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電子設計 ? 2020-11-23 10:24 ? 次閱讀

使用繼電器模塊(Relay Switch Module)做為信號切換,廣泛地應用于IC測試、電力監測管理、工業流程與交通控制領域。

基于PXI架構的智能型Switch Module的性能特點及應用分析

近年來隨著消費性電子產品走向多樣化,生命周期縮短,價格(Cost)、速度(Speed)、靈活性(Flexibility),成為自動測試設備(Automated Test Equipment, ATE)生存競爭的首要課題。于工業控制及相關應用領域,價昂、封閉規格的專用控制系統則面臨PC-Based測控解決方案開放、價廉與高效能的挑戰。

本文將借著對繼電器信號切換的技術簡介與實例應用,使讀者了解架構于PXI系統之上的智能型PXI Switch Module,對于高效能測控所帶來的助益。

基本拓樸(Basic Topology)

構成Switch Module的開關具有多種形式,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-mechanical Relay)、磁簧繼電器(Reed Relay),後者包含場效應晶體管開關(FET Switch)及固態繼電器(Solid State Relay)等。以下討論的內容將以電磁式繼電器為主。

常見的Switch Module的結構示意圖有下列三種︰

1) General Purpose

如圖 1,此種結構采用多個相互隔離的單刀單擲型繼電器(SPST Relay)或單刀雙擲型繼電器(SPDT Relay)。一般做為開關以控制電動機、風扇、燈光,或應用于高壓高電流之切換用途。

2) Multiplexer/Scanner

如圖 2,為n進1出的多任務器/解多任務器型態,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。

3) 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,亦可使用軟件規劃為其它兩種結構,適合架構復雜且高度靈活的測試設備。

對于高準度量測常使之用2-wire及4-wrie接線模式,Relay Switch模塊會對差分信道進行特性匹配以期獲致準確結果。

電磁式繼電器的切換瞬時特性

于使用電磁式繼電器作為信號切換時,應先對其延遲特性有初步了解,方能獲致快速且準確的量測結果。使用者常以繼電器開關的動態導通電阻來估算理想的量測時間點,而兩個重要的時間參數為(參考圖 4)︰

1) Operate Time︰驅動電路推動繼電器直至開關第一次閉合的時間,為A-B區段。

2) Bounce Time︰ 繼電器第一次閉合直至開關彈跳(Bounce)結束的時間,為B-C區段。

實際上使用者可能會希望有充足的時間以讓系統達到最終穩態,而必需在C點後加入自訂的穩定延遲時間(Settling Time),從而最終采樣時間點將落在D點。因此,自驅動電路推動繼電器後,共需經過Operate Time + Bounce Time + User-defined Settling Time 才能進行有效量測。前兩項參數會因使用的繼電器種類、切換容量(switching capacity)改變,第三項參數則隨測試儀器與被測物的搭配而有相當的差異。

為了提升測試系統的整體效能,使用者必需盡量縮短信號切換的時間,同時又顧及信號完整性(signal integrity)。此外,主系統可能還需要提供大量運算資源進行數據處理分析、報表產生甚至處理圖形化人機接口。

使用傳統的Relay Switch模塊,使用者不但必需以軟件延遲方式處理反彈跳,同時必需接連不斷的更新繼電器的開關狀態,徒增程序復雜度;而當測試系統不斷擴充處理容量(testing capacity)時,維護或修改程序將愈形困難。

以下所提出的PXI平台,搭配智能型PXI Switch Module,將可簡化程序及外部配線,降低測試成本,同時提高系統及儀器利用率。

PXI測控平台的優勢

PXI全名為PCI eXtensions for Instrumentation,其結合了開放而高效能的PCI總線、CompactPCI強健的結構性能,及VXI系統專為量測所設計的同步、觸發信號群。圖 5所示為PXI系統架構。

PXI規格于1997年提出並已被廣泛接受為通用的PC-Based測試平台,其優點具有︰

1) 模塊化、前插拔設計,利于于維修、配線及安裝新的量測模塊。

2) 8位寬度之觸發總線(Trigger Bus)連接,提供高品質的跨儀器通訊(Cross-instrument Communication)能力,省去外部配線大幅提高系統可靠度。

3) 1-to-13星狀連接的低歪曲(Low-skew)觸發信號,提供精準的跨模塊同步觸發。

4) 提供低時鐘歪曲的10MHz參考時脈。

5) 基于開放架構,PXI聯盟成員提供數百種各式量測模塊與CPU控制器供選用,且軟件環境與PC完全兼容。

基于PXI架構之智能型Switch Module

此處以凌華所研發的PXI Switch Module系列板卡為範例,涵蓋信號切換用General Purpose、Multiplexer/Scanner、Matrix Switch Module,到高電壓大電流的Power Relay Switch Module。

其特點有︰

1) 支持PXI及IVI-Switch API標準

硬件上可發揮PXI系統之高度效能;應用軟件易于移植,且可搭配LabVIEW虛擬儀控軟件使用。

2) 硬件輔助之過程控制

可于繼電器完成切換並達穩態後,自動發出觸發信號。使用者亦可自設穩定延遲時間(settling time),且等待過程中無須CPU介入。

3) 可儲存1024路繼電器狀態(scan-list)並自動切換(auto-scan)

自動切換過程中不但能與外部觸發信號(Trigger Input)連動,亦能于穩定延遲時間結束時送出觸發訊號(Scanner-advanced Output)。

4) 支持TTL觸發以連接外部儀器

可以將Trigger Input 及Scanner-advanced Output連接至諸多外部設備,如數字電表、頻譜分析儀、功率計等,充分利用原有硬件投資。當然,使用者亦可透過PXI GPIB Module達到對外部儀器的完全控制。

5) 支持觸發總線(Trigger Bus)與星狀觸發(Star Trigger)

使用者也能將外部觸發訊號透過觸發總線或星狀觸發信號送至PXI系統中的其它量測模塊,或反向操作。

6) 緊急停機(Emergency Shutdown)及看門狗定時器(Watchdog Timer)

緊急停機功能可以人為方式立刻將繼電器開關狀態復歸(Reset)至使用者默認值。若為無人監控之自動控制系統,看門狗定時器亦可于主系統當機時,自動將繼電器切換至安全狀態。

7) 支援熱插拔(Hot Swap)

對于不宜中斷的安全監控系統或電力系統,PXI Switch Module可以備援方式接駁;一旦硬件故障即以軟件移轉控制權,使用者可在不停機狀態下抽換故障之模塊。

8) 堆棧式可擴充設計(Stackable Design)

子母板架構最高可以將通道數擴增為4倍。除了重新設定繼電器開關狀態表(scan-list)以外,使用者不需要修改軟件原始碼。

PXI Switch Module如何增進量測效能

以凌華PXI系統為例,說明一搭配PXI Switch Module的自動測試解決方案。

該自動測試系統架構于PXIS-2700 PXI平台,最多可安裝17具PXI量測模塊。功能強大的PXI-3710 PXI控制器並搭載了Pentium III處理器。使用者可以自眾多PXI訊號產生模塊選擇所需,或搭配外接式儀器透過PXI-GPIB控制卡聯機。被測物(DUT)產生的特性參數、傳遞函數或時域信號,可采用PXI-2000、TE-6100等高性能數據擷取卡進行采樣。而後藉由ADLINK DAQBench OCX進行數據分析、產生視覺反饋或制作Excel報表;當然,基于PXI的開放特性,亦可使用LabVIEW, Mathlab, Dasylab等Third-party工具執行相關工作,充分利用原本的軟件投資。

PXI Switch Module在此一自動測試系統中,扮演了信號開關與交換功能,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訊號,再依序輸入B、C、D等訊號,而造成訊號產生設備閑置的問題。搭配PXI多信道、同步取樣的AD模塊,將可使測試設備的產出效能得以最佳化。

PXI Switch Module的自動時序控制及觸發功能,能大幅簡化程序與外部配線,使用者可以更專注于數據分析與系統整合。

總結

智能型PXI Switch Module可以降低測試系統設計的復雜度,增加量測效能,並充分利用原本的軟硬件投資。對于自動控制系統應用,PXI Switch Module提供的多項安全性設計,能提升系統妥善率且更易于在線維修。

責任編輯︰gt

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普通電磁式繼電器或磁保持繼電器的觸點經常出現粘連問題,由于控制的是電容性負載比如燈具,瞬間電流是穩定時的6-8倍,負載過高導...
發表于 10-09 11:58 ? 276次 閱讀
怎麼解決繼電器的粘連問題

【每日推薦】用了這麼久放大器,特性及阻抗你都了解嗎?

幾十年來使用的三種最常見的多線串行數據傳輸格式是I 2 C,UART和SPI。本文著眼于串行外設接口(SPI)總線,該總線...
發表于 09-24 11:33 ? 286次 閱讀
【每日推薦】用了這麼久放大器,特性及阻抗你都了解嗎?

光繼電器︰是傳統繼電器的更省電,更節能的選擇嗎?

光繼電器越來越受歡迎。在許多情況下,這些設備在尺寸和功率效率方面都超過其機械同類產品。 繼電器是設計人員在需要大電流開...
發表于 09-24 10:55 ? 101次 閱讀
光繼電器︰是傳統繼電器的更省電,更節能的選擇嗎?

低成本ARM工業數據網關方案——TL335x-EVM×TL437x-EVM評估板

隨著互聯網與物聯網的迅猛發展以及“中國制造2025”的國家政策要求,為推動國家工業4.0的發展,各行各業為提升生產管理效率和生產...
發表于 09-18 16:22 ? 202次 閱讀
低成本ARM工業數據網關方案——TL335x-EVM×TL437x-EVM評估板

MMBT6427L NPN雙極達林頓晶體管

雙極達林頓晶體管設計用于開關應用,如打印錘,繼電器,電磁閥和燈驅動器。該器件采用SOT-23封裝,專為低功率表面貼裝應用而設計。 特性 無鉛封裝可用 需要獨特站點和控制變更要求的汽車和其他應用的前綴; AEC-Q101合格且PPAP能力 電路圖、引腳圖和封裝圖
發表于 08-03 10:02 ? 46次 閱讀
MMBT6427L NPN雙極達林頓晶體管

MMBTA64L PNP雙極達林頓晶體管

雙極達林頓晶體管設計用于開關應用,如打印錘,繼電器,電磁閥和燈驅動器。該器件采用SOT-23封裝,專為低功率表面貼裝應用而設計。 特性 低r DS(開啟)提供更高的效率並延長電池壽命 微型SOT-23表面貼裝封裝節省電路板空間 無鉛封裝可用 適用于汽車和其他應用的S和NSV前綴,需要獨特的站點和控制變更要求; AEC-Q101合格且PPAP能力 電路圖、引腳圖和封裝圖...
發表于 08-03 10:02 ? 82次 閱讀
MMBTA64L PNP雙極達林頓晶體管

MMBTA14L NPN雙極達林頓晶體管

雙極達林頓晶體管設計用于開關應用,如打印錘,繼電器,電磁閥和燈驅動器。該器件采用SOT-23封裝,專為低功率表面貼裝應用而設計。 特性 低r DS(開啟)提供更高的效率並延長電池壽命 微型SOT-23表面貼裝封裝節省電路板空間 無鉛封裝可用 需要獨特站點和控制變更要求的汽車和其他應用的前綴; AEC-Q101合格且PPAP能力 電路圖、引腳圖和封裝圖
發表于 08-03 10:02 ? 92次 閱讀
MMBTA14L NPN雙極達林頓晶體管

MJH6287 20 A 100 V PNP達林頓雙極功率晶體管

頓雙極功率晶體管設計用于通用放大器和低速開關電機控制應用。 MJH6284(NPN)和MJH6287(PNP)是互補設備。 特性 開關穩壓器集電極 - 發射極電壓V CEV = 1000 Vdc 逆變器 快速關閉時間 螺線管80 ns感應下降時間100 C( Typ) 繼電器驅動器120 ns感應交叉時間100 C(T 電機控制800 ns感應存儲時間100 C(T 偏轉電路 100 C性能指定︰帶有感應的反向偏置SOA負載切換時間與感應負載飽和電壓泄漏電流 使用超快速整流器擴展FBSOA額定值 非常高RBSOA能力 無鉛封裝可用 電路圖、引腳圖和封裝圖...
發表于 08-03 09:02 ? 193次 閱讀
MJH6287 20 A 100 V PNP達林頓雙極功率晶體管

MJE5742 8.0 A 400 V NPN達林頓雙極功率晶體管

2達林頓晶體管設計用于電感電路中的高壓電源開關。 特性 這些設備是無鉛的,符合RoHS標準 MJE5740的補充 應用 小型發動機點火 開關調節器 逆變器 電磁閥和繼電器驅動器 電機控制 電路圖、引腳圖和封裝圖
發表于 08-03 09:02 ? 47次 閱讀
MJE5742 8.0 A 400 V NPN達林頓雙極功率晶體管

MJ15015 15 A 120 V NPN雙極功率晶體管

功率晶體管專為高功率音頻,步進電機和其他線性應用而設計。它還可用于電源開關電路,如繼電器或螺線管驅動器,DC-DC轉換器,逆變器或需要比2N3055更高的安全工作區域的感性負載。 特性 電流增益 - 帶寬 - 乘積@I C = 1.0 Adc f T = 0.8 MHz(Min) - NPN f T = 2.2 MHz(Min) - PNP 安全工作區 - 額定值為60 V和120 V,分別 無鉛封裝可用 電路圖、引腳圖和封裝圖
發表于 08-03 01:02 ? 465次 閱讀
MJ15015 15 A 120 V NPN雙極功率晶體管

MJB5742 8.0 A 400 V NPN達林頓雙極功率晶體管

2達林頓晶體管設計用于電感電路中的高壓電源開關。 特性 符合ROHS 應用 終端產品 小型發動機點火 開關調節器 逆變器 電磁閥和繼電器驅動器 電機控制 小引擎 電路圖、引腳圖和封裝圖
發表于 08-02 22:02 ? 57次 閱讀
MJB5742 8.0 A 400 V NPN達林頓雙極功率晶體管

NIS5020 電子保險絲(eFuse) 12V 14mΩ 10A

0系列eFuse是一款經濟高效的可復位保險絲,可以極大地提高硬盤驅動器或其他電路的可靠性,避免災難性和停機故障。它旨在緩沖負載設備,使其免受過高的輸入電壓的影響,從而損壞敏感電路。它包括一個過壓鉗位電路,可在瞬態期間限制輸出電壓,但不會關閉器件,從而允許負載電路繼續工作。 特性 優勢 低Rds(上) 減少給定電流的傳導損耗和電壓降 低靜態電流 降低整體偏置電流系統。 高持續電流驅動能力 允許在沒有SOA問題的情況下驅動包括容性負載在內的大負載 三態EN / FLT引腳 允許並聯eFuse以及同步開啟和關閉 應用 終端產品 輔助過流保護和背板上的SATA電源 用于HDD / SSD的SATA電源熱插拔和過流保護 電源過流保護 服務器的熱插拔風扇 工業電源,電機控制的過流保護 工業級保護繼電器 服務器和主板 存儲 電源 熱插拔風扇 工業應用 繼電器更換 電路圖、引腳圖和封裝圖...
發表于 07-31 10:02 ? 160次 閱讀
NIS5020 電子保險絲(eFuse) 12V 14mΩ 10A

NUD3160 繼電器驅動器 48 V

微集成器件提供單組件解決方案,可以在不需要續流二極管的情況下切換感應負載,如繼電器,螺線管和小型直流電機。它接受邏輯電平輸入,因此允許它由各種設備驅動,包括邏輯門,逆變器和微控制器。 特性 在DC之間提供強大的接口繼電器線圈和敏感邏輯 能夠在12 V,24 V時驅動額定電流高達150 mA的繼電器線圈或48 V 以更低的成本取代3或4個離散組件 內部齊納二極管消除了對自由二極管的需求 符合裝載轉儲和其他汽車規格 應用 終端產品 驅動器窗口,門閂,門和天線繼電器 汽車 工業設備 電路圖、引腳圖和封裝圖...
發表于 07-30 12:02 ? 157次 閱讀
NUD3160 繼電器驅動器 48 V

NUD3124 繼電器驅動器 24 V

微集成器件提供單組件解決方案,可以在不需要續流二極管的情況下切換感應負載,如繼電器,螺線管和小型直流電機。它接受邏輯電平輸入,因此允許它由各種設備驅動,包括邏輯門,逆變器和微控制器。 特性 在DC之間提供強大的接口繼電器線圈和敏感邏輯 能夠在12伏特下驅動額定電流高達150 mA的繼電器線圈 以更低的成本取代3或4個離散組件 內部齊納二極管消除了對自由二極管的需求 滿足負載轉儲和其他汽車規格 應用 終端產品 驅動窗口,門閂,門,天線繼電器 汽車 工業設備 電路圖、引腳圖和封裝圖...
發表于 07-30 12:02 ? 117次 閱讀
NUD3124 繼電器驅動器 24 V

NCV7750 4通道低側繼電器驅動器

0是一款汽車八通道低側驅動器,每通道可提供高達600 mA的驅動能力。輸出控制通過SPI端口提供,可方便地報告開路負載(或對地短路),過載和過溫條件下的故障。此外,可通過INx引腳尋址輸出的並行控制。專用的跛行回家模式引腳(LHI)使能OUT1至OUT4。每個輸出驅動器都受到過載電流保護,並包含一個用于感性負載的輸出鉗位。 NCV7750采用SSOP24熔斷引線封裝。 特性 優勢 沒有開路檢測的電源 允許在沒有LED負載照明的情況下上電。 低靜態電流 符合嚴格的汽車模塊靜態電流要求。 16位SPI控制 能夠報告錯誤並且能夠菊花鏈連接。 Limp Home功能 汽車系統功能允許車輛使用有缺陷的微處理器維持運行。 3.3V和5V兼容的數字輸入電源範圍 適用于3.3V和5V微處理器接口。 開路負載,過載和故障報告溫度過高 微壓器並報告異常活動以進行故障排除和系統完整性。 加電復位 保持系統通電和斷電順暢。 一側所有輸出的統一輸出結構包。 簡化印刷電路板布局。 AEC-Q100合格 汽車要求維護現場和變更控制。 4頻道 600 ...
發表于 07-30 12:02 ? 87次 閱讀
NCV7750 4通道低側繼電器驅動器

MDC3105 繼電器驅動器 5.0 V

電器驅動器旨在用集成的SMT部件替換三到六個分立元件的陣列。它可用于切換3至6 Vdc感應負載,如繼電器,螺線管,白熾燈和小型直流電機,無需使用續流二極管。 特性 在直流繼電器線圈和敏感邏輯電路之間提供穩健的驅動器接口 優化從3開關繼電器V至5 V導軌 能夠在5 V下驅動額定功率高達2.5 W的繼電器線圈 具有低輸入驅動電流和良好的背對背瞬態隔離功能 內部齊納二極管消除了對自由二極管的需求 內部齊納鉗位路徑感應電流接地以實現更安靜的系統操作 保證關閉狀態,無輸入連接 支持Larg具有最小斷態泄漏的系統 符合1C類人體模型的抗ESD能力 低飽和電壓允許使用更高電阻的繼電器線圈,從而減少系統電流漏極 應用 電信︰線路卡,調制解調器,應答機,傳真機,功能手機電子Hook Switch 計算機和辦公室︰復印機,打印機,台式電腦 消費者︰電視和錄像機,立體聲接收器,CD播放器,盒式錄像機,電視機頂盒 工業︰小家電,白色家電,安全系統,自動測試設備,車庫門開啟器 汽車︰5.0 V驅動繼電器,電機控制,電源鎖,燈驅動器 電路圖、引腳圖和封裝圖...
發表于 07-30 11:02 ? 123次 閱讀
MDC3105 繼電器驅動器 5.0 V