【開關】刀開關矩陣(Pole Switched Matrix)的結構討論

矩陣主要有交叉點矩陣和樹形矩陣兩種矩陣結構。

交叉點矩陣是由SPST繼電器排列成簡單的網格形式的陣列組成;樹形矩陣是由樹形的多路複用模塊組成,爲需要高頻RF帶寬的應用提供解決方案。在搭建這些矩陣的同時,也限制了可提供的連接性。這也是爲什麼有的矩陣是簡單的交叉點矩陣,而有的矩陣的交叉點中嵌入隔離繼電器用來提供中間帶寬的矩陣。

但是,Pickering Interfaces提供的另外一種矩陣類型其目的不是爲了增加帶寬,而是爲了提高密度,降低繼電器的數量。這種方法最適合用於使用EMR繼電器的矩陣開關中。它們被稱作是Pole Switched Matrices,也叫做Efficient Matrices。

Pole Switched Matrices

許多商用的EMR繼電器都提供了DPDT(Double Pole Double Throw雙刀雙擲)的繼電器,每個封裝形式都有兩個機械式的連接(虛線部分)切換繼電器。

                                                           

要實現一個交叉點的開關只需要一個單獨的SPST開關,如果繼續加上第二個DPDT的繼電器,就意味着一個繼電器包就可以實現兩個交叉點的連接。爲了實現這一點,每個X軸的連接處都插入了一個的changeover繼電器(SPDT),該繼電器上有兩個連接線,其中一條連接到偶數的Y軸連接線上(Y2,Y4...),另一條連接到奇數的Y軸連接線上(Y1,Y3...),示意圖如下:

                              

Y1和Y2 的交叉點開關是包含在相同的包(一個EMR,一個DPDT繼電器)中的雙刀繼電器,在整個設計中重複這種模式。連接方式是通過X軸的的SPDT繼電器,然後關閉交叉點的繼電器。SPDT根據其所在的位置阻止了奇數或偶數的Y軸與X軸連接。

這種連接對矩陣的使用增加了一些限制。X軸的連接只能連接到偶數的Y軸或者奇數的Y軸而不會產生路由管理的問題。舉個例子,如果X2連接到Y1,changeover開關將會阻止它同時連接到Y2 -- 當時用SPST繼電器時這種限制就不存在了。

然而,當Y6矩陣上的交叉點開關使用6個off繼電器,來實現與X軸的連接時, Pole Switched 只需要安排使用4個relay(一個changeover和三個交叉點繼電器),這就是一個明顯的節省。在一個開關係統中,這意味着可以使用相同的PCB路徑實現更多的X軸的連接。

舉個例子:對於一個Y=6的矩陣和一個可以容納256個繼電器的矩陣模塊來說,一般是可以到42*6的矩陣規模,但是使用Pole Switched結構的矩陣可以達到64*6的矩陣規模。這就實現了在一個單槽的PXI模塊中實現這個矩陣,而不是佔用兩個槽位。

Connection Limitations 連接上的限制

爲了簡化Pole Switched矩陣的應用,pickering Interfaces的接口驅動程序禁止在同一個X軸連接上連接兩個Y軸。儘管這個限制本來可以更加靈活(比如在上面的圖中X1可以同時連接到Y1和Y3),但是限制功能會更加簡單。

在大多數情況下,用戶不會直接連接到大型矩陣的Y軸上,而是將X軸同時用於系統一起和被測單元的連接上,從而使矩陣的大小僅由每個測試中併發路徑的數量來定義。

                  

對於這些用戶來說,Pole Switched矩陣不會限制連接,因爲可以在儀器之間的連接設置爲短路(當儀器都在Y軸上時,等效於Y和Y相連)。

然而,有一些用戶會想要訪問Y軸的連接。使用256個繼電器,Y=6做個例子,推薦的方案是使用X1到X6來提供Y軸的訪問,使用X軸上64個連接點的其中58個連接點作爲X軸。使用這種方法不會對可實現的連接方式產生任何的限制,矩陣的規模依然比使用單一交叉點的矩陣規模(42*6)大。PCB的路徑往往會變得複雜,這可能會迫使在某些情況下,增加PCB的層數。

Data Sheet Depiction

Pole Switched Matrices的datasheet中包含如下所示(適用於矩陣)的一個示意圖來顯示可連接的路徑。

                   

用紅色表示出來的兩個Y連接點和同一個X相連是唯一不允許的連接方式,這是沒有公共應用的一種用例。如果用戶採用使用X軸的連接來實現對Y軸的訪問,這個是沒有限制的。就好像X1到X6通過關閉X1Y1、X2Y2、X3Y3、X4Y4、X5Y5、X6Y6來變成Y1到Y6,這樣的話就允許在Y軸節點之間實現任意連接。

 

 

本文參考英國pickering品牌官網知識庫文章,翻譯整理。

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