设计与构建完美的开关测试系统

3．全矩阵与子矩阵——这种矩阵能够同时连接一个输入到多个输出，如图3。开关主控机包括信号转化控制的开关卡。开关卡通常设计为1x4的模块，即一个卡上可能包含三个或四个1x4的开关。将这些开关配置在一起可以构成更大规模的矩阵，其中包含更多的行或列，或者同时增大行列数，但是需要在系统的每个输入端配置功率分配器，在输出端配置多路开关。另外，阻抗匹配也很重要。这种结构的优势在于：不需要无端接插头，能够访问所有的通道，各通路具有相似的特性。不足之处包括，需要大量的布线并使用很多同轴继电器。

在高速开关应用中使用固态开关——标准的机电式继电器能够在几个毫秒内从一个状态转换为另一个状态，这一开关速度对于某些应用是足够的。在生产应用中，测试时间是一项重要的成本因素，毫秒级的开关时间就显得太长了。固态继电器（如晶体管、FET等）的开关时间则短得多，通常小于1毫秒。开关时间从几个毫秒减少为几百微秒可节省大量的测试时间，提高测试产能。

固态继电器的另一个优势在于可靠性高。固态继电器的开关寿命是机电式继电器寿命的100倍，达到100亿次，而好的机电式继电器的寿命只有约1千万次。固态继电器的一个不足之处是具有较大的导通电阻，约为数十欧姆，这个高电阻将使双线电阻测量产生测量错误。低电阻测量通常只测量几个毫欧的电阻，如果用这种方法测量电路导通电阻，就会出现问题。避免这一问题发生的方法之一就是采用“黄金通道”或标准通道。这种通道在器件一侧有一个短路装置，当通道闭合时，进行电阻测量，测量结果不包含所有其它通道的电阻。因此，“导通”电阻实际上被归零了。问题是，这种方法仅适用于黄金通道。使用这种方法取决于被测电阻的大小以及所需的精度。

另外一种能够校正这一阻值的方法是四线测量技术，其中使用两个通道而不是一个通道。一个通道连接电流源，另一个通道检测电压，这是测量低电阻的一种标准方法。机电式或簧片式继电器只有几十毫欧的接触电阻，这更有利于实现基于双线方法的低阻测量。

低阻应用的四线开关——类似于接触电阻测量、线缆连通性测试等应用通常涉及低阻开关操作。低阻开关操作（<100Ω）所需的技术一般不同于中高阻开关操作所需的技术。如前所述，在低阻测量中使用四线技术是一种精确的方法。采用四线技术能够消除导线和开关的接触电阻。这种测量技术需要两个通道而不是一个通道，其中每个通道都是一个双极通道。

这些双极通道一般以四线模式成对出现，从而在测量结果中去掉所有的连线与测试导线电阻，这是测量低电阻的标准技术。低电阻开关应用不需要采用矩阵结构，只是开关部分需要一个多路复用器。该多路复用器可以同时使用一个四极开关中的电流源和电压检测通道。矩阵能够实现所有行单元与所有列单元的互连。尽管这种结构对于某些应用具有强大的功能，但是它不适用于低阻应用。如图4所示。

信号的开关控制本身会引起一定的测试系统信号衰减。通过使用本文介绍的一些技术，能够消除或减少某些误差和常见错误。测试工程师有必要掌握系统中使用的信号与开关特性。