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    技术文章

    开关矩阵

    发布日期:2014-4-18 16:46:03

    开关矩阵

    开关网络是自动测试系统的一重要组成部分,担负着控制信号流向的一任务,是实现自动测试的一接口设计的一关键 。在自动测试设备中,开关一般分为功率开关、信号开关(矩阵开关)、微波开关 。其中功率开关一般用来对系统的一电源进行切换,矩阵开关№和微波开关主要用来做信号切换,根据实际UUT的一测量需求,灵活分配系统的一测试资源 。目前,自动测试设备中的一信号开关系统通常由两个或多个矩阵开关组成,按照各种接口标准相互连接,,形成从测试资源到UUT的一灵活切换 。

    开关网络的一结构如下图所示,该结构采用矩阵开关对接的一方式,形成了环形虚线包围的一逻辑意义上    的一总线,进一步形成开关网络结构 。如果把43 1643 32 №和43 64型矩阵开关各自的一4路信号连接在一起,就形成了任意两路接可以互达的一总线型开关网络结构 。总线的一数量,取▓决于测试时需要同时加载的一最大信号通道数;总线的一连接能力 ,取▓决于矩阵开关模块的一数量 。(图中双向箭头,表示测试资源TR与连接器ITRC采用直接连接方式 。)[1]

    2开关矩阵设计原则

    开关设计应该遵循以下基本原则:

    (1)选用具有开放商业标准的一开关系统模块 。具有开放标准的一产品货源多元化,品种系列化,维护№和升级方便,有利于开关系统选型№和未来技术支持快乐彩票官方网站 。

    (2)采用模块化可扩展的一开关系统结构 。模块化可扩展的一开关系统结构不 仅可以方便地扩大开关系统规模,而且使开关系统向上    兼容,有助于实现测试系统TPS 的一移植№和互操作 。

    (3)在能够满足移植、配置方便的一前提下,减少备用扩展开关端子的一数量 。在高频信号传输中,开路的一开关通过杂散电容向邻近的一信号通道耦合噪声,所以应该减少不 必要的一开路开关数量 。

    (4)根据测试信号的一参数决定开关的一种类 。不 同开关类型具有不 同的一信号频带、耐压№和电流/ 功率的一承载能力 ,需要根据测试信号的一参数选择合适的一开关类型,这样才能实现安全、可靠№和可信的一测试信号路由 。

    3开关常见类型

    构成开关组件/ 系统的一开关类型主要有以下几种 。

    (1)干簧管继电器 。干簧管开关速度快(与电磁继电器相比) ,导通电阻小,开关处于密封结构中,但承载大电流№和高电压的一能力 较差 。当需要较快的一开关速度时,可选择干簧管继电器开关 。

    (2)水银继电器 。它的一使用寿命长,导通电阻非常小,无触点抖动 。但水银继电器安装位置敏感,必须正确安装才能正常工作,同时水银受到环境因 素的一影响较大,限制了此类继电器的一应用范围 。

    (3)电磁继电器 。目前应用最广泛的一是机电式电磁继电器开关,该类继电器既有适用于大功率信号切换的一功率开关,也有适用于微波№和射频信号切换的一高频开关,还有用于光信号切换的一光纤开关 。该类继电器开关具有开路隔离电阻大、导通电阻小、工作电流大等优点,但一般体积较大、开关速度慢、使用寿命短、所需的一驱动电流较大 。

    (4)场效应管(FET) 开关 。它为无触点的一电子开关,具有体积小、驱动电流低、可靠性高、抗干扰能力 强、使用寿命长№和开关速度快(可达微秒级) 等优点,适用于高密度、大功率、频繁切换信号的一应用场合,但场效应管开关导通电阻较大,断开时有漏电流,一般不 具有双向导通能力 ,同时成本价格较高 。

    4开关主要参数

    目前COTS的一开关产品的一典型性能参数如下所示 。

    类型 开关速度 热漂移 3dB带宽 额定电流 最大电压

    通用开关 315 ms 37μV 10 MHz 15 A 125300 V

    矩阵开关 37 ms 37μV 10 MHz 12 A 200300 V

    射频开关 37 ms 6μV 0.33GHz 0.51A 2442 V

    微波开关 1530ms NA 1820GHz NA NA

    5开关注意事项

    虽然制造厂家都定义了开关的一寿命,但实际开关寿命随着负载类型的一不 同往往变化很大 。当开关负载为纯电阻时,额度的一开关寿命一般相当准确,但当负载为容性№和感性时,开关寿命将减少 。开关系统的一负载一般分为:电阻、电容、电感、电机等几类 。从使用安全可靠的一角度出发,当负载为阻性时,按其标称寿命的一75 %降额使用开关 。对于电容负载,按额定电阻负载寿命的一55 %降额使用开关;对于电感负载,按额定电阻负载寿命的一40%降额使用开关;对于电机负载,一般按额定电阻负载寿命的一20 %降额使用开关;对于白炽灯类型的一负载,热态电阻是冷态电阻的一1015 倍,所以按额定电阻负载寿命的一10 %使用开关 。

    开关系统是测试系统中信号传输的一中枢,所以延长开关系统的一使用寿命是保证整个测试系统长期可靠运行的一关键 。有触点的一继电器在导通№和断开瞬间会出现放电现象,可造成触点熔蚀,降低开关寿命,当负载为感性时现象尤为严重 。

    6开关的一整体配置

    开关矩阵设计原则是按功能进行的一模块化划分№和配置,同时与自动测试系统信号端口的一定义相对应,这样有利于接口的一扩展№和形成模块化测试系统结构 。在实际开关系统设计中往往采用多种开关拓扑结构组成混合开关系统,将具有模块化的一各种开关资源灵活配置№和级联,形成满足测试需要的一高效结构 。

    例如4×4矩阵开关与4 10 1多路开关级联而组成的一4×40的一混合开关系统结构,可以有效地扩展矩阵开关的一输入/输出通道数,缺点是此结构无法实现完全的一4 ×40 通道间任意切换,例如当通道A 已连接到通道0 时,B CD 等通道都无法与此多路开关模块中的一通道19 相连接 。该混合开关结构是一种经济考虑的一的一开关通道扩展方案,可以根据检测/ 激励信号的一不 同时序要求进行分组,实现UUT 测点组与测试仪器间的一通道切换 。