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一般而言，一个矩阵是使用树型MUX的实现的还是用相交点的都不是很明显，几乎总是使用简单的相交点图描述矩阵的功能。跟随着产品的驱动也隐藏了硬件的复杂性，使得客户编程起来变得更加容易. 相交点矩阵开关 相交点矩阵使用组合的SPST开关来实现X到Y轴路径。 X1与路径Y1路由上(绿色路径正确的图像)上出现一个残余(红色)，这限制了矩阵的带宽。 在一组路径中，用相交点实现的解决方案是在每一个交叉点的一组开关连接Y轴X轴的。这很容易理解，并且相对容易布局，也提供了极大的连接灵活性。然而，对于高频测试系统来说可能是不合适的，因为矩阵中存在带宽的限制。 在上面的例子中，如果Y1由开关连接X1那么红色路径是一个残余(un-terminated输电线路)。在低频率残余将增加连接电容，因此会限制最高频率，而不引入过多的损失。 也形成一个输电线路，当输电线路长四分之一波长的远端开路，转换为短路连接开关-会导致矩阵中出现非常高的路径损耗。 增加残余部分的长度取决于所选择的路径，例如如图所示路径Y1到X4没有多余的残留，这就不会受到这种影响。但是这条路不是没有缺陷的，因为开关在每个交叉点处会引入寄生电容(或短残余)，再次导致信号电平损失。这种损失也可能是根据连接到其他开关的连接方式而定的。 其他路径会有不止一个残余连接，例如Y1到X2，Y和X轴都有残余。 并且对于大型矩阵，这个可能会很长的。 PCB上的路径通常也不会设计成一个输电线路交叉点上和特定的阻抗矩阵，而不是周围的路径根据电流和电压等级来设计开关系统。典型的相交点矩阵往往传输线阻抗较低，因为使用密集的路径,，PCB层数可能很高，因此每一层很薄的。 矩阵的布局也可能不遵循功能图上所示的一样，例如道路Y1和X4可能不是最远的路径。 这种类型的交叉点开关适用于信号带宽不是至关重要的低频应用。它是一项非常符合成本效益的解决方案，例如它完全让X到X连接或Y到Y连接以及X到Y连接。它非常适合测试系统X到X是用于连接UUT的仪器的连接形式。 树型MUX矩阵开关 当对信号带宽的要求很高的时候，就需要用到树型MUX矩阵 。 矩阵是由连接一组X，Y轴连接的。4 x4矩阵中，16个连接需要连接在一起，还有许多的连接方式，随着矩阵大小的增加，所需的连接数量会迅速增长。 非常清楚的是，由于开关数目较多，会增加额外的成本，还有MUX互连系统可能需要许多点对点的连接，这就昂贵或难以实现，所以只能有更低密度的设计。 添加成本的矩阵使用树型MUX的引入了另一个约束，也就是无法提供一个X到X或Y到Y的连接。树型MUX选择一条路径或另一个，它不能连接常见的两条途径，这样可以防止X到X或Y到Y连接使用。矩阵本质上是为实现Y到X(或X到Y)的操作，驱动也将锁定X到X试图连接的可能性。 混合解决方案 在某些情况下，设计矩阵的时候将使用一个混合的方法来实现矩阵功能。例如可能组装一组较小的交叉点开关，然后使用树型的信号路由到MUX或传统MUX，这就提供了足够信号带宽。这种方法更为复杂，然而这种复杂性可以从驱动软件中实现对用户隐藏的。 1 2×8的矩阵的一个例子如下所示： 左边显示了一个带有隔离开关的矩阵的X和Y轴简化的功能图。 右边所示的矩阵是由一组四个子矩阵组成的。 还有许多其他的方法设计一种混合矩阵。 对于所有的产品，我们都提供定制的服务，当然包括所有的矩阵模块。 （本文译者：广州虹科电子科技有限公司 郑南润 有疑问请邮件咨询：znr@hkaco.com）

Pickering 的 LXI 高密度矩阵模块用于半导体封装中的开路短路测试 客户： Amkor Technology 公司是世界上最大的合约半导体组装与测试服务供应商之一。公司成立于 1968 年， Amkor 公司率先推出的 IC 封装和测试外包，现在的 300 多家领先的半导体公司和电子 OEM 世界的战略生产合作伙伴。 应用： Amkor 的韩国分部需要一个新的测试系统 - 该系统的一个部分是要用于半导体封装的开路和短路测试。项目中需要一个超大型的矩 -----3072x4 矩阵开关的配置来执行四线测量， I / V 特性，以及 2 线测量。因为它会被用在许多测试应用里边，所以它需要很高的性价比。 解决方案： 在确认自己的需求后， Amkor 公司决定用三块 Pickering 公司的 LXI 接口的高密度矩阵模块（型号 60-553-008 ）。这些 LXI 矩阵模块由电磁继电器构成，在市场上有较低的价格，而且允许做多 1027 个交叉点同时闭合。 Pickering 公司的 LXI 接口的高密度矩阵模块（型号 60-553-008 ） 此外，从测试关系，以及日后的维护角度来看，这款 LXI 矩阵模块带有 BIRST( 内置继电器自检 ) 功能，这样用户可以随时检测模块内每个继电器的状态，使得系统的维护变得更加方便快捷。 Amkor 公司的新型测试系统  – 系统内部的 LXI 矩阵模块 开路短路测试背景： 下面是开路和短路测试，也称为结构测试，以及 Pickering 的 LXI 矩阵模块做为 Amkor 的应用的最佳选择的一些背景知识。 开路和短路测试是最通常使用的方法，用于半导体封装的评估和功能测试验证。除了测试，它也可在 I / V 特性测试中实现封装的故障分析。 对于这种类型的应用，测试单元以及矩阵开关是必不可少的，测试单元取决于引脚数量，整个平台可以是基于 PXI 或者其他的类似于 LXI 的测试平台。 对于开关矩阵来说，我们用到的矩阵可以支持 2 线（ NX2 ）和 4 线（ NX4 ）测量，具体的配置取决于客户的需求。如果仅是开路和短路测试，可以使用 NX2 配置。如果是低电阻测量和高精度的 I /v 需要，消除开关和电缆通道电阻，为必须选择 NX4 。 对于 4 线制的连接方法来说，三种继电器类型都各有其优缺点： 1．   舌簧继电器 动作时间快 可靠性高（密封） 成本较高，开关功率较低。 2 ．电磁继电器     拥有更高的切换功率和最低的价格     动作时间慢，寿命短， 3．   固态继电器 几乎接近无限的寿命以及最快的动作速度（无开关机械反弹） 存在带宽，渗漏，耐压方面的限制。 此外，究竟是使用 PXI,VXI 还是 LXI 还取决于系统的规模和通道数。      定制设计 – 系统集成商提供从头开始构建的开关矩阵，而不是选择一个现成的产品。此款产品曾经有过的最低成本的优势。然而，矩阵需要 2 米的机柜，使它非常笨重，而不是一个很好的选择。      VXI 是特别适用于军事，航空电子和航空航天应用测试的一种非常可靠的外形尺寸，但它是旧的技术，通道的密度较低。 VXI 模块现在的存在价值在于长期支持现有的应用。由于该项目是一个新的应用且 VXI 平台的开关模块正在减少，所以这个选项被淘汰。 PXI 或 PXI Express 是一种较新的平台。如果项目中需要的矩阵开关通道数较低，这可能是一个相当不错的解决方案。然而，如果系统需求的开关矩阵必须具备大量的通道，那么这就不是一个合适的选择。例如，如果用 512 个交叉点的 PXI /PXIe 模块去配置 1024x4 规模的矩阵，那么就需要八个模块，而八个模块外加一个 PXI 机箱和控制器的价格远超过了直接选择一块 1024 x4 规模的 LXI 高密度矩阵开关。此外， PXI 背板电源限制了同时闭合的交叉点的数量是最多是模块交叉点数量的 40% 或者 64% ，具体的取决于继电器类型，这些限制使得 PXI/PXIe 平台不适合搭建过大的测试平台。 LXI 是一种新型的通过以太网控制的模块化仪器。各个制造商生产的 LXI 机箱里边包含的仪器设备和开关种类各不相同，因此其适用面非常广。其优点包括可以同时关闭多个交叉点，不像 PXI/PXIe 那样有着非常严格的外形限制，也没有背板功率的限制。在几个方案中， LXI 方案使用的模块最少，使用只有三个 1U 高的 LXI 模块便可以创建一个 3072x4 矩阵。 Pickering 公司被选为首选供应商有以下几个原因：大规模，灵活性以及相当有竞争力的价格。

双刀矩阵的工作模式 双刀矩阵，顾名思义，每个矩阵节点子啊单轴上引出两根线，虽然这些行列的路径成对出现并且相互隔离，但是任然让人感到混乱。 每个交叉点都是具有同一条控制线的两个独立的触点，因此两个触点要么是同时打开，要么是同时闭合，只有在出故障的情况下才会一个打开而另一个闭合。如果你想闭合 X1-Y1 ，那么 X1.1 与 Y1.1 闭合，同时 X1.2 与 Y1.2 闭合，这两个动作是不能被割裂的。 有些情况下，由于大小的限制，双刀开关不是由两个封装在一起的继电器组成的，有时候双刀开关是通过拥有同一条控制线的两个继电器来实现，这种方法在软件上表现为一个继电器。 这时候我们会产生疑问，为什么我们要使用双刀的矩阵开关呢？这种设计有着其特殊的应用领域。 应用一，当你想要使用两对线的时候，例如使用矩阵来进行数字万用表的 4 端测量。在 4 端测量中，你可以使用 Y1.1 连接 V+ 同时 Y1.2 连接 I+ ， Y2.1 连接到 V- 同时 Y2.2 连接到 I- ，这样就实现了 4 线测电阻，并且只用操作两个继电器。 应用二，当你要切换电压源并且需要用远程监控确保 UUT 正在被测量时，双刀的矩阵刚好可以满足这个需求，可以在另一端接传感器来确保矩阵是否导通。 双刀开关在供电中也具有很好的应用，在供电中使用双刀开关可以更好的控制电源线和地线的同时导通与断开。开关的拓扑结构也可以更好的减少信号的辐射，管理辐射源的有效面积。 应用三，在需要一个源作为连接的差分系统中，双刀开关系统还可以控制差动线路阻抗。然而，要当心误用了不是为切换差动信号而特意设计的开关造成一个良好的系统失控。专门为差分系统设计的开关有着更低的辐射，比一般的双刀开关有着更合理的空间布局，因此可以减少串扰。这就意味着一个干扰同时作用在两根线上，可以最大程度的降低干扰。 Pickering 的 40-736 系列就是一个真正的差分转换的模块。    

连接器附件的选择 我们为一个项目集成选定了仪器或者是开关产品后，接着就需要一系列的其他产品用来连接这些模块，这就是我们所说的连接器。寻找合适的连接器来完成连接并且保证连接的可靠性是一个费时费力的工作，而且有的时候，其投资甚至会超过设备的初始购买成本。 Pickering Interfaces 公司 明白为 PCI ， PXI 以及 LXI 产品提供一套完善的系列的连接解决方案的重要性。 Pickering Interfaces 公司为它的产品提供了一套全面的解决方案，从而使附件的选择变得方便快捷，并且其价格在同行中很有竞争力。 我们的 连接配件数据页面 提供了一个全面的参考范围，通过连接器类型的描述，使配件选择更容易，我们的数据表包括连接到每个产品的连接器。 注意兼容性 用户可以自由的选择在公开市场上购买配件或从 Pickering 公司购买。然而，某些类型的连接器 ( 例如 200-way LFH 和 96-way micro D) 有可并不总是兼容各类机械。我们使用一些连接器 / 配件（如 DIN 160 pin ）可能已经在某种程度上做出了一定的修改来适应 PXI 格式的前面板空间。 正常尺寸，高密度尺寸和半高尺寸的类型的连接器通常是无故障的，只要购买正确类型的连接器。 如有疑问，请联系您联系我们的代理商广州虹科电子科技有限公司。我们保证我们提供的板卡有完美的齐全的接口与之配套。 选择合适的配件 Pickering 可以提供不同类型的连接解决方案： 连接器 : 简单的交配连接器，可以将前面板的连接器的信号线引出来，集成到另一端其他的接口上。这些连接器成本较低，并且可以省去大量的布线时间。一些连接器具有后壳，以保护连接线，并能提供不同的出口方向的后壳。 Pickering 还可以提供原型电路板配套连接器，以增加您在您的系统开发的选择。   电缆组件 : 一系列的电缆组件与在任一端或两端的配合连接器。电缆也可提供给一个连接器式的和另一个之间的转换 - 例如适用于对 PXI 或 PCI 的模块或 LXI 交换系统和 50 路带状电缆连接器的前部使用的高密度连接器之间的转换。我们还可以提供不同的从连接器外壳的电缆引出方向的选项。 接线端子 : 终端块提供一个配合连接器和一组螺钉压线设计的接线端子，用来保障接线的可靠性和防止接线端导线的开路。使用接口盒简化布线操作，以在电缆和电缆出口设置缆线夹，以确保连接可靠。大多数的接口箱设置有一个完整的金属外壳，以保护布线和电缆端接。接口箱通常设计用于在 200V 以下的应用，更高的电压需要专业的定制。       DIN 熔断器和终端。为了帮助您完成系统布线的要求， Pickering 提供全方位的 DIN 保险丝座和终端。    

LXI 开关矩阵被用于欧洲核子研究中心（ CERN ）的对撞机监测系统   一、         背景 大型强子对撞机（ LHC ）在欧洲核子研究组织，被称为欧洲核子研究中心，最近因为 Higgs 玻色子–所谓上帝粒子的发现而吸引大众的眼球。欧洲核子研究中心在瑞士和法国边境附近的日内瓦的地底下 100 米深的地方，设有一个高能量的对撞机，用于探索高能物理。这是一个巨大的高能物理设施，在世界上没有其他的设施配套可以与之相比。 对撞机操作一对反向旋转的粒子环四实验，颗粒从相反的方向彼此碰撞，彼此有交叉，说明短暂存过，最近也发现 Higgs 波色子   。 大部分的注意力都被集中于捕获所有可用的数据以确定新粒子的实验上，然而监测环本身也是一个重大的关键点，这个是需要通过打开模拟信号信息系统来实现，该系统称为 OASIS 。从对撞机监控传来的信号可以敲打很多地方，所以要确保系统中的每个点都是可用的。 一个像 CERN 这样的拥有大量预算资金的组织，虽然已确保其预算与政府财政支持赞助，该系统也是具有成本效益的。 OASIS 系统利用一套数字化仪获得信号，信号是通过以太网系统转送到使用者那里的，但设备非常昂贵，不可能每个监控信号都用一种数字化仪。 pickering 的开关系统是用来让 OASIS 系统从各种可用的信号中选择需要显示的信号，开关系统是基于 VXI 和最近的 cPCI 的解决方案的，这是其中的改进的地方。   二、         CERN 系统升级 欧洲核子研究中心每两年都会升级其系统，对撞机的能量可以提高很多（几乎翻了一番），升级之后可以进行更多的新物理探讨。对撞机进行（二月 2013 ）这个升级的计划，未来将有更多的需求的。升级过程是少不了 OASISI 系统的升级的。 显示器信号给开关系统提出了不少的难题。欧洲核子研究中心希望在每个位置能选择 16 个最多 104 个信号进行数字化。模拟信号的频率内容很多很多 MHz ，有从不同的显示器上得来的相近的潜在差异。这主要是通道以及带宽之间的串扰上的困扰。如果一个高层次的源信号被选择，同时从一个较低的水平上不同的通道的信号也被选择，然后大信号会分为小信号，这样会混淆控制器的。 CERN 面临的另一个重要问题是对撞机的规模太大，你不能从这个位置很快就去到另一个位置，就算隧道里已经装备了自行车，也是很困难的。远距离的操作是任何一个解决方案都得具备的基本要求。   三、         设计一个新的 OASIS 开关系统 CERN 找到了 pickering 以寻找建立一个新的开关系统的建议，他们的目的是想在计划中的升级过程中进行开关系统的升级。基础的要求是用一个拥有 10MHz 的带宽和一个最大可达 104x16 的矩阵。经过谈论之后，我们发现，通道之间的串扰是一个最值得考虑的部分，还有就是系统本身的尺寸的要求让利用传统的产品来解决这个问题是不可能的，还有无法达到目标和远超出了预算的要求。 明显的是矩阵不得不比在每一个模拟信号中放置一个数字化仪更加优惠。这个优越的平台是在工业计算机中的 PCI ，但是它明显是在加载了 PCI 的模块之后无法将它添加到开关系统中，在 cPCI 和 PXI 中也存在着同样的问题。 图 1   CERN 的要求（在高达 16 个数字化仪上连接高达 104 个模拟数据源）   为了得到一个高性能的 矩阵模块 ，这就要求开关系统来决定最后的方案中的产品类型 -- 这就排除了在方案中使用任何固定模块化的平台的可能。一个模块需要的是使得矩阵系统的大小在不同的位置中是可以升级的，这就要求矩阵式有不能的规格的，可能在一个位置要求的是一个 64x16 的矩阵，在另一个位置要求的是一个 106x16 的矩阵。系统也可以跟随着传感器的数目的变化和通道数目的变化来改变他们的要求。这就表明了一个可以升级的模块是必须要的，而且模块的大小是需要适合矩阵的设计的要求的。这就激励着 Pickering Interfaces 考虑使用一个大小很灵活可以改变的的 LXI 路由器 。   四、         LXI 路由器 LXI 拥有对于 CERN 很有用的特点，因为他们中的大部分已经用到了以太网数据，所以说将 LXI 矩阵连接到它之上是没有多大的问题的。 LXI 控制也意味着他们可以在没有添加内部控制器的情况下管理它们的网络，这是 LXI 的产品网络服务中心带来的好处。 在讨论另一个问题的过程之中，碰撞机上进行得的实验是非常多的，并且昂贵的管理费用， CERN 想要的是找出了在矩阵中的开关有一个大的错误并且有预防监控的操作。在得知 Pickering Interfaces 已经在 LXI 和 PXI （叫做 BIRST ）进行了自行的测试， CERN 要求在开关系统中进行一系列自行的测试，还有就是在理想的状态下，开关是需要同轴的连接器，测试也必须是可以在连接到一个没有供电电源或者是负载的输入和输出中是可用的。可以添加和运行设备将是一个 OASIS 的一个有力的工具。   图 2   65-110 矩阵模块   最后被 CERN 采纳的是 65-110 带宽 模块化 LXI 矩阵 。这个开关矩阵式基于一个拥有专用的模拟总线系统的机箱。在机箱里面有一套可以用来安装的插件，在左手边的部分提供了一个可以用在数字化仪的 16Y 的连接器。一套 X 插件也提供了一个模拟信号输入，在模块插件上增加 8 个信号。 X 插件的数目可以从一个（ 8off X 连接器）到多大 13 个（ 104off X 连接器）进行扫描，允许用户在机箱的限制范围内创建任何尺寸的矩阵。不用安装第二个 Y 插件就可以允许创建一个 Y=8 的系统 -- 虽然 CERN 没有要求这个设置，但是其他的用户可能会在他们要求拥有一个小的系统的时候会觉得这个是一个优点。这个设计是用户完全可以进行设置的，插件模块可以进行物理安装或者是不安装，并且在 LXI 控制器中的固件将会识别和设置，然后可以根据已经安装的插件模块的大小来改装矩阵的大小。这个基于网络的软件面板，是一个在 LXI 标准上建立的，它允许矩阵不用安装驱动。   图 3   65-110 软件控制界面   这个矩阵式一个超前的方案，但是这个模块的大小是鳞状的，是为了装在应用中，而不是根据特别的标准来安装的。 65-110 的插件和模拟总线系统是必须要很仔细地为了 RF 功能来进行设计，特别是串扰，这个可以确保它是可以在系统应用中使用的。 RF （射频信号）的带宽是高于 300MHz 的，并且可以在低串扰的情况下驱动，还有优秀的电压驻波比。 跟许多流行的设备一样，模块的通讯是通过一个 PCIe 接口和一个 LXI 控制器来实现的，这个是一个简单的矩阵，所以， LXI 控制器让用户很容易就可以对矩阵进行编程。 LXI 控制器隐藏了开关系统的复杂性，矩阵在用户面前显示的只是一个实体，而不是一个单独的子组件。它表现更像一个可用的设备，而不是一个模块设备。 这个设计用了一个在插件模块底层的模拟总线，并不是用了一个在模块系统中的插件的背面 -- 是在一个矩阵内的，它让 X 和 Y 轴的信号线在正确的角度里拥有更多的意义，这个是为了提高串扰和隔离的能力。 LXI 的这个特点不是限制在模块的固定的大小内的，或者是放置一个模拟总线的，这样 Pickering Interfaces 就有能力根据开关的要求去设计一个更加超前的设备。   图 4   65-110 允许通过设置页便捷地添加自行测试通道   65-110 LXI 矩阵包括了一个自行测试的设备，可以检测错误的继电器的所有的信号路径（关闭，打开和高阻抗）。这个设计用了一个低水平的信号，所以用户的连接器不需要在测试的时候断开（同时可以测试 100 个同轴的连接器），并且，自主测试可以在 LXI 的网络接口中开始，也不用在用户距离矩阵很远的地方的情况下，添加额外的用户控制器。 显示器也包括在 Pickering Interfaces 的 LXI 产品中，这就允许用户在没有任何矩阵的编程通道的情况下显示矩阵的设置， LXI 系统允许在拥有多个控制器的情况下，非常容易创建系统。一个控制器可以设置开关，另一个不同的控制器可以用来在没有扰乱编程的情况下监视设置的过程。 五、         总结 CERN 的要求表明了 LXI 为其提供的优秀的平台，这个平台用来创建不同的拥有高性能的开关系统，这个开关是复杂的，也是带有远程控制功能的。 CERN 将要利用 LXI 的 65-110 开关矩阵 作为 OASIS 系统的一部分，用于进行下一次更高性能的碰撞机试验中。 六、         参考 可以登陆 虹科电子 的网站以及发邮件到 support@hkaco.com 了解关于 LXI 开关模块的更多信息。 如果你想要看一下 CERN 是怎么样进行它的实验的，可以在他们的网站上看到详细的消息。以下的链接提供了可以参考的资料： http://home.web.cern.ch/about/updates/2013/04/animation-shows-lhc-data-processing   http://home.web.cern.ch/about/engineering   http://home.web.cern.ch/about/accelerators   https://project-oasis.web.cern.ch/project-oasis/