测试系统开关技术

　　图2 2线4×8继电器矩阵开关

 

　　图3 内部2线、4线式模拟总线矩阵开关

　　典型产品介绍

Kinetic Systems公司的P580是一个双倍宽度的3U PXI模块,它能提供34个差动输入通道,在2个独立的模拟路径上以多路开关工作。通过前面板的4个LEMO连接器,最多可以连接4个外部仪表。开关顺序由模块的即插即用驱动器或扫描存储器控制。它作为PXI、VXI平台的核心部件,是数据采集系统、实验室自动化、电压监测、工业过程控制、校验系统及以ATE系统的理想选择。

NI则推出SCXI-1127高压电机继电器型多路开关/矩阵开关,它是一个32通道(2线)高密度衔铁式继电器模块。用作多路开关时,它可在多种模式下工作,包括1线多通道系统、2线差动对系统,或RTD与热敏电阻等电阻测量用3线,4线模式。在安装了前置式终端模块后,它又可转换为64×1矩阵、32×1 2线矩阵、4×8 2线矩阵或16×1 4线矩阵。一个或数个开关模块,再增加一个DMM仪表后,就构成完整的ATE测量系统。

Agilent 的39480A则是一个自成系统的6 1/2精度多功能开关/测量设备,是一个体积小巧,经济实用的单机解决方案。适合设计验证、自动化测试和数据采集工作中的高密度开关测量应用。它替代VXI和PXI,其售价还不到同等性能测试平台的40%。它的主机有8个插槽并整合了6 1/2位 DMM选项。它有19款插入式模块可供选择,提供直流到20GHz的切换能力,数字I/O,D/A变换和频率计数器。一个主机最多可容纳560个2线多路开关,或1024个2线式矩阵开关。34980A还提供USB、Ethernet 和GPIB标准接口,方便地连接至PC。通过Ethernet连接线和图形化网站介面,从远端来存取与控制设备。

34980A的一个重要特点是它内置模拟总线,如图3所示。一个继电器矩阵开关通过模拟总线可将8个仪表连接至内部DMM,附加另一个矩阵开关又可将同等数量的DUT接脚连接起来。这样,它能大大减少所需的继电器数量,降低测试系统的成本。

　　应用

数据采集系统的特点是具有成千个测量点,分布在广大的区域。典型地,其测量是相同的,诸如电阻或DC电压,因此可用单台DMM扫描全部测量点进行测量。对这类应用,最好使用多路开关。如果对最终测量速度有所要求,也可使用多台DMM。但当同时测量数量超过8时,无论从仪表成本考虑,还是从物理空间考虑,都是不可取的。

下面是数据采集系统的一个实例,用热电偶、应力计和变送器来测量飞机机翼的温度、变形,空气压力和流速,测量点总数达1000个。考虑到衔铁式继电器的热偏移电压低且能用屏蔽线连接,因而决定采用衔铁式继电器,其开关插卡有70个通道,这样,扫描1000个测量点需用15块插卡。

在高噪声环境中,为了使采集的数据噪声较低,常常需要较长的DMM积分时间,比如一个交流电源电压周期,即20ms外加读数时间,以每点40ms(继电器15ms,读数25ms)扫描1000个测量点总计要花40S。若嫌这个时间太长,多台DMM和快速继电器是可能的选择。幸运的是,内置DMM的开关/测量装置,如上述的Agilent39480A完全可以胜任这一任务,6 1/2分辨率、1120个2线通道、20S测量时间,总成本约为25000美元。

功能测试系统必须将电源和激励信号加到DUT,然后测量它的响应。多数应用的信号幅度小于100V,电流小于500mA,但其输出可能包含电感负荷,形成的峰值电压超过500V,电流达30A,甚至更高。固体继电器的源阻抗承受不了这样的负荷,通常选用簧式或衔铁式继电器来连接信号源和DUT,因为这类继电器的电阻极低。对制造行业中的低频应用,考虑到开关时间的因素,MOS开关或簧片式继电器是最佳的候选。在实验室环境中,测试时间并不是主要考虑因素,只要电压、电流、频率合适,可以选用任何一种继电器。

功能测试应用的另一个特点是要求众多的动态重新配置：比如