簧片繼電器可以成為 T&M 中信號切換的最佳解決方案

簧片繼電器可以成為 T&M 中信號切換的最佳解決方案 

信號切換在測試系統(tǒng)中至關重要，并且有許多選項可以完成這項任務。這就是為什么基于簧片繼電器的開關系統(tǒng)可能是最好的選擇。

基于簧片繼電器的開關系統(tǒng)通常用于測試和測量應用。小尺寸、高隔離電阻、密封觸點和快速啟動時間可能是簧片繼電器優(yōu)于其他開關的一些主要優(yōu)勢。

作為最近的一個例子，皮克林發(fā)布了一款最小隔離電壓為 1500V 的小型簧片繼電器。該器件采用 mini-SIP 封裝，占位面積為 12.5 mm x 3.7 mm，高度為 6.6 mm。

新的簧片繼電器可以切換高達 0.7 A、10 W。它具有單刀單擲 (SPST) 常開配置，具有三個線圈電壓選項：3 V、5 V 和 12 V。這些繼電器適用于適用于電纜測試儀、混合信號/半導體測試儀和高壓應用等應用。

在本文中，我們將嘗試深入了解信號切換在測試系統(tǒng)中的重要性，并回顧簧片繼電器相對于其他選項的一些優(yōu)勢。

為什么需要切換？

切換允許我們將一臺儀器順序連接到被測設備 (DUT) 的所需端子。下圖顯示了一個6 × 8 單極矩陣示例。

此外，切換可以通過在測試和測量系統(tǒng)的多個通道之間共享儀器來降低系統(tǒng)成本。有人可能會認為設計如上圖所示的開關功能是一項微不足道的工作。但是，我們會發(fā)現(xiàn)情況并非如此。事實上，您必須了解要切換的信號和要執(zhí)行的測試才能擁有合適的切換系統(tǒng)。

切換不良會影響準確性和可重復性

針對高電壓/電流應用優(yōu)化的開關系統(tǒng)通常不適合開關高頻信號。例如，將高壓切換到容性負載的測試設置需要包含一個串聯(lián)電阻來限制充電電流 (i=Cloaddvdt)。然而，低電壓應用需要注意開關卡中產(chǎn)生的熱電偏移電壓和開關薄膜污染等現(xiàn)象。

另一方面，用于高頻應用的開關系統(tǒng)應保持阻抗匹配以實現(xiàn)精確測量。這就是為什么我們不能使用相同的測試設置在 10 A 下切換 500 V、500 MHz。

我們需要在兩種不同的設置上進行高壓測試和高頻測量。如果不考慮開關系統(tǒng)的實際限制，很容易導致測量錯誤。

有幾種不同的開關類型和配置可用于實現(xiàn)多通道測量設備的開關功能。主要的開關選擇是機電繼電器 (EMR)、簧片繼電器和固態(tài)繼電器 (SSR)。

在本文的其余部分，我們將回顧簧片繼電器相對于其他開關選項的一些優(yōu)勢。

運行速度

這是繼電器可以可靠地從一種狀態(tài)切換到另一種狀態(tài)的速率的度量。與 EMR 相比，簧片繼電器具有更輕、更簡單的移動部件，并且可以更快地切換 5 到 10 倍。

舌簧繼電器的工作速度在 200 μs 到 500 μs 范圍內(nèi)。與 EMR 相比，這可能是一個巨大的優(yōu)勢，因為它顯著減少了生產(chǎn)環(huán)境中的測試時間。

請注意，在此類應用中，測試時間具有重要的美元價值。SSR 比簧片繼電器快得多，運行速度低至 10 微秒。  

漏電流

即使在打開狀態(tài)下，也有非常小的電流可以流過開關。這可以通過如下所示的觸點間絕緣電阻來建模。

       大多數(shù)繼電器的絕緣電阻在 1 MΩ 到 1 GΩ 的范圍內(nèi)。在許多應用中，可以流過絕緣電阻的小漏電流應該可以忽略不計。然而，當開關電流在 1 μA 或更小范圍內(nèi)時，我們可能需要考慮這些微小的泄漏電流。

       下圖顯示了如何從源電流 (Is) 中減去通道 2 的泄漏電流，該源電流 (Is) 應該被輸送到負載 #1。

       與 SSR 不同，干簧繼電器和 EMR 基于在打開狀態(tài)下相互分離的機械觸點。這就是為什么舌簧繼電器和 EMR 更像是一個完美的開關，并提供更高的絕緣電阻。

開關信號的頻率

對于 SSR，需要在開關寄生電容與其導通電阻之間進行權衡。需要具有較大寄生電容的較大器件來降低導通電阻。這些大電容限制了帶寬，并在附近的繼電器之間產(chǎn)生了不需要的信號耦合。

簧片繼電器的電容比 SSR 的電容小得多，因此，簧片繼電器可以更輕松地處理更高頻率的信號。

通態(tài)接觸電阻

與大多數(shù) EMR 不同，簧片繼電器具有密封觸點。由于污染物不能進入關鍵接觸區(qū)域，我們可以擁有更一致的開關特性。

這在低壓開關應用（低于約 100 mV）中尤為重要。在這些應用中，污染會在接觸表面上產(chǎn)生薄膜并增加接觸電阻。

接觸電阻的變化會導致錯誤的測量。大于約 100 mV 的電壓足以清除這些污染物。請注意，SSR 的通態(tài)電阻可能是非線性的，并且會隨負載電流而變化。

      結論

干簧繼電器可以是實現(xiàn)許多測試和測量應用的開關功能的最佳解決方案。它們具有體積小、隔離電阻高、密封觸點和快速啟動時間等優(yōu)點。

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