“阿尔泰科技”矩阵开关卡、多路复用开关卡系列介绍

摘要：本文主要针对矩阵开关板卡进行介绍，并围绕阿尔泰科技出品的PXI矩阵开关板卡进行展开，分析该板卡的独特结构，解释该卡如何以高灵活性实现通道数扩展，系统自检，以及触发激励等功能，从而说明该板卡是自动化测试系统，高数量IO需求的混合信号测试以及工程控制，数据采集等应用的理想选择。

关键字：矩阵开关，PXI，高灵活性

矩阵开关卡定义：

矩阵是最灵活的开关配置之一。矩阵可以将多个输入连接到多个以列和行形式组织的输出。可以将任意列连接到任意数量的行，将任意行连接到任意数量的列。在行和列的每个交叉点都有一个开关。当开关闭合时，行连接到列。

概述

在测试系统中，往往会用到开关设备，用于做自动化控制、信号路由等操作。开关类设备具有多种结构：多路复用结构可以用来进行一对多（一个信号输出设备，多个采集设备）或多对一（多个信号输出设备，一个采集设备）的分时应用，矩阵结构可以进行多对多（多个信号输出设备，多个采集设备）的应用，这些都极大的减少了配置测试系统的成本，并可以使测试过程实现完全自动化。开关仪器的不同结构和规模会影响到可以连接的采集会源表设备数量，也会使测试系统配置灵活性上产生差别。

矩阵开关结构是一种灵活性很高的结构，基本架构如图1所示。如图可知，矩阵具有行（Y）列（X）两个坐标，可以通过闭合对应的坐标值（X1，Y1），实现对应位置继电器的控制，从而完成一条信号通路。

图1：矩阵开关模块结构图

所以矩阵结构是灵活性较高的一种开关类型，使用人员可以根据需求，在行（或列）上连接激励设备，在列（或行）上连接采集设备，或者仅使用行（或列）连接两种类型的设备，通过列（或行）实现多通道的信号路由工作；另外，矩阵板卡也可以通过行扩展或列扩展的方式，连接更多的矩阵结构，实现更大矩阵规模的搭建。矩阵开关结构的特点就是配置简单，使用方法可根据需求随时更换，故灵活性高。

矩阵开关尺寸选择

用户们最常碰到的问题就是要怎么决定一个应用需要多大尺寸的矩阵。成本是选择矩阵尺寸时很重要的一个考虑方面 ，当然性能也非常重要。矩阵尺寸越大，那么信号线上所承受的负载就越多，除非另外使用更多的开关来降低负载。

一个常见的误解是矩阵应该通过一个r轴连接测试源，通过c轴连接待测单元。通常这种连接方式会导致开关系统效率低下，矩阵尺寸大小和成本通常跟节点数量有直接的关系，节点数量等于c轴尺寸乘以r轴尺寸。

一个高效的方法是将测试源和待测单元都置于同一个轴上，然后用其他r轴来提供连接。

图2-2-6  将c轴用于系统仪表和被测试连接的单元

这个方法需要c轴数量大于等于待测单元连接的数量加上测试源连接的数量。而r轴的尺寸不是取决于测试源连接的数量，而是取决于同一时间所需的连接总数。在同一时间所有的测试源都处于连接状态的情况是非常少见的，因此通常r轴尺寸要求并不会太大。比如使用数字万用表进行4线测量，×4的r轴已经足够用来进行4线测量，但是前提是要保证没有其他连接。对于大部分测试系统应用来说，×6、×8、×12或×16是不错的选择。用户可以根据准备同时进行的测量数量，以及成本来考虑矩阵尺寸，测试数量越多，系统测试就进行地越快，成本也会越高。

将c轴用作r轴的唯一缺点是，由于各个通道都被两个串联的继电器相连，因此有些通道上的通道电阻会比较高。由于连接相对比较靠近，因此其他一些通道会比较短，从而减小了铜损。对于较大的矩阵来说，铜线的电阻是通道电阻的主要因素，而非继电器接触电阻。

为了简化线缆连接，用户可能会想这样设计系统，待测单元连到一个连接器上，而测试源连到另一个不同的连接器上。这种设计想法只有当开关系统较为大型且具有更多的面板空间用于放置连接器的时候才可行。

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多路复用开关

定义

多路复用开关是一种可以将一个输入连接到多个输出或一个输出连接到多个输入的拓扑结构。这种拓扑通常用于扫描，适合将一系列通道自动连接到公共线路的的设备。

常用的拓扑结构如下

             1线多路复用开关                                  2线多路复用开关

4线多路复用开关

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