混合信號測試的開關系統(tǒng)優(yōu)化

?

　　在研發(fā)和生產(chǎn)過程中進行混合信號測量時，通常需要開關系統(tǒng)來實現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)境中多個器件的自動化測試并加快測試過程。開關系統(tǒng)作為實現(xiàn)測試系統(tǒng)高吞吐能力的一種工具，在對多個器件進行混合信號測量時尤為重要。

　　然而，針對這種測試系統(tǒng)選擇和配置開關硬件和軟件時有許多潛在的誤區(qū)。這些誤區(qū)可能會導致達不到最佳速度、測量錯誤、開關壽命縮短及系統(tǒng)成本過高。因此，測試系統(tǒng)開發(fā)人員需了解影響待測信號完整性錯誤的常見原因、影響吞吐能力的開關配置、電纜連接錯誤以及可能會增加測試系統(tǒng)成本的開關選型問題。

　　錯誤的常見原因

　　對于新測試系統(tǒng)的開發(fā)人員以及無法使用帶開關組件的現(xiàn)有測試系統(tǒng)的用戶來說，建議檢查潛在的錯誤原因。從繼電器觸點開始檢查不失為一個好辦法。

　　開路狀態(tài)觸點至觸點電阻：在理想的開路繼電器或開關中，觸點之間的電阻為無窮大。事實上，常常有一些有限的電阻值需要考慮(見圖1)。關鍵是找出開路電阻的數(shù)值，并確定其是否會影響通過系統(tǒng)的信號。雙通道開關有許多不同類型，每種類型都有各自的絕緣/隔離電阻規(guī)格。請查看廠商提供的規(guī)格，了解開路狀態(tài)下的觸點至觸點電阻。

?

　　圖1：開關繼電器的絕緣電阻在開路狀態(tài)下的圖示。

　　一般而言，開路狀態(tài)下的電阻越大，觸點之間的泄漏越低，對信號完整性的影響就越小。大多數(shù)繼電器的開路狀態(tài)電阻規(guī)格介于1Mx和1GW之間，該電阻足以應付大多數(shù)應用，尤其是直流測量。例如，通過開關繼電器觸點切換5V電源信號，由于是開路電阻而基本不會產(chǎn)生的什么影響。這是因為電源的內部阻抗通常較低，而開關的高阻抗對其不產(chǎn)生影響。表1提供了各種繼電器的開路觸點隔離電阻及其他特性。

　　閉合狀態(tài)觸點至觸點電阻：在理想的閉合繼電器或開關中，觸點之間沒有電阻。但在真實世界中，閉合開關有少量的接觸電阻，一般為幾毫歐姆。大多數(shù)新繼電器的閉合觸點電阻規(guī)格不到100mW，這取決于繼電器和觸點設計。隨著使用時間的延長，該電阻通常會增大。大多數(shù)繼電器在壽命終止時的規(guī)格均為2W左右。一般會在使用數(shù)百萬次之后達到該阻值，這取決于不同的繼電器類型(請參見表1)。即使在如此高的電阻下，繼電器仍能正常工作(盡管其對通過開關的信號的影響開始變大)。

?

　　表1：各種繼電器的特性。

　　接觸電勢：這是由于采用不同的金屬材質以及觸點到觸點接線端接合點的溫度梯度，而在觸點接線端之間產(chǎn)生的電壓。溫度梯度一般是由于通電的繼電器線圈產(chǎn)生的耗散功率引起的。進行低電壓和電阻測量時，接觸電勢可能相當高。根據(jù)不同的觸點設計，接觸電勢可從數(shù)納伏到1毫伏不等。為了獲得最好的測量結果，觸點電阻應大幅低于最小的待測信號。

　　通道至通道隔離

　　通道至通道隔離：這種情況與通過開關組件相鄰信號通路之間的泄漏與串話干擾有關。診斷由于泄漏和串話干擾引起的問題并非易事。與花費寶貴時間診斷難以琢磨的問題相比，采用正確的開關設計和規(guī)格開始系統(tǒng)開發(fā)要簡單得多，這同樣適用于其他潛在的錯誤原因。

　　大多數(shù)開關組件都是印制電路板(PCB)卡，這些板卡被插入開關型測量儀器中，或插入與單獨的儀表配合使用的開關主機中。因此，任何兩個相鄰開關之間的電氣隔離都可以不同的方式表示，這取決于該開關卡的使用目的。通常，PCB上的開關通道都是對齊的，以便實現(xiàn)適當?shù)碾妷焊綦x，并容納各種開關及其他元件(比如連接器)的物理尺寸。這種間隔以及PCB的材料可以實現(xiàn)各通道之間某種程度的隔離。隔離程度越高，產(chǎn)生串話干擾或泄漏的機會就越小。通道至通道隔離的典型值高達10GW，電容不到100pF，請參見圖2。