【開關】Tree樹狀結構和普通結構的多路複用MUX 對比

MUX(多路複用模塊)最常見的兩種基本的方案是基於Tree結構和傳統結構。Pole Switched MUX提供了和傳統MUX相同的很多特性,並很好的利用了雙刀的繼電器(通常是EMR)。每種結構都有它自己的優缺點。

傳統架構的MUX

                                           

在傳統架構的MUX結構中,公共端用於作爲輸入端(或者如果MUX是雙向可用的話,也可作爲輸出端),並通過繼電器連接到不同的路徑下。所有基於繼電器的MUX模塊都可以作爲雙向多路複用器使用--是指可以將多個信號切換到一個接口,也可以將一個信號連接到多個接口。

這種MUX的帶寬,本質上受其連接到公共端的繼電器的數量和連接到繼電器的路徑長度所限制。對於使用機械繼電器的設計,主要的限制是路徑長度(電容加載),對於固態繼電器的設計,主要受繼電器本身的限制。兩種設計都容易導致公共端加載過量的電容,而傳輸線對較長連接的影響可以在波長的四分之一點處將開路連接轉換爲短路連接,從而導致頻率有很高的的插損。

除了BW的限制,這種連接方式是非常經濟有效的。因爲只有一個繼電器用來關閉連接限號,所以可以產生最低的DC路徑電阻。這種結構也允許多個路徑連接到公共端(受驅動程序的限制)。在軟件術語中,要區分一個MUX允許多少個MUX通道閉合,pickering 定義爲MUX M -- 在一個MUX M中允許多個繼電器閉合,但在一個MUX中,只允許一個閉合。

如果驅動程序允許的情況下,公共端的隔離繼電器還允許MUX在和com口沒有連接的情況下用於連接輸出接口。

如果隔離繼電器包含在com口中,它會使開關完全對稱 -- 所有的接口連接到一個內部的星點,公共端輸出和通道輸出之前的不同就純粹是一個符號約定。當MUX沒有在使用時,隔離繼電器減少了外部線纜連接上的電容負載。

爲了確保MUX在調用驅動的功能函數前有一個break,需要對MUX進行兩組操作設置。

傳統MUX的一個潛在的缺點是如果一個繼電器的焊接出現問題,之後的繼電器會將測試系統中不打算連接的部分也一起連接到一起。

Pole Switched MUX

                                  

在傳統的MUX架構基礎上進行微小的改變就編程了pole switched MUX,它是利用了雙刀的繼電器從最小規模的雙刀繼電器來增加了MUX的規模。

對於展示的198通道的MUX模塊,就是由99個雙刀繼電器來提供198個輸出連接,兩個繼電器中選擇一路來連接到公共端。這種設計比單刀繼電器的設計使用了更少的繼電器。

這是一種經濟有效的方法,用戶不需要將多路複用模塊的輸出連接到一起。關於BW和其他因素的問題和傳統架構的MUX基本相同。

Tree MUX

                          

Tree MUX使用SPDT繼電器將一組output(或者input)的公共端連接到一起。信號通過樹形結構來進行切換,樹形結構用於擴展輸出連接的數量。由於繼電器用來選擇哪條路徑關閉,所以MUX只允許選擇一條完整的路徑,並不會無意之間將輸出連接到一起。

路徑上使用了一系列的繼電器,因此通過路徑的DC阻抗要比傳統架構的形式要高。

MUX所需的繼電器數量也比傳統架構的MUX要多。Tree MUX在com口和一個輸出之間經常是有一個固定的路徑,除非加入額外的繼電器。

然而MUX的帶寬BW可以非常高,因爲路徑上沒有開路部分或者其他繼電器連接到他們導致有傳輸線的殘端,因爲這種架構可以提供繼電器可以提供的最好的BW。

Tree MUX經常用在RF矩陣中,用來提供廣泛的射頻帶寬。在任何一點都沒有多餘的RF路徑,可以最大程度上的減少電容。第二種應用是在電力系統中,即使在繼電器焊接有問題的情況下,一個輸入也只連接到一個輸出。由於MUX是由切換開關搭建的,因此焊接的繼電器本質上阻止了附加路徑的連接。

總結

在低頻應用中使用傳統架構的MUX可以在路徑電阻方面提供最低的成本和最佳的性能。對於BW要求嚴格且超出常規MUX承載能力的MUX或者對於避免多個閉合(可能需要輸出連接到一起)的應用來說,推薦使用Tree MUX.

 

 

本文參考英國pickering品牌官網知識庫文章,翻譯整理。

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