开关矩阵

目前COTS的开关产品的典型性能参数如下所示。

类型 开关速度 热漂移 3dB带宽 额定电流 最大电压

通用开关 3~15 ms 3~7μV 10 MHz 1~5 A 125~300 V

矩阵开关 3~7 ms 3~7μV 10 MHz 1~2 A 200~300 V

射频开关 3~7 ms 6μV 0.3~3GHz 0.5~1A 24~42 V

微波开关 15~30ms NA 18~20GHz NA NA

虽然制造厂家都定义了开关的寿命，但实际开关寿命随着负载类型的不同往往变化很大。当开关负载为纯电阻时，额度的开关寿命一般相当准确，但当负载为容性和感性时，开关寿命将减少。开关系统的负载一般分为:电阻、电容、电感、电机等几类。从使用安全可靠的角度出发，当负载为阻性时，按其标称寿命的75 %降额使用开关。对于电容负载，按额定电阻负载寿命的55 %降额使用开关;对于电感负载，按额定电阻负载寿命的40%降额使用开关;对于电机负载，一般按额定电阻负载寿命的20 %降额使用开关;对于白炽灯类型的负载，热态电阻是冷态电阻的10~15 倍，所以按额定电阻负载寿命的10 %使用开关。

开关系统是测试系统中信号传输的中枢，所以延长开关系统的使用寿命是保证整个测试系统长期可靠运行的关键。有触点的继电器在导通和断开瞬间会出现放电现象，可造成触点熔蚀，降低开关寿命，当负载为感性时现象尤为严重。

开关设计应该遵循以下基本原则:

(1)选用具有开放商业标准的开关系统模块。具有开放标准的产品货源多元化，品种系列化，维护和升级方便，有利于开关系统选型和未来技术支持。

(2)采用模块化可扩展的开关系统结构。模块化可扩展的开关系统结构不仅可以方便地扩大开关系统规模，而且使开关系统向上兼容，有助于实现测试系统TPS 的移植和互操作。

(3)在能够满足移植、配置方便的前提下，减少备用扩展开关端子的数量。在高频信号传输中，开路的开关通过杂散电容向邻近的信号通道耦合噪声，所以应该减少不必要的开路开关数量。

(4)根据测试信号的参数决定开关的种类。不同开关类型具有不同的信号频带、耐压和电流/ 功率的承载能力，需要根据测试信号的参数选择合适的开关类型，这样才能实现安全、可靠和可信的测试信号路由。

构成开关组件/ 系统的开关类型主要有以下几种。

(1)干簧管继电器。干簧管开关速度快(与电磁继电器相比) ，导通电阻小，开关处于密封结构中，但承载大电流和高电压的能力较差。当需要较快的开关速度时，可选择干簧管继电器开关。

(2)水银继电器。它的使用寿命长，导通电阻非常小，无触点抖动。但水银继电器安装位置敏感，必须正确安装才能正常工作，同时水银受到环境因素的影响较大，限制了此类继电器的应用范围。

(3)电磁继电器。目前应用最广泛的是机电式电磁继电器开关，该类继电器既有适用于大功率信号切换的功率开关，也有适用于微波和射频信号切换的高频开关，还有用于光信号切换的光纤开关。该类继电器开关具有开路隔离电阻大、导通电阻小、工作电流大等优点，但一般体积较大、开关速度慢、使用寿命短、所需的驱动电流较大。

(4)场效应管(FET) 开关。它为无触点的电子开关，具有体积小、驱动电流低、可靠性高、抗干扰能力强、使用寿命长和开关速度快(可达微秒级) 等优点，适用于高密度、大功率、频繁切换信号的应用场合，但场效应管开关导通电阻较大，断开时有漏电流，一般不具有双向导通能力，同时成本价格较高。

开关矩阵设计原则是按功能进行的模块化划分和配置，同时与自动测试系统信号端口的定义相对应，这样有利于接口的扩展和形成模块化测试系统结构。在实际开关系统设计中往往采用多种开关拓扑结构组成混合开关系统，将具有模块化的各种开关资源灵活配置和级联，形成满足测试需要的高效结构。

例如4×4矩阵开关与4 个10 选1多路开关级联而组成的4×40的混合开关系统结构，可以有效地扩展矩阵开关的输入/输出通道数，缺点是此结构无法实现完全的4 ×40 通道间任意切换，例如当通道A 已连接到通道0 时，B 、C、D 等通道都无法与此多路开关模块中的通道1~9 相连接。该混合开关结构是一种经济考虑的的开关通道扩展方案，可以根据检测/ 激励信号的不同时序要求进行分组，实现UUT 测点组与测试仪器间的通道切换。

Model 708B Single-Slot, Semiconductor Switching Matrix w/ up to 96 Crosspoints - New Features and Improved Performance

707A 6槽，开关矩阵，具有多达576通道

708A型单槽开关矩阵，具有96个通道

6槽、半导体开关矩阵、每台主机每机架的最大通道数或交叉点数多达576个