專利名稱：用于局域網布線的手持測試儀和方法
背景技術：
局域網(LAN)布線被用來連接諸如個人計算機、打印機和傳真機的設備，這些設備利用高速數字信號在它們之間傳遞信息。這種高性能布線有時被稱為遠程通信電纜。由于一個辦公室存在多個計算機、計算機文件服務器、打印機以及傳真機，LAN布線將所有這些設備互連為一個通信網絡。LAN布線已經被設計成能支持該網絡的所有單個元素之間的遠程通信。
圖1以簡圖示意了LAN布線的例子。圖1示意了大部分在建筑物墻內延伸的LAN布線如何被用來連接某人桌上的個人計算機1與機房內的文件服務器2。墻內的電纜3的最大長度不能超過90米。墻插座連接器4用于從計算機和文件服務器連接跳線5到LAN布線。
布線在術語LAN布線中布線是一個重要的詞匯，因為布線包括置于LAN電纜上的連接器4以及電纜3本身。因此，LAN布線的性能取決于連接器以及電纜。
安裝技術人員安裝LAN布線作為新結構的一部分或作為在現有結構中LAN性能升級的一部分。在任何一種情況下，技術人員將LAN電纜3拉出墻，接著將連接插座4置于電纜兩端。接著插座被壓入墻插座安裝板，安裝完成。
然而，隨后需要技術人員用校準的測試設備測試每個LAN布線線路或鏈路。這種測試是向總承包者證明已經從信號完整性的立場正確安裝了布線線路。手持LAN測試儀就是用來執(zhí)行這些測試的。測試儀以一系列不同信號類型激勵該布線，并且從接收信號的測量中確定該布線是否能支持指定數據率的電信信號。
LAN測試儀記錄每次測試的結果，之后打印出一個測試文檔，指示該鏈路是通還是不通。鏈路通則技術人員收費。若鏈路不通，則技術人員必須重新測試，并且經常要更換安裝不正確或不恰當的連接器。技術人員不斷測試和維修鏈路直到這些鏈路全通。
LAN測試儀LAN測試儀為相當復雜的手持測試系統(tǒng)，在TIA6類布線的情況下，能用覆蓋頻率范圍1-250MHz的一系列測試測試LAN線路。圖2示意了典型的LAN測試儀6，其中測試適配器電路板7與此LAN測試儀相連。該測試適配器電路板包括測試插座連接器8。這種測試適配器的目的是在LAN測試儀和待測試的LAN鏈路之間提供連接接口。
測試插座8使得LAN測試儀6能借助跳線9連接LAN鏈路，如圖3和4所示。跳線的典型長度為2米，或大約6英尺。這個長度使得在測試運行期間技術人員能方便地連接LAN測試儀到墻插座4。
標準技術人員參考電信工業(yè)標準測試它們安裝的鏈路。在美國這個標準是由TIA或電信工業(yè)協(xié)會指定的。在歐洲，這個標準來自ISO，或國際標準組織。在測試鏈路時，技術人員選擇要測試何種類型的鏈路以及對應的測量限制集合是來自TIA還是ISO。
測試連接并比較所測量的結果與來自指定標準的限制。如果不超過這些限制，則鏈路通。如果超過，則鏈路不通，技術人員必須研究該不通的鏈路，直到通暢。經常這意味著要在電纜兩端重新安裝連接器。
標準鏈路定義圖5以簡化形式示出了標準永久鏈路，其中長90米的LAN電纜在建筑物墻內或頭頂上的天花板上延伸。與布線末端相連的墻插座用于連接該鏈路與機房內的設備，以及連接辦公室的局域網內的諸如計算機或打印機的單個設備。TIA和ISO指定90米長度作為永久鏈路的最大長度。
鏈路測試圖6示意了LAN測試儀如何檢查鏈路的性能。當測試鏈路時(在工業(yè)上稱為鏈路“shooting(故障檢修)”的程序)，需要圖示的兩個LAN測試儀。技術人員連接該鏈路一端的顯示端LAN測試儀6A，和該鏈路另一端的遠端LAN測試儀6B。由于顯示端LAN測試儀具有顯示屏用以顯示測量測試結果，技術人員從顯示端檢修鏈路故障，控制測試，以及察看測試結果。
在測試期間，第一個設備將測試信號施加到該鏈路一端，而兩個設備同時測量結果。接著在該鏈路相對一端發(fā)生的信號施加和信號測量的角色對調。當測試完成時，遠程設備發(fā)送其數據測量文件到顯示設備，用于最終處理并存儲在顯示設備內。由所選標準指定的每次測試的限制被應用于該測量數據集合以確定該鏈路是通過還是未通過檢驗測試。
標準鏈路TIA和ISO都定義了兩種LAN鏈路，即通道鏈路和永久鏈路。以下示意和討論每種鏈路。
通道鏈路通道鏈路包括圖7所示的LAN鏈路和跳線，但不包括與通道測試適配器板7A的連接。通道鏈路測量路徑包括墻內的鏈路3，墻上的配對連接器對以及跳線，并且假定該路徑代表最終的、完整電信鏈路的性能，這種鏈路也使用跳線來互連個人計算機和文件服務器。由于在此路徑上布線的長度更長，對通道鏈路的測試限制不像對永久鏈路那樣嚴格。
永久鏈路永久鏈路包括鏈路3，加上墻插座上的配對連接器對，但不包括跳線，如圖8所示。永久鏈路也不包括與永久鏈路測試適配器板7B的連接。永久鏈路測試只評價墻內的電纜，墻上的連接器插座，插入到插座內的插頭，以及與每個插頭相連的兩厘米電纜。永久鏈路測試基本上只代表墻內鏈路布線的性能。因此，永久鏈路測試限制是要通過的最嚴厲的測量限制。
因此技術人員經常說，如果他們的鏈路沒有通過永久鏈路測試，則改變LAN測試儀限制為通道鏈路限制并重新測試。如果通過了通道測試，則可認為該鏈路在這些條件下是通的。
現在考慮當技術人員測試他們安裝的局域網(LAN)布線是否遵守適當的TIA或ISO測量測試限制時所面臨的測試問題。技術人員將證明所安裝的鏈路是永久還是通道鏈路測量限制。假設技術人員在LAN檢驗測試之前已經執(zhí)行了校準現場中的測試設備所必要的步驟，以確保LAN測試儀測量精度最高。
永久鏈路測試問題1.永久鏈路適配器結構注意圖8所示的現有技術永久鏈路測試適配器7B。記住永久鏈路包括墻內的電纜加上墻插座上的配對連接器對，但不包括大部分跳線。永久鏈路適配器(PLA)通常是通過將跳線切成兩半，接著焊接被切半的跳線的每一端到永久鏈路測試適配器外殼內的印刷電路板(PCB)制作的。這些PCB被設計成產生極少信號完整性問題，這樣它們的影響可以被忽略。
2.永久鏈路測試壽命由于跳線進入PLA外殼時的機械擾曲，永久鏈路適配器的測試壽命有限。當跳線的彎曲程度超過其最大擾曲數時，就需要更換。當發(fā)生這種情況時，整個PLA都必須要更換。另外，為使測試精度最高，兩個PLA，即位于顯示端的PLA和位于遠端的PLA，都應被更換。
3.專用PLALAN測試儀經常對測試的每個永久鏈路使用專用PLA。這是因為跳線的電路和傳輸線特性可以說是整個PLA測量結果的重要部分。安裝技術人員需要知道其正在測試什么鏈路，誰布的線，以及什么是優(yōu)選使用的PLA類型。
4.匹配的PLA組通常技術人員會使用一組由該鏈路中使用的廠商制作的匹配該電纜類型的PLA。如果該鏈路采用來自廠商X的布線(即，電纜加上連接器)，則將使用由廠商X的跳線制作的PLA進行檢驗測試。
5.PLA成本對于安裝人員來說PLA可以說是昂貴的項目，通常對一組兩個PLA需要400美金或更多。如果LAN布線安裝測試公司有若干安裝人員，每個安裝人員需要若干不同組合的特定廠商的PLA，這種總開銷項可以說是相當昂貴。這種成本來自于塑料外殼內的專用印刷板電路，用以形成連接LAN測試儀的PLA的結構。
6.PLA串話另外，由于LAN檢驗移動到高于250MHz的頻率，作為測量系統(tǒng)一部分的PLA的性能變得更為關鍵。隨著頻率的增加，所測量的串話或PLA連接電路板內的導線對之間缺乏隔離成為嚴重的問題。當這種隔離下降到超過某個級別時，LAN測試儀就無法測量這種布線對與對隔離，因為它無法越過其自己PLA產生的串話來“看”。
本發(fā)明提供對這種問題的解決方案。該解決方案是在測試適配器板上使用具有被證實的隔離特性的連接器，接著用具有與適配器板上的連接器配對的連接器的跳線連接該測試適配器板。
7.PLA基準平面校準永久鏈路適配器的最后一個問題是測量基準平面位置的問題。永久鏈路校準的目的是使所有永久鏈路測量參考沿該跳線上的已知點。特別是計算永久鏈路測量基準平面以在距離墻插座2厘米的跳線一端設置這個點。通過這個校準，就能從永久鏈路測量中去除來自跳線的所有影響。用于在這個點定義和設置這個基準平面的這個校準過程可涉及取出永久鏈路校準數據的初試集合，最后使之參考這個希望的基準平面。
通道鏈路測試問題1.通道鏈路適配器觀察圖7所示的通道鏈路測試適配器7A。記住該通道鏈路包括該鏈路(即，墻內的電纜加上墻插座上的配對連接器對)和跳線，但不包括通道測試適配器板上的插頭或插座。通道鏈路適配器(CLA)是通過在CLA外殼內安裝的印刷電路板上放置具有適當隔離的直角連接器制作的。在與用于通道鏈路檢驗的跳線配對時選擇直角連接器以提供顯著的對與對隔離。
2.CLA測試壽命由于使用低成本可更換的跳線解決了跳線機械擾曲問題，因此通道鏈路適配器相比永久鏈路測試適配器具有更長的測試壽命。隨著觸點上的覆層磨損在CLA內部的印刷電路板上安裝的連接器最終穿破。然而，通道鏈路測試儀的測試壽命比永久鏈路適配器的測試壽命長得多。
3.專用CLA由于在通道鏈路適配器印刷電路板上使用低串話、高隔離的連接器8，因此LAN測試儀在測試通道鏈路時也使用專用CLA。
4.匹配的CLA組匹配的CLA組是利用CLA外殼內部的PCB上安裝的高隔離直角印刷電路板連接器確定使用的。然而，相比PLA，任何類型的跳線都能與CLA一起使用，只要該跳線與用于所測試的鏈路的布線類型兼容。
5.CLA成本CLA的成本沒有PLA的高，因為CLA可使用任何兼容的跳線來連接和測試通道鏈路。
6.CLA串話由于在CLA模塊外殼內使用的是低串話的連接器，通道鏈路對與對隔離高于永久鏈路的對與對隔離。
7.CLA基準平面校準通道鏈路適配器的最后一個問題也是測量基準平面位置的問題。特別是通道鏈路測量基準平面被設置在正好位于跳線輸入端的跳線連接器一端，如圖7所示。利用這種校準，可以從通道鏈路測量中去除來自跳線輸入連接器(即，位于測試儀端的插頭)的所有影響。
LAN鏈路測量問題總結根據前面的討論，永久鏈路測量與通道鏈路適配器比較，需要使用獨立的永久鏈路適配器組，這就增加了以下幾方面不希望的成本1)永久鏈路適配器本身；2)專用PLA裝置的數量；以及3)由于跳線擾曲故障導致的有限PLA測試壽命。永久鏈路適配器相比通道鏈路適配器還具有最小化對與對串話的更多問題。

發(fā)明內容
由于這些原因，在本發(fā)明中提出了一種校準/測量方法，該方法的目的是1.完全去除永久鏈路測試適配器；2.降低LAN測量總開銷支持成本；3.改進信號完整性；4.提高在高于300MHz頻率處的LAN鏈路測量精度，以及5.提供利用通道適配器和低成本跳線測量永久鏈路的裝置。
相位在描述本發(fā)明的方法之前，需要介紹一下相位。相位測量的功能是本發(fā)明的LAN測試儀的關鍵屬性。也就是說，除了幅度，本發(fā)明的手持LAN測試儀還能測量相位。這種功能使得該測試儀能在沿待測量的LAN鏈路的一個指定點上設置測量基準平面。初始校準基準平面可以被設置在沿該鏈路的一個容易設置、測量、確定和實現的點。
相位也使得在LAN鏈路測試期間的任何時間，測試儀很容易移動這個初始校準基準平面和所有其相關LAN鏈路測量到另一、新的基準平面位置。具體地說，利用相位信息，顯示端和遠端均可從通道鏈路適配器印刷電路板內部移動該相位基準平面，通過位于CLA輸出端和任何地方的成對連接器，沿跳線長度，一直到位于圖9所示的4個可能位置中的任何一個位置的墻插座上的成對連接器。移動相位基準平面使得本發(fā)明的測試儀能使用通道鏈路適配器和低成本跳線來執(zhí)行永久鏈路測量。
簡要地說，本發(fā)明涉及為如圖10所示的每根跳線加上位于跳線每一端的配對連接器對測量總散射參數ST的校準步驟。每根跳線的散射參數SB可以從該跳線的已知特性獲得。這個參數與總散射參數矩陣ST一起就能計算位于跳線兩端的配對連接器對的散射參數SA和SC。利用配對連接器對的散射矩陣SA和SC以及已知的跳線SB，就可從LAN測試儀內沿該跳線移動基準平面到任何地方以執(zhí)行永久鏈路或通道鏈路測試。


圖1是從工作區(qū)到機房的LAN布線連接的示意圖。
圖2是具有測試適配器和測試插座的現有技術LAN測試儀。
圖3和圖4示意了具有跳線的現有技術LAN測試儀連接。
圖5示意了標準90米鏈路。
圖6示意了用LAN測試儀測試或檢修”鏈路的過程。
圖7示意了通道鏈路配置。
圖8示意了永久鏈路配置。
圖9示意了本發(fā)明講述的以相位移動測量基準平面。
圖10示意了本發(fā)明的LAN測試儀。
圖11是本發(fā)明的LAN測試儀測量的驅動信號和結果信號圖。
圖12是在本發(fā)明的顯示設備的相位測量電路的示意圖。
圖13是根據本發(fā)明在出廠校準期間測量基準平面的設置示意圖。
圖14是通過配對連接器對移動基準平面的示意圖。
圖15是根據本發(fā)明沿跳線移動基準平面的示意圖。
圖16是位于圖9的點2的基準平面與位于圖9的點3的基準平面的關系圖。
圖17是本發(fā)明的LAN測試儀顯示設備的分解透視圖。
圖18是測試儀設備的下側的分解透視圖。
圖19是本發(fā)明的LAN測試儀的數字控制電路板的框圖。
圖20是本發(fā)明的模擬電路板的框圖。
圖21是本發(fā)明的詳細相位測量框圖。
具體實施例方式
圖9示出了本發(fā)明的LAN測試系統(tǒng)的示意圖。該測試系統(tǒng)包括手持顯示設備10，手持遠程設備12以及第一和第二跳線14和16。每根跳線包括一端的第一插頭14A、16A，實際電纜14B、16B，以及另一端的第二插頭14C、16C。顯示設備10具有通道鏈路適配器板18，其上安裝了第一連接器插座20。該插座暴露在顯示設備外部。插座20可容納跳線的插頭14A或16A以形成第一配對連接器對。在測試鏈路時，跳線的另一插頭14C、16C與在墻內延伸的鏈路24所連的墻插座22配對。遠程設備14類似地具有通道鏈路適配器板26，其上安裝第二連接器插座28。連接器20和28都優(yōu)選為具有適當的對與對隔離的直角連接器。用于較高頻率的RJ-45插座或Siemon terra插座合適。插座28容納第二跳線的插頭16A以形成第二配對連接器對。當測試鏈路時，第二跳線16的插頭16C連接位于鏈路24一端的墻插座30。顯示和遠程設備包含用于測試該鏈路的適當的射頻和電子電路。顯示設備還具有用戶激勵的開關以啟動和控制測試功能，以及無論數據是否正確都傳遞給用戶的顯示器。顯示設備還具有用于執(zhí)行以下的計算的計算機處理器，以及存儲測量的散射參數和其他數據的存儲器。
LAN測試系統(tǒng)的操作如下。首先，必須用顯示和遠程設備以及兩根跳線執(zhí)行場校準。這個校準的目的是通過利用具有圖10所示的連接顯示和遠程設備的一組通道鏈路適配器的任何兩根跳線為顯示設備和遠程設備設置測量基準平面。這兩根跳線應由同一廠家制作，每端具有相同插頭，但它們不必為相同長度。
散射參數由于顯示和遠程設備能測量相位，通過以散射或[S]參數測量它們的頻率響應可測量或特征化由跳線插頭和跳線本身構成的整個跳線。通過出廠校準，通道適配器印刷電路板上的測量基準平面將位于通道鏈路適配器板18、26上的直角連接器插座20、28的輸入端。
測量步驟1.連接這兩個設備之間的跳線14。
2.測量如此連接的第一跳線14的所有4個散射參數，包括位于每個通道鏈路適配器板18、26的配對連接器對20、14A和28、14C。
3.保存第一跳線14的全部測量的散射數據[ST]1。
4.連接這兩個設備之間的第二跳線16。
5.測量如此連接的第二跳線16的所有4個散射參數，包括位于每個通道鏈路印刷電路板18、26的配對連接器對20、16C和28、16A。
6.保存第二跳線16的全部測量的散射數據[ST]2。
計算步驟1.對于每根跳線來說，散射矩陣的元素為具有以下已知模式的一組簡單等式或項
配對連接器對跳線配對連接器對 以兩個端口為例，考慮j=-1]]>c＝3·108米/秒假設輸入端配對LAN連接器對A矩陣[SA]的值 det_A＝SA1，1·SA2，2-SA1，2·SA2，1跳線矩陣[SB](假設該線路為完全匹配)L＝2米 假設F＝600MHz NVP＝0.75 α＝0.002F＝600·106NVP＝0.75
β:=2·π·Fc·NVP]]>γ＝α+β·j φ＝γ·L φ＝4×10-3+33.51iSB11＝0 SB12＝e-φSB21＝e-φSB22＝0SB:=SB11SB12SB21SB22]]>SB=0-0.498-0.863i-0.498-0.863i0]]>det_B＝SB1，1·SB2，2-SB1，2·SB2，1輸出端配對LAN連接器對A矩陣[SC]，(注意與[SA]的關系)SC1，1＝SA2，2SC1，2＝SA2，1SC2，1＝SA1，2SC2，2＝SA1，1SC:=SC1,1SC1,2SC2,1SC2,2]]>SA=0.04+0.01i0.3-0.1i0.3-0.1i0.04-0.01i]]>用于參考SC=0.04-0.01i0.3-0.1i0.3-0.1i0.04+0.01i]]>det_C＝SC1，1·SC2，2-SC1，2·SC2，12.為達到可接受的精度，已知跳線特性阻抗Z0，而且為達到非常好的第一位近似值，可認為Z0＝100Ohms。
3.將知道跳線的電長度。該長度可由生產測試儀的生產廠家指定，或可通過LAN測試儀測量。
4.為達到可接受的精度，可假設位于跳線每一端的配對插座和插頭的散射矩陣相同。
5.接著，利用上面的合理假設1-4和[ST]1，求解為第一跳線14測量的總散射矩陣，位于跳線每一端的配對插座和插頭對的散射矩陣。
6.利用配對連接器對散射矩陣和跳線14的散射矩陣，可通過印刷電路板上的配對連接器對移動測量基準平面。這個基準平面位置是執(zhí)行通道鏈路測試所必需的；或者可進一步沿跳線移動基準平面到墻插座的1或2厘米內，以便執(zhí)行永久鏈路測量。
7.接著利用第二跳線16進行相同的測量和計算。
8.保存配對連接器對的散射參數以測試一整天，或直到選擇另一跳線組，此時重復該場校準過程。
利用線性代數計算可處理散射參數矩陣以求解配對LAN通道連接器散射矩陣的元素。在這組計算中，假設配對連接器對的一組散射參數，并根據所建的公式，通過組合配對連接器對的散射矩陣與跳線傳輸線的散射矩陣計算整個總散射矩陣[ST]。
接著，利用作為指定’的最終測量結果的[ST]，以及對跳線傳輸線的假設，即上面的假設2和3，加上假設兩個配對連接器對的散射矩陣相同的假設4，該程序求解出配對連接器對散射矩陣[SA]的元素。
該程序對[SA]求解和計算與在對總[ST]矩陣的最初計算中假設的相同值。這個計算證實該數學模型是正確的。
現在轉到考慮本發(fā)明的相位測量方面，本發(fā)明的LAN測試儀在測試LAN布線是否與公布的LAN布線性能標準兼容時測量兩個信號之間的關系。測試儀所測量的信號關系為幅度比，并且包括這兩個信號之間的相位關系。應指出，所討論的這個相位測量是驅動信號電壓與由該同一驅動信號導致的對應耦合或反射電壓之間的相位。這兩個信號是在由出廠或場校準程序確定的指定基準平面測量的。
在同一頻率的兩個正弦信號之間可顯示相位差。在圖11所示的曲線中，V_Drive跡線(實線)對應到LAN布線的驅動信號。V_Meas跡線(虛線)是LAN測試儀所測量的結果信號。應指出，V_Meas的幅度是V_Drive的幅度的40％。V_Meas還滯后V_Drive30度相位。從該曲線圖也能看到V_Drive和V_Meas之間的滯后相位關系。
如果計算了V_Meas與V_Drive之比，則可計算例如在一個LAN電纜對上涉及該驅動信號的串話項，以及在另一LAN導線對上出現的耦合串話信號。當計算了比值V_R＝V_Meas/V_Drive，則|V_R|，即V_R的大?。絴V_R|＝|V_Meas|/|V_Drive|＝0.4/1.0＝0.4。因此，|V_R|＝0.4。
必須利用其中一個信號作為相位基準來計算兩個信號之間的相位。在此情況下，V_Drive信號被確定為基準信號。于是V_Meas的相位關系被說成滯后基準信號V_Drive 30度相位。由于涉及到相位角，因此V_R＝V_Meas/V_Drive是復數，具有對應的幅度|V_R|和相位角φR＝-30°。φR上的負符號指示V_Meas滯后V_Drive 30度相位。因此V_R＝0.4∠-30°。
通過計算方波信號的兩個對應邊緣之間的時間差，也可從兩個方波信號的時間關系計算相位。圖12示意了這種情況，圖中信號從左向右傳輸。注意在圖12中，有兩個方波，V_Meas和V_Drive，其中V_Meas的前沿滯后基準V_Drive方波的前沿時差Δt。通過聯系Δt與在頻率Fclock運行的精確基準時鐘的周期Tclock，這個時差可用于計算兩個信號之間的相位。
Tclock＝1/FClock這兩個方波之間的相位φR(單位為度)因此為φ_R＝360x(Δt/Tclock)度相位測量電路確定Δt的值，并輸出與這兩個方波V_Meas和V_Drive之間的相位相關的信號。本發(fā)明的LAN測試儀使用可編程的門陣列來測量Δt。
LAN測試儀可測量相位，這需要參考測量基準平面，下面對此進行討論。
1.設置初始測量基準平面在校準期間，相位測量功能允許LAN測試儀在沿待測量的LAN鏈路的一個指定點上設置或定義測量基準平面。這個在出廠校準過程期間定義的基準平面可以被設置在沿該鏈路任何一點的任何位置，以使測量簡單和方便。圖13示出了這種校準過程。
利用圖13所示的過程在初始出廠校準期間在顯示端和遠端定義或設置基準平面位置。在通道鏈路適配器上的插座順序插入包含短路、開路和終端的插頭。用連接該插座的每個插頭進行掃描頻率測量。根據包含相位信息的測量數據，顯示端或遠端在以虛線示意的CLA印刷電路板上向插座內看的點上設置其基準平面。利用在此點設置的基準平面，相位信息也允許該基準平面從這個點沿跳線上下移動。
2.移動測量基準平面 在跳線場校準之后，相位還允許LAN測試儀在鏈路測試期間很容易移動這個原始校準基準平面。相位使得原始基準平面在LAN鏈路測試期間的任何時間被移動到一個新的基準平面位置。具體來說，利用相位信息，顯示端和/或遠端均可從通道鏈路適配器PCB內部移動它們的相位基準平面，通過位于CLA輸出端的配對連接器，沿跳線長度一直到位于圖9所示的4個可能位置中的一個位置的墻插座上的配對連接器。
2a.通過通道鏈路適配器模塊上的配對連接器對從圖14所示的1到2移動基準平面，是利用在跳線場校準期間為配對連接器對測量和計算的[S21]Connector Pair數據執(zhí)行的。這個步驟為通道鏈路測試設置基準平面。
2b.沿跳線從圖15所示的2到3移動基準平面，是利用在場校準期間為該跳線測量和計算的[S]參數數據執(zhí)行的。
應指出，沿跳線的希望長度Lline從2到3是以英寸為物理長度單位表示的。LLine(以英寸為單位)需要被轉換為等效的電相位長度，φLine(以度為單位)。
在跳線場校準期間，通過測量確定跳線的NVP(額定傳播速率)。從這個值，利用下述公式計算從2移動到3的對應電相位長度φLineβ＝(360×f)/(NVP×c)度/英寸其中c＝自由空間的光速＝1.1811×1010英寸/秒f＝信號頻率(赫茲)接著利用以向下公式計算φLine(以度為單位)φLine＝LLine×(360×f)/(NVP×c)度在圖16可看到這個公式正好與從2移動到3的跳線基準平面相關。
利用圖14所示的[S21]Connector Pair數據所測量的LAN電纜數據穿過配對連接器對從1移動到2。參考圖15，圖15示出了以英寸為單位的跳線長度與以度為單位的等效跳線電長度的關系，圖16聯系以下每個公式的這些項[S]Patchcord=S11PS12PS21PS22P]]>對于匹配相當好的跳線，這個表達式變?yōu)?amp;lsqb;S]Patchcord=0e-jφLinee-jφLine0]]>如果跳線的特性阻抗Z0p不等于Z0＝100Ohms，那么跳線S11P和S22P不為0，于是被通過利用標準傳輸線理論計算的非零值取代。
最后，通過利用跳線散射矩陣[S]Patchcord使參考平面2測量的LAN電纜數據與平面3相關。
[S]Patchcord=0e-jφLinee-jφLine0]]>從這個矩陣可看出，對于匹配很好的跳線，通常情況下對S11和S22配對連接器對項沒有影響。對配對連接器對散射矩陣的唯一影響是添加的相位項，e-jφLine。
因此，利用通過測量或指定已知的跳線NVP，可通過通道鏈路適配器板上的配對連接器對，沿跳線移動測量基準平面距配對連接器對輸出端處的平面2指定數量英寸。
現在轉到對測試儀設備的詳細描述，圖17和18的分解圖示出了測試儀的整體物理配置，以及如何安裝其印刷電路板。圖中所示的測試儀為顯示設備10。應理解的是，遠程設備與之類似。測試儀的外殼包括前罩32和后罩34。后罩限定用于容納和安裝通道鏈路適配器印刷電路板37的插座或插槽36。在外殼內部有數字控制模塊38，其驅動和控制模擬激勵/測量模塊40。這兩個模塊都被嵌入到印刷電路板內，在此稱為數字板和模擬板。模擬板40在其下側包括連接器42。這個連接器通過插槽36底部后罩內的開口43可釋放地嚙合通道鏈路適配器上的配對連接器。時域反射計(TDR)44測量功能由第三個獨立模塊提供。圖17所示的其他組件包括PCMCIA卡座46，通用串行總線(USB)端口48和串口50。它們被安裝在數字板38上。彩色顯示設備52和鍵盤54被安裝在前罩32上或內部。在2001年5月22日申請的標題為“具有用于測量電纜和網絡特性的可互換模塊的裝置”的美國專利申請序號No.09/863,810中示意和描述了這種外殼的其他詳細物理配置，其公開內容在此結合作為參考。
在圖19的數字控制電路框圖中示出了數字控制模塊38的總體功能。數字板受測試儀內部安裝的固件驅動的高速中央處理器(CPU)56的控制。除了RAM存儲器58，小型引導閃存60以及大型引導閃存62，還可以提供若干存儲器塊(未示出)。測試儀或通過利用USB 48，或借助與CPU 56的串行接口連接50與外部個人計算機(PC)1通信。閃存或網卡64可安裝到測試儀內，其通過PCMCIA塊46連接CPU。這些卡可用于存儲另外的測試結果，或上載新的固件到CPU。與CPU的其他連接包括鍵盤54、彩顯52、揚聲器66、實時時鐘68以及隨溫度的升高補償模擬板性能的溫度傳感器70。
其中最重要的是通過I/O總線72與模擬板40通信。由于這個總線從數字板38連接控制命令到模擬板40，并且從模擬板返回測量的數據以存儲在顯示設備的存儲器內并在彩顯52上顯示，因此這個總線被表示為獨立的功能塊。
圖20的LAN測試儀模擬電路框圖示出了模擬板40上的主要功能塊。為清晰起見省略了其他功能塊。模擬板生成一組連續(xù)變化的低頻(LF)和射頻(RF)信號，這些信號通過使用模擬板上的信號轉換繼電器組74被施加到LAN布線的一個選擇的導線對。這個繼電器組從另一選擇的LAN電纜導線對將測量的返回信號傳輸回模擬板。模擬板上的電路塊接著以返回的測試信號為條件測量其相對所施加的驅動信號的特性。低頻LF測量包括電纜電容、長度、導線DC阻抗、線映射和延遲。與這些低頻信號相關的電路塊由相關的符號表示。
注意在框圖中有幾個位置出現符號“MUX”。MUX是多路復用器的縮寫符號，這是路由輸入的若干不同信號到一個選擇的信號路徑的交換設備。LAN測試儀模擬板使用若干個MUX，因為它是四通道的測試儀器，能測試待測LAN電纜的四個可能導線對中的兩個。信號路由和信道與信道的信號隔離需要MUX。
電路塊76、78被示意為RS-485功能塊，一個用于通信，另一個用于與門陣列和測量IC 80的LAN測試儀接口，以及用于模擬板上的DC電源控制和功率管理。
模擬板40還測量電纜串話的RF參數，回波損耗和衰減。具體來說，模擬板測量返回信號的幅度與RF驅動信號的幅度之比。已經向該設備中的模擬板加入一個電路，用于測量返回的測試信號相對于在所選擇的導線對上發(fā)送出去的RF驅動信號的相位。
RF驅動器82經RF信號轉換繼電器74從RF合成器84發(fā)送信號出一對LAN電纜線。該驅動信號也被發(fā)送到回波損耗橋86。
結果產生的測試信號經由同一組RF繼電器74進入測試儀，并通過回波損耗橋86被路由到RF混頻器塊88。在此它與本地振蕩器(LO)信號混頻，被轉換為測試IF(中頻)信號。
如上所述，RF驅動信號也被發(fā)送到回波損耗橋86。如圖20所示，發(fā)送到回波損耗橋的驅動信號進入混頻器88并被轉換為相位基準IF信號。與LAN測量相關的所有IF信號被與這個相位基準IF信號比較以確定該測量信號的相位。
一旦建立了Ref IF和Test IF信號，則發(fā)送這兩個信號到相位檢測器90以及測試幅度檢測器塊92和94。相位檢測器塊90發(fā)送相位信息到門陣列和測量IC 80。從基準和測試幅度檢測器92、94的輸出被發(fā)送到模數(A/D)Mux 96，接著發(fā)送到A/D變換器98。幅度比信號由此被發(fā)送到門陣列和測量IC(集成電路)80。
門陣列和測量IC 80完成測試和基準IF信號之間的相位，以及它們的幅度比的計算，以形成該測量的復數表示。從IC 80的輸出被置于模擬I/O總線72，該I/O總線與數字板38通信。因此，用于該測試設備的相位測量功能是從數字板控制的，但卻是在模擬板上被測量和計算的。這些測量結果接著從模擬板被傳輸至數字板。
圖21的LAN測試儀相位測量框圖示出了在相位測量系統(tǒng)級別上的這種功能。這個框圖還示意了在模擬板上計算幅度比。I/0總線72從數字板傳輸控制信號到模擬板，其還傳輸測試信號的相位和幅度到數字板。一旦測試信號已經被傳送到顯示板，則該信號可以被存儲在存儲器中或以彩色圖形在顯示屏52上顯示。
就測量速度而言，測試儀的結構已經被設計成可從顯示或遠程測試設備10或12以RF信號驅動LAN電纜導線對的方式。因此所有其他非驅動的線路可以借助每個設備內的模擬板上的MUX電路同時連接測量電路。這種設計特征使得能大大縮短測試時間，同時仍提供對測試信號幅度和相位的測量。
雖然已經示意和描述了本發(fā)明的優(yōu)選形式，但應理解的是，不用偏離隨后的權利要求書的范圍可對本發(fā)明進行變更和修正。
權利要求
1.一種LAN布線測試系統(tǒng)，包括第一和第二跳線，每根跳線各自終接于第一和第二插頭；手持顯示設備和手持遠程設備，每個所述設備包括用于通過所述跳線和待測試的LAN鏈路，向另一所述設備發(fā)送和從另一所述設備接收所選頻率的波形的裝置；所述手持顯示設備包括用于容納其中一根跳線的插頭的插座，所述插座和插頭限定第一配對連接器對；所述手持遠程設備包括用于容納另一根所述跳線的插頭的插座，所述插座和插頭限定第二配對連接器對；以及相位測量裝置，用于測量所述顯示或遠程設備之一的相位。
2.如權利要求1的LAN布線測試系統(tǒng)，其中顯示設備和遠程設備之一還包括電子存儲裝置，用于存儲所述跳線和所述配對連接器對的散射參數，以及計算裝置，其利用所述存儲的散射參數來移動所述相位基準平面到對所期望的測試類型的需要位置。
3.在一種LAN布線系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)具有顯示設備、遠程設備以及已知長度L1和L2的第一和第二跳線，所述跳線各自終接于第一和第二插頭，而且所述顯示和遠程設備均具有用于容納跳線插頭的插座，插頭和插座在連接時構成配對連接器對，所述顯示和遠程設備均具有用于通過所述跳線和待測試的LAN鏈路，向另一所述設備發(fā)送和從另一所述設備接收所選頻率的波形的裝置，一種改進的測試LAN布線的方法，包括步驟a)校準所述跳線和配對連接器對，所述校準包括測量所述配對連接器對和所述跳線的散射參數的步驟；b)將所述第一跳線與所述顯示設備以及待測試的鏈路的一端相連接，將所述第二跳線與所述遠程設備以及待測試的鏈路的另一端相連接，并測試待測鏈路；以及c)利用所述配對連接器對和所述跳線的散射參數來移動位于所述顯示設備和遠程設備的基準平面到對所期望測試類型的需要位置。
4.如權利要求3的方法，其中所述校準步驟還包括步驟a)連接所述第一跳線的所述第一插頭與所述顯示設備的插座，并且連接所述第一跳線的第二插頭與所述遠程設備的插座；b)測量包括位于每個設備的所述配對連接器在內的所述第一跳線的所有四個散射參數ST1；c)對所述第二跳線重復步驟a和b，以獲得包括位于每個設備的所述配對連接器對在內的所述第二跳線的散射參數ST2；d)獲得由所述設備生成的波的頻率F值、額定傳播速率NVP以及衰減常數α，并利用每根跳線的已知長度和所獲得的F、NVP和α的值計算每根跳線不帶插頭時的散射參數SB1和SB2；e)根據ST1和SB1計算所述第一跳線的每個配對連接器對的散射參數SA1和SC1；以及f)根據ST2和SB2計算所述第二跳線的每個配對連接器對的散射參數SA2和SC2。
5.如權利要求4的方法，還包括步驟在其中一個所述設備保存所述整體測量的散射參數ST1和ST2，以及所述計算的散射參數SA1、SB1、SC1、SA2、SB2和SC2。
6.如權利要求4的方法，其中獲得額定傳播速率NVP以及衰減常數α的值的步驟是通過測量這些量實現的。
7.如權利要求4的方法，其中獲得額定傳播速率NVP以及衰減常數α的步驟是通過假設這些量的適當值實現的。
8.一種LAN布線測試系統(tǒng)，包括終接于第一和第二插頭的第一和第二跳線，手持顯示設備和手持遠程設備，每個所述設備均包括通道鏈路適配器卡，所述卡具有適合于容納跳線的插頭的插座，每個所述設備包括用于通過所述跳線和待測試的LAN鏈路，向另一所述設備發(fā)送和從另一所述設備接收所選頻率的波形的裝置，所述顯示設備和遠程設備包括用于測量顯示或遠程設備之一的相位的相位測量裝置，以便可利用所述通道鏈路適配器卡進行通道鏈路和永久鏈路測試。
全文摘要
一種LAN測試儀具有顯示和遠程設備，每個設備均具有與適配器板相連的連接器插座以連接跳線的插頭。顯示和遠程設備都具有電路，能測量驅動信號電壓和因驅動信號導致的對應耦合或反射信號之間的相位。配對連接器對和跳線本身的散射參數是在場校準期間測量的。一個或兩個所述測試儀內的計算機存儲所測量的散射參數并利用所述散射參數來移動基準平面到沿該跳線的任何期望位置。通道鏈路或永久鏈路測試可利用相同設備執(zhí)行。
文檔編號H04L12/24GK1514589SQ20031012052
公開日2004年7月21日 申請日期2003年12月12日 優(yōu)先權日2002年12月12日
發(fā)明者杰拉爾德·W·倫肯, 基思·H·戴維斯, 埃迪·皮翁卡, H 戴維斯, 杰拉爾德 W 倫肯, 皮翁卡 申請人:理想工業(yè)公司