1 級聯開關
級聯開關通常用於將一個輸入端連接到衆多輸出端中的一個,這種配置保證了一個輸入端一次指揮哦連接到一個輸出端上,其他的輸出端之間都是相互隔離的。這種結構的弊端在於隨着開關的位置不同,其信號的路徑長度和隔離參數是不一樣的,這就導致了再信號頻率較高的時候通道之間參數的一致性不好。
2 多路複用
多路複用和級聯開關的概念經常被混淆,這主要是因爲低頻開關廠商和微波開關廠商對其的定義有一些出入。
2.1 單通道多路複用
單通道多路複用一般來說允許公共端連接到任意一個其他的輸出端上,即將一個儀器連接到任意一個其他的儀器上;在某些配置下,可以允許公共端同時連接到其他的多個輸出端口上。但是在RF系統中,這樣做通常來說意義不大,而且會造成RF參數的不穩定。一般來說多路複用是雙向的,即輸入輸出端可以調換使用,沒有方向的限制。
2.2 樹形結構
樹形結構是使用一系列繼電器組成一個相對較大的多路複用。最簡單的樹形結構可以使用多個單刀雙擲結構的繼電器來擴充成更大的多路複用。在樹形結構中,一般來說每一個通道都有有着相似的通道路徑和其他的連接參數。所以這種結構多數用在高帶寬的應用場景中。
3 矩陣
通常來說矩陣是最靈活的一種連接結構,它允許多個設備任意連接到多個測試端口上。早RF測試中通常會有一些限制,通常來說是輸入和輸出只能點對點連接,不能一點同時連接多個點,但是在一些帶有功率分配器的配置中也可以一點對多點。
3.1 阻塞矩陣(稀疏矩陣)
矩陣靈活性高的代價是需要的開關的數量較多,所以成本會比較高,爲了解決這個問題,一些廠家設計出了一種阻塞矩陣。如下圖所示,輸入端與輸出端在同一時間只可以有一個設備相連接,其他的設備均不可連接。使用兩個1分4的多路複用也達到了了矩陣輸入輸出可以任意導通的效果。也有廠家稱這種結構爲“稀疏矩陣”。
傳統的矩陣沒增加一行或者是一列,繼電器的數量都是幾何倍的增長,這無疑造成了巨大的成本浪費。因此我們可以考慮使用阻塞矩陣加全功能矩陣的方案去節省成本,對於沒有辦法採用阻塞矩陣的地方,使用全功能矩陣或者其他的方案去實現,這樣可以大大降低矩陣連接中繼電器的資源浪費。但是阻塞矩陣的劣勢在於會對未來的功能擴展造成一定的浪費。
3.2 交叉點矩陣
交叉點矩陣是將繼電器安裝到行和列的交叉點位置,該繼電器的功能是將行和列連接在一起,這種結構也因此而得名。這種矩陣沒有特定的行或者列的連接數的限制,但是一般會有一個總共閉合繼電器數的限制,這是由於每個繼電器的線圈都需要一定的電流驅動,閉合的繼電器越多所需要的總電流也就越大,當電流達到一定程度的時候就會超出電源可以提供的電流大小,從而導致節點無法閉合。
3.3 模擬總線
通常情況下,Y軸被認爲是單條模擬總線,在這種情況下,Y軸會連接到所有的X軸上。但是在一些特殊的設計中,通過某種拓撲結構,可以允許測試工程師將一個大的矩陣“拆分”成幾個規模更小一些的矩陣,獨立使用。要想實現這種功能,需要使用特殊的拓撲配置,在這種配置中,矩陣塊Y軸添加了一些多餘的繼電器,這些繼電器的作用是將不同組的矩陣塊的Y軸掛載到Y軸模擬總線上,掛載到相同Y軸模擬總線上的矩陣塊就會組成一個Y軸相連的大矩陣。這種配置的優勢在於用戶可以比較靈活的配置矩陣的大小,以及特定矩陣塊的掛載位置,從而實現更爲靈活的測試,如下圖,客戶可以將模塊配置爲一個矩陣或者是兩個小一點的獨立的矩陣。
3.4 短截線的長度
隨着線路中通過的信號頻率越來越高,矩陣的缺點也就變得越來越明顯。交叉點矩陣的整條X軸和Y軸都是相連的,在高頻信號下,這些軸的一部分線路就充當了未端接的傳輸端或者是“短截線”,這些結構往往會產生諧振從而影響整條線路的傳輸帶寬。同時帶寬的大小還取決於一條通路上閉合的交叉點繼電器的數量。
3.5 雙刀矩陣
當我們切換差分信號或者是帶屏蔽的信號的時候,雙刀矩陣無疑是更好的選擇。在雙刀矩陣中,使用SPDT繼電器代替傳統交叉點矩陣中的SPST繼電器。第二個應用是,當我們切換帶有遙感的電壓源時,也可以使用雙刀矩陣,保證了電壓源的輸出端和遙感端同時切換。
當然,實現雙刀矩陣的另一個方法是將單刀矩陣的每兩條軸分爲一組,然後同時編程控制,但是這是一種比較浪費資源的方案,步進良妃繼電器,也會更加浪費空間。
3.6 使用交叉點矩陣進行測試
檢查點矩陣允許將任意一條Y軸和X軸通過交叉點導通,這是一種非常有用的開關網絡類型,原則上可以將矩陣上的任意兩點連接起來。
如果測試系統使用矩陣的方法是將Y軸上的測試設備連接到X軸的被測件上,那麼久需要非常大規模的矩陣,這裏邊用到的繼電器的數量將會是一個大的驚人的數量,而矩陣的價格與繼電器的數量又是正相關,所以價格也必將會難以接受。而且由於矩陣過大,其帶寬會被限制到一個很低的水平。例如測試設備需要有32個端口,被測件有400個端口,如果按照傳統的方法連接,那麼就需要12800個節點,即12800個繼電器。
然而在衆多的繼電器中,有些繼電器也許永遠也不會被用到,這就造成了很大的浪費。
3.7 “無短截線”矩陣
交叉點矩陣通常是通過網格狀排列的SPST繼電器陣列實現的。
無短截線矩陣通常是由樹形的多路複用組成的,這些矩陣通常用在射頻和微波這些信號頻率較高的地方,可以獲得較爲良好的RF參數。但是這也造成了這些矩陣其實並不是全功能的矩陣,往往這些矩陣會限制同一個軸防線的連接。同時由於存在着大量的交叉線路,或者受限於同軸連接器的數量和體積限制,導致了這種矩陣很難在PCB上實現較大的規模。