原创 程控开关与控制的基础介绍

为了使测试系统达到准确和精确就需要选择适当的仪器，在设计测试方法方面需要有创造性，同时要仔细地考虑技术指标和误差源。大多数测试系统设计的十分复杂，设计者们最 关心的是将不受控制的变量减少到最少。为了实现这个目的，此系统开关的性能就应该被严格限定。 对于接近仪器测量准确度，分辨率或灵敏度极限的那些测量，应该加以特别的考虑。通常这称为“临界点测试要求”，被选择的开关要支持这些测试要求。如果设计的系统在“临界点测试要求”下有预期的表现，那么一般条件下的测试要求也同样能满足。如何为您的应用配制一个开关系统？无论您自己设计开关系统或是向Keithley的应用部门寻求帮助，您需要为您的测试系统定义一些参数，并且知道您想的每件事情是怎样相互关联的。

首先，定义出您需要的参数。这包括：

● 测量：列出所有的测量类型和准确度要求。
● 源：列出所有必需的信号源。
● 数量：列出被测物接线端的数量和相关的设备数量。
● 信号特性：列出信号类型，大小，频率和阻抗要求。
● 测试速度：您所要求的测试速率是多少？
● 环境：温、湿度等。
● 通讯接口：GPIB，R.S-232，USB以太网。

其次，画出系统框图。这样确定开关的数量和仪器的数量（源和测试），所需要的开关和配置的型号就逐渐的勾画出来。按这样步骤重复几次，您就能确定实际所需的开关系统。 一旦您完成了如下步骤，您就已经为您的 测试系统配置好了开关。

● 确认所需的开关和开关卡的配置
● 选择适当的开关系统
● 选择源和测试设备
● 选择电缆和其他附件
● 确定适合的保险丝、限流电阻、二极管等
● 确定不确定度并与被要求的准确度进行比较。

开关结构

开关的种类繁多，开关系统配置也可大可小，这决定于最终开关系统设计的效率。另外还要考虑在系统集成时开关之间的连接与电缆等的要求。下面介绍几种基本的开关结构框图。

一个开关结构（如图2）可以被描述为开关的电特性机械结构，或它在测试系统里的功能。

这些关于信号连通回路或电气连接的描述，对于描绘电路图或连接测试系统是必要的。矩阵开关（图3）是开关系统中最常用到的类型。但首先，不要将矩阵开关与开关主机混淆——带矩阵开关的开关主机（通常称为开关主机）。用一块矩阵开关卡可以将任一输入连接到任一输出端上，卡可以单个用或内部相连使用。 这样的结构就使复杂连线和相互连接的系统达到最小化，并能简化DUT的接口。

图3的例子中DUT上需要用4台不同的仪器去测试10个不同的测试点。假如每次您都必须要连接几台仪器同时测试一些测试点，那么您就需要一个矩阵开关卡。但是，如果每次仅需要连接一台仪器去测试一个测试点，那么您可结合一个1分4多路复用器和一个1分10多路复用器配置成这个结构。这个多路复用器使用了14个继电器，如果您选择矩阵开关卡，全部配置好需要40个继电器。而采用多路复用器您最终节省26个继电器。仔细的制定计划就能设计更合理的和更经济的开关系统。 多路复用开关（图4）在测试过程中用于连接一台仪器到多个待测体或者多台仪器测试一个待测体。为了扩展开关系统的能力，多路复用开关常与矩阵型或其他结构的开关组合使用，可提供额外的隔离度，减少通道间的串扰，或者组成特殊结构的开关系统。

（图5）扫描卡是一种特殊的多路复用器，这种开关卡可以顺序或连续地闭合，有时候还具有跳过一些通道闭合的能力。孤立开关是由互不关联的继电器开关组成，常有多个极，孤立开关不连接到任何其他的电路，因此它能很容易地组合成灵活和独特的输入/输出结构，当然需要一些附加的外部连接。这种类型的开关通常用于增加电路之间的隔离，提供安全联锁，驱动其他的继电器或电路，或者组合成特殊的拓扑结构例如：二元阶梯或树型结构等。

电性指标
在一个测试系统里，开关卡的电性指标对整个系统的性能和信号的完整性起重要的作用，当使整个系统试图达到高准确度、分辨率、灵敏度，或者使卡上通过高频信号、大电流、高电压信号时，就需要掌握开关卡的电性指标。开关卡的指标一般不能用做系统指标，要考虑系统测试的关键要求。如果是要求去测试1V电压信号时提到了1微伏的精度，那可以肯定的是开关卡的接触电动势不能是几百微伏。当用开关控制供电电源的通断时，必须考虑开关的电流指标。当被测试的电阻小于1k欧姆，开关可能要求支持四线法测试。

开关卡的指标仅是单块卡的性能。如果与另外的卡相连接，实际的性能参数如偏置电流和插损在整个系统指标里将不仅仅是单块卡的指标。每个额外的卡和接头都会使系统性能降低。在某些完整测试系统应用里这些（包括开关的指标）可能是必须要考虑的。
图6描述一些性能指标，它们在什么条件下可以适用于改善系统的性能。有许多其他的特性要考虑，这取决于卡的型号和信号的级别，还有测试系统预期的性能。可以依照开关的关键参数在开关选择指南里查找。许多开关实际适合多种类型的测试，你应当在作出选择之前在所有的开关卡里仔细的查看它的规格。吉时利开关手册很深入地探讨了开关的特性和影响测试性能的因素。

主机性能
开关主机可以选用吉时利多种开关卡并且能提供方便的编程环境，客户可以根据测试系统的具体需求选择适合的开关主机。3706采用2U的全机架配置，机箱内有6个插槽，可兼容不断推出的高密度、高速率系列开关卡产品。吉时利7001（2插槽）和7002（10插槽）开关系统兼容多达30多种开关/控制卡，适用于更广泛的信号类型。
面向低电平半导体应用，707A（六槽）和708A（单槽）主机支持六种专用的高密度配置，包括高速、低漏流矩阵配置。