開關(guān)矩陣

目前COTS的開關(guān)產(chǎn)品的典型性能參數(shù)如下所示。

類型 開關(guān)速度 熱漂移 3dB帶寬 額定電流 最大電壓

通用開關(guān) 3~15 ms 3~7μV 10 MHz 1~5 A 125~300 V

矩陣開關(guān) 3~7 ms 3~7μV 10 MHz 1~2 A 200~300 V

射頻開關(guān) 3~7 ms 6μV 0.3~3GHz 0.5~1A 24~42 V

微波開關(guān) 15~30ms NA 18~20GHz NA NA

雖然制造廠家都定義了開關(guān)的壽命，但實(shí)際開關(guān)壽命隨著負(fù)載類型的不同往往變化很大。當(dāng)開關(guān)負(fù)載為純電阻時(shí)，額度的開關(guān)壽命一般相當(dāng)準(zhǔn)確，但當(dāng)負(fù)載為容性和感性時(shí)，開關(guān)壽命將減少。開關(guān)系統(tǒng)的負(fù)載一般分為:電阻、電容、電感、電機(jī)等幾類。從使用安全可靠的角度出發(fā)，當(dāng)負(fù)載為阻性時(shí)，按其標(biāo)稱壽命的75 %降額使用開關(guān)。對(duì)于電容負(fù)載，按額定電阻負(fù)載壽命的55 %降額使用開關(guān);對(duì)于電感負(fù)載，按額定電阻負(fù)載壽命的40%降額使用開關(guān);對(duì)于電機(jī)負(fù)載，一般按額定電阻負(fù)載壽命的20 %降額使用開關(guān);對(duì)于白熾燈類型的負(fù)載，熱態(tài)電阻是冷態(tài)電阻的10~15 倍，所以按額定電阻負(fù)載壽命的10 %使用開關(guān)。

開關(guān)系統(tǒng)是測(cè)試系統(tǒng)中信號(hào)傳輸?shù)闹袠?，所以延長(zhǎng)開關(guān)系統(tǒng)的使用壽命是保證整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)長(zhǎng)期可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。有觸點(diǎn)的繼電器在導(dǎo)通和斷開瞬間會(huì)出現(xiàn)放電現(xiàn)象，可造成觸點(diǎn)熔蝕，降低開關(guān)壽命，當(dāng)負(fù)載為感性時(shí)現(xiàn)象尤為嚴(yán)重。

開關(guān)設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循以下基本原則:

(1)選用具有開放商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開關(guān)系統(tǒng)模塊。具有開放標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品貨源多元化，品種系列化，維護(hù)和升級(jí)方便，有利于開關(guān)系統(tǒng)選型和未來技術(shù)支持。

(2)采用模塊化可擴(kuò)展的開關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。模塊化可擴(kuò)展的開關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不僅可以方便地?cái)U(kuò)大開關(guān)系統(tǒng)規(guī)模，而且使開關(guān)系統(tǒng)向上兼容，有助于實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)TPS 的移植和互操作。

(3)在能夠滿足移植、配置方便的前提下，減少備用擴(kuò)展開關(guān)端子的數(shù)量。在高頻信號(hào)傳輸中，開路的開關(guān)通過雜散電容向鄰近的信號(hào)通道耦合噪聲，所以應(yīng)該減少不必要的開路開關(guān)數(shù)量。

(4)根據(jù)測(cè)試信號(hào)的參數(shù)決定開關(guān)的種類。不同開關(guān)類型具有不同的信號(hào)頻帶、耐壓和電流/ 功率的承載能力，需要根據(jù)測(cè)試信號(hào)的參數(shù)選擇合適的開關(guān)類型，這樣才能實(shí)現(xiàn)安全、可靠和可信的測(cè)試信號(hào)路由。

構(gòu)成開關(guān)組件/ 系統(tǒng)的開關(guān)類型主要有以下幾種。

(1)干簧管繼電器。干簧管開關(guān)速度快(與電磁繼電器相比) ，導(dǎo)通電阻小，開關(guān)處于密封結(jié)構(gòu)中，但承載大電流和高電壓的能力較差。當(dāng)需要較快的開關(guān)速度時(shí)，可選擇干簧管繼電器開關(guān)。

(2)水銀繼電器。它的使用壽命長(zhǎng)，導(dǎo)通電阻非常小，無觸點(diǎn)抖動(dòng)。但水銀繼電器安裝位置敏感，必須正確安裝才能正常工作，同時(shí)水銀受到環(huán)境因素的影響較大，限制了此類繼電器的應(yīng)用范圍。

(3)電磁繼電器。目前應(yīng)用最廣泛的是機(jī)電式電磁繼電器開關(guān)，該類繼電器既有適用于大功率信號(hào)切換的功率開關(guān)，也有適用于微波和射頻信號(hào)切換的高頻開關(guān)，還有用于光信號(hào)切換的光纖開關(guān)。該類繼電器開關(guān)具有開路隔離電阻大、導(dǎo)通電阻小、工作電流大等優(yōu)點(diǎn)，但一般體積較大、開關(guān)速度慢、使用壽命短、所需的驅(qū)動(dòng)電流較大。

(4)場(chǎng)效應(yīng)管(FET) 開關(guān)。它為無觸點(diǎn)的電子開關(guān)，具有體積小、驅(qū)動(dòng)電流低、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)和開關(guān)速度快(可達(dá)微秒級(jí)) 等優(yōu)點(diǎn)，適用于高密度、大功率、頻繁切換信號(hào)的應(yīng)用場(chǎng)合，但場(chǎng)效應(yīng)管開關(guān)導(dǎo)通電阻較大，斷開時(shí)有漏電流，一般不具有雙向?qū)芰?，同時(shí)成本價(jià)格較高。

開關(guān)矩陣設(shè)計(jì)原則是按功能進(jìn)行的模塊化劃分和配置，同時(shí)與自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)信號(hào)端口的定義相對(duì)應(yīng)，這樣有利于接口的擴(kuò)展和形成模塊化測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在實(shí)際開關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中往往采用多種開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成混合開關(guān)系統(tǒng)，將具有模塊化的各種開關(guān)資源靈活配置和級(jí)聯(lián)，形成滿足測(cè)試需要的高效結(jié)構(gòu)。

例如4×4矩陣開關(guān)與4 個(gè)10 選1多路開關(guān)級(jí)聯(lián)而組成的4×40的混合開關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可以有效地?cái)U(kuò)展矩陣開關(guān)的輸入/輸出通道數(shù)，缺點(diǎn)是此結(jié)構(gòu)無法實(shí)現(xiàn)完全的4 ×40 通道間任意切換，例如當(dāng)通道A 已連接到通道0 時(shí)，B 、C、D 等通道都無法與此多路開關(guān)模塊中的通道1~9 相連接。該混合開關(guān)結(jié)構(gòu)是一種經(jīng)濟(jì)考慮的的開關(guān)通道擴(kuò)展方案，可以根據(jù)檢測(cè)/ 激勵(lì)信號(hào)的不同時(shí)序要求進(jìn)行分組，實(shí)現(xiàn)UUT 測(cè)點(diǎn)組與測(cè)試儀器間的通道切換。

Model 708B Single-Slot, Semiconductor Switching Matrix w/ up to 96 Crosspoints - New Features and Improved Performance

707A 6槽，開關(guān)矩陣，具有多達(dá)576通道

708A型單槽開關(guān)矩陣，具有96個(gè)通道

6槽、半導(dǎo)體開關(guān)矩陣、每臺(tái)主機(jī)每機(jī)架的最大通道數(shù)或交叉點(diǎn)數(shù)多達(dá)576個(gè)