淺析測(cè)試系統(tǒng)中的矩陣開關(guān)的優(yōu)化方法

　　對(duì)于任何測(cè)試系統(tǒng)來說，開關(guān)系統(tǒng)都是至關(guān)重要的一部分。它可以將待測(cè)單元（DUT）的接入點(diǎn)和各種不同的資源進(jìn)行連接，并且對(duì)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，從而核實(shí)設(shè)備中的這部分功能的效用。開關(guān)可以給很多種信號(hào)提供接口連接，但是一些看似簡(jiǎn)單的測(cè)試要求需要很多開關(guān)才能滿足應(yīng)用需求。

　　在測(cè)試應(yīng)用中，很少會(huì)要求對(duì)大量的射頻和微波信號(hào)，或者大功率信號(hào)進(jìn)行測(cè)試的。最復(fù)雜的開關(guān)問題通常涉及到“簡(jiǎn)單的”現(xiàn)場(chǎng)部件，電壓，電流，短路或開路，以及通過大量輸入數(shù)據(jù)對(duì)正在進(jìn)行測(cè)試的設(shè)備進(jìn)行控制這些方面。測(cè)試本身并不復(fù)雜，而是測(cè)試和接入點(diǎn)的數(shù)量引起復(fù)雜的測(cè)試問題。

　　有很多方法可以解決這個(gè)問題。首先，最簡(jiǎn)單的方法就是認(rèn)為每一個(gè)接入點(diǎn)都需要進(jìn)行驅(qū)動(dòng)或測(cè)量，然后給每一個(gè)接入點(diǎn)連接一個(gè)開關(guān)，將輸入點(diǎn)信號(hào)傳遞給系統(tǒng)中不同的測(cè)試設(shè)備。然而，很快的就會(huì)看出來，這種傳遞的要求需要很多不同的開關(guān)來滿足每個(gè)接入點(diǎn)。

　　為了說明問題，我們假設(shè)待測(cè)器件是放大器和用來將控制信號(hào)發(fā)送給智能天線系統(tǒng)的開關(guān)系統(tǒng)。這個(gè)待測(cè)系統(tǒng)可能包括雙穩(wěn)態(tài)微波開關(guān)，放大器，可控移相器和與系統(tǒng)其它部件進(jìn)行通訊的信號(hào)輸入輸出設(shè)備。而測(cè)試系統(tǒng)可能包括對(duì)測(cè)試目標(biāo)提供額外接入點(diǎn)的探針（飛針或a bed of nails）。

　　測(cè)試系統(tǒng)的主要任務(wù)就是保證系統(tǒng)中單獨(dú)的部件正確的安裝在一起。系統(tǒng)中的主要構(gòu)成部件需要在制造的開始階段進(jìn)行測(cè)試，這種測(cè)試在現(xiàn)場(chǎng)或供應(yīng)商的工廠進(jìn)行。測(cè)試裝置需要一個(gè)或多個(gè)數(shù)字萬用表（DMM），數(shù)字輸入輸出信號(hào)源，可能還需要一些簡(jiǎn)單的信號(hào)源和檢查通道連續(xù)性的測(cè)量裝置等。

　　為了減小測(cè)試系統(tǒng)的規(guī)模和成本，可以在PXI的機(jī)箱上進(jìn)行測(cè)試。

　　采用多路復(fù)用器對(duì)雙穩(wěn)態(tài)微波開關(guān)進(jìn)行測(cè)試，是一種比較簡(jiǎn)單的方法。利用另一個(gè)多路復(fù)用器可以采用內(nèi)置讀回線對(duì)每個(gè)開關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，內(nèi)置讀回線可能是一個(gè)以開關(guān)類型存在的可變電阻器或數(shù)字輸出。和開關(guān)相聯(lián)系的微波線圈可以通過在選定的通道上加入連續(xù)性或信號(hào)測(cè)試來進(jìn)行檢測(cè)。

　　測(cè)試說明書中可以提出這樣的要求，就是采用DMM上的連續(xù)性功能進(jìn)行一項(xiàng)測(cè)試，這項(xiàng)測(cè)試的作用就是用來保證任何一個(gè)微波線圈驅(qū)動(dòng)器都沒有和其它部件發(fā)生短路。接入通道可以有一系列系統(tǒng)中的a bed of nails測(cè)試點(diǎn)或測(cè)試接入點(diǎn)來提供。

　　需要更多的多路復(fù)用器來驅(qū)動(dòng)其它的輸入輸出功能，對(duì)移相器進(jìn)行連續(xù)控制，以及在此進(jìn)行測(cè)試以保證只有尋址移相器的狀態(tài)發(fā)生變化。

　　當(dāng)測(cè)試方案中需要解決的問題越來越多的時(shí)候，測(cè)試系統(tǒng)就會(huì)變得越來越復(fù)雜了，而且可能會(huì)測(cè)試在結(jié)果出現(xiàn)一些不可預(yù)知的錯(cuò)誤。當(dāng)需要處理的測(cè)試件的數(shù)量較小的時(shí)候，基于分離式的多路復(fù)用器的開關(guān)解決方案會(huì)是一個(gè)不錯(cuò)的解決方案。當(dāng)測(cè)試需求進(jìn)一步擴(kuò)展后，那么這種方法就會(huì)變得不適用了，因此隨著多路復(fù)用器或開關(guān)模塊數(shù)量的增加，新的解決方案則需要占用PXI機(jī)箱上更多的空間。

　　低效的矩陣測(cè)試方法

　　圖中是一個(gè)12*8的矩陣開關(guān)。這個(gè)矩陣開關(guān)是由96個(gè)繼電器將8條Y向線路和12條X向線路連接在一起的。在每個(gè)交叉點(diǎn)上都有一個(gè)繼電器，這個(gè)繼電器是將橫向X軸和縱向Y軸連接在一起，或?qū)烧叻珠_的。

　　實(shí)現(xiàn)開關(guān)切換的一個(gè)比較通用的方法就是采用交叉點(diǎn)開關(guān)或矩陣排列來實(shí)現(xiàn)。在矩陣開關(guān)中，一系列的橫向（X軸方向）和縱向（Y軸方向）線路在每個(gè)交叉點(diǎn)上相互連接著。開關(guān)最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)是，在通常的狀態(tài)下是常開的，而在上電后則斷開連接，形成閉合狀態(tài)，但是，也可能存在其他的結(jié)構(gòu)。開關(guān)允許矩陣中任何橫向線路與縱向線路在任意點(diǎn)的連接。

　　應(yīng)用矩陣排列比較簡(jiǎn)單的方法就是，將待測(cè)件的接入點(diǎn)安排在一個(gè)方向上（如X向），將測(cè)試裝置安排在另一個(gè)方向上（如Y向），這樣的話每個(gè)接入點(diǎn)都可以和測(cè)試裝置進(jìn)行連接。在縱向Y向上的線路數(shù)量和橫向X向上的線路數(shù)量沒有什么限制，因此，如果將大量開關(guān)閉合的話就會(huì)使測(cè)試裝置負(fù)載過重。這個(gè)方法也存在問題，這個(gè)問題就是如果測(cè)試中需要的連接數(shù)量太大的話，就會(huì)需要一個(gè)很大的矩陣來完成測(cè)試任務(wù)。當(dāng)然，如果每個(gè)測(cè)試都需要利用到測(cè)試裝置中大部分或者是所有的配置的話，那么矩陣排列是一種很理想的技術(shù)。但是在很多情況下，當(dāng)一個(gè)測(cè)試項(xiàng)目正在進(jìn)行的時(shí)候，這個(gè)測(cè)試系統(tǒng)中的其他功能都是不起作用的，換句話說就是，當(dāng)一個(gè)測(cè)試進(jìn)行的時(shí)候，矩陣中大部分都是多余的。如果需要進(jìn)行測(cè)試的設(shè)備有30個(gè)接入點(diǎn)，而測(cè)試系統(tǒng)中有300個(gè)接入點(diǎn)的話，那么這個(gè)矩陣就需要9000個(gè)繼電器。

　　更有效的利用矩陣

　　可以選擇另一種方式對(duì)矩陣進(jìn)行配置，這種方式可以得到更為高效，并且Pickering公司的BRIC也非常適用在這種方式中。前面提到的矩陣構(gòu)成方式是，將測(cè)試裝置和Y向進(jìn)行連接，將待測(cè)設(shè)備的接入點(diǎn)和X向進(jìn)行連接，下面我們采用另一種方式重新對(duì)矩陣進(jìn)行排列，將所有的測(cè)試裝置以及待測(cè)設(shè)備的接入點(diǎn)都和X軸向進(jìn)行連接。而Y軸則是將X軸方向上的不同設(shè)備進(jìn)行相互連接。盡管在許多應(yīng)用中，如果PXI的前面板上有需要的話，Y軸是可用的，但是Y軸的輸出并沒有用到。

　　Y軸上需要連接的數(shù)量不再取決于測(cè)試裝置需要的連接，而是取決于進(jìn)行一項(xiàng)測(cè)試所需要的最大的連接數(shù)量。這樣的話，矩陣的Y向的需求量就會(huì)比較小了。這樣就能是矩陣的利用更為有效并且降低它的成本。在大多數(shù)系統(tǒng)中，對(duì)于任何一項(xiàng)測(cè)試僅需要8條Y向線路就可以完成所有的測(cè)量及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)。

　　圖中的矩陣將測(cè)試裝置和待測(cè)設(shè)備接入點(diǎn)都放在了X軸方向上。這個(gè)簡(jiǎn)單的例子包含了19個(gè)測(cè)試軸向點(diǎn)，但是，測(cè)試裝置接入點(diǎn)和待測(cè)設(shè)備接入點(diǎn)的分界能夠很容易地改變。

　　就拿前面提到的那個(gè)例子來說，采用這種矩陣排列方式只需要330個(gè)測(cè)試點(diǎn)（300個(gè)待測(cè)設(shè)備接入點(diǎn)和30個(gè)測(cè)試裝置接入點(diǎn)）以及8條Y向連接線即可，一共需要2640個(gè)繼電器，僅為上面提到的那種排列方法需要300乘30個(gè)點(diǎn)的繼電器數(shù)量的30%。這樣就可以在開關(guān)系統(tǒng)中節(jié)省了很大的開支。

　　此外，如何由于待測(cè)設(shè)備接入點(diǎn)的增加而需要對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展的話，只需要增加X軸上的點(diǎn)數(shù)即可，這樣繼電器數(shù)量的增加就是比例的增加而不是幾何的增加。同樣的，如果測(cè)試裝置接入點(diǎn)的數(shù)量增加的話，同樣可以通過增加測(cè)試裝置在X軸上的數(shù)量即可。整個(gè)矩陣尺寸的增加只表現(xiàn)在一個(gè)方向上的增加，這就避免了繼電器數(shù)量的幾何方式的增加。

　　Pickering Interfaces公司的BRIC在上面提到的這些情況下都是可以應(yīng)用的。假如BRIC在購買的時(shí)候并沒有配置子板卡的最大數(shù)量，如果需要對(duì)這個(gè)模塊進(jìn)一步擴(kuò)展的話，只需要購買并安裝更多的板卡即可。假如新的測(cè)試要求所需要Y向連接的數(shù)量（測(cè)試時(shí)需要同時(shí)作用的連接）并不需要繼續(xù)擴(kuò)展，那么BRIC模塊只需進(jìn)行相應(yīng)的改變就可以適應(yīng)新的測(cè)試要求，而不需要替換整個(gè)模塊。這種靈活性也增加了相同的模塊在以后的測(cè)試系統(tǒng)中的應(yīng)用機(jī)會(huì)，這對(duì)于產(chǎn)品使用壽命相對(duì)較短的工廠或工程領(lǐng)域有著很重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　總結(jié)

　　采用BRIC模塊的矩陣開關(guān)通過以下方式得到更為有效的應(yīng)用：

　　將X軸上的一部分分配給測(cè)試裝置接入點(diǎn)

　　減少系統(tǒng)需要的繼電器數(shù)量

　　減少成本

　　BRIC模塊的應(yīng)用，使測(cè)試系統(tǒng)復(fù)雜的擴(kuò)展不需要重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)，購買新的模塊就可以實(shí)現(xiàn)

　　可以在購買后對(duì)BRIC模塊部分進(jìn)行擴(kuò)展

　　提高模塊的重復(fù)利用性