地，每一所述末阶切换器为2p2t切换器，每个2p2t切换器包括两个头端接口和两个尾端接口，每个所述末阶切换器的所述两个头端接口分别与所述第一初阶切换器的其中一个尾端接口和第二初阶切换器的其中一个尾端接口可选择性地电连接；
16.每一所述末阶切换器均分别与多个所述输出埠口可选择性地电连接。
17.进一步地，每一所述切换模组分别包括8至16个输出埠口，且每个末阶切换器被配置为在软体控制下可选择所述两个头端接口中的其中一个与两个尾端接口中的其中一个进行电连接。
18.进一步地，所述第一初阶切换器和第二初阶切换器均分别包括一头端接口和多个尾端接口，其中所述第一初阶切换器的所述尾端接口的数量为大于或等于所述切换模组所包括的所述末阶切换器的数量；
19.所述第一初阶切换器被配置为在软体控制下其头端接口可选择地与其每一尾端接口中的其中一个进行电连接；
20.所述第二初阶切换器被配置为在软体控制下其头端接口可选择地与其每一个尾端接口中的其中一个进行电连接。
21.进一步地，所述第一初阶切换器还被配置为具有断开状态，在其处于断开状态时，其头端接口与其每一个尾端接口均处于未电连接状态；
22.所述第二初阶切换器还被配置为具有断开状态，在其处于断开状态时，其头端接口与其每一个尾端接口均处于未电连接状态。
23.进一步地，所述输出埠口的数量等于末阶切换器的数量的两倍；该切换模组采用二阶层式架构，包括至少两个1p8t切换器以及至少8个2p2t切换器。
24.另一方面，本发明提供了一种测试仪，其特征在于，包括如上所述的高频讯号切换装置，其中，所述高频讯号切换装置的输出埠口被配置为供受测物连接，所述高频讯号切换装置的第一输入埠口、第二输入埠口被配置为连接不同的检测装置连接埠。
25.再一方面，本发明提供了一种测试系统，其特征在于，包括一第一检测装置连接埠、一第二检测装置连接埠及如上所述的测试仪，其中，所述第一检测装置连接埠被配置为与所述第一输入埠口电连接，所述第二检测装置连接埠被配置为与所述第二输入埠口电连
接。
26.此外，本发明还提供了一种高频讯号切换装置，包括至少一切换模组，所述切换模组包括一第一输入埠口、一第二输入埠口、一初阶切换元件组、一末阶切换元件组；
27.其中，
28.所述初阶切换元件组包括多个初阶切换器，所述多个初阶切换器中，包括一第一初阶切换器和一第二初阶切换器，所述第一初阶切换器的头端接口与所述第一输入埠口电连接，所述第一初阶切换器与所述第一输入埠口之间的电路上不包括任一切换器，所述第二初阶切换器的头端接口与第二输入埠口电连接，所述第二初阶切换器与所述第二输入埠口之间的电路上不包括任一切换器；
29.所述末阶切换元件组包括多个末阶切换器，每个所述末阶切换器同时与多个初阶切换器及多个输出埠口可选择性地电连接，以使每个输出埠口通过多阶层式架构排列的末阶切换元件组和初阶切换元件组可选择性地与所述第一输入埠口或第二输入埠口电连接。
30.本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：
31.a.仅需二阶系统即可满足最多16个输出埠口与输入埠口pa/b的切换连接，切换器堆叠层数较少，切换精度较高；
32.b.仅需10个切换器即可提供16个输出埠口，结构简单，成本较低；
33.c.相邻阶的切换器之间仅需要16条同轴线缆进行连接，不易发生接线错误。
附图说明
34.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1是本发明实施例提供的高频讯号切换装置的架构示意图；
36.图2是1p8t切换器的内部结构示意图；
37.图3是2p2t切换器的内部结构示意图；
38.图4是本发明另一实施例提供的高频讯号切换装置的架构示意图。
具体实施方式
39.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
40.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。本发明的说明书和权利要求书中所称“包括/包含/具有甲零件”或“包括/包含/具有一甲零件”，在未与原记载内容冲突的前提下，被定义为甲零件的数
量至少为一个且可为两个或以上的多个或复数个。此外，术语“包括”、“包含”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
41.电子设备产品，尤其是被动高速线产品通常需要作信号完整性si测试，在接收高频讯号过程中，可采用波形测试、眼图测试、抖动测试、波形测试等手段。在本发明实施例提供了一种高频讯号切换装置，其可应用于将受测连接器端口轻易切换至测试仪器端口，并且可以在不插拔待测电子设备产品(例如是待测缆线)的情况下将待测电子设备产品可控地切换至不同的输入埠口以连接不同的外部检测装置连接埠，但是其具体应用不作为限制本发明保护范围的依据。
42.参见图1，于本实施例中，高频讯号切换装置d包括单一个切换模组1，切换模组1主要包括一第一输入埠口pa、一第二输入埠口pb、一初阶切换元件组l1、一末阶切换元件组l2及多个输出埠口p1至p16。具体一一作出说明：
43.如图1所示，输出埠口以p1至p16表示，本实施例最多可以满足16个受测电子设备同时连接本实施例的切换装置，通过仅两层切换器堆叠(即初阶切换元件组l1与末阶切换元件组l2)，即可实现这16个受测电子设备中任一者可以随时在第一输入埠口pa、第二输入埠口pb及不连接三种状态中进行切换。显然可以理解的是，输出埠口的数量也可以小于16。
44.下面对初阶切换元件组l1作出说明：
45.参见图1，初阶切换元件组l1包括至少一第一初阶切换器11和一第二初阶切换器12，第一初阶切换器11在图1中的位于其上侧(相对上游路径)的为头端接口，位于其下侧(相对下游路径)的为尾端接口，第二初阶切换器12在图1中的位于其上侧的为头端接口，位于其下侧的为尾端接口；第一初阶切换器11的头端接口与第一输入埠口pa电连接，第二初阶切换器12的头端接口与第二输入埠口pb电连接。本发明并不限定初阶切换元件组l1中初阶切换器的数量为两个，在一个实施例中，其还可以包括比如第三初阶切换器，其连接关系可以与第一初阶切换器11相同，也不排除其还包括第四初阶切换器的可能。
46.如图1所示，第一初阶切换器11和第二初阶切换器12均具有8个尾端接口，即第一初阶切换器11和第二初阶切换器12为1p8t切换器，于一例中，1p8t切换器的内部电路结构如图2所示，该电路结构可选择性地采用gpio控制模块，本实施例中的1p8t切换器具有初始状态，此状态下，该切换器的输入端与任一输出端均为断开状态；在软体控制下，第一初阶切换器11的头端接口可选择地与其8个尾端接口中的目标尾端接口进行电连接；第二初阶切换器12的头端接口可选择地与其8个尾端接口中的目标尾端接口进行电连接。关于目标接口，下文描述切换器工作过程中会有进一步详细的描述。
47.下面对末阶切换元件组l2作出说明：
48.参见图1，末阶切换元件组l2包括8个末阶切换器(以编号201至208表示)，该末阶切换器的类型为2p2t切换器(又称dpdt切换器)，每个2p2t切换器包括两个头端接口(相对上游路径)和两个尾端接口(相对下游路径)，所述输出埠口(p1至p16)与8个末阶切换器的16个尾端接口一一对应电连接，每个末阶切换器的其中一个头端接口与第一初阶切换器11的尾端接口连接，另一个头端接口与第二初阶切换器12的尾端接口连接，并且限制第一初阶切换器11/第二初阶切换器12的一个尾端接口能且仅能够与一个末阶切换器的头端接口
电连接，而不能一个1p8t切换器的尾端接口同时接2p2t切换器的两个头端接口。于本例中，1p8t切换器的多个尾端接口没有主从之分，因此，在满足初阶切换元件组l1的一个尾端接口不同时接末阶切换元件组l2的两个头端接口的前提下，具体1p8t切换器的某一个尾端接口电连接末阶切换器201还是末阶切换器208的头端接口都是可以的，在相应的连接关系确定后，设定相应的软体控制程序即可实现在不改变接线的情况下可控地对某一个输出埠口切换连接至不同的输入埠口以连接不同的外部检测装置连接埠，即p1至p16中任一输出埠口可以依次通过二阶层式架构排列的末阶切换元件组l2和初阶切换元件组l1可选择性地与所述第一输入埠口pa或第二输入埠口pb电连接。
49.2p2t切换器的内部电路结构如图3所示，本实施例中的2p2t切换器具有初始状态，此状态下，该切换器的两输入端与任一输出端均为断开状态；在软体控制下，2p2t切换器的两个头端接口中的其中一个目标头端接口与两个尾端接口中的其中一个目标尾端接口进行电连接。关于目标输入/尾端接口，以图1为例进行说明：
50.举例来说，第一输入埠口pa连接高频检测装置(例如指网路分析仪)的第一高频检测装置连接埠，第二输入埠口pb连接高频检测装置的第二高频检测装置连接埠，第一高频检测装置连接埠的高频值(范围)与第二高频检测装置连接埠的高频值(范围)可以不同；输出埠口p1至p16中的部分或者全部与受测电子设备(例如缆线)一一对应，比如，从连接输出埠口p1的电子设备的测试路径为例来说明，输出埠口p1可选择性地连接第一高频检测装置连接埠、第二高频检测装置连接埠以进行性能测试，若要连接到第一高频检测装置连接埠，则末阶切换器201的左下尾端接口、左上头端接口分别为上文中2p2t切换器的目标尾端接口、目标头端接口，控制两者在末阶切换器201内部连通；同时，第一初阶切换器11的左起第一个尾端接口作为上文所述的1p8t切换器的目标尾端接口，控制其与1p8t切换器的头端接口在第一初阶切换器11内部连通，这样完成连接至输出埠口p1的电子设备与第一高频检测装置连接埠的连接；若要连接到第二高频检测装置连接埠，则控制末阶切换器201的左下尾端接口(目标尾端接口)与右上头端接口(目标头端接口)在2p2t切换器内部连通；同时，控制第二初阶切换器12的左起第一个尾端接口(目标尾端接口)与1p8t切换器的头端接口在第二初阶切换器12内部连通，这样完成连接至输出埠口p1的电子设备与第二高频检测装置连接埠的连接。
51.再以连接输出埠口p14的电子设备的测试路径为例来说明，输出埠口p14可选择性地连接第一高频检测装置连接埠、第二高频检测装置连接埠以进行性能测试，若要连接到第一高频检测装置连接埠，则末阶切换器207的右下尾端接口、左上头端接口分别为上文中2p2t切换器的目标尾端接口、目标头端接口，控制两者在末阶切换器207内部连通；同时，第一初阶切换器11的右起第二个尾端接口作为上文所述的1p8t切换器的目标尾端接口，控制其与1p8t切换器的头端接口在第一初阶切换器11内部连通，这样完成连接至输出埠口p14的电子设备与第一高频检测装置连接埠的连接；若要连接到第二高频检测装置连接埠，则控制末阶切换器207的右下尾端接口(目标尾端接口)与右上头端接口(目标头端接口)在2p2t切换器内部连通；同时，控制第二初阶切换器12的右起第二个尾端接口(目标尾端接口)与1p8t切换器的头端接口在第二初阶切换器12内部连通，这样完成连接至输出埠口p14的电子设备与第二高频检测装置连接埠的连接。
52.显然，上述实施例仅以最多同时连接16个电子设备为例进行说明，显然，上述高频
讯号切换装置同样适用于1-15个电子设备切换连接输入埠口pa/pb，将多余的接口闲置即可。
53.在本发明的一个实施例中，当同时连接受测电子设备的数量要求比如降低至12时，初阶切换元件组l1可以选用两个1p6t切换器分别作为第一初阶切换器和第二初阶切换器，末阶切换元件组l2选用六个2p2t切换器，具体初阶切换元件组l1的1p6t切换器与末阶切换元件组l2的六个2p2t切换器的接线方式与上述实施例中初阶切换元件组l1的1p8t切换器与末阶切换元件组l2的八个2p2t切换器的接线方式相同，均为初阶切换器的尾端接口与末阶切换器的头端接口一一对应。另外，需强调的是，本发明并不以二阶架构为限，需要时，使用者可于初阶切换元件组l1和末阶切换元件组l2之间插入其他切换元件以为进一步的扩张并为三阶、四阶等多階架构亦可。
54.另外，需要时，可按图4的架构进行扩展，以进一步包括一个或多个切换模组2，切换模组2包括第三输入埠口pc及第四输入埠口pd。第三输入埠口pc及第一输入埠口pa设于同一片电路板上并可电性连接，或为隔离；第四输入埠口pd及第二输入埠口pb设于同一片电路板上并可电性连接，或为隔离，并共包括最多32个尾端接口。
55.以上所述仅是本技术的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。