专利名称：用于局域网电缆敷设的手持测试器和方法
相关申请的交叉引用这是2002年12月12日申请的序列号为10/317,555的共同未决申请的部分继续申请。
背景技术：
局域网(LAN)电缆敷设被用于连接相互之间使用高速数字信号传送信息的设备比如个人计算机、打印机和传真机。这种类型的高性能电缆敷设有时称为电信电缆。由于一个办公室包括许多计算机、计算机文件服务器、打印机和传真机，LAN电缆敷设将所有这种设备互连到通信网络之中。LAN电缆敷设被设计来支持该网络所有单个元件相互之间的远程通信。
图1以简化图的形式示出了LAN电缆敷设的例子。图1示出了怎样使用多数在建筑物墙壁内走线的LAN电缆敷设来将某人桌子上的个人计算机1连接到电信室中的文件服务器2的。在墙壁里面电缆3的最大长度不能超过90米。使用墙壁插座连接器4把来自计算机和文件服务器的软线5连接到LAN电缆敷设上。
电缆敷设因为电缆敷设包括安放到LAN电缆上的连接器4以及电缆3本身，所以电缆敷设在术语LAN电缆敷设中是一个重要词语。因而，LAN电缆敷设的性能取决于连接器以及电缆。
安装技术人员将LAN电缆敷设作为新建筑物的一部分或作为已存在建筑物中LAN性能升级的一部分来安装，在任一种情况中，技术人员都要将LAN电缆3穿过墙壁然后在该电缆未端安放连接插座4。然后该插座被咬入墙壁插座底板并且该安装完成。
但是，然后需要该技术人员使用校准测试设备测试各个LAN电缆敷设的走线或链路。这种测试向总承包商证明从信号完整性的角度上看该电缆敷设走线已被正确地安装。手持LAN测试器被用于执行这些测试。检测器使用一系列不同的信号类型来驱动该电缆敷设，并且从所接收信号的测量值判断该电缆敷设是否能够支持指定数据速率的电信信号。
LAN测试器记录每次测试的结果，并在稍后打印出一个指示链路合格或不合格的测试文档。技术人员为合格的链路领取报酬。如果有链路不合格，则技术人员必须重新测试，而且经常替换安装不正确或不适当的连接器。技术人员继续进行测试和维修直至这些链路全部连通。
LAN测试器LAN测试器是相当成熟的手持测试系统，可以在TIA6型电缆敷设的情况下用覆盖1至250MHz频率范围的一系列测试来测试LAN链路。图2示出了典型的LAN测试器6，具有连到LAN测试器上的测试适配器电路板7。测试适配器电路板包括测试插座连接器8。测试适配器的目的是在LAN测试器和所要测试的LAN链路之间提供连接接口。
测试插座8允许LAN测试器6使用转接线9连接到LAN链路上，如图3和4中所示。转接线典型长度为两米，或近似6英尺。这种长度允许技术人员在测试进行期间方便地将LAN测试器连接到墙壁插座4。
标准技术人员参照电信工业标准来测试他们安装的链路。在美国该标准由TIA或电信工业联合会来规定。在欧洲该标准出自ISO，或国际标准化组织。当检测链路时，技术人员选择要测试哪一种类型的链路和相应的若干套测量限制，无论来自TIA还是ISO。
链路得到了测试，并将测量结果与来自指定标准的限制相比较。如果没有超过限制则链路合格。若非如此，则链路不合格而且技术人员必须按照要求对不合格的链路进行作业，直到链路合格。这常常意味着重新安装电缆末端上的连接器。
标准链路定义图5以简化形式示出了具有在建筑物墙里走线或高架在天花板上的90米LAN电缆的标准固定链路。附着到电缆敷设末端的墙壁插座被用于将该链路与电信室内的设备相连接，也将该链路连接到办公室本地局域网内诸如电脑或打印机的独立设备。TIA和ISO将90米长度规定为固定链路的最大长度。
链路测试图6举例说明了LAN测试器如何测试链路的性能。测试链路(如工业上所知的“检修(shooting)”链路过程)时，如所示那样需要两个LAN测试器。技术人员将显示端LAN测试器6A连接在链路一端，并将远程端LAN测试器6B连接在链路另一端。由于显示端LAN测试器具有示出测量结果的显示屏，技术人员就从显示终端检修链路，从该处控制测试并查看测试结果。
在测试期间，首先一个单元在链路的一端施加测试信号而两个单元都测量结果。然后与信号应用调换角色，而信号测量发生在链路对端。当测试完成时，远程单元向显示单元发送其数据测量文件，用于在显示单元内进行最后的处理和保存。每次由选择标准所规定的测试限制施加到测量数据集上，以确定该链路是否通过验收证明测试。
标准链路TIA和ISO都定义了两种类型的LAN链路，信道链路和固定链路。下面示出并论述这两种链路。
信道链路如图7所示，信道链路包括LAN链路和转接线，但不包括到信道测试适配器板7A的连接。信道链路测量路径包括墙壁里面的链路3，墙壁上的成对连接器对和转接线，并且假设它代表最终的总电信链路的性能，该电信链路也使用转接线将个人计算机和文件服务器彼此互连。由于在这种路径中有更长的电缆敷设，用于信道链路的测试限制不像用于固定链路的那样苛刻。
固定链路如图8所示，固定链路包括链路3，加上墙壁插座上的成对连接器对，但不包括转接线。也不包括到固定链路测试适配器板7B上的连接。固定链路测试只评估墙壁内的电缆，墙壁上的连接器插座，插入插座的插头，以及附着到每个插头上的两厘米电缆。固定链路测试基本上体现了只在墙壁内敷设电缆的链路的性能。因此，固定链路测试限制要通过的最为严格的测量限制。
作为结果，技术人员经常被告知，如果他们的链路没通过固定链路测试的话，则将LAN测试器限制转换成信道链路限制并重新测试。如果信道测试通过，那么在这些情况下可以认为链路合格。
现在将考虑技术人员在测试他们所安装的符合合适TIA或ISO测量测试限制的局域网(LAN)电缆敷设时所面临的测试问题。技术人员会保证所安装的链路或者符合固定链路测量限制，或者符合信道链路测量限制。假定技术人员在LAN验收证明测试之前已经执行了现场校准测试设备的必需步骤，以确保LAN测试器的最大测量精度。
固定链路测试问题1.固定链路适配器结构注意图8中示出的现有技术固定链路测试适配器7B。要记住固定链路包括墙壁中的电缆加上墙壁插座上的成对连接器对，但不包括转接线的大部分。典型的是通过把转接线切成两半，然后把转接线的每个切头焊接到固定链路测试器机壳里的印刷电路板(PCB)上来装配固定链路适配器(PLA)。这些PCB被设计得仅引起非常小的信号完整性问题以便可以忽略其效应。
2.固定链路测试寿命由于固定链路适配器进入PLA机壳时转接线的机械弯曲，固定链路适配器具有有限的测试寿命。当转接线弯曲已经超过了它的最大曲挠数时，它就需要更换。当这种情况发生时，就不得不更换整个PLA。此外，为达到最大的测试精度，在显示端和远程端的PLA都应该更换。
3.专用PLALAN测试器经常对于所测试的每个固定链路使用专用PLA。这是因为转接线的电路和传输线性能可能成为整个PLA测量结果的重要部分。安装技术人员需要了解他或她正在测试什么链路，谁进行的电缆敷设，以及要使用的PLA优选类型是什么。
4.匹配的PLA套装通常技术人员会使用与设备供应商在链路中所使用电缆类型相匹配的一套PLA。如果该链路使用于自设备供应商X的电缆敷设(就是说，电缆加上连接器)制造，那么就使用于自设备供应商X的转接线所制造的PLA用于验收证明测试。
5.PLA成本PLA对安装者可能是昂贵的项目，一套两个常常要400美元或更多。如果LAN电缆敷设安装测试公司有几个安装者，每一个都需要不同设备供应商指定的几套PLA，这种开销项目可能相当昂贵。成本来自塑料机壳里的专用印刷电路板，用于形成连接到LAN测试器上的PLA的结构。
6.PLA串扰另外，当LAN验收证明迁移到250MHz以上的频率时，作为测量系统部分的PLA性能就变得更为关键。测量的串扰或PLA连接电路板内的连接器对之间绝缘的缺少随着频率的增加变成一个严重问题。当绝缘恶化超过一定水平时，LAN测试器不能测量电缆敷设对到对的绝缘，因为它不能“看”出它自身的PLA产生的串扰。
本发明提供了这个问题的解决方案。该解决方案是在测试适配器板上使用具有已证实绝缘性能的连接器，然后用转接线连接到这个测试适配器板上，该转接线具有与适配器板上的连接器成对的连接器。
7.PLA参考平面校准使用固定链路适配器最后的问题是测量参考平面定位的问题。固定链路校准的目的在于使所有的固定链路测量都参考沿着转接线的已知点。尤其是，计算固定链路测量参考平面以便将这个点设置大转接线距墙壁插座2厘米那端。根据这个校准，所有来自转接线的效应都从固定链路测量中去除。在这个点上定义并设置这个参考平面所用的校准程序可以包括对固定链路校准数据进行初始设置，并使它最终代指这个所期望的参考平面。
信道链路测试问题1.信道链路适配器注意图7中所示的信道链路测试适配器7A。记住信道链路包括链路(即，墙壁中的电缆加上墙壁插座上的成对连接器对)和转接线，但既不包括插头也不包括信道测试适配器板上的插座。信道链路适配器(CLA)是通过将具有适当绝缘性的直角连接器放置在CLA机壳内所固定的印刷电路板上而校准。当与用于信道链路验收证明的转接线成对时，选择直角连接器以提供明显的对到对绝缘。
2.CLA测试寿命由于低成本可更换转接线的使用解决了转接线机械弯曲的问题，信道链路适配器在与固定链路测试适配器相比较时具有长得多的测试寿命。CLA内部固定在印刷电路板上的连接器在接头上的覆层磨掉时最终磨损。不过，信道链路适配器的测试寿命比固定链路适配器的长得多。
3.专用CLA由于在信道链路适配器印刷电路板上使用了低串扰，高绝缘的连接器8，当测试信道链路时，LAN测试器也使用专用的CLA。
4.匹配的CLA套装借助于CLA机壳内PCB上所固定的高绝缘印刷电路板，由定义使用匹配的CLA套装。然而，当与PLA相比时，任何类型的转接线都可以与CLA一起使用，只要转接线与链路下层测试所使用的电缆敷设类别相兼容。
5.CLA成本由于CLA能够使用任何兼容的转接线连接到信道链路上并测试信道链路，其成本没有PLA的那么贵。
6.CLA串扰借助于CLA模块机壳内使用的低串扰连接器，信道链路对到对绝缘优于固定链路。
7.CLA参考平面校准信道链路适配器最后的问题也是测量参考平面定位的问题。尤其是，信道链路测量参考平面被设置在转接线连接器恰好在转接线输入端的那端，如图7所示。使用这个校准，所有来自转接线输入端连接器(即，在测试器端的插头)的效应都从信道链路测量中去除。
LAN链路测量问题总述根据上面的讨论，当与信道链路相比时，固定链路测量需要使用一套独立的固定链路适配器，这在以下方面增添了一组不期望的成本1)固定链路适配器本身；2)专用PLA套装的数量；以及3)由于转接线弯曲失效带来的有限的PLA测试寿命。当与信道链路适配器相比较时，固定链路适配器在使对到对串扰最小化上还有更多问题。
发明内容
由于这些原因，本发明中提出一种校准/测量方法，其目标在于1.完全去掉固定链路测试适配器；2.减少LAN测量开销支持成本；3.改进信号完整性；4.增加LAN链路在300MHz以上频率的测量精度；以及5.提供一种使用信道适配器和低成本的转接线测量固定链路的方法。
相位在描述本发明的方法之前，需要给出相位的论述。相位测量的能力是本发明LAN测试器的关键属性。就是说，除了大小之外，本发明的手持LAN测试器还能测量相位。这种能力允许测试器在沿被测LAN链路上一个指定点上设置测量参考平面。原始的校准参考平面可以设置在沿着链路容易设置，测量，定义和实现的点上的某个点。
相位也允许测试器在LAN链路测试期间的任何时间轻易地将这个初始校准参考平面和所有其相关的LAN链路测量移动到另外一个新的参考平面位置。特别是，使用相位信息，显示端和远程端每一个都能够在如图9中所示的四个可能位置中的任何一个中移动相位参考平面，这四个位置为从信道链路适配器印刷电路板中，穿过在CLA输出处匹配的连接器对，沿着转接线长度的任何位置，和到达墙壁插座中匹配的连接器对。相位参考平面的移动使这个发明的测试器能够使用信道链路适配器和低成本转接线来完成固定链路测量。
简言之，该方法包括测量用于每个转接线加上转接线每一端成对连接器对的整体散射参数ST的校准步骤，如图10所示。每个转接线的散射参数SB可以从转接线的已知特性中获得。这与整体散射参数矩阵ST一起，允许对位于转接线末端的匹配连接器对的散射参数SA和SC的计算。已知匹配连接器对SA与SC和转接线SB的散射矩阵，参考平面可以从LAN测试器内沿转接线移动至任意位置，以完成固定链路或信道链路测试。
图1为从工作区到电信室的LAN电缆敷设连接的示意图。
图2为具有测试适配器和测试插座的现有技术LAN测试器的图示。
图3和图4举例说明了具有转接线的现有技术LAN测试连接。
图5举例说明了标准的90米链路。
图6举例说明了使用LAN测试器测试或“检修”链路的过程。
图7举例说明了信道链路配置。
图8举例说明了固定链路配置。
图9举例说明了如本发明所述的测量参考平面随相位的移动。
图10举例说明了本发明的LAN测试器。
图11为由本发明的LAN测试器测量的驱动信号和结果信号曲线图。
图12为本发明的显示单元中相位测量电路的简图。
图13为根据本发明在工厂校准期间，设置测量参考平面的图示说明。
图14为将参考平面移动通过成对连接器对的图示说明。
图15为根据本发明沿转接线下移参考平面的图示说明。
图16举例说明了图9中点2上的参考平面与图9中点3上的参考平面是怎样关联的。
图17为本发明的LAN测试器显示单元的剖面透视图。
图18为测试器单元下面的剖面透视图。
图19为本发明的LAN测试器单元的数字控制电路板结构图。
图20为本发明的模拟电路板结构图。
图21为本发明的详细相位测量结构图。
图22为整个链路和它的等价线性两端口网络串联框图。
具体实施例方式
图9中示出了本发明的LAN测试系统的示意性表示。测试系统包括手持显示单元10，手持远程单元12和第一，第二转接线14，16。每个转接线包括在一端的第一插头14A，16A，真实电缆14B，16B和在另一端的第二插座14C，16C。显示单元10具有信道链路适配板18，其上安装了第一连接插座20。该插座暴露在显示单元的外部。插座20能安插转接线插头14A或16A以形成第一成对连接器对。当检测一个链路时，转接线的其它插头14C，16C与附着在墙壁内走线的链路24上的墙壁插座22成对。相似的，远程单元14具有信道链路适配器板26，其上安装了第二连接器插座28。优选为连接器20和28都是具有适当对到对绝缘的直角连接器。用于高频率的RJ-45插座或Siemon terra插座适用。插座28接收第二转接线的插头16A以形成第二成对连接器对。当检测链路时，第二转接线16的插头16C连接到位于链路24末端的墙壁插座30。显示和远程单元包含合适的射频和电路用于测试该链路。显示单元还具有用于启动和控制测试功能的用户触发开关，以及不管数据适当与否都传达给用户的显示屏。显示单元还具有用于完成下面所描述计算的计算机处理器，以及存储所测量散射参数和其它数据的存储器。
LAN测试系统的操作如下。首先必须执行具有显示和远程单元和两条转接线的现场校准。这次校准的目的是通过使用任意两条连接到显示和远程单元，具有一组信道链路适配器的转接线而为显示单元和远程单元设置测量参考平面，如图10所示。这两条转接线应当由相同设备供应商制造，两端有相同插头，但它们不必具有相同的长度。
散射参数由于显示和远程单元能够测量相位，由转接线插头和转接线本身组成的完整转接线能够通过使用散射或[S]参数测量其频率响应而测量到或特性化。根据工厂校准，在信道适配器印刷电路板上的测量参考平面将位于到信道适配器板18，26上的直角连接器插座20，28的输入处。
测量步骤1.在两个单元之间连接转接线14。
2.测量如此连接的第一转接线14的所有四个散射参数，包括每个信道链路适配器板18，26上的成对连接器对20，14A和28，14C。
3.保存所测量的用于第一转接线14的总散射数据[ST]1。
4.在两个单元之间连接第二转接线16。
5.测量如此连接的第二转接线16的所有四个散射参数，包括每个信道链路适配器板18，26上的成对转接线对20，16C和28，16A。
6.保存所测量的用于第二转接线16的总散射数据[ST]2。
计算步骤1.对于每条转接线，散射矩阵的元素是一组具有如下已知公式表示的简单公式或项 作为两端口的例子，考虑j:=-1]]>c＝3·108M/秒假设输入成对LAN连接器对A矩阵的值·[SA]
转接线矩阵-[SB](假设该线路完全匹配)L2米 假设F＝600MHz，NVP＝0.75α＝0.002F＝600·106NVP＝0.75β:=2·π·Fc·NVP]]>γ＝α+β·jφ＝γ·Lφ＝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输出成对LAN连接器对A矩阵-[Sc]，(注意与[SA]的关系)SC1，1＝SA2，2SC1，2＝SA2，1SC2，1＝SA1，2SC2，2＝SA1，1SC:=SC1,1SC1,2SC2,1SC2,2SA:=0.04+0.01i0.3-0.1i0.3-0.1i0.04-0.01i]]>用于参考SC:=0.04-0.01i0.3-0.1i0.3-0.1i0.04+0.01i]]>det_C＝SC1，1·SC2，2-SC1，2·SC2，12.为达到可接受的精度，转接线的特征阻抗Zo已知，为达到非常好的第一阶近似，可以认为Zo＝100欧姆。
3.接线中电线部分的长度已知。这个长度可以由测试器单元的生产商指定，或者它能够由LAN测试器测量。
4.为达到可接受的精度，转接线每一端的成对插座和插头的散射矩阵可以假定是相同的。
5.然后，使用以上1～4的合理假设和所测量的第一转接线14的总散射矩阵[ST]1，就能够求解转接线每一端的成对插座和插头的散射矩阵。
6.使用成对连接器对的散射矩阵和转接线14的散射矩阵，测量参考平面可以穿过印刷电路板上的成对连接器对移动。这种参考平面定位对于执行信道链路测试是必要的；或者为执行固定链路测量，参考平面可以沿转接线进一步下移至墙壁插座的1或2厘米内。
7.然后使用第二转接线16进行同一组测量和计算。
8.用于成对连接器对的散射参数被全天的保存用于测试成直至选择了另外的转接线组，此时，重复现场校准程序。
可以使用线性代数计算来推导散射参数矩阵，以求解LAN信道连接器散射矩阵的元素。在这组计算中，假设一组成对连接器对的散射参数和以下成立的公式，完整的总散射矩阵[ST]通过将成对连接器对的散射矩阵与转接线传输线路相结合而得以计算。
然后，使用[ST]作为“给定的”最终测量结果，并使用转接线传输线路的假设，上面的假设2和3，加上假设4，即假设两个成对连接器对有相同的散射矩阵，该程序求解成对连接器对散射矩阵[SA]的元素。
正如在用于总[ST]矩阵的原始计算中所假设的那样，该程序求解并计算用于[SA]的相同值。这次计算确保数学模型是正确的。
现在考虑该发明的相位测量方面，当测试与所发布LAN电缆敷设性能标准相兼容的LAN电缆敷设时，本发明的LAN测试器测量两个信号间的关系。测试器测量的信号关系是量值比率，并包括两信号之间的相位关系。注意，讨论的这个相位测量是在驱动信号电压和由同一驱动信号引起的对应耦合或反射电压之间的相位。这两个信号在由工厂或者现场校准程序所确定的指定参考平面上测量。
相位差可以在位于相同频率的两个正弦信号之间显示。图11所示的曲线中，V_Drive迹线(实线)对应到LAN电缆敷设中的驱动信号。V_Meas迹线(虚线)为由LAN测试器所测量的作为结果的信号。注意V_Meas的幅度是V_Drive幅度的40％。V_Meas还滞后V_Drive30度的相位。还可以在图中看见V_Drive和V_Meas之间这种相位滞后关系。
如果计算了V_Meas对V_Drive的比率，某人就可以计算，例如，与一个LAN电缆对上的驱动信号相关的串扰项，和出现在另一个LAN导线对上的耦合串扰信号。当计算比率V_R＝V_Meas/V_Drive时，|V_R|，V_R的大小＝|V_B|＝|V_Meas|/|V_Drive|＝0.4/1.0＝0.4。那么|V_R|＝0.4。
两个信号间的相位必须使用信号之一作为参考相位计算。这种情况下，V_Drive信号被定义为参考信号。然后，V_Meas的相位关系就说成滞后参考信号V_Drive30度的相位。由于涉及到相位角，比率V_R＝V_Meas/V_Drive为复数，具有相应大小|V_R|和相角_R＝-30度，_R的负号表明V_Meas相位上滞后V_Drive30度。这样V_R＝0.4∠-30度。
相位也可以由两个方波信号的时间关系计算得到，通过计算方波信号的两个对应角度之间的时差。图12中举例说明了这一点，其中信号从左向右行进。注意在图12的两个方波，V_Meas和V_Drive，其中V_Meas的前沿滞后参考方波V_Drive的前沿时差Δt。这个时差可以用于计算两个信号间的相位，通过将Δt与周期TClock相关联，TClock是在频率FClock下运行的精确参考时钟。
TClock＝1/FClock那么在这两个方波之间度数表示的相位_R是_R＝360×(Δt/TClock)度相位测量电路决定了Δt的值，输出在两个方波V_Meas和V_Drive之间与相位相关的信号。本发明的LAN测试器使用可编程门阵列测量Δt。
LAN测试器可以测量相位，需要参考如下讨论的一个测量参考平面。
1.最初，设置测量参考平面-校准期间，相位测量能力允许LAN测试器在一个沿着要测量的LAN链路指定的点设定，或者定义测量参考平面。这个在工厂校准程序期间定义的参考平面可以设在沿链路任意点的地方，以允许测量简单并方便的进行。校准程序在如图13中示出。
参考平面位置在初始工厂校准期间，在显示和远程端使用图13中所显示的过程定义或设置。包含短路，开路和终止的插头依次应用在信道链路适配器的插孔上。对每个连到插孔中的插头采用扫描频率测量。从包括相位信息的测量数据，显示端和远程端在观察用虚线显示的CLA印刷电路板上插孔的点处设置其参考平面。使用在此点上设置的参考平面，相位信息也允许它从这个点沿转接线向上和向下移动。
2.移动测量参考平面-转接线现场校准之后，相位还允许LAN测试器能够在链路测试期间轻易的移动这个初始校准参考平面。相位在LAN链路测试期间的任何时候都允许初始参考平面能够移动到新的参考平面位置。尤其是，使用相位信息，显示端和/或远程端每个都能够从如图9中所示的四个可能位置从信道链路适配器印刷电路板中，穿过在CLA输出处匹配的连接器对，沿着转接线长度的任何位置，和到达墙壁插座中匹配的连接器对中的任何一个中移动相位参考平面。
2a.图14中所示的信道链路适配器模块上的参考平面通过成对连接器对从1到2的移动是通过使用在转接线现场校准期间测量和计算用于成对连接器对的[S21]连接器对数据完成的。这个步骤设置用于信道链路测试的参考平面。
2b.图15中所示的参考平面沿着转接线从2到3的下移移动到转接线以下通过使用在现场校准期间测量和计算用于转接线的[S]-参数数据完成的。
应当指出沿转接线LLine向下从2到3的期望长度以英寸为物理长度单位来表达。需要将以英寸为单位的LLine转换成以度为单位的等价电相位长度Line。
在转接线现场校准期间，通过测量确定转接线的NVP(传播的标称速度)。由这个值，从2到3移动的对应电子相位长度Line使用以下公式计算β＝(360×f)/(NVP×c)度/英寸此处c＝自由空间中光的速度1.1811×1010英寸/秒f＝以赫兹为单位的信号频率然后使用以下公式计算以度数为单位的LineφLine＝LLine×(360×f)/(NVP×c)度将这个公式表达只与转接线参考平面相关联，从2向3移动在图16中可见。
所测量的LAN电缆数据使用如图14中所示的[S21]连接器对数据通过成对连接器对从1向2移动。参考图15，它示出了以英寸为单位的转接线长度是怎样与以度为单位的等价转接线电子长度相关联的，图16经以下公式表达将这些项联系起来 对于相当充分匹配的转接线，这个表达式变成 如果转接线具有特征阻抗Z0p不等于Z0＝100欧姆，那么转接线S11p和S22p为非零，然后换成通过使用标准传输线理论计算出的非零数值。
最后，参照平面2测量的LAN电缆数据通过转接线散射矩阵[S]转接线的使用而与平面3相关联。
从这个矩阵可以看出对于充分匹配的转接线，通常情况下，不影响成对连接器对项S11和S22。对于成对连接器对散射矩阵唯一的影响是增加了相位项e-jφLine。
这样，使用测量或规范已知的转接线NVP，测量参考平面可以从成对连接器对输出处的平面2通过信道链路适配器板上的成对连接器对沿着转接线向下移动指定的英寸数。
现在更详细地描述测试单元，图17和18的分解图示出了测试器的整个物理配置并且示出了其印刷电路板是怎样插装的。所示的测试器是显示单元10。应当理解远程单元与之相似。测试器具有包括前壳32和后壳34的机壳。后壳限定出一个容器或腔36用于接收并固定信道链路适配器印刷电路板37。在机壳内部有驱动并控制模拟激励/测量模块40的数字控制模块38。这两个模块都嵌入到印刷电路板内并在此被称为数字板或模拟板。模拟板40包括其底面上的连接件42。这个连接件通过位于腔36底部的后壳上的开口43与信道链路适配器上的成对连接器可释放的相啮合。时域反射仪(TDR)44测量能力由第三独立模块提供。图17中示出的其他元件包括PCMCIA卡支撑器46，通用串行总线(USB)端口48和串行端口50。这些固定在数字板38上。彩色显示单元52和键盘54固定在前壳32上面或中间。机壳的物理排列的进一步细节如2001年5月22日提交的名称为“具有用于测量电缆和网络特性的可拆卸模块的装置”，编号为09/863,810的美国专利申请中所示出和描述。
数字控制模块38的整体功能在图19的数字控制电路框图中示出。数字板由测试器内所安装的固件驱动的高速中央处理单元(CPU)56所控制。可以提供几个存储块(未示出)，以及RAM存储器58，小型引导闪存60，以及较大型引导闪存62。测试器与外部个人计算机(PC)1或者通过使用USB 48，或者具有到CPU 56的串行接口连接50而通信。闪存或网卡64可以安装在测试器中，该测试器通过PCMCIA块46连接到CPU上。这些板卡可以用于保存附加的测试结果，或将新固件上载到CPU。到达或来自CPU的其他连接包括键盘54，彩色显示器52，扬声器电话66，实时时钟68和温度传感器70以补偿温度上升时模拟板的性能。
最重要的是，通过I/O总线72与模拟板40通信。这个总线示出为独立块，因为它将控制命令从数字板38接口到模拟板40上，而且它将测出的数据从模拟板上返回用于在显示单元存储器中存储并在彩色显示器52上显示。
图20的LAN测试器模拟电路框图示出了模拟板40上的主要功能块。为清晰起见忽略其他块。模拟板生成一组连续变化的低频(LF)和射频(RF)信号，通过使用模拟板上的信号交换中继库74将它们施加到所选择的LAN电缆敷设的导线对上。同一中继库将要测量的返回信号从另一个所选择的LAN电缆芯线对运送回模拟板中。然后模拟板上的电路块调整返回的测试信号，并测量其相对于所施加驱动信号的特性。低频LF测量包括电缆电容，长度，导线DC阻抗，导线测绘和延迟。与这些较低频信号相关的电路块由相关记号标识。
注意框图中几处“MUX”记号。MUX是乘法器的缩写标记，它是将几个不同信号的输入路由到所选的信号路径的交换设备。由于LAN测试器模拟板是四信道测试仪器，所以它使用几个MUX，能够测试还在试验中的LAN电缆四个芯线对中的两个。需要MUX进行信号路由以及信道与信道间的信号隔离。
RS-485框所示出的电路框76，78，一个用于通信，另一个用于LAN测试器与门阵列和测量IC 80接口，而且用于模拟板上的DC功率控制和功率管理。
模拟板40也测量电缆串扰的RF参数，返回损耗和衰落。特别地，模拟板测量返回信号幅度除以RF驱动信号幅度的比率。该单元中的模拟板添加了整机线路以测量返回的测试信号相对于在所选的芯线对上发出的RF驱动信号的相位。
RF驱动器82将来自RF合成器84的信号在一对LAN电缆芯线上经由RF信号交换继电器74发出。驱动信号也被发送到回程损耗电桥86。
最后得到的测试信号经由同一组RF继电器74进入测试器，并通过回程损耗电桥86路由到RF混合器框88。在这里它与本地振荡(LO)信号混合并转换成测试IF(中频)信号。
如上所述，RF驱动信号也被发送到回程损耗电桥86中。如图20所示，发送到回程损耗电桥86的驱动信号进入混频器88并转换成相位参考IF信号。所有与LAN测量相关的IF信号都与这个相位参考IF信号相比较以确定这个测量信号的相位。
一旦参考IF和测试IF信号二者都创建了，它们就被递送到相位检测器90和参考与测试量检测器框92和94。相位检测器框90将相位信息发送到门阵列与测量IC 80中。从参考与测试量检测器92，94输出的信号被发送到模数(A到D)Mux96，然后到A到D转换器98。从这里量值比率信号被发送到门阵列与测量IC(集成电路)80。
门阵列与测量IC 80完成测试与参考IF信号之间相位和其幅度比率的计算，以推导该测量的复数表达式。来自IC 80的输出信号被放置到与数字板38通信的模拟I/O总线72上。这样，对于测试单元的相位测量功能脱离数字板的控制，而在模拟板上被测量并计算。然后测量结果从模拟板运送到数字板。
图21的LAN测试器相位测量框图在相位测量系统水平上示出这个功能。这个框图还示出模拟板上量值比率的计算。I/O总线72将控制信号从数字板运送到模拟板，而且它还将测试信号的相位和量值运送到数字板。一旦测试信号递送到了显示板就能够将其保存在存储器中，或以在显示屏52上标绘的彩色图形形式显示。
就测量速度来说，测试器体系架构已经被设计成LAN电缆芯线对可以用于自显示器或远程测试单元10或12的RF信号驱动的形式。然后各个单元内所有其他的非驱动线可以同时经由模拟板上的MUX电路系统连接到测量电路系统。这种设计特点提供了明显减少的测试时间，同时仍然提供测试信号量值和相位的测量。
在该发明另一方面，如上所述的LAN测试器能够以所谓的双模式操作。简言之，在双模式下，LAN测试器会测量一次，却在名义上与产生一个测试结果所用的相同时间内产生两个测试结果。换句话说，用户将在某个时候按下测试按钮，而该测试器将既产生信道链路测试结果又产生固定链路测试结果。这些结果能够按该用户所选择的那样显示。
用于本发明LAN测试器的双模式测量是直接从其测量量值和相位二者的能力得来的，如上所述。再看图9，应当指出在显示端单元10和远程端单元12这两个单元中的测量参考平面都被设置在平面1。这个位置在这些单元进行工厂校准期间被设置而且是现场LAN链路测量的起始点。这个参考平面保留在这些单元内而且总是用作与相位相关的链路测量的起始点。
如上所述，现场校准确定转接线缆索14B，16B的属性和转接线插头和CLA插座的成对对14A/20与16A/28的属性。这个程序确定转接线物理长度，其NVP，以及信号沿着转接线延伸方向传递时的信号衰减或损失量。显示端与远程端转接线各自在现场校准期间定性。如所指示的，现场校准结果除了对与转接线缆索对频率相关的信号属性进行定性外，还用于既为显示端单元又为远程端单元确定CLA上成对插头/插座的属性。
LAN测试器以双模式现场测量总链路。总链路包括图9中参考平面1之间的每样东西，即，每个CLA上的成对插头/插座对，转接线缆索，墙壁上的成对插头/插座对，以及墙壁里面的链路走线。然后软件去嵌入(de-embedding)显示端单元与远程端单元上的成对插头/插座对14A/20与16A/28。由于这些插头/插座对的特性已知，这是能够做到的。这在效果上将相位测量参考移到图9中位于信道链路测量配置起始处的平面2。去嵌入插头/插座对14A/20与16A/28提供了信道链路测量。应当指出从总链路测量中去嵌入这些插头/插座对之后，留下的是信道链路测量。
一旦信道链路测量由第一去嵌入来限定，就执行第二去嵌入步骤以将相位测量参考平面移动到图9中的平面4。第二去嵌入的结果是固定链路测量。所这样，校准之后只有一个链路测量在现场进行，这用于总链路。根据总链路测量设置，LAN测试器可以通过去嵌入技术确定用于信道链路和固定链路二者的属性，本发明的相位测量电路系统使之成为可能。
由于本发明的LAN测试器被设计成测量相位，测试器使用这种能力，通过将链路当作线性级联，两端口网络而省时地测量LAN链路，如图22所示。
在图22中总链路由显示单元10上的成对连接器对MP1，远程单元12上的成对连接器对MP4，每条转接线的转接线缆索PC1和PC2，链路每一端上的成对连接器对MP2和MP3，以及链路本身组成。这是LAN测试器现场测量的东西。这些级联的两端口器件四个一组，每一个对应线对A，B，C和D。LAN测试器对于总链路这些等价级联模板中所有的四个进行分析和操作。
在现场校准期间，LAN测试器使用散射参数为MP1，PC1，PC2和MP4确定两端口电路属性。然后使用去嵌入技术，LAN测试器求解这个级联连接以从总链路测量中求出信道和固定链路的属性。这个求解在线对A，B，C和D上进行以求出信道和固定链路的属性。
由于只需要一个链路测量来确定信道链路与固定链路性能，双模式为安装人员和LAN电缆安装设备供应商提供了明显的时间与成本节约。如果使用硬接线PLA和第二独立CLA的话，则需要两次独立的测量。双模式仅需要一次测量。
优选地，LAN测试器使用散射或[S]参数进行线性两端口电路分析。然而，应当理解这个分析和去嵌入还可以使用其他已建立的两端口电路参数比如[ABCD]-矩阵，[Z]-矩阵，[Y]-矩阵和[H]-矩阵网络参数表达式而进行。使用相位测量，LAN测试器还可以使用于自这些[ABCD]，[Z]，[Y]和[H]矩阵网络参数表达式或其他线性两端口网络参数表达式中的任何一个或组合的参数进行分析与去嵌入。
虽然已示出并描述了本发明的优选形式，但是应当认识到可以不脱离以下权利要求书的范围对其进行替换和修改。
权利要求
1.在具有显示单元、远程单元、以及第一和第二转接线的LAN电缆敷设测试系统中，所述转接线中的每一条都在第一和第二插头处终结，并且所述显示和远程单元中的每一个都具有用于接收转接线插头的插座，插头和在连接时包括成对连接器对的插座，所述显示和远程单元中的每一个都具有用于将所选频率的波形通过所述转接线和要测试的LAN链路发送至和接收来自另一单元的装置，一种改进的测试LAN电缆敷设的方法，包括以下步骤a)校准所述转接线和成对连接器对，校准包括测量所述成对连接器对和所述转接线的散射参数的步骤；b)将所述第一转接线连接到所述显示单元和要测试链路的一端，并且将所述第二转接线连接到所述远程单元和要测试的链路的另外一端；c)测量总链路；d)使用所述成对连接器对的散射参数，将所述显示单元和远程单元上的参考平面移至必要的位置，用以执行信道链路测试，并保存和显示信道链路结果；以及e)使用所述成对连接器对和所述转接线的散射参数，将所述显示单元和远程单元上的参考平面移至必要位置，用以执行固定链路测试，并保存和显示固定链路结果。
2.在具有显示单元、远程单元、以及第一和第二转接线的LAN电缆敷设测试系统中，所述转接线中的每一条都具有在第一和第二插头处终结的缆索，并且所述显示和远程单元中的每一个都具有用于接收转接线插头的插座，插头和在连接时包括成对连接器对的插座，所述显示和远程单元中的每一个都具有用于将所选频率的波形通过所述转接线和要测试的LAN链路发送至和接收来自其他单元的装置，一种改进的测试LAN电缆敷设的方法，包括以下步骤a)测量所述转接线和所述成对连接器对的特性；b)将所述第一转接线连接到所述显示单元和要测试的链路的一端，并且将所述第二转接线连接到所述远程单元和要测试的链路的另一端；c)测量总链路的特性；d)通过将所述成对连接器对的特性从所述总链路测量中去嵌入，计算信道链路测量；以及e)通过将所述转接线缆索的特性从所述信道链路计算中去嵌入，计算固定链路测量。
3.根据权利要求2的方法，还包括保存所述信道链路计算的步骤。
4.根据权利要求2的方法，还包括保存所述固定链路计算的步骤。
5.根据权利要求2的方法，还包括将所述信道链路计算与所选择的工业标准相比较，并基于所述比较显示合格或不合格指示的步骤。
6.根据权利要求2的方法，还包括将所述固定链路计算与所选择的工业标准相比较，并基于所述比较显示合格或不合格指示的步骤。
7.一种LAN电缆敷设测试系统，包括每一条都包括缆索并在第一和第二插座上终结的第一和第二转接线；手持显示单元和手持远程单元，所述单元中的每一个都包括用于将所选频率的波形通过所述转接线和要测试的LAN链路发送至和接收来自所述单元中的另外一个的装置；所述手持显示单元包括用于接收所述转接线之中的一条线的插头的插座，所述插座和插头定义了第一成对连接器对；所述手持远程单元包括用于接收所述转接线中的另外一条线的插头的插座，所述插座和插头定义了第二成对连接器对；用于测量所述显示或远程单元之一中的相位的相位测量装置；以及其中所述显示单元和远程单元之一还包括用于存储所述成对连接器对特性的电子存储装置，以及被编程为将所述连接器对特性从总链路测量中去嵌入，以计算所述信道链路测量的计算装置。
8.根据权利要求7的LAN测试器，其中所述电子存储装置还保存所述转接线的缆索特性，计所述算装置被编程以将所述缆索特性从所计算信道链路测量中去嵌入，以计算所述固定链路测量。
9.一种LAN电缆测试系统，包括每一个都在第一和第二插头处终结的第一和第二转接线；手持显示单元和手持远程单元，所述单元中的每一个都包括用于将所选频率的波形通过所述转接线和要测试的LAN链路发送至和接收来自所述单元中的另外一个的装置；所述手持显示单元包括用于接收所述转接线的其中一条的插头的插座，所述插座和插头定义了第一成对连接器对；所述手持远程单元包括用于接收所述转接线中的另外一条的插头的插座，所述插座和插头定义了第二成对连接器对；用于测量所述显示或远程单元之一中的相位的相位测量装置；以及其中所述显示单元和远程单元之一还包括用于存储所述转接线和所述成对连接器对的两端口性能表达式的电子存储装置，以及被编程为使用所存储的两端口性能表达式，将所述相位参考平面移至必要位置上，用以完成信道链路或固定链路测试的计算装置。
10.在具有显示单元、远程单元、以及第一和第二转接线的LAN电缆敷设测试系统中，所述转接线中的每一条都在第一和第二插头处终结，并且所述显示和远程单元中的每一个都具有用于接收转接线插头的插座，插头和在连接时包括成对连接器对的插座，所述显示和远程单元中的每一个都具有用于将所选频率的波形通过所述转接线和要测试的LAN链路发送至和接收来自另一单元的装置，一种改进的测试LAN电缆敷设的方法，包括以下步骤a)校准所述转接线和成对连接器对，校准包括测量所述成对连接器对和所述转接线的两端口性能表达式的步骤；b)将所述第一转接线连接到所述显示单元和要测试链路的一端，并且将所述第二转接线连接到所述远程单元和要测试链路的另一端，并检修要测试的链路；以及c)使用所述成对连接器对和所述转接线的所述两端口性能表达式，将所述显示单元和远程单元上的参考平面移至必要位置上，用以执行信道链路或固定链路测试。
11.一种LAN电缆敷设测试系统，包括每一条都在第一和第二插头处终结的第一和第二转接线、手持显示单元和手持远程单元，二者中每一个都包括具有适合接收转接线插头的插座的信道链路适配器卡，所述单元中的每一个都包括用于将所选频率的波形通过所述转接线和要测试的LAN链路发送至和接收来自所述单元中的另一个的装置，所述显示单元和远程单元中的至少一个包括用于测量所述显示或远程单元之一中的相位的相位测量装置，所述显示或远程单元中的所述之一还包括用于存储所述转接线和所述成对插头与插座对的两端口性能表达式的电子存储装置，以及被编程为使用所存储的两端口性能表达式沿所述转接线移动所述相位参考平面，以便能够使用所述信道链路适配器卡进行信道链路和固定链路测试的计算装置。
12.在具有显示单元、远程单元、以及第一和第二转接线的LAN电缆敷设测试系统中，所述转接线的每一个都在第一和第二插头处终结，并且所述显示和远程单元的每一个都具有用于接收转接线插头的插座，插头和插座在连接时包括成对连接器对，所述显示和远程单元的每一个都具有用于将所选频率的波形通过所述转接线和要测试的LAN链路发送至和接收来自另一单元的装置，一种改进的测试LAN电缆敷设的方法，包括以下步骤a)校准所述转接线和成对连接器对，校准包括测量所述成对连接器对和所述转接线的所述两端口性能表达式的步骤；b)将所述第一转接线连接到所述显示单元和要测试链路的一端，并且将所述第二转接线连接到所述远程单元和要测试链路的另一端；c)测量总链路的两端口性能表达式；以及d)通过将所述成对连接器对的两端口性能表达式从所述总链路测量中去嵌入，计算所述信道链路特性。
13.根据权利要求12的方法，还包括将所述转接线的两端口特性表达式从所述信道链路特性中去嵌入，以计算所述固定链路特性的步骤。
14.根据权利要求13的方法，其中测量所述两端口性能表达式的步骤的特征还在于，使用从[S]，[ABCD]，[Z]，[Y]和[H]矩阵网络参数的组中选择的两端口电路参数。
15.根据权利要求12的方法，其中测量所述两端口性能表达式的步骤的特征还在于，使用从[S]，[ABCD]，[Z]，[Y]和[H]矩阵网络参数的组中选择的两端口电路参数。
全文摘要
LAN测试器具有显示和远程单元，二者中每一个都具有附着到适配器板上的连接器插座，用于到转接线插头上的连接。显示和远程单元二者都具有能够测量驱动信号电压和由驱动信号引起的相应耦合或反射信号之间的相位的电路。在现场校准期间，测量成对连接器对和转接线本身的散射参数。测试器单元之一或二者中的计算机存储所测量的散射参数，并使用散射参数将参数平面沿转接线移到任一期望位置上。可以使用同一设备进行信道链路或固定链路测试。
文档编号H04L12/24GK1893465SQ20061010607
公开日2007年1月10日 申请日期2006年1月24日 优先权日2005年1月24日
发明者杰拉尔德·W.·林肯, 凯思·H.·戴维斯, 爱德华·皮文卡 申请人:理想工业公司