淺析測試系統中的矩陣開(kāi)關(guān)的優(yōu)化方法

　　對于任何測試系統來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)系統都是至關(guān)重要的一部分。它可以將待測單元（DUT）的接入點(diǎn)和各種不同的資源進(jìn)行連接，并且對設備進(jìn)行測試，從而核實(shí)設備中的這部分功能的效用。開(kāi)關(guān)可以給很多種信號提供接口連接，但是一些看似簡(jiǎn)單的測試要求需要很多開(kāi)關(guān)才能滿(mǎn)足應用需求。

　　在測試應用中，很少會(huì )要求對大量的射頻和微波信號，或者大功率信號進(jìn)行測試的。最復雜的開(kāi)關(guān)問(wèn)題通常涉及到“簡(jiǎn)單的”現場(chǎng)部件，電壓，電流，短路或開(kāi)路，以及通過(guò)大量輸入數據對正在進(jìn)行測試的設備進(jìn)行控制這些方面。測試本身并不復雜，而是測試和接入點(diǎn)的數量引起復雜的測試問(wèn)題。

　　有很多方法可以解決這個(gè)問(wèn)題。首先，最簡(jiǎn)單的方法就是認為每一個(gè)接入點(diǎn)都需要進(jìn)行驅動(dòng)或測量，然后給每一個(gè)接入點(diǎn)連接一個(gè)開(kāi)關(guān)，將輸入點(diǎn)信號傳遞給系統中不同的測試設備。然而，很快的就會(huì )看出來(lái)，這種傳遞的要求需要很多不同的開(kāi)關(guān)來(lái)滿(mǎn)足每個(gè)接入點(diǎn)。

　　為了說(shuō)明問(wèn)題，我們假設待測器件是放大器和用來(lái)將控制信號發(fā)送給智能天線(xiàn)系統的開(kāi)關(guān)系統。這個(gè)待測系統可能包括雙穩態(tài)微波開(kāi)關(guān)，放大器，可控移相器和與系統其它部件進(jìn)行通訊的信號輸入輸出設備。而測試系統可能包括對測試目標提供額外接入點(diǎn)的探針（飛針或a bed of nails）。

　　測試系統的主要任務(wù)就是保證系統中單獨的部件正確的安裝在一起。系統中的主要構成部件需要在制造的開(kāi)始階段進(jìn)行測試，這種測試在現場(chǎng)或供應商的工廠(chǎng)進(jìn)行。測試裝置需要一個(gè)或多個(gè)數字萬(wàn)用表（DMM），數字輸入輸出信號源，可能還需要一些簡(jiǎn)單的信號源和檢查通道連續性的測量裝置等。

　　為了減小測試系統的規模和成本，可以在PXI的機箱上進(jìn)行測試。

　　采用多路復用器對雙穩態(tài)微波開(kāi)關(guān)進(jìn)行測試，是一種比較簡(jiǎn)單的方法。利用另一個(gè)多路復用器可以采用內置讀回線(xiàn)對每個(gè)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行檢測，內置讀回線(xiàn)可能是一個(gè)以開(kāi)關(guān)類(lèi)型存在的可變電阻器或數字輸出。和開(kāi)關(guān)相聯(lián)系的微波線(xiàn)圈可以通過(guò)在選定的通道上加入連續性或信號測試來(lái)進(jìn)行檢測。

　　測試說(shuō)明書(shū)中可以提出這樣的要求，就是采用DMM上的連續性功能進(jìn)行一項測試，這項測試的作用就是用來(lái)保證任何一個(gè)微波線(xiàn)圈驅動(dòng)器都沒(méi)有和其它部件發(fā)生短路。接入通道可以有一系列系統中的a bed of nails測試點(diǎn)或測試接入點(diǎn)來(lái)提供。

　　需要更多的多路復用器來(lái)驅動(dòng)其它的輸入輸出功能，對移相器進(jìn)行連續控制，以及在此進(jìn)行測試以保證只有尋址移相器的狀態(tài)發(fā)生變化。

　　當測試方案中需要解決的問(wèn)題越來(lái)越多的時(shí)候，測試系統就會(huì )變得越來(lái)越復雜了，而且可能會(huì )測試在結果出現一些不可預知的錯誤。當需要處理的測試件的數量較小的時(shí)候，基于分離式的多路復用器的開(kāi)關(guān)解決方案會(huì )是一個(gè)不錯的解決方案。當測試需求進(jìn)一步擴展后，那么這種方法就會(huì )變得不適用了，因此隨著(zhù)多路復用器或開(kāi)關(guān)模塊數量的增加，新的解決方案則需要占用PXI機箱上更多的空間。

　　低效的矩陣測試方法

　　圖中是一個(gè)12*8的矩陣開(kāi)關(guān)。這個(gè)矩陣開(kāi)關(guān)是由96個(gè)繼電器將8條Y向線(xiàn)路和12條X向線(xiàn)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，或將兩者分開(kāi)的。

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

　　應用矩陣排列比較簡(jiǎn)單的方法就是，將待測件的接入點(diǎn)安排在一個(gè)方向上（如X向），將測試裝置安排在另一個(gè)方向上（如Y向），這樣的話(huà)每個(gè)接入點(diǎn)都可以和測試裝置進(jìn)行連接。在縱向Y向上的線(xiàn)路數量和橫向X向上的線(xiàn)路數量沒(méi)有什么限制，因此，如果將大量開(kāi)關(guān)閉合的話(huà)就會(huì )使測試裝置負載過(guò)重。這個(gè)方法也存在問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題就是如果測試中需要的連接數量太大的話(huà)，就會(huì )需要一個(gè)很大的矩陣來(lái)完成測試任務(wù)。當然，如果每個(gè)測試都需要利用到測試裝置中大部分或者是所有的配置的話(huà)，那么矩陣排列是一種很理想的技術(shù)。但是在很多情況下，當一個(gè)測試項目正在進(jìn)行的時(shí)候，這個(gè)測試系統中的其他功能都是不起作用的，換句話(huà)說(shuō)就是，當一個(gè)測試進(jìn)行的時(shí)候，矩陣中大部分都是多余的。如果需要進(jìn)行測試的設備有30個(gè)接入點(diǎn)，而測試系統中有300個(gè)接入點(diǎn)的話(huà)，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。前面提到的矩陣構成方式是，將測試裝置和Y向進(jìn)行連接，將待測設備的接入點(diǎn)和X向進(jìn)行連接，下面我們采用另一種方式重新對矩陣進(jìn)行排列，將所有的測試裝置以及待測設備的接入點(diǎn)都和X軸向進(jìn)行連接。而Y軸則是將X軸方向上的不同設備進(jìn)行相互連接。盡管在許多應用中，如果PXI的前面板上有需要的話(huà)，Y軸是可用的，但是Y軸的輸出并沒(méi)有用到。

　　Y軸上需要連接的數量不再取決于測試裝置需要的連接，而是取決于進(jìn)行一項測試所需要的最大的連接數量。這樣的話(huà)，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。在大多數系統中，對于任何一項測試僅需要8條Y向線(xiàn)路就可以完成所有的測量及相應的驅動(dòng)。

　　圖中的矩陣將測試裝置和待測設備接入點(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)測試軸向點(diǎn)，但是，測試裝置接入點(diǎn)和待測設備接入點(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(lái)說(shuō)，采用這種矩陣排列方式只需要330個(gè)測試點(diǎn)（300個(gè)待測設備接入點(diǎn)和30個(gè)測試裝置接入點(diǎn)）以及8條Y向連接線(xiàn)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)的繼電器數量的30%。這樣就可以在開(kāi)關(guān)系統中節省了很大的開(kāi)支。

　　此外，如何由于待測設備接入點(diǎn)的增加而需要對測試系統進(jìn)行擴展的話(huà)，只需要增加X(jué)軸上的點(diǎn)數即可，這樣繼電器數量的增加就是比例的增加而不是幾何的增加。同樣的，如果測試裝置接入點(diǎn)的數量增加的話(huà)，同樣可以通過(guò)增加測試裝置在X軸上的數量即可。整個(gè)矩陣尺寸的增加只表現在一個(gè)方向上的增加，這就避免了繼電器數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用的。假如BRIC在購買(mǎi)的時(shí)候并沒(méi)有配置子板卡的最大數量，如果需要對這個(gè)模塊進(jìn)一步擴展的話(huà)，只需要購買(mǎi)并安裝更多的板卡即可。假如新的測試要求所需要Y向連接的數量（測試時(shí)需要同時(shí)作用的連接）并不需要繼續擴展，那么BRIC模塊只需進(jìn)行相應的改變就可以適應新的測試要求，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試系統中的應用機會(huì )，這對于產(chǎn)品使用壽命相對較短的工廠(chǎng)或工程領(lǐng)域有著(zhù)很重要的現實(shí)意義。

　　總結

　　采用BRIC模塊的矩陣開(kāi)關(guān)通過(guò)以下方式得到更為有效的應用：

　　將X軸上的一部分分配給測試裝置接入點(diǎn)

　　減少系統需要的繼電器數量

　　減少成本

　　BRIC模塊的應用，使測試系統復雜的擴展不需要重新設計系統，購買(mǎi)新的模塊就可以實(shí)現

　　可以在購買(mǎi)后對BRIC模塊部分進(jìn)行擴展

　　提高模塊的重復利用性