智能型PXI Switch Module在自动化测控系统中的应用

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        前言

      使用继电器模块(Relay Switch Module)做为信号切换,广泛地应用于IC测试、电力监测管理、工业流程与交通控制领域。

      近年来随着消费电子产品走向多样化,生命周期缩短,价格(Cost)、速度(Speed)、灵活性(Flexibility),成为自动测试设备(Automated Test Equipment, ATE)生存竞争的首要课题。在工业控制及相关应用领域,价昂、封闭规格的专用控制系统则面临PC-Based测控解决方案开放、价廉与高效能的挑战。

      本文对继电器信号切换所做的技术简介与实例应用介绍,将使读者了解架构于PXI系统上的智能型PXI Switch Module,对高效能测控所带来的好处。

      基本拓朴(Basic Topology)

      构成Switch Module的开关具有多种形式,可粗分为电磁式与半导体式,前者包含电磁式机械继电器(Electro-mechanical Relay)、磁簧继电器(Reed Relay),后者包含场效应晶体管开关(FET Switch)及固态继电器(Solid State Relay)等。以下内容主要以电磁式继电器为主。

      常见的Switch Module的结构示意图有下列三种:

      General Purpose

      如图 1,这种结构采用多个相互隔离的单刀单掷型继电器(SPST Relay)或单刀双掷型继电器(SPDT Relay)。一般做为开关控制电动机、风扇、灯光,或用于高压高电流的切换。


      Multiplexer/Scanner

      如图 2,为n进1出的多任务器/解多任务器型,适用于多组信号源必需使用同一个信号端口的情形,反之亦可。


      Matrix

       如图 3,为m进n出的矩阵形式。相较于Multiplexer/Scanner,Matrix可进行多重信号的交换耦合,也可使用软件规划为其它两种结构,适合架构复杂且高度灵活的测试设备。

      对于高精度量测常使用2-wire及4-wrie接线模式,Relay Switch模块会对差分信道进行特性匹配以获得准确结果。

      电磁式继电器的切换瞬时特性

      使用电磁式继电器作为信号切换时,应先对其延迟特性有初步了解,方能获得快速且准确的量测结果。使用者常以继电器开关的动态导通电阻来估算理想的量测时间点,两个重要的时间参数为(参考图 4):

      1)Operate Time:驱动电路推动继电器直至开关第一次闭合的时间,为A-B区段。

      2)Bounce Time:继电器第一次闭合直至开关弹跳(Bounce)结束的时间,为B-C区段。

      实际上使用者可能会希望有充足的时间让系统达到最终稳定状态,则必需在C点后加入自定的稳定延迟时间(Settling Time),从而最终采样时间点将落在D点。因此,自驱动电路推动继电器后,共需经过Operate Time +Bounce Time +User-defined Settling Time 才能进行有效量测。前两项参数会因使用的继电器种类、切换容量(switching capacity)改变,第三项参数则随测试仪器与被测物的搭配而存在一定的差异。

      为了提升测试系统的整体效能,使用者必需尽量缩短信号切换的时间,同时又要顾及信号完整性(signal integrity)。此外,主系统可能还需要提供大量运算资源进行数据处理分析、报表产生甚至处理图形化人机接口。

      使用传统的Relay Switch模块,使用者不但必需用软件延迟方式处理反弹跳,同时必需接连不断地更新继电器的开关状态,这样就增加了程序复杂度;而当测试系统不断扩充处理容量(testing capacity)时,维护或修改程序将更加困难。

      以下所提出的PXI平台,搭配智能型PXI Switch Module,将可简化程序及外部配线,降低测试成本,同时提高系统及仪器利用率。

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近年来随着消费电子产品走向多样化,生命周期缩短,价格(Cost)、速度(Speed)、灵活性(Flexibility),成为自动测试设备(Automated Test Equipment, ATE)生存竞争的首要课题。在工业控制及相关应用领域,价昂、封闭规格的专用控制系统则面临PC-Based测控解决方案开放、价廉与高效能的挑战。

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