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各位大佬,有没有实现和测试开关硬件的途径?

127 电缆 测试系统 连接器
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实现和测试开关硬件的途径有哪些
如何将测试电缆链接到测试系统连接器

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2021-4-12 06:28:48   评论 分享淘帖 邀请回答
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  一.连接、配线和电缆
  系统中使用的连接器和电缆的类型取决于使用的开关卡类型和被切换的信号。一般而言,开关卡有4种连接类型:螺栓端子、连接头、同轴连接器和同轴三柱器。
  对于螺栓端子连接,使用独立的绝缘线。要求确保导线足够长,能够方便地从主机中拆下开关卡。扁平电缆的排线非常整洁,并且所使用的连接头都是随时可用的,所以非常方便。然而,扁平电缆中的导线不是独立屏蔽的,因此导线之间可能会存在过多地杂散耦合,从而干扰测量。如果发生这种情况,则有必要使用独立屏蔽的导线。
  如果信号频率低于几百kHz,则使用双绞线就已足够。22~26规格的细导线被彼此合绞在一起,将干扰降至最低。采用双绞线的电缆有屏蔽的,也有非屏蔽的。多股线比实心线更常见,并且更灵活,但是实心线的衰减更小。
  如果采用接线头电缆,在夹具上则可以安装匹配插座。这就需要在电缆的两端都有接线头。然而,若将接线头电缆分为两部分,然后将独立的导线硬连接至夹具,则更加经济。
  采用同轴或同轴三芯电缆的系统也是相同的情况。最简单的方法是使用两端均有连接器的电缆。在测试夹具上为每个信号安装一个插座,用电缆将其连接到开关卡。同样,若将电缆分为两部分,然后将被截断的一端永久性地连接到测试夹具,则更经济。Keithley的《低电平测量手册》提供了关于使用同轴电缆和同轴三芯电缆的更多信息,包括低噪声电缆,以及电缆和连接器成套件。
  为了将开关卡的输出连接在一起,特定开关卡的输出都会被连接到扫描仪主机的背板。这样就可以将主机内某个开关卡的输出连接到其它开关卡。对于兼容Keithley 7001和7002型主机的开关卡,利用卡上的跳线可连接或断开背板连接。如果某个开关卡必须与其它卡进行隔离,则必须拆下该卡上的背板跳线。2700和2750型的开关模块提供了隔离继电器,使其输出可以连接或断开背板连接。707A和708A型的有些矩阵卡可以通过卡上的跳线连接至背板,而其它针对小电流切换进行优化的开关卡则通过外部低噪声跳线进行连接。
  在有些应用中,并不希望将开关卡的输出连接到背板,因此在加电之前必须检查每个卡的接线图,确保没有默认连接背板。当某个卡的输出必须与背板隔离时,请直接连接卡的输出。
  RF/微波连接器和电缆
  在RF和微波开关系统中,有很多不同类型的连接器和电缆均可使用。信号频率、系统阻抗、功率额定值和测试夹具/管理器兼容性等,都是选择电缆和连接器时应该考虑的因素。例如,典型的SMA连接器在100 MHz时能够处理500W的信号,但是在26.5 GHz时能够处理的功率则很小。
  BNC连接器常被用于50Ω和75Ω的系统中,在低于微波频率的频率下,用户往往在其外围设备和/或DUT中使用各种各样的连接器。在这些情况下,则可使用同轴电缆适配器,提供合适的性能和阻抗匹配。连接器大小(直径)应该尽量匹配电缆外径,将反射降至最低。
  表 6 1中列出了常见的RF/微波连接器。根据制造厂商和等级的不同,连接器的频率限值也不相同(通用级别限制了连接和低重复性,或者仪器级别限制重复连接和高重复性)。
  表 6 1,常用的RF/微波连接器
  
  连接器名称3.5mm和2.92mm指连接器外导体的内径。这些小型连接器采用空气作为电介质材料,因为空气没有像SMA连接器中的Teflon的厚度那么容易发生变化。这样就能够以更好的电气性能实现更多次的重复连接。当然,由于制造公差紧的原因,连接器成本随频率限值的增大而增大。
  若使用机电式开关,则有必要利用RF同轴电缆来路由通过测试系统的信号通路,将损耗降至最低。同轴电缆应该具有低插入损耗、低VSWR和适当的RF屏蔽,并在电缆成套件的端点安装相应的连接器。插入损耗可能是使用同轴电缆是最为重要的参数,并且由于该参数指标随长度呈正比增长,所以最好采用满足应用的最短长度的电缆。表 6 2中列出了一个10英寸SMA电缆在各种频率下的VSWR和插入损耗。
  表 6 2,SMA电缆(10英寸,0.141英寸直径)
  
  通常情况下,电缆直径越大,插入损耗就越低,功率处理能力就越高,但是与较小直径的电缆相比,带宽较低,灵活性较差。
  有些应用需要相位匹配电缆。该指标通常要求两根或多根电缆在规定频率下的相位容限为特定值(例如,相位10 GHz下5°的相位匹配则意味着该组电缆中任何信号之间的相差不应大于5°)。半刚性电缆的相位匹配指标典型值为±1°/GHz,柔性电缆为±2°/GHz。
  相位延迟也与时间延迟有关,因此,该指标可能被作为时间延迟给出(ns/ft),而不是相位延迟。由于不匹配的电缆可引起过度的时钟相偏(Clock Skew),导致错误操作,所以相位匹配是有些高速数字电路中特别要注意的事项。
  在高频下,电缆的物理长度与其电气长度不同。极力将电缆截为相同的长度并不能达到相位匹配的目的,而是要测量电缆的时间延迟。同一相位匹配电缆组中的电缆都应该清晰标注,并作为一组使用。
  RF/微波连接器匹配
  匹配连接器必须是清洁的,必须满足连接器类型接口,并且必须符合相应的扭矩技术指标。若与超出插针深度容差的连接器匹配,则可能会损坏连接器。请在匹配连接器之前检查插针深度。
  若不同的连接器进行匹配,难免会造成外部和内部导体对不准。由于不对准会劣化电气性能,所以应该避免匹配不同类型的连接器。
  下面是将测试电缆链接到测试系统连接器的步骤:
  断开测试系统的电源。
  取下连接器的保护盖并保管好,以备将来使用。
  连接测试电缆,并用一个扭矩扳手紧固到指定的扭矩。
  RF/微波连接器清洁
  为防止性能下降,RF和微波连接器必须免受外部物质的污染。可以利用一个4~10倍的放大镜视检连接器。用罐装气(由于标准工业压缩机提供的空气中含有潮气和油脂,所以建议用罐装气)吹掉连接器上的外部污染。用蘸有异丙醇的无绒小棉签擦除残留的污染物。
  光缆和连接器
  与铜缆相比,光缆具有多种优势,包括抗干扰性、低衰减和更高的带宽。
  光缆包括一个纤芯,纤芯外部为包层,保存外部为一个保护层。亦可使用塑料芯和包层,但是由于具有较大的衰减,所以不会用于通信领域。
  玻璃纤维芯有两种基本的类型:多模光纤,用于10 km以下的距离;单模光纤,用于更长的距离。多模光纤(MMF)的纤芯直径通常为50~62.5 μm;单模光纤(SMF)的纤芯直径一般为8~10 μm。电缆的尺寸通常用纤芯尺寸后加包层直径表示。单模光纤通常采用9/125规格,多模光纤通常采用62.5/125规格。
  根据光缆类型(玻璃或塑料)、连接重复性和抗震性的不同,光连接器的种类也是各种各样。单模和多模光缆常用的一种连接器为FC连接器。这种连接器有一个定位销和一个螺纹插座。成对FC连接器的典型插入损耗为0.25~0.5 dB。
  二.屏蔽和接地
  为防止静电干扰预期信号,可能有必要采用静电屏蔽。尤其对于高阻抗电路、高频电路,以及混合信号应用中(高压信号可能会不经意被耦合至低电平信号,例如100Ω或更低),屏蔽非常重要。
  高阻电路的切换应用包括小电流、高电阻和高阻抗电压应用。对高阻的最好解释是干扰会引起明显误差的阻抗水平。若开关、互连电缆和测试夹具没有合适的屏蔽,所产生的杂散信号(偏移)将威胁到被测信号。
  利用连接到电路中一个低阻点的导体,将信号通路包裹起来,即实现了静电屏蔽,该低阻点最好是测量设备的LO输入端子。如果在电路中没有测量设备,那么则应该将屏蔽连接到源的LO输出端子。
  为确保合适的屏蔽,请选择带有屏蔽连接器的开关卡,例如同轴或同轴三柱连接器。带有同轴或同轴三柱连接器的开关卡本身都是屏蔽的,并且通常会提供良好的通道间隔离。采用螺栓端子或连接头的开关卡不是屏蔽很好,因此一般不用于切换高阻电路。
  此外,应该使用屏蔽电缆,例如同轴或同轴三芯,连接高阻装置或信号源和开关卡。高阻设备和信号源也必须是屏蔽的。所需的屏蔽程度将取决于环境中的干扰情况。马达、螺线管和其它装置可产生高压瞬态,需要更好的屏蔽。
  在使用高频(> 1MHz)测试信号时,为了维持特征阻抗,并防止信号损耗,以及与邻近电路发生不必要的耦合(或串扰),避免影响测量准确度,也有必要使用屏蔽电缆。请使用合适阻抗的同轴电缆,并完全屏蔽测试夹具,以防大信号的漏泄。所有的屏蔽都应该连接到相应的接地层。关于RF和微波切换的更多信息,请参阅第5.6部分。
  如果切换系统中会混合出现小电流、高电压和高频信号,屏蔽则非常关键。对于大多数开关卡,相邻通道间都具有小的电容。某个通道上出现的电压很容易耦合到相邻通道,并且会引起明显的误差。使高电压通道远离敏感的小电流通道,并使用良好屏蔽的开关,可将这种误差降至最低。
  承载高测试电压的导体也应该采用屏蔽,以防止与邻近的低电平电路发生干扰。所以最常用的往往是同轴电缆。
  从实质上讲,接地就是连接到大地(地电势)。该连接的主要目的是确保设备操作人员的安全。信号回路往往被认为是地,并且被作为“Common”(共用)或“LO”(低)端。实际上它可能连接也可能未连接到底。
  屏蔽通常是“接地”的,也就是说,它们被连接到一个接地点。如果信号源或测量装置的回路侧被连接到相同点,干扰将最小。如果屏蔽和测量仪器之间存在一个交流电势差,则可能有电容性电流通过测量电路,增大干扰。
  一般而言,在测量系统中应该只有一个点被连接到接地,以避免形成接地回路。
  三.硬件验证和排障
  在将开关、仪器和测试夹具连接到一起后,就必须验证系统的性能。这一过程通常分两步完成:首先通过前面板手动进行,然后作为计算机控制的一个系统进行验证。所采用的验证程序取决于被切换信号和测量类型。以下提供了测量电阻、电压和电流的例子。
  电阻测量
  验证系统的第一步需要将一个已知阻值的电阻器置于测试夹具中。测试电阻网络的系统就是一个例子。个体电阻器阻值应该相似,但无需严格相同,以确保恰当地连接到了每个元件。例如,如果标称阻值全部为10 kΩ,那么相应的测试装置应该在通道1上为10.1 kΩ,通道2上为10.2 kΩ等。按照这种方式,如果某个通道连接不正确,则马上会发现。
  如果被测电阻值的范围很宽,则必须采用接近上限和下限限值的电阻器进行测试。如果系统采用双端连接至设备,测量接近下限的电阻时,误差就会特别大,说明需要采用4端连接。这将需要两倍的开关,但是将会从测量值中消除开关和测量线电阻。
  在上限处,若测量值低于预期值,则说明测试夹具、接线或开关卡中存在太大的漏泄电阻,必须采取相应的措施将该误差降低到可接受的程度。措施包括清洁测试夹具和增加电气保护。
  尤其是对于高阻测量,应该验证系统的稳定时间,使其足以提供所期望的准确度。
  电压测量
  对于电压测量,首先验证每个电压源都被连接到了正确的通道。确认通道连接正确的最直接方式是在每个通道上连接已知的电压。例如,对通道1施加1 V的电压,向通道2施加2 V的电压等。
  为确定电压偏移不会对低电压(<1 mV)测量造成太大的误差,首先利用一个直接连接到伏特计的稳压源测量一系列的读数。然后通过开关系统的相应通道再读取一系列的测量值。比较两组测试值的标准偏差。利用一根干净的铜线作为短路,代替电压信号,即可对太大的电压偏移进行补偿。对于每个被短路的通道,读取至少10个电压读数,然后将其进行平均。保存平均值,并利用该值修正该通道上的测量读数。为保证修正的有效性,开关系统的环境温度必须保持相对恒定(上下几摄氏度范围之内)。
  如果以上程序太过麻烦,则可以采用以下的方法:短路某一个通道,然后利用该通道的偏移值来修正开关卡上所有通道的测量值。
  如果源阻抗非常高(1 MΩ或更高),如果系统存在明显的漏泄,则会发生严重的误差。为了确定是否发生了这种情况,可以首先通过该通道测量一个较低阻抗的电压源。然后则可以向低阻源串联一个和未知电压源相当的阻抗,并重复测量。将结果进行比较。如果差异较大,则请检查可能的原因,例如电缆漏泄或开关隔离电阻。保护有助于减小测量误差。在源电阻很高时,则有必要增大稳定时间延迟。
  电流测量
  对于电流测量验证,首先确保每一未知通路从测试夹具到安培表是完整的。如果使用C型开关(SPDT)的开关卡,则可以连接一个欧姆表代替每一通道上的未知源。验证通道未被选中时该通路的电阻非常小,典型值小于1 Ω。
  下一步是每次向一个通道连接一个未知的电流源,并验证输出位于总体系统准确度限值范围之内。
  对于小电流测量,开关卡、电缆和测试夹具会引起明显的偏移电流。为了检查每一通道的偏移电流,请断开未知源,盖住输入,然后每次激励一个通道,并利用连接到输出的安培表测量偏移电流。如果偏移电流太高,则有必要清洁通路上的开关和连接器。如果偏移电流是适当稳定的,则可以从随后的测量值中减去该值,从而进行补偿。
  此外,对于小电流切换,请在每次继电器触动之后预留足够的稳定时间,确保结果的准确性。
  最终的系统验证
  在完整地手动检查完系统之后,请验证计算机控制下的性能。这样能够暴露出软件中的可能误差,例如不正确的开关闭合或设备地址错误,以及定时问题、串扰太大等。
  作为一项终程测试,通过系统测量大量的产品,然后手动重新测量不合格的部件,以及一小部分合格的部件来验证系统性能。
  到此,即可认为系统是可以投入服务的。应该定期利用已知良好的装置测试系统,确保系统没有因为漂移而超出技术指标。
2021-4-12 15:17:31 评论

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