設計與構建完美的開關測試系統(tǒng)
在高速開關應用中使用固態(tài)開關——標準的機電式繼電器能夠在幾個毫秒內從一個狀態(tài)轉換為另一個狀態(tài),這一開關速度對于某些應用是足夠的。在生產(chǎn)應用中,測試時間是一項重要的成本因素,毫秒級的開關時間就顯得太長了。固態(tài)繼電器(如晶體管、FET等)的開關時間則短得多,通常小于1毫秒。開關時間從幾個毫秒減少為幾百微秒可節(jié)省大量的測試時間,提高測試產(chǎn)能。
固態(tài)繼電器的另一個優(yōu)勢在于可靠性高。固態(tài)繼電器的開關壽命是機電式繼電器壽命的100倍,達到100億次,而好的機電式繼電器的壽命只有約1千萬次。固態(tài)繼電器的一個不足之處是具有較大的導通電阻,約為數(shù)十歐姆,這個高電阻將使雙線電阻測量產(chǎn)生測量錯誤。低電阻測量通常只測量幾個毫歐的電阻,如果用這種方法測量電路導通電阻,就會出現(xiàn)問題。避免這一問題發(fā)生的方法之一就是采用“黃金通道”或標準通道。這種通道在器件一側有一個短路裝置,當通道閉合時,進行電阻測量,測量結果不包含所有其它通道的電阻。因此,“導通”電阻實際上被歸零了。問題是,這種方法僅適用于黃金通道。使用這種方法取決于被測電阻的大小以及所需的精度。
另外一種能夠校正這一阻值的方法是四線測量技術,其中使用兩個通道而不是一個通道。一個通道連接電流源,另一個通道檢測電壓,這是測量低電阻的一種標準方法。機電式或簧片式繼電器只有幾十毫歐的接觸電阻,這更有利于實現(xiàn)基于雙線方法的低阻測量。
低阻應用的四線開關——類似于接觸電阻測量、線纜連通性測試等應用通常涉及低阻開關操作。低阻開關操作(100Ω)所需的技術一般不同于中高阻開關操作所需的技術。如前所述,在低阻測量中使用四線技術是一種精確的方法。采用四線技術能夠消除導線和開關的接觸電阻。這種測量技術需要兩個通道而不是一個通道,其中每個通道都是一個雙極通道。
這些雙極通道一般以四線模式成對出現(xiàn),從而在測量結果中去掉所有的連線與測試導線電阻,這是測量低電阻的標準技術。低電阻開關應用不需要采用矩陣結構,只是開關部分需要一個多路復用器。該多路復用器可以同時使用一個四極開關中的電流源和電壓檢測通道。矩陣能夠實現(xiàn)所有行單元與所有列單元的互連。盡管這種結構對于某些應用具有強大的功能,但是它不適用于低阻應用。如圖4所示。
信號的開關控制本身會引起一定的測試系統(tǒng)信號衰減。通過使用本文介紹的一些技術,能夠消除或減少某些誤差和常見錯誤。測試工程師有必要掌握系統(tǒng)中使用的信號與開關特性。
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