使用繼電器模塊（RelaySwitchModule）做為信號切換，廣泛地應(yīng)用于IC測試、電力監(jiān)測管理、工業(yè)流程與交通控制領(lǐng)域。
　　
　　近年來隨著消費電子產(chǎn)品走向多樣化，生命周期縮短，價格（Cost）、速度（Speed）、靈活性（Flexibility），成為自動測試設(shè)備（AutomatedTestEquipment,ATE）生存競爭的首要課題。在工業(yè)控制及相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域，價昂、封閉規(guī)格的控制系統(tǒng)則面臨PC-Based測控解決方案開放、價廉與能的挑戰(zhàn)。　　
　　本文對繼電器信號切換所做的技術(shù)簡介與實例應(yīng)用介紹，將使讀者了解架構(gòu)于PXI系統(tǒng)上的智能型PXISwitchModule，對能測控所帶來的好處。
　　
　　基本拓樸（BasicTopology）
　　
　　構(gòu)成SwitchModule的開關(guān)具有多種形式，可粗分為電磁式與半導體式，前者包含電磁式機械繼電器（Electro-mechanicalRelay）、磁簧繼電器（ReedRelay），后者包含場效應(yīng)晶體管開關(guān)（FETSwitch）及固態(tài)繼電器（SolidStateRelay）等。以下內(nèi)容主要以電磁式繼電器為主。
　　
　　常見的SwitchModule的結(jié)構(gòu)示意圖有下列三種：
　　
　　General  Purpose
　　
　　如圖1，這種結(jié)構(gòu)采用多個相互隔離的單刀單擲型繼電器（SPSTRelay）或單刀雙擲型繼電器（SPDTRelay）。一般做為開關(guān)控制電動機、風扇、燈光，或用于高壓高電流的切換。
　　
　　Multiplexer/Scanner
　　
　　如圖2，為n進1出的多任務(wù)器/解多任務(wù)器型，適用于多組信號源必需使用同一個信號端口的情形，反之亦可。
　　
　　Matrix
　　
　　如圖3，為m進n出的矩陣形式。相較于Multiplexer/Scanner，Matrix可進行多重信號的交換耦合，也可使用軟件規(guī)劃為其它兩種結(jié)構(gòu)，適合架構(gòu)復(fù)雜且高度靈活的測試設(shè)備。
　　
　　對于高精度量測常使用2-wire及4-wrie接線模式，RelaySwitch模塊會對差分信道進行特性匹配以獲得準確結(jié)果。
　　
　　電磁式繼電器的切換瞬時特性
　　
　　使用電磁式繼電器作為信號切換時，應(yīng)先對其延遲特性有初步了解，方能獲得快速且準確的量測結(jié)果。使用者常以繼電器開關(guān)的動態(tài)導通電阻來估算理想的量測時間點，兩個重要的時間參數(shù)為（參考圖4）：
　　
　　1）OperateTime：驅(qū)動電路推動繼電器直至開關(guān)*次閉合的時間，為A-B區(qū)段。
　　
　　2）BounceTime：繼電器*次閉合直至開關(guān)彈跳（Bounce）結(jié)束的時間，為B-C區(qū)段。
　　
　　實際上使用者可能會希望有充足的時間讓系統(tǒng)達到zui終穩(wěn)定狀態(tài)，則必需在C點后加入自定的穩(wěn)定延遲時間（SettlingTime），從而zui終采樣時間點將落在D點。因此，自驅(qū)動電路推動繼電器后，共需經(jīng)過OperateTime+BounceTime+User-definedSettlingTime才能進行有效量測。前兩項參數(shù)會因使用的繼電器種類、切換容量（switchingcapacity）改變，第三項參數(shù)則隨測試儀器與被測物的搭配而存在一定的差異。
　　
　　為了提升測試系統(tǒng)的整體效能，使用者必需盡量縮短信號切換的時間，同時又要顧及信號完整性（signalintegrity）。此外，主系統(tǒng)可能還需要提供大量運算資源進行數(shù)據(jù)處理分析、報表產(chǎn)生甚至處理圖形化人機接口。
　　
　　使用傳統(tǒng)的RelaySwitch模塊，使用者不但必需用軟件延遲方式處理反彈跳，同時必需接連不斷地更新繼電器的開關(guān)狀態(tài)，這樣就增加了程序復(fù)雜度；而當測試系統(tǒng)不斷擴充處理容量（testingcapacity）時，維護或修改程序?qū)⒏永щy。
　　
　　以下所提出的PXI平臺，搭配智能型PXISwitchModule，將可簡化程序及外部配線，降低測試成本，同時提高系統(tǒng)及儀器利用率。
　　
　　PXI測控平臺的優(yōu)勢
　　
　　PXI全名為PCIeXtensionsforInstrumentation，結(jié)合了開放而能的PCI總線、CompactPCI堅固的結(jié)構(gòu)性能，及VXI系統(tǒng)專為量測所設(shè)計的同步、觸發(fā)信號群。圖5所示為PXI系統(tǒng)架構(gòu)。
　　
　　PXI規(guī)格于1997年提出并已被廣泛接受為通用的PC-Based測試平臺，其優(yōu)點具有：
　　
　　1）模塊化、前插拔設(shè)計，利于維修、配線及安裝新的量測模塊。
　　
　　2）8位寬度觸發(fā)總線（TriggerBus）連接，提供高品質(zhì)的跨儀器通訊（Cross-instrumentCommunication）能力，省去外部配線大幅提高系統(tǒng)可靠度。
　　
　　3）1-to-13星狀連接的低歪曲（Low-skew）觸發(fā)信號，提供的跨模塊同步觸發(fā)。
　　
　　4）提供低時鐘歪曲的10MHz參考時脈。
　　
　　5）基于開放架構(gòu)，PXI聯(lián)盟成員提供數(shù)百種各式量測模塊與CPU控制器供選用，且軟件環(huán)境與PC*兼容。　　
　　基于PXI架構(gòu)的智能型SwitchModule
　　
　　以凌華所研發(fā)的PXISwitchModule系列板卡為例，涵蓋信號切換用GeneralPurpose、Multiplexer/Scanner、MatrixSwitchModule，到高電壓大電流的PowerRelaySwitch
　　
　　Module其特點有：
　　
　　支持PXI及IVI-SwitchAPI標準
　　
　　硬件上可發(fā)揮PXI系統(tǒng)的高度效能；應(yīng)用軟件易于移植，且可搭配LabVIEW虛擬儀控軟件使用。
　　
　　硬件輔助過程控制
　　
　　在繼電器完成切換并達穩(wěn)定狀態(tài)后，自動發(fā)出觸發(fā)信號。使用者也可自設(shè)穩(wěn)定延遲時間（settlingtime），且等待過程中無須CPU介入。
　　
　　可儲存1024路繼電器狀態(tài)（scan-list）并自動切換（auto-scan）自動切換過程中不但能與外部觸發(fā)信號（TriggerInput）連動，也能在穩(wěn)定延遲時間結(jié)束時送出觸發(fā)信號（Scanner-advancedOutput）。
　　
　　支持TTL觸發(fā)以連接外部儀器可以將TriggerInput及Scanner-advancedOutput連接到諸多外部設(shè)備，如數(shù)字電表、頻譜分析儀、功率計等，充分利用原有硬件投資。當然，使用者也可通過PXIGPIBModule實現(xiàn)對外部儀器的*控制。
　　
　　支持觸發(fā)總線（TriggerBus）與星狀觸發(fā)（StarTrigger）使用者也能將外部觸發(fā)信號通過觸發(fā)總線或星狀觸發(fā)信號送至PXI系統(tǒng)中的其它量測模塊，或反向操作。
　　
　　緊急停機（EmergencyShutdown）及看門狗定時器（WatchdogTimer）緊急停機功能可以人為方式立刻將繼電器開關(guān)狀態(tài)復(fù)歸（Reset）至使用者默認值。若是無人監(jiān)控的自動控制系統(tǒng)，看門狗定時器也可于主系統(tǒng)當機時，自動將繼電器切換至安全狀態(tài)。
　　
　　支持熱插拔（HotSwap）對于不宜中斷的安全監(jiān)控系統(tǒng)或電力系統(tǒng)，PXISwitchModule可以備援方式接駁；一旦硬件故障即以軟件移轉(zhuǎn)控制權(quán)，使用者可在不停機狀態(tài)下抽換故障模塊。
　　
　　堆棧式可擴充設(shè)計（StackableDesign）子母板架構(gòu)zui高可以將通道數(shù)擴增為4倍。除了重新設(shè)定繼電器開關(guān)狀態(tài)表（scan-list）外，使用者不需要修改軟件原始碼。　　
　　PXISwitch  Module如何增進量測效能
　　
　　以凌華PXI系統(tǒng)為例來說明搭配了PXISwitchModule的自動測試解決方案。該自動測試系統(tǒng)架構(gòu)于PXIS-2700PXI平臺，zui多可安裝17具PXI量測模塊。功能*的PXI-3710PXI控制器搭載了PentiumIII處理器，使用者可以從眾多PXI信號產(chǎn)生模塊選擇所需要的，或搭配外接式儀器通過PXI-GPIB控制卡聯(lián)機。被測物（DUT）產(chǎn)生的特性參數(shù)、傳遞函數(shù)或時域信號，可采用PXI-2000、TE-6100等高性能數(shù)據(jù)擷取卡進行采樣。而后由ADLINKDAQBenchOCX進行數(shù)據(jù)分析、產(chǎn)生視覺反饋或制作Excel報表；當然，基于PXI的開放特性，也可使用LabVIEW,Mathlab,Dasylab等Third-party工具執(zhí)行相關(guān)工作，充分利用原來的軟件投資。
　　
　　PXISwitchModule在此自動測試系統(tǒng)中，扮演了信號開關(guān)與交換功能，使多種輸入信號可以同時輸入不同的DUT。使用者可以對DUT#1輸入A信號，同時對DUT#2輸入B信號；而不需等到DUT#1先接收A信號，再依序輸入B、C、D等信號，而造成信號產(chǎn)生設(shè)備閑置的問題。搭配PXI多信道、同步取樣的AD模塊，將可使測試設(shè)備的產(chǎn)出效能得以*化。
　　
　　PXISwitchModule的自動時序控制及觸發(fā)功能，能大幅簡化程序與外部配線，使用者可以更專注數(shù)據(jù)分析與系統(tǒng)整合。
　　
　　總結(jié)
　　
　　智能型PXISwitchModule可以降低測試系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜度，增加量測效能，并充分利用原有的軟硬件投資。對自動控制系統(tǒng)應(yīng)用，PXISwitchModule提供的多項安全性設(shè)計，能提升系統(tǒng)妥善率且更易于在線維修。