宽带三维堆叠SiP频率源内校准电路和方法与流程

本发明涉及射频微波功率校准，具体而言，涉及一种宽带三维堆叠sip频率源内校准电路和方法。

背景技术：

1、频率源作为各类电子系统的信号源头，其输出信号幅度一致性影响系统效能，这一问题在宽带微波电子系统中尤其明显。随着技术的快速发展，系统对频率源的宽带输出功率波动提出了更高要求。另一方面随着系统级封装的发展，三维堆叠架构成为射频微波领域频率源小型化、高集成度的先进设计手段。利用sip(systemin package，即系统级封装)封装技术设计实现的频率源在小型化、轻量化上面有很大的优势。sip三维堆叠架构如图1所示。

2、使用三维堆叠sip架构实现的微小型化宽带频率源中，会存在宽带射频信号上下层垂直过渡、多通道、制造工艺精度等导致的幅度一致性问题，会直接影响宽带频率源输出信号幅度一致性。使用三维电磁仿真对电路布局/布线进行优化、添加均衡器、增加过渡匹配设计、放大器推饱和等方法可改善信号幅度一致性，但幅度调控能力有限，尤其在宽带幅频响应非单调情况下，均衡等传统手段效能有限。

3、研究发现，频率源输出信号的幅度一致性问题可以在系统应用时进行校准，但微波系统小型化、高集成化发展趋势下，亟需作为信号源头的频率源自身具备内校准功能，规避系统内多功能模块之间幅度不平衡度累加后难以校准的问题，可有效节省系统控制资源。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

2、为此，本发明第一方面提供了一种宽带三维堆叠sip频率源内校准电路。

3、本发明第二方面提供了一种宽带三维堆叠sip频率源内校准方法。

4、本发明提供了一种宽带三维堆叠sip频率源内校准电路，包括sip频率源模块，采用测试工装模块对所述sip频率源模块进行校准；

5、所述sip频率源模块包括：

6、小型化控制单元，用于接收外部电路输入信息并具有存储功能，根据外部电路输入信息产生控制命令，所述控制命令包括频率控制信号和衰减码控制信号；

7、宽带频率合成电路，与所述小型化控制单元相连，用于根据频率控制信号进行基带信号和扩频信号的合成；

8、数控衰减器，分别与所述小型化控制单元和宽带频率合成电路相连，用于根据衰减码控制信号对基带信号或扩频信号进行衰减，形成衰减信号；

9、放大器，与所述数控衰减器相连，用于对所述衰减信号进行放大并形成输出频率信号；

10、所述测试工装模块包括：

11、功率测量仪器，与所述放大器相连，用于检测输出频率信号任一频点对应的功率值；

12、计算机控制单元，与所述功率测量仪器相连，用于获取功率测量仪器的采集数据；所述计算机控制单元还与小型化控制单元相连，用于下发频率控制码并根据所述采集数据校准衰减码表；

13、其中，所述计算机控制单元根据采集数据对衰减码表进行校准，校准后的衰减码表存储在所述小型化控制单元中，所述小型化控制单元根据衰减码表产生衰减码控制信号。

14、根据本发明上述技术方案的宽带三维堆叠sip频率源内校准电路，还可以具有以下附加技术特征：

15、在上述技术方案中，所述小型化控制单元包括控制子单元和存储子单元，所述存储子单元用于存储外部电路输入信息，所述控制子单元用于根据所述外部电路输入信息产生控制命令；

16、所述控制子单元和存储子单元为相互独立的器件；或，所述控制子单元和存储子单元为集成器件。

17、在上述技术方案中，所述数控衰减器的最大衰减量大于宽带频率合成电路输出信号功率的最大波动量。

18、本发明提供的一种宽带三维堆叠sip频率源内校准方法，采用如上述技术方案中任一项所述的内校准电路进行宽带三维堆叠sip频率源的校准，所述方法包括：

19、s1、将数控衰减器在全频段的衰减量设置成最大值，利用计算机控制单元控制sip频率源每个频点的输出频率，利用功率测量仪器采集每个频点对应的功率值；

20、s2、设置校准次数，利用计算机控制单元对校准次数进行赋值和数值判断；

21、s3、当校准次数等于1时，计算机控制单元根据数控衰减器的最大衰减量、功率目标值和测量得到的频点功率值计算当前频点的预衰减码，根据计算得到的预衰减码配置数控衰减器的衰减量，并利用功率测量仪器重新采集当前频点对应的频点功率值，判断频点功率值偏离功率目标值的程度是否符合阈值要求，符合阈值要求时，将该频点当前的衰减量作为校准后衰减量；

22、s4、频点功率值偏离功率目标值的程度不符合阈值要求时，校准次数的计数值加1，并判断当前频点功率值是否大于功率目标值，根据不同判断结果分别采用上一次校准采用的衰减量、功率目标值和上一次校准采集的频点功率值计算频点的衰减码，根据计算得到的衰减码配置数控衰减器的衰减量，并利用功率测量仪器重新采集当前频点对应的频点功率值；判断频点功率值偏离功率目标值的程度是否符合阈值要求，符合阈值要求时，将该频点当前的衰减量作为校准后衰减量，不符合阈值要求时则重复以上过程，直至测量得到的频点功率值符合阈值要求；

23、s5、所有频点完成校准后，根据所有频点的校准后衰减量形成衰减码表，将衰减码表保存至小型化控制单元中。

24、在上述技术方案中，所述功率目标值的取值在数控衰减器衰减量为0时所有频点功率值的最小值至数控衰减器衰减量为最大衰减量时所有频点功率值中的最大值之间。

25、在上述技术方案中，步骤s1包括：

26、s11、将数控衰减器在全频段的衰减量设置成最大值m，并写入小型化控制单元中；

27、s12、设置频点变量x；其中，频点变量x的初始值为0；

28、s13、对频点变量x计数加1，并且赋值到x上，覆盖上一个x值，即x＝x+1；

29、s14、计算机控制单元向小型化控制单元下发控制sip频率源模块输出频率的频率码，小型化控制单元根据频率码产生频率控制信号以控制当前频点下宽带频率合成电路的输出频率；

30、s15、利用功率测量仪器采集sip频率源模块输出的当前频点对应的功率值；

31、s16、判断频点变量x是否小于频点总数，即判断是否完成在最大衰减值下全部频点功率值的测量；若小于，则返回步骤s13；否则，执行步骤s2。

32、在上述技术方案中，步骤s2包括：

33、s21、初始化频点变量x，即使x等于0；

34、s22、频点变量x计数加1，并且赋值到x上，覆盖上一个x值，即x＝x+1；

35、s23、计算机控制单元向小型化控制单元下发控制sip频率源模块输出频率的频率码，小型化控制单元根据频率码产生频率控制信号以控制当前频点下宽带频率合成电路的输出频率；

36、s24、设置校准次数变量n，初始值为0；

37、s25、对校准次数变量n计数加1，并且赋值到n上，覆盖上一个n值，即n＝n+1；

38、s26、判断n是否等于1，若n等于1则执行步骤s3，若n大于1则执行步骤s4。

39、在上述技术方案中，步骤s3包括：

40、s31、计算当前频点的预衰减码，包括：

41、afx1＝m-(p0-pfx_m)

42、其中，afx1表示当前频点x的预衰减码，m表示数控衰减器的最大衰减量，p0表示功率目标值，pfx_m表示数控衰减器衰减量为m时测量得到的第x个频点的频点功率值；

43、s32、根据计算得到的预衰减码配置数控衰减器的衰减量为afx1；

44、s33、利用功率测量仪器重新采集当前频点对应的频点功率值；

45、s34、判断频点功率值偏离功率目标值的程度是否符合阈值要求，包括：

46、

47、其中，表示数控衰减器衰减量为时测量得到的第x个频点的频点功率值，s表示设定阈值；

48、频点功率值偏离功率目标值的程度符合阈值要求时，将该频点当前的衰减量作为校准后衰减量；不符合阈值要求时，则返回步骤s25，重新进行校准。

49、在上述技术方案中，步骤s4包括：

50、s41、判断当前频点功率值是否大于功率目标值，包括：

51、

52、其中，表示频点x在第n-1次校准后的频点功率值；

53、s42、频点功率值大于等于功率目标值时，计算频点的衰减码，包括：

54、

55、s43、频点功率值小于功率目标值时，计算频点的衰减码，包括：

56、

57、其中，表示第n次校准时频点x的衰减码；表示第n-1次校准时频点x的衰减码；

58、s44、根据计算得到的衰减码配置数控衰减器的衰减量为

59、s45、利用功率测量仪器重新采集当前频点对应的频点功率值；

60、s46、判断频点功率值偏离功率目标值的程度是否符合阈值要求，包括：

61、

62、其中，表示数控衰减器衰减量为时测量得到的第x个频点的频点功率值，即第n次校准后的频点功率值；

63、频点功率值偏离功率目标值的程度符合阈值要求时，将该频点当前的衰减量作为校准后衰减量；不符合阈值要求时，则返回步骤s25，重新进行校准。

64、在上述技术方案中，步骤s5包括：

65、所有频点完成校准后，根据所有频点的校准后衰减量形成衰减码表，将衰减码表保存至小型化控制单元中，完成校准；校准后的宽带三维堆叠sip频率源在上机工作过程中，从小型化控制单元获取输出频率所对应的衰减码，控制数控衰减器实现输出功率调整。

66、综上所述，由于采用了上述技术特征，本发明的有益效果是：

67、本发明针对目前宽带三维堆叠sip频率源输出信号功率波动大的问题，提供了一种宽带三维堆叠sip频率源内校准电路和方法，可有效提高宽带三维堆叠sip频率源输出信号幅度一致性。具体地，本发明可以较好解决宽带三维堆叠sip频率源输出功率波动大的问题，理论校准精度达到1/2数控衰减器精度。相比于使用均衡器、增加过渡的匹配等模拟调平手段，本发明采用极简的数模混合方案，校准效果更好且易于小型化集成。

68、本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。