簧片繼電器可以成為 T&M 中信號(hào)切換的最佳解決方案

簧片繼電器可以成為 T&M 中信號(hào)切換的最佳解決方案 

信號(hào)切換在測(cè)試系統(tǒng)中至關(guān)重要，并且有許多選項(xiàng)可以完成這項(xiàng)任務(wù)。這就是為什么基于簧片繼電器的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)可能是最好的選擇。

基于簧片繼電器的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)通常用于測(cè)試和測(cè)量應(yīng)用。小尺寸、高隔離電阻、密封觸點(diǎn)和快速啟動(dòng)時(shí)間可能是簧片繼電器優(yōu)于其他開(kāi)關(guān)的一些主要優(yōu)勢(shì)。

作為最近的一個(gè)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(dá) 0.7 A、10 W。它具有單刀單擲 (SPST) 常開(kāi)配置，具有三個(gè)線圈電壓選項(xiàng)：3 V、5 V 和 12 V。這些繼電器適用于適用于電纜測(cè)試儀、混合信號(hào)/半導(dǎo)體測(cè)試儀和高壓應(yīng)用等應(yīng)用。

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

為什么需要切換？

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

此外，切換可以通過(guò)在測(cè)試和測(cè)量系統(tǒng)的多個(gè)通道之間共享儀器來(lái)降低系統(tǒng)成本。有人可能會(huì)認(rèn)為設(shè)計(jì)如上圖所示的開(kāi)關(guān)功能是一項(xiàng)微不足道的工作。但是，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)情況并非如此。事實(shí)上，您必須了解要切換的信號(hào)和要執(zhí)行的測(cè)試才能擁有合適的切換系統(tǒng)。

切換不良會(huì)影響準(zhǔn)確性和可重復(fù)性

針對(duì)高電壓/電流應(yīng)用優(yōu)化的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)通常不適合開(kāi)關(guān)高頻信號(hào)。例如，將高壓切換到容性負(fù)載的測(cè)試設(shè)置需要包含一個(gè)串聯(lián)電阻來(lái)限制充電電流 (i=Cloaddvdt)。然而，低電壓應(yīng)用需要注意開(kāi)關(guān)卡中產(chǎn)生的熱電偏移電壓和開(kāi)關(guān)薄膜污染等現(xiàn)象。

另一方面，用于高頻應(yīng)用的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)應(yīng)保持阻抗匹配以實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量。這就是為什么我們不能使用相同的測(cè)試設(shè)置在 10 A 下切換 500 V、500 MHz。

我們需要在兩種不同的設(shè)置上進(jìn)行高壓測(cè)試和高頻測(cè)量。如果不考慮開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的實(shí)際限制，很容易導(dǎo)致測(cè)量錯(cuò)誤。

有幾種不同的開(kāi)關(guān)類型和配置可用于實(shí)現(xiàn)多通道測(cè)量設(shè)備的開(kāi)關(guān)功能。主要的開(kāi)關(guān)選擇是機(jī)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(duì)于其他開(kāi)關(guān)選項(xiàng)的一些優(yōu)勢(shì)。

運(yùn)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(jiǎn)單的移動(dòng)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(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗@著減少了生產(chǎn)環(huán)境中的測(cè)試時(shí)間。

請(qǐng)注意，在此類應(yīng)用中，測(cè)試時(shí)間具有重要的美元價(jià)值。SSR 比簧片繼電器快得多，運(yùn)行速度低至 10 微秒。  

漏電流

即使在打開(kāi)狀態(tài)下，也有非常小的電流可以流過(guò)開(kāi)關(guān)。這可以通過(guò)如下所示的觸點(diǎn)間絕緣電阻來(lái)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(yīng)用中，可以流過(guò)絕緣電阻的小漏電流應(yīng)該可以忽略不計(jì)。然而，當(dāng)開(kāi)關(guān)電流在 1 μA 或更小范圍內(nèi)時(shí)，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(yīng)該被輸送到負(fù)載 #1。

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

開(kāi)關(guān)信號(hào)的頻率

對(duì)于 SSR，需要在開(kāi)關(guān)寄生電容與其導(dǎo)通電阻之間進(jìn)行權(quán)衡。需要具有較大寄生電容的較大器件來(lái)降低導(dǎo)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(hào)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(hào)。

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(diǎn)。由于污染物不能進(jìn)入關(guān)鍵接觸區(qū)域，我們可以擁有更一致的開(kāi)關(guān)特性。

這在低壓開(kāi)關(guān)應(yīng)用（低于約 100 mV）中尤為重要。在這些應(yīng)用中，污染會(huì)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(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的測(cè)量。大于約 100 mV 的電壓足以清除這些污染物。請(qǐng)注意，SSR 的通態(tài)電阻可能是非線性的，并且會(huì)隨負(fù)載電流而變化。

      結(jié)論

干簧繼電器可以是實(shí)現(xiàn)許多測(cè)試和測(cè)量應(yīng)用的開(kāi)關(guān)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(diǎn)和快速啟動(dòng)時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)。

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