实现和测试开关硬件的途径

一．连接、配线和电缆

系统中使用的连接器和电缆的类型取决于使用的开关卡类型和被切换的信号。一般而言，开关卡有4种连接类型：螺栓端子、连接头、同轴连接器和同轴三柱器。

对于螺栓端子连接，使用独立的绝缘线。要求确保导线足够长，能够方便地从主机中拆下开关卡。扁平电缆的排线非常整洁，并且所使用的连接头都是随时可用的，所以非常方便。然而，扁平电缆中的导线不是独立屏蔽的，因此导线之间可能会存在过多地杂散耦合，从而干扰测量。如果发生这种情况，则有必要使用独立屏蔽的导线。

如果信号频率低于几百kHz，则使用双绞线就已足够。22～26规格的细导线被彼此合绞在一起，将干扰降至最低。采用双绞线的电缆有屏蔽的，也有非屏蔽的。多股线比实心线更常见，并且更灵活，但是实心线的衰减更小。

如果采用接线头电缆，在夹具上则可以安装匹配插座。这就需要在电缆的两端都有接线头。然而，若将接线头电缆分为两部分，然后将独立的导线硬连接至夹具，则更加经济。

采用同轴或同轴三芯电缆的系统也是相同的情况。最简单的方法是使用两端均有连接器的电缆。在测试夹具上为每个信号安装一个插座，用电缆将其连接到开关卡。同样，若将电缆分为两部分，然后将被截断的一端永久性地连接到测试夹具，则更经济。Keithley的《低电平测量手册》提供了关于使用同轴电缆和同轴三芯电缆的更多信息，包括低噪声电缆，以及电缆和连接器成套件。

为了将开关卡的输出连接在一起，特定开关卡的输出都会被连接到扫描仪主机的背板。这样就可以将主机内某个开关卡的输出连接到其它开关卡。对于兼容Keithley 7001和7002型主机的开关卡，利用卡上的跳线可连接或断开背板连接。如果某个开关卡必须与其它卡进行隔离，则必须拆下该卡上的背板跳线。2700和2750型的开关模块提供了隔离继电器，使其输出可以连接或断开背板连接。707A和708A型的有些矩阵卡可以通过卡上的跳线连接至背板，而其它针对小电流切换进行优化的开关卡则通过外部低噪声跳线进行连接。

在有些应用中，并不希望将开关卡的输出连接到背板，因此在加电之前必须检查每个卡的接线图，确保没有默认连接背板。当某个卡的输出必须与背板隔离时，请直接连接卡的输出。

RF/微波连接器和电缆

在RF和微波开关系统中，有很多不同类型的连接器和电缆均可使用。信号频率、系统阻抗、功率额定值和测试夹具/管理器兼容性等，都是选择电缆和连接器时应该考虑的因素。例如，典型的SMA连接器在100 MHz时能够处理500W的信号，但是在26.5 GHz时能够处理的功率则很小。

BNC连接器常被用于50Ω和75Ω的系统中，在低于微波频率的频率下，用户往往在其外围设备和/或DUT中使用各种各样的连接器。在这些情况下，则可使用同轴电缆适配器，提供合适的性能和阻抗匹配。连接器大小（直径）应该尽量匹配电缆外径，将反射降至最低。

表 6 1中列出了常见的RF/微波连接器。根据制造厂商和等级的不同，连接器的频率限值也不相同（通用级别限制了连接和低重复性，或者仪器级别限制重复连接和高重复性）。

表 6 1，常用的RF/微波连接器



连接器名称3.5mm和2.92mm指连接器外导体的内径。这些小型连接器采用空气作为电介质材料，因为空气没有像SMA连接器中的Teflon的厚度那么容易发生变化。这样就能够以更好的电气性能实现更多次的重复连接。当然，由于制造公差紧的原因，连接器成本随频率限值的增大而增大。

若使用机电式开关，则有必要利用RF同轴电缆来路由通过测试系统的信号通路，将损耗降至最低。同轴电缆应该具有低插入损耗、低VSWR和适当的RF屏蔽，并在电缆成套件的端点安装相应的连接器。插入损耗可能是使用同轴电缆是最为重要的参数，并且由于该参数指标随长度呈正比增长，所以最好采用满足应用的最短长度的电缆。表 6 2中列出了一个10英寸SMA电缆在各种频率下的VSWR和插入损耗。

表 6 2，SMA电缆（10英寸，0.141英寸直径）



通常情况下，电缆直径越大，插入损耗就越低，功率处理能力就越高，但是与较小直径的电缆相比，带宽较低，灵活性较差。

有些应用需要相位匹配电缆。该指标通常要求两根或多根电缆在规定频率下的相位容限为特定值（例如，相位10 GHz下5°的相位匹配则意味着该组电缆中任何信号之间的相差不应大于5°）。半刚性电缆的相位匹配指标典型值为±1°/GHz，柔性电缆为±2°/GHz。

相位延迟也与时间延迟有关，因此，该指标可能被作为时间延迟给出（ns/ft），而不是相位延迟。由于不匹配的电缆可引起过度的时钟相偏（Clock Skew），导致错误操作，所以相位匹配是有些高速数字电路中特别要注意的事项。

在高频下，电缆的物理长度与其电气长度不同。极力将电缆截为相同的长度并不能达到相位匹配的目的，而是要测量电缆的时间延迟。同一相位匹配电缆组中的电缆都应该清晰标注，并作为一组使用。