淺析測試系統(tǒng)中的矩陣開關(guān)的優(yōu)化方法

　　對于任何測試系統(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(shè)備進(jìn)行測試，從而核實(shí)設(shè)備中的這部分功能的效用。開關(guān)可以給很多種信號提供接口連接，但是一些看似簡單的測試要求需要很多開關(guān)才能滿足應(yīng)用需求。

　　在測試應(yīng)用中，很少會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(fù)雜的開關(guān)問題通常涉及到“簡單的”現(xiàn)場部件，電壓，電流，短路或開路，以及通過大量輸入數(shù)據(jù)對正在進(jìn)行測試的設(shè)備進(jìn)行控制這些方面。測試本身并不復(fù)雜，而是測試和接入點(diǎn)的數(shù)量引起復(fù)雜的測試問題。

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

　　為了說明問題，我們假設(shè)待測器件是放大器和用來將控制信號發(fā)送給智能天線系統(tǒng)的開關(guān)系統(tǒng)。這個待測系統(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)行通訊的信號輸入輸出設(shè)備。而測試系統(tǒng)可能包括對測試目標(biāo)提供額外接入點(diǎn)的探針（飛針或a bed of nails）。

　　測試系統(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)行測試，這種測試在現(xiàn)場或供應(yīng)商的工廠進(jìn)行。測試裝置需要一個或多個數(shù)字萬用表（DMM），數(shù)字輸入輸出信號源，可能還需要一些簡單的信號源和檢查通道連續(xù)性的測量裝置等。

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

　　采用多路復(fù)用器對雙穩(wěn)態(tài)微波開關(guān)進(jìn)行測試，是一種比較簡單的方法。利用另一個多路復(fù)用器可以采用內(nèi)置讀回線對每個開關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行檢測，內(nèi)置讀回線可能是一個以開關(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)性或信號測試來進(jìn)行檢測。

　　測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)測試，這項(xiàng)測試的作用就是用來保證任何一個微波線圈驅(qū)動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測試點(diǎn)或測試接入點(diǎn)來提供。

　　需要更多的多路復(fù)用器來驅(qū)動其它的輸入輸出功能，對移相器進(jìn)行連續(xù)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(dāng)測試方案中需要解決的問題越來越多的時候，測試系統(tǒng)就會變得越來越復(fù)雜了，而且可能會測試在結(jié)果出現(xiàn)一些不可預(yù)知的錯誤。當(dāng)需要處理的測試件的數(shù)量較小的時候，基于分離式的多路復(fù)用器的開關(guān)解決方案會是一個不錯的解決方案。當(dāng)測試需求進(jìn)一步擴(kuò)展后，那么這種方法就會變得不適用了，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。

　　低效的矩陣測試方法

　　圖中是一個12*8的矩陣開關(guān)。這個矩陣開關(guān)是由96個繼電器將8條Y向線路和12條X向線路連接在一起的。在每個交叉點(diǎn)上都有一個繼電器，這個繼電器是將橫向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）線路在每個交叉點(diǎn)上相互連接著。開關(guān)最簡單的結(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)用矩陣排列比較簡單的方法就是，將待測件的接入點(diǎn)安排在一個方向上（如X向），將測試裝置安排在另一個方向上（如Y向），這樣的話每個接入點(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)閉合的話就會使測試裝置負(fù)載過重。這個方法也存在問題，這個問題就是如果測試中需要的連接數(shù)量太大的話，就會需要一個很大的矩陣來完成測試任務(wù)。當(dāng)然，如果每個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，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)一個測試項(xiàng)目正在進(jìn)行的時候，這個測試系統(tǒng)中的其他功能都是不起作用的，換句話說就是，當(dāng)一個測試進(jìn)行的時候，矩陣中大部分都是多余的。如果需要進(jìn)行測試的設(shè)備有30個接入點(diǎn)，而測試系統(tǒng)中有300個接入點(diǎn)的話，那么這個矩陣就需要9000個繼電器。

　　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(gòu)成方式是，將測試裝置和Y向進(jìn)行連接，將待測設(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矩陣進(jìn)行排列，將所有的測試裝置以及待測設(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)量不再取決于測試裝置需要的連接，而是取決于進(jìn)行一項(xiàng)測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，對于任何一項(xiàng)測試僅需要8條Y向線路就可以完成所有的測量及相應(yīng)的驅(qū)動。

　　圖中的矩陣將測試裝置和待測設(shè)備接入點(diǎn)都放在了X軸方向上。這個簡單的例子包含了19個測試軸向點(diǎn)，但是，測試裝置接入點(diǎn)和待測設(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例子來說，采用這種矩陣排列方式只需要330個測試點(diǎn)（300個待測設(shè)備接入點(diǎn)和30個測試裝置接入點(diǎn)）以及8條Y向連接線即可，一共需要2640個繼電器，僅為上面提到的那種排列方法需要300乘30個點(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，如何由于待測設(shè)備接入點(diǎn)的增加而需要對測試系統(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，如果測試裝置接入點(diǎn)的數(shù)量增加的話，同樣可以通過增加測試裝置在X軸上的數(shù)量即可。整個矩陣尺寸的增加只表現(xiàn)在一個方向上的增加，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在購買的時候并沒有配置子板卡的最大數(shù)量，如果需要對這個模塊進(jìn)一步擴(kuò)展的話，只需要購買并安裝更多的板卡即可。假如新的測試要求所需要Y向連接的數(shù)量（測試時需要同時作用的連接）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)新的測試要求，而不需要替換整個模塊。這種靈活性也增加了相同的模塊在以后的測試系統(tǒng)中的應(yīng)用機(jī)會，這對于產(chǎn)品使用壽命相對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BRIC模塊部分進(jìn)行擴(kuò)展

　　提高模塊的重復(fù)利用性