测试系统开关技术(05-100)
设计完善的开关系统至少应具备3个子系统：计算机控制与处理、测量仪表和开关。只要再增加DUTC(被测设备)电源和DUT负载就构成完整的功能测试设备。无可争辩的是,开关子系统是测试系统的心脏,因为所有其它子系统是测试系统的心脏,因为所有其它子系统都要与它接口。因此,对它有一个全面的、正确的了解是十分必要的。
开关子系统的技术要求是十分广泛的。就测试信号而言,工作频率覆盖了DC直至超过25GHz,幅度从毫伏级至数千伏,电流从几个毫安至数安培。导线和继电器带来的电容会产生定时和串扰问题,而电感会形成电流环和电压火花。再者,连接仪表和DUT的接点数量范围在几个至数千个之间。当信号的变化幅度超过二个数量级时,开关速度取决于使用的继电器种类,从而极大地影响系统的总吞吐率。鉴于开关系统如此广泛的性能要求,出现众多的、可供选择的继电器种类也就不足为奇了。
继电器种类
所有COTS(商品化)开关解决方案都采用插卡式机箱,涵盖了VXI、PXI以及供应商开发的低价专用机箱。在上述所有场合,有多种开关结构,可选用5 种继电器：衔铁式继电器、簧片式继电器、MOS继电器、RF继电器和微波继电器。
图1 典型的2线继电器多路开关
衔铁式继电器和簧片式继电器都属机电型电磁继电器,所不同的是,前者的电磁线圈使衔铁片运动,继而使接触片闭合;而后者的干簧片本身是磁体,磁性线圈直接让簧片吸合。衔铁式继电器有锁定的非锁定的两种形式。自锁式继电器的热残留偏移电压极小,这对测量低压是至关重要的。这种继电器也是高电压(>100V)或大电流(>500mA)的最佳选择。簧片式继电器的开关速度比衔铁式继电器快,电压和电流的承受能力比MOS继电器高,但它固有的热残留偏移电压较大,且随温度变化,限制了它的应用。虽然可以采取一些措施使这个效应降至最小,但这样做又会增加继电器的成本。
MOS继电器由几个FET组成。外加电压至控制电路,使FET的漏极和源极导通。如果想要较快的开关速度,且不计较有较高的通导电阻,MOS继电器是不错的选择。这类开关的寿命几乎是无限的,但与机械式继电器相比,易发生静态损坏,也不能承受高电压和大电流。
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