自動測試系統(tǒng)中，信號開關(guān)是十分常見的模塊，沒有任何一款信號開關(guān)系統(tǒng)能夠適用于任何應(yīng)用，因此對于適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)元件的選擇就變得非常重要。那該如何為測試系統(tǒng)挑選合適的開關(guān)呢？本文也許能給你答案。
自動測試系統(tǒng)，或者ATE（Automated test systems）具有很多不同的單元，這取決于特定的應(yīng)用場合，但是在幾乎所有的例子中，信號開關(guān)都是很常見的模塊。沒有任何一款信號開關(guān)系統(tǒng)能夠適用于任何應(yīng)用，因此對于適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)元件的選擇就變得非常重要。

對于適當(dāng)?shù)男盘栭_關(guān)的選擇要比大多數(shù)測試工程師對它的信賴要重要的多。信號開關(guān)負(fù)責(zé)測試單元與激發(fā)和響應(yīng)儀器之間的連接工作（如圖1所示）。恰當(dāng)?shù)倪B接確保了系統(tǒng)的可重復(fù)性以及精度。因為任何測量的精度都只能與其中最薄弱部分的能力相當(dāng)，因此較差的開關(guān)只能帶來較差的測量精度。
首先要考慮的問題

在設(shè)計具有信號開關(guān)的測試儀時，做出謹(jǐn)慎的選擇是非常重要的。首先，要從相對較高的水平上對測試計劃以及待測器件的設(shè)計進(jìn)行評估。然后再視清單中對于測試平臺選擇的可獲取性和資源的可獲取性，進(jìn)而確定哪些是必須從認(rèn)可的供應(yīng)商那里進(jìn)行采購的。在選擇過程中關(guān)鍵的因素是測量精度的可重復(fù)性以及測試系統(tǒng)的可靠性。

當(dāng)進(jìn)行到測試系統(tǒng)的開關(guān)系統(tǒng)時，這里有許多問題。在開始選擇開關(guān)系統(tǒng)時，要從這一基本方面入手：即繼電器類型。能夠應(yīng)用于多種應(yīng)用類型的繼電器對于測試系統(tǒng)的精度和長期的使用壽命都是非常重要的。如果某人都發(fā)明工作在26GHz的直流電流、并且能夠重復(fù)性地處理10A到50mA的電流的話，那么這個人應(yīng)當(dāng)非常富有。但是在現(xiàn)實中，有許多選擇是由應(yīng)用所決定的。

如圖2所示的簧片繼電器提供了更長的開關(guān)壽命，并且在嚴(yán)酷的環(huán)境條件下具有良好的安全性，例如在具有可燃性氣體的環(huán)境中?；善哂欣p繞的卷盤，以確保磁性開關(guān)的精度。 測試計劃

在簡單介紹繼電器的類型之后，是需要進(jìn)入到實際測試計劃的時間了。這里有一些問題需要回答：

你需要測試的規(guī)格是什么？當(dāng)對某個信號源進(jìn)行開關(guān)或測量的時候，需要處理的最大電壓是多大？需要關(guān)注的最大電流是多少？頻率如何？

對上述問題具有答案之后，我們可以考慮是否需要熱開關(guān)或者冷開關(guān)（并且分別涉及到開關(guān)或者負(fù)載電流）?；旧希@就意味著繼電器是通過施加的功率進(jìn)行開關(guān)（熱開關(guān)），亦或是先保持?jǐn)嚅_、然后再施加功率（冷開關(guān)）。大部分的繼電器對于熱開關(guān)和冷開關(guān)是有差別的。

下一步行動

一旦繼電器的類型得到確定之后，開關(guān)的配置就必須確定。一般會選擇單刀單擲開關(guān)繼電器、多路繼電器或者交叉點繼電器矩陣。然后，需要控制的測試點數(shù)目必須進(jìn)行考慮。

在較高的頻率下，你會加入一些額外的需求，諸如能夠承受的最大反射功率，最壞情況下的插入損耗是多少，諸如此類。最后，需要考慮測試系統(tǒng)所處的應(yīng)用環(huán)境。是否會有爆炸性氣體？例如，你是否在為應(yīng)用于機場跑道或者軍事基地建立測試儀器？

也許電纜是同樣重要的元件，因為你所使用的繼電器可以具有非常低的插入損耗和重復(fù)性，以及你所需要的使用壽命，但是電纜的體積非常的小，這就是一種錯誤，或者是質(zhì)量低下的連接器。那么頓時你就失去了開關(guān)模塊所具有的優(yōu)勢。在這種情況下，電纜就成為你的測試系統(tǒng)中最薄弱的一環(huán)，影響整個測量精度。

如何避免失效

即便你決定了繼電器的類型、所需配置的模塊，為了避免發(fā)生問題，你仍然需要關(guān)注可能產(chǎn)生的失效。

首先要考慮的問題是熱開關(guān)。熱開關(guān)會降低所有機械繼電器的特性，甚至簧片繼電器和電磁繼電器。繼電器的數(shù)據(jù)表會給你關(guān)于你所期望的使用壽命的一些數(shù)據(jù)——關(guān)于低級、中級以及全功率，并且你會看到各種繼電器在每個階段使用壽命的差別。此外，如果系統(tǒng)的運行條件非常接近繼電器的極限，你有可能會損壞繼電器，甚至有可能會使其著火！

接下來要關(guān)心的問題是，如果電路本身是大電容負(fù)載的情況。有一些你可能會需要釋放功率的應(yīng)用，例如當(dāng)你改變開關(guān)極性的時候。這會產(chǎn)生很大的浪涌電流，并且它們確實會影響你所使用開關(guān)的壽命。明顯地，你不能總是避免這種情況，所以你可能會在這個項目中將更高能力的繼電器包括進(jìn)去。

在開發(fā)過程中發(fā)生的其他情況主要是代碼錯誤，這可能會使得繼電器關(guān)閉較長的時間，或者你偶然性地將原本需要進(jìn)行冷開關(guān)的電路設(shè)定為熱開關(guān)。人難免會犯錯，所以全面地驗證和檢驗?zāi)愕拇a是非常重要的。

繼電器規(guī)格可能會被忽視的另一個地方是額定功率。繼電器的額定功率并不總是能達(dá)到你所想像的那樣足夠的高。許多測試和測量開關(guān)系統(tǒng)都假設(shè)了較低的占空比，因此并沒有考慮連續(xù)性的功率。

你可能會想，使用最小的電壓并不是問題。再想想，尤其是高電壓應(yīng)用，大部分的高電壓繼電器必須具有可靠的最小電壓開關(guān)特性。如果你試圖對較低的電壓進(jìn)行開關(guān)，你會得到較高的電阻，因為繼電器的接觸并沒有充分“潤滑”。潤滑在電磁繼電器中是非常重要的，因為繼電器的接觸是暴露在環(huán)境中的，并且會氧化。（請見下文“潤滑”）

另一項需要特別注意的規(guī)格是繼電器的期望壽命。如果你的應(yīng)用會進(jìn)行數(shù)月甚至數(shù)年的測試，那么你需要采用具有最大額定壽命的繼電器。否則，在你的測試周期中加入關(guān)閉時間和維護周期，以使得在開關(guān)模塊達(dá)到它們的額定壽命的時候進(jìn)行置換（如圖4所示）。

關(guān)于“潤滑”

對于我們中那些已經(jīng)測試了很長時間的方式而言，“潤滑”這種方式最初是指繼電器的接觸是浸沒在水銀中的應(yīng)用，或者說是通過水銀進(jìn)行“潤滑”。這種繼電器通過使用水銀減小接觸電阻和壓降的方法應(yīng)用在許多領(lǐng)域。對于低電流信號而言，水銀能夠阻止表面沾污，表面沾污會使得繼電器的接觸變差；對于高速應(yīng)用而言，水銀能夠消除繼電器的接觸反彈。

當(dāng)然，因為水銀的劇毒特性，我們很少再見到使用水銀進(jìn)行潤滑的繼電器。所以我們會使用其他技術(shù)。

當(dāng)今，潤滑涉及到流經(jīng)繼電器接觸的最小電流。維基百科對潤滑電流提供了良好的定義：“機械開關(guān)運行過程中需要突破淀積在接觸上的氧化膜，潤滑電流是需流經(jīng)機械開關(guān)的最小電流。氧化膜通常發(fā)生在具有較高濕度或化學(xué)氣體的環(huán)境中。一定量的潤滑電流在系統(tǒng)設(shè)計中是非常必要的，使用具有較小的接觸壓力的精細(xì)開關(guān)可以作為傳感器輸入。如果不能達(dá)到這種效果，可能會導(dǎo)致開關(guān)保持電氣“斷開”狀態(tài)，或者由于接觸氧化的原因會引入比所允許的更高的電阻”。

這就意味著如果你建立的測試展示了較低阻值的隨機性電阻或者一直保持?jǐn)嚅_，請仔細(xì)查看你所使用的繼電器的規(guī)格。很有可能你的電路并沒有足夠大的電流來穿通接觸面的氧化層。這就意味著你需要在測試中改變繼電器的類型，更好的控制自動測試設(shè)備所處的環(huán)境，或者對繼電器加入“潤滑”，以使得其更加適用于測試。 是什么損壞了？

假設(shè)我們有一個具有損壞繼電器的多點矩陣，它總是保持?jǐn)嚅_或者關(guān)閉狀態(tài)。你會見到許多多點的失效，因為矩陣工作原理的原因（如圖5所示）。問題在于，要在8000個繼電器中找到失效的那個。