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智能型PXI Switch Module 在自动化测控体系中的使用

前言使用继电器模块(Relay Switch Module)做为信号切换,广泛地应用于IC测试、电力监测管理、工业流程与交通控制领域近年来随着消费性电子产品走向多样化,生命周期缩短,价格(Cost)、

前语

运用继电器模块(Relay Switch Module)做为信号切换,广泛地运用于IC测验、电力监测办理、工业流程与交通操控范畴

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近年来跟着消费性电子产品走向多样化,生命周期缩短,价格(Cost)、速度(Speed)、灵敏性(Flexibility),成为主动测验设备(Automated Test Equipment, ATE)生存竞争的首要课题。于工业操控及相关运用范畴,价昂、关闭规范的专用操控体系则面对PC-Based测控解决方案敞开、价廉与高效能的应战。

本文将借着对继电器信号切换的技能简介与实例运用,使读者了解架构于PXI体系之上的智能型PXI Switch Module,关于高效能测控所带来的助益。

根本拓朴(Basic Topology)

构成Switch Module的开关具有多种方法,可粗分为电磁式与半导体式,前者包括电磁式机械继电器(Electro-mechanical Relay)、磁簧继电器(Reed Relay),后者包括场效应晶体管开关(FET Switch)及固态继电器(Solid State Relay)等。以下评论的内容将以电磁式继电器为主。

常见的Switch Module的结构示意图有下列三种:

1) General Purpose

如图 1,此种结构选用多个彼此阻隔的单刀单掷型继电器(SPST Relay)或单刀双掷型继电器(SPDT Relay)。一般做为开关以操控电动机、电扇、灯火,或运用于高压高电流之切换用处。

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图1

2) Multiplexer/Scanner

如图 2,为n进1出的多任务器/解多任务器型态,适用于多组信号源必需运用同一个信号端口的景象,反之亦可。

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图2

3) Matrix

如图 3,为m进n出的矩阵方法。相较于Multiplexer/Scanner,Matrix可进行多重信号的交流耦合,亦可运用软件规划为其它两种结构,合适架构杂乱且高度灵敏的测验设备。

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图3

关于高准衡量测常使之用2-wire及4-wrie接线形式,Relay Switch模块会对差分信道进行特性匹配以期获致精确成果。

电磁式继电器的切换瞬时特性

于运用电磁式继电器作为信号切换时,应先对其推迟特性有开始了解,方能获致快速且精确的量测成果。运用者常以继电器开关的动态导通电阻来预算抱负的量测时刻点,而两个重要的时刻参数为(参阅图 4):

1) Operate Time:驱动电路推进继电器直至开关第一次闭合的时刻,为A-B区段。

2) Bounce Time: 继电器第一次闭合直至开关弹跳(Bounce)完毕的时刻,为B-C区段。

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图4

实际上运用者或许会期望有足够的时刻以让体系到达终究稳态,而必需在C点后参加自订的安稳推迟时刻(Settling Time),然后终究采样时刻点将落在D点。因而,自驱动电路推进继电器后,共需通过Operate Time + Bounce Time + User-defined Settling Time 才干进行有用量测。前两项参数会因运用的继电器品种、切换容量(switching capacity)改动,第三项参数则随测验仪器与被测物的调配而有适当的差异。

为了进步测验体系的全体效能,运用者必需尽量缩短信号切换的时刻,一起又顾及信号完整性(signal integrity)。此外,主体系或许还需要供给很多运算资源进行数据处理剖析、报表发生乃至处理图形化人机接口。

运用传统的Relay Switch模块,运用者不光必需以软件推迟方法处理反弹跳,一起必需接连不断的更新继电器的开关状况,徒增程序杂乱度;而当测验体系不断扩大处理容量(testing capacity)时,保护或修正程序将愈形困难。

以下所提出的PXI渠道,调配智能型PXI Switch Module,将可简化程序及外部配线,下降测验本钱,一起进步体系及仪器利用率。

PXI测控渠道的优势

PXI全名为PCI eXtensions for Instrumentation,其结合了敞开而高效能的PCI总线、CompactPCI健旺的结构功用,及VXI体系专为量测所规划的同步、触发信号群。图 5所示为PXI体系架构。

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图5

PXI规范于1997年提出并已被广泛承受为通用的PC-Based测验渠道,其长处具有:

1) 模块化、前插拔规划,利于于修理、配线及装置新的量测模块。

2) 8位宽度之触发总线(Trigger Bus)衔接,供给高品质的跨仪器通讯(Cross-instrument Communication)才能,省去外部配线大幅进步体系牢靠度。

3) 1-to-13星状衔接的低曲解(Low-skew)触发信号,供给精准的跨模块同步触发。

4) 供给低时钟曲解的10MHz参阅时脉。

5) 根据敞开架构,PXI联盟成员供给数百种各式量测模块与CPU操控器供选用,且软件环境与PC彻底兼容。

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根据PXI架构之智能型Switch Module

此处以凌华所研制的PXI Switch Module系列板卡为典范,包括信号切换用General Purpose、Multiplexer/Scanner、Matrix Switch Module,到高电压大电流的Power Relay Switch Module。

其特色有:

1) 支撑PXI及IVI-Switch API规范

硬件上可发挥PXI体系之高度效能;运用软件易于移植,且可调配LabVIEW虚拟仪控软件运用。

2) 硬件辅佐之过程操控

可于继电器完结切换并达稳态后,主动宣布触发信号。运用者亦可自设安稳推迟时刻(settling time),且等候过程中无须CPU介入。

3) 可储存1024路继电器状况(scan-list)并主动切换(auto-scan)

主动切换过程中不光能与外部触发信号(Trigger Input)连动,亦能于安稳推迟时刻完毕时送出触发信号(Scanner-advanced Output)。

4) 支撑TTL触发以衔接外部仪器

能够将Trigger Input 及Scanner-advanced Output衔接至许多外部设备,如数字电表、频谱剖析仪、功率计等,充分利用原有硬件出资。当然,运用者亦可透过PXI GPIB Module到达对外部仪器的彻底操控。

5) 支撑触发总线(Trigger Bus)与星状触发(Star Trigger)

运用者也能将外部触发信号透过触发总线或星状触发信号送至PXI体系中的其它量测模块,或反向操作。

6) 紧迫停机(Emergency Shutdown)及看门狗定时器(Watchdog Timer)

紧迫停机功用能够人为方法马上将继电器开关状况复归(Reset)至运用者默认值。若为无人监控之主动操控体系,看门狗定时器亦可于主体系当机时,主动将继电器切换至安全状况。

7) 援助热插拔(Hot Swap)

关于不宜中止的安全监控体系或电力体系,PXI Switch Module能够备援方法接驳;一旦硬件毛病即以软件移转操控权,运用者可在不停机状况下抽换毛病之模块。

8) 仓库式可扩大规划(Stackable Design)

子母板架构最高能够将通道数扩增为4倍。除了从头设定继电器开关状况表(scan-list)以外,运用者不需要修正软件原始码。

PXI Switch Module怎么增进量测效能

以凌华PXI体系为例,阐明一调配PXI Switch Module的主动测验解决方案。

该主动测验体系架构于PXIS-2700 PXI渠道,最多可装置17具PXI量测模块。功用强大的PXI-3710 PXI操控器并搭载了Pentium III处理器。运用者能够自很多PXI信号发生模块挑选所需,或调配外接式仪器透过PXI-GPIB操控卡联机。被测物(DUT)发生的特性参数、传递函数或时域信号,可选用PXI-2000、TE-6100等高功用数据撷取卡进行采样。然后藉由ADLINK DAQBench OCX进行数据剖析、发生视觉反应或制造Excel报表;当然,根据PXI的敞开特性,亦可运用LabVIEW, Mathlab, Dasylab等Third-party东西履行相关作业,充分利用本来的软件出资。

PXI Switch Module在此一主动测验体系中,扮演了信号开关与交流功用,使多种输入信号能够一起输入不同的DUT。运用者能够对DUT#1输入A信号,一起对DUT#2输入B信号;而不需比及DUT#1先接纳A信号,再依序输入B、C、D等信号,而形成信号发生设备搁置的问题。调配PXI多信道、同步取样的AD模块,将可使测验设备的产出效能得以最佳化。

PXI Switch Module的主动时序操控及触发功用,能大幅简化程序与外部配线,运用者能够更专心于数据剖析与体系整合。

图6

总结

智能型PXI Switch Module能够下降测验体系规划的杂乱度,增加量测效能,并充分利用本来的软硬件出资。关于主动操控体系运用,PXI Switch Module供给的多项安全性规划,能进步体系妥善率且更易于在线修理。

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