技术领域
[0001] 本
发明涉及一种微波功率测试装置，尤其涉及一种基于USB接口的微波功率测试装置。
背景技术
[0002] 在微波功率测试领域，常见的微波功率测试装置采用如下测试方案：首先通过功率
探头将微波
信号转换为微弱的直流
电压信号，并经过初步放大处理后，通过多芯
电缆将
模拟信号传送给功率计主机，功率计主机对信号进行后级的放大和滤波，转换为
数字信号后由DSP完成信号的校准补偿，再由主机内CPU（
中央处理器）读取处理后的数字信号，通过显示界面直接在主机屏幕上显示出来，或者通过串口、GPIB（通用接口总线）、网络等接口与其他控制仪器进行交互。为实现功率的准确测量，主机内部还必须设计校准源，用于各种功率探头的校准。
[0003]
现有技术中的微波功率测试装置采用“主机+电缆+功率探头”的微波功率测量仪器架构，由于主机要实现电源转换、显示、按键、各种外部接口和仪器的基本功能，其主机尺寸约为（深×宽×高）330毫米×220毫米×105毫米，其探头尺寸通常为40毫米×40毫米×125毫米。由于功率测试主
机体积较大，在组建测试系统时需要占据机柜较大空间，并且一般还需要220V电源供电，需要GPIB、串口或者网口等程控接口，连接比较繁琐，携带也不方便，所以一般仅限于实验室使用，不适合现场调试、监控和生产线使用；并且在需要对相邻的多个功率端口进行测试时，需要同时使用多台功率计主机、电缆和功率探头，占用空间更大，程控连接更为繁琐，成本也更高。
[0004] 因此，在系统组建、现场测试、生产线测试、多通道测试等方面，现有台式结构的微波功率测试装置存在诸多的不便。
发明内容
[0005] 针对上述技术问题，本发明的目的是，提供一种结构紧凑，连接简单，系统集成方便快捷，即可用于实验室，也可用于现场测量、监控和生产线使用的微波功率测试装置。
[0006] 本发明要解决的技术问题是，在单探头体积内集成功率传感、信号调理、采集和数字
信号处理电路，使其具有数字信号处理和模拟信号采集与调理功能，并采用USB接口供电，实现USBTMC协议（USB Test&Measurement Class：USB测试测量通信协议），同时实现测试数据和控制命令的传输的技术问题。
[0007] 本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
[0008] 一种基于USB接口的微波功率测试装置，包括
外壳、
电路板支架、微波功率
传感器和模拟电路板和数字电路板；其中模拟电路板和数字电路板通过高
密度连接器连接到一起，并通过螺丝固定到电路板支架上，外壳和微波功率传感器再固定到支架上。
[0009] 其中，模拟电路板包括斩波放大电路、二级放大电路、
模数转换电路、校零校准选择电路和
温度模数转换电路；
[0010] 数字电路板包括数字信号处理电路、USB接口电路和电源管理电路；该电源管理电路对整机进行复位、电源转换和电源管理；
[0011] 数字信号处理电路包括
数字信号处理器、同步动态数据
存储器、闪存程序存储器和复杂可编程逻辑阵列芯片，其完成功率测试数据的线性、校准因子和温度补偿以及整机的控制和程控命令解析；
[0012] 上述微波功率传感器将微波信号转换为微弱的直流信号，经由金线进入模拟电路板，然后经过斩波放大电路和二级放大电路放大后，由模数转换电路将模拟信号转换为数字信号；
[0013] 在整机控制下，由上述校零校准选择电路完成测量过程中的校零和校准操作；
[0014] 上述温度
数模转换电路实时将内部温度转换为数字信号；
[0015] 上述模数转换电路和温度数模转换电路产生的数字信号经高密度连接器进入数字板，经复杂可编程逻辑阵列初步处理后传输到数字信号处理器，由数字信号处理器完成数据的校准补偿和实时处理，最后由USB接口电路将最终数据传送给上位主机。
[0016] 作为一种优选，上述微波功率传感器包括热敏
电阻、隔直电容、3dB衰减电路、50欧姆匹配电阻和两个平衡配置的检波
二极管。
[0017] 作为另一种优选，上述斩波放大电路利用CPLD（Complex Programmable Logic Device：复杂
可编程逻辑器件）产生的两路反相斩波
控制信号，使两片MOSFET晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：金属-
氧化层-
半导体-场效晶体管)轮流导通，使得两路直流微弱信号转换为一路300Hz至500Hz的低频交流信号。其中，MOSFET晶体管的型号为BSS83增强型。
[0018] 作为另一种优选，上述二级放大电路（3）为级联放大电路，放大倍数为100倍，
放大器型号采用TL072CD或者TL074CD。放大倍数也可以根据需要选用80、96或120倍。
[0019] 作为另一种优选，上述数字信号处理器（10）采用TMS320C6747BZKB芯片，上述同步动态数据存储器（11）采用IS42S32160B-6BLI芯片，上述程序存储器（12）采用W25X32VSSIG芯片或W25Q32VSSIG芯片。
[0020] 作为另一种优选，上述USB接口电路（8）采用CY7C68014A-56LFXC芯片。
[0021] 作为另一种优选，基于USB接口的微波功率测试装置提供可互换虚拟仪器驱动。
[0022] 作为另一种优选，上述高密度连接器为FTE-130-02-G-DV和CLE-130-01-G-DV。
[0023] 作为另一种优选，上述USB接口采用
螺纹紧固结构，其通过带螺帽结构的USB电缆，可与计算机、掌上电脑或者其他测量仪器连接，完成测试数据和控制命令的交互。
[0024] 从上述本发明采用的技术方案可以看出，与现有技术相比，本发明的基于USB接口的微波功率测试装置具有以下特点：
[0025] 1、结构紧凑，体积小，重量轻，USB供电，适于现场或组建系统使用；
[0026] 2、采用高速/全速自适应USB2.0设备接口，支持USBTMC协议，编程灵活，兼容其他
电子测试仪器，可快速组建微波功率自动测试系统；
[0027] 3、单探头内集成功率传感、信号调理、采集和数字信号处理电路；
[0028] 4、在线自动校零，无需校准操作，便于系统集成；
[0029] 5、提供可互换虚拟仪器驱动程序，可被VC、C#、Labview等多种编程工具调用，快速组建微波功率测试系统。
[0030] 6、工作时，将本发明直接用USB电缆接入到具有USB主机接口的计算机、掌上电脑或者其他测量仪器上，本发明使用USB接口电路（8）提供的+5V DC电源，无需外接电源，同时实现测试数据和控制命令的传输。
[0031] 综上所述，本发明通过采用上述技术方案所带来的技术效果是：
[0032] 本发明的基于USB接口的微波功率测试装置采用USB供电，结构紧凑，体积仅有常规功率探头大小，外形与常规功率探头类似；
[0033] 本发明的基于USB接口的微波功率测试装置，可配接到具有USB主机接口的
笔记本电脑、掌上电脑或者其他电子测量仪器使用，可以方便的实现微波毫米波功率测试功能，适用于实验室、现场测量、生产线使用；
[0034] 本发明的基于USB接口的微波功率测试装置支持USB测试测量类协议（USBTMC），提供可互换虚拟仪器驱动程序，可被VC、C#、Labview等多种编程工具调用，快速实现系统程控编程。
[0035] 本发明的基于USB接口的微波功率测试装置既可以单台使用，也可以利用USB HUB或者WiFi-USB HUB，可快速组建有线或无线多通道功率测试系统；
附图说明
[0036] 图1为本发明基于USB接口的微波功率测试装置的流程示意图；
[0037] 图2为本发明基于USB接口的微波功率测试装置的微波功率传感电路示意图；
[0038] 图3为本发明基于USB接口的微波功率测试装置的斩波电路原理图；
[0039] 图4为本发明基于USB接口的微波功率测试装置的外形结构主视示意图；
[0040] 图5为本发明基于USB接口的微波功率测试装置的外形结构左视示意图；
[0041] 图6为本发明基于USB接口的微波功率测试装置的外形结构右视示意图。
具体实施方式
[0042] 如图1所示，本发明基于USB接口的微波功率测试装置包括：微波功率传感器（1）、模拟电路板和数字电路板；其中模拟电路板和数字电路板通过高密度连接器连接到一起，并通过螺丝固定到电路板支架上，外壳和微波功率传感器（1）固定到支架上。
[0043] 模拟电路板包括斩波放大电路（2）、后级放大电路（3）、模数转换电路（4）、校零校准选择电路（5）和温度模数转换电路（6）。
[0044] 数字电路板包括数字信号处理电路（7）、USB接口电路（8）和电源管理电路（9）。
[0045] 数字信号处理电路（7）包括数字信号处理器（10）、同步动态数据存储器（11）、程序存储器（12）和复杂可编程逻辑阵列（13）芯片，其完成功率测试数据的线性、校准因子和温度补偿以及整机的控制和命令解析。
[0046] 如图1所示的基于USB接口的微波功率测试装置，其整机通过电源管理电路实现复位、电源转换和电源管理。该电源管理电路选用的电源管理器型号为TPS65023。
[0047] 如图2所示，本发明基于USB接口的微波功率测试装置的微波功率传感电路，其射频
输入信号进入隔直流电容CC和3dB电阻分压
衰减器，再经过50Ω负载匹配后进入平衡配置的双二极管，型号可以为HSCH-9162，两个检波二极管输出的正负直流信号通过视频滤波电容送入前置放大器处理。这种结构能够消除小信号测量时不同金属连接所导致的
热电偶效应，能抑制输入信号中
偶次谐波造成的测量误差，提高了
信噪比。
[0048] 如图3所示斩波电路，其
开关晶体管的型号选用BSS83，利用CPLD产生的两路反相斩波控制信号，使两片MOSFET轮流导通，从而将两路直流微弱信号转换为一路400Hz的低频交流信号，从而抑制使微弱信号更加模糊的噪声，提高调理通道的信噪比。
[0049] 上述斩波电路的
频率也可以在300Hz-500Hz的低频范围内进行选择。
[0050] 斩波放大之后，一路信号直接进入数模转换电路（4），另一路进入二级放大电路（3）。二级放大电路采用TL072CD集成
运算放大器，采用两级10倍
负反馈放大电路
串联的形式，构成100倍放大电路。模数转换电路（4）对两路信号同时进行数模转换，
数模转换器可以是AD1877，同时完成两路信号的高速转换。
[0051] 上述放大倍数也可以根据需要进行选择，例如80、96或120倍。
[0052] 温度模数转换电路（6）用来检测
环境温度，用以补偿功率检波二极管的温度特性，电路采用负温度系数
热敏电阻DT102FB3150A，数模转换器采用LTC2400。
[0053] 复杂可编程逻辑阵列（13）采用EPM1270F256C5芯片，完成模数转换数字信号的预处理、温度检测电路模数转换数据的处理、模拟通道的各种控制以及USB接口电路的控制。
[0054] 数字信号处理电路（7）完成整机的控制和程控命令解析，同时实现所有测量数据的线性修正、频率响应补偿、温度补偿等
算法。数字信号处理电路（7）由数字信号处理器（10）、同步动态随机存储器（11）和闪存（12）构成，完成其中数字信号处理器（10）采用TMS320C6747，同步动态随机存储器（11）采用IS42S32160B，闪存（12）采用W25X32VSSIG。
[0055] USB接口电路（8）采用CY7C68014芯片，用以实现高速/全速自适应USB2.0设备接口，并且在其
固件程序中实现USBTMC标准协议，方便用户组建系统和编程使用。
[0056] 图4为基于USB接口的微波功率测试装置的外形结构主视示意图，其前后对称、上下对称，因而省略了后视图、俯视图和仰视图。
[0057] 图5为基于USB接口的微波功率测试装置的外形结构左视图，图6为基于USB接口的微波功率测试装置的外形结构右视图。
[0058] 图4、图5和图6仅仅只是用于表示出：本发明的基于USB接口的微波功率测试装置，其外部形状和体积与常规功率探头基本相同。
