Автоматическое переключение тестов

Автоматическое испытательное оборудование для переключения тестовой системы позволяет проводить высокоскоростное тестирование устройства или устройств в тестовой ситуации, где необходимо соблюдать строгие последовательности и комбинации переключения. Благодаря автоматизации процесса таким образом сводится к минимуму вероятность ошибок и неточностей тестирования, и обычно возникают только систематические ошибки, например, из-за неправильно запрограммированного условия тестирования. Это исключает ошибки, вызванные человеческим фактором, и позволяет повторно применять стандартную последовательность тестирования. Проектирование конфигурации переключения тестовой системы регулируется спецификацией тестирования, которая выводится из функциональных тестов, которые должны быть выполнены.

Типичная испытательная система включает подключение входов и выходов тестируемого устройства к испытательному оборудованию , которое обычно управляется электронной программой, созданной компьютером или программируемым логическим контроллером .

Простейшее определение переключателя — «устройство, которое размыкает или замыкает цепь ». ^[1]

Реле — это электронный переключатель. В автоматизированной коммутации тестовых систем обычно используются три типа реле:

• Электромеханические реле являются наиболее часто используемым типом, поскольку они имеют наибольшую дальность сигнала из трех. Они также имеют самое медленное время срабатывания и самый короткий срок службы. Электромеханические реле идеально подходят для высоковольтных , сильноточных и радиочастотных приложений. Функция защелкивания делает тип реле с защелкой очень подходящим для низковольтных приложений, где контактный потенциал может мешать измерению.
• Герконовые реле имеют время срабатывания от 0,5 мс до 2 мс и длительный срок службы. По своей конструкции герконовые реле могут обрабатывать только часть диапазона сигнала, который могут предложить электромеханические реле. Но они обеспечивают полезный компромисс между увеличением скорости и сохранением целостности сигнала.
• Твердотельные реле могут переключаться быстрее всего и имеют практически бесконечный срок службы. Однако они могут обрабатывать только небольшие диапазоны сигналов и страдают от высокого сопротивления и высоких токов смещения в диапазоне наноампер по сравнению с пикоамперами тока смещения для двух других типов. ^[2]

Идеальный переключатель :

• не имеет ограничения по току во включенном состоянии
• имеет бесконечное сопротивление в выключенном состоянии
• не имеет падения напряжения на переключателе во включенном состоянии
• не имеет ограничения по напряжению в выключенном состоянии
• имеет нулевое время нарастания и время спада при изменении состояния
• переключается только один раз без «прыганий» между включенным и выключенным положениями

Однако важно понимать, что реальные коммутаторы неидеальны, поэтому при расчете общей точности системы необходимо учитывать влияние самого коммутатора и всего коммутационного оборудования в системе.

По мере того, как сигнал перемещается от источника к месту назначения, он может сталкиваться с различными формами помех и источниками ошибок, поэтому всякий раз, когда сигнал проходит через соединительный кабель или точку переключения, он может ухудшаться. Например, в приложениях с низким током и высоким сопротивлением неэкранированные кабели могут вносить токи утечки, которые ухудшат точность измерений. ^[3] Неэкранированные кабели могут привести к зашумленным показаниям для приложений с низким током и высоким сопротивлением, особенно если кабели проходят рядом с оборудованием, создающим электромагнитные помехи. ^[4]

Для описания конфигурации реле используются три термина: полюс, бросок и форма. ^[5]

Полюс относится к числу общих клемм в пределах данного переключателя. Передача относится к числу положений, в которых переключатель может быть размещен для создания пути сигнала или соединения. На рисунке 1A показан однополюсный, однопозиционный нормально открытый переключатель (SPST NO). На рисунке 1B показан однополюсный, двухпозиционный (SPDT) переключатель. Один терминал является нормально открытым (NO), а другой - нормально закрытым (NC). В зависимости от состояния переключателя, одно или другое положение подключается к общему терминалу (COM). Один путь сигнала разрывается до того, как подключается другой, поэтому это называется конфигурацией break-before-make. ^[6]

При использовании более одного общего терминала число полюсов увеличивается. На рисунке 1C показан двухполюсный однопозиционный переключатель (DPST). Оба полюса активируются одновременно, когда реле находится под напряжением. В этом случае оба полюса либо всегда замкнуты, либо всегда разомкнуты. На рисунке 1D показан двухполюсный двухпозиционный переключатель (DPDT).

Форма контакта или просто форма — это термин, который производители реле используют для описания конфигурации контактов реле. «Форма A» относится к однополюсному нормально открытому переключателю. «Форма B» указывает на однополюсный нормально закрытый переключатель, а «Форма C» указывает на однополюсный двухпозиционный переключатель. С помощью этого формата можно описать практически любую конфигурацию контактов.

Для разработки тестовых систем коммерчески доступны различные конфигурации коммутации:

• Сканер

Сканер (рисунок 2) используется для последовательного подключения нескольких входов к одному выходу. В любой момент времени замкнуто только одно реле. В своей самой базовой форме замыкание реле происходит от первого канала к последнему, но некоторые системы сканера позволяют пропускать каналы. Типичные приложения переключения сканера включают в себя испытания на принудительный отказ компонентов, мониторинг времени и температурного дрейфа в цепях, а также сбор данных о системных переменных, таких как температура, давление, поток и т. д.

• Мультиплексор

Как и конфигурация сканирования, мультиплексное переключение может использоваться для подключения одного прибора к нескольким устройствам (1:N) или нескольких приборов к одному устройству (N:1), но оно обеспечивает гораздо большую гибкость, чем конфигурация сканера, поскольку допускает несколько одновременных подключений и как последовательные, так и непоследовательные замыкания переключателей. Типичные области применения мультиплексного переключения включают системы тестирования утечки конденсатора, сопротивления изоляции и сопротивления контактов для нескольких устройств.

• Матрица

Конфигурация матричного коммутатора является наиболее универсальной, поскольку она позволяет подключать несколько входов к нескольким выходам. Матрица полезна, когда необходимо выполнить соединения между несколькими источниками сигнала и многоконтактным устройством, таким как интегральная схема или резисторная сеть.

Использование платы матричного коммутатора позволяет подключать любой вход к любому выходу путем замыкания переключателя на пересечении (точке пересечения) заданной строки и столбца. Наиболее распространенная терминология для описания размера матрицы — M строк на N столбцов (MxN). Платы матричных коммутаторов обычно имеют два или три полюса на точку пересечения. Как показано на рисунке 3, источник 5 В постоянного тока может быть подключен к любым двум клеммам тестируемого устройства (DUT). Генератор функций подает импульсы между двумя другими клеммами. Работу DUT можно проверить, подключив осциллограф между двумя другими клеммами. Соединения выводов DUT можно легко запрограммировать, поэтому эту систему можно использовать для тестирования различных компонентов.

Некоторые компромиссы производительности обычно необходимы при выборе матричной карты для использования со смешанными сигналами. Например, если необходимо коммутировать как высокочастотные, так и слаботочные сигналы, будьте особенно внимательны при рассмотрении спецификаций карты. Выбранная карта должна иметь широкую полосу пропускания, а также хорошую изоляцию и низкий ток смещения. Одна матричная карта может не полностью удовлетворять обоим требованиям, поэтому сборщик системы должен решить, какой коммутируемый сигнал более важен.

В системе с несколькими картами типы карт не следует смешивать, если их выходы соединены вместе. Например, универсальная матричная карта с выходом, подключенным параллельно с матричной картой с низким током, ухудшит производительность карты с низким током.

Для большой тестовой системы может потребоваться больше строк и/или столбцов, чем может вместить одна карта коммутатора, но можно расширить матрицу, объединив строки и/или столбцы нескольких карт вместе. В зависимости от выбранной карты коммутатора и мэйнфрейма, ряды карт могут быть соединены вместе через заднюю панель мэйнфрейма или ряды могут быть подключены снаружи.

Изолированная или независимая конфигурация переключателя состоит из отдельных реле, часто с несколькими полюсами, без соединений между реле. Изолированные реле обычно используются в силовых и управляющих приложениях для открытия и закрытия различных частей цепи, которые находятся на существенно разных уровнях напряжения. Области применения изолированных реле включают управление источниками питания, включение двигателей и сигнальных ламп, а также приведение в действие пневматических или гидравлических клапанов. На рисунке 4 показано одно изолированное реле или привод, в котором однополюсное нормально разомкнутое реле управляет подключением источника напряжения к лампе. Это реле соединяет один вход с одним выходом. Изолированное реле может иметь более одного полюса и может иметь как нормально замкнутые, так и нормально разомкнутые контакты.

Изолированные реле не подключены ни к какой другой цепи, поэтому добавление некоторой внешней проводки делает их пригодными для создания очень гибких и уникальных комбинаций конфигураций входов/выходов.

Учитывая, что реле изолированы друг от друга, клеммы каждого канала на плате коммутатора независимы от клемм других каналов. Как показано на рисунке 5, каждое изолированное реле формы A имеет две клеммы. Двухполюсные изолированные реле будут иметь четыре клеммы (два входа и два выхода). Изолированное реле формы C будет иметь три клеммы.

Термин «холодное переключение» означает, что переключатель активируется без подачи сигнала. Поэтому ток не будет течь, когда переключатель замкнут, и ток не будет прерываться, когда переключатель разомкнут. Напротив, при горячем переключении напряжение присутствует, и ток будет течь немедленно после замыкания контактов. Когда переключатель разомкнут, этот ток будет прерываться и может вызвать искрение. ^[7]

Холодное переключение позволяет подавать питание на тестируемое устройство контролируемым образом. Его основное преимущество — более длительный срок службы переключателя по сравнению с горячим переключением (до тысячи раз больше циклов, чем при горячем переключении). Холодное переключение также устраняет искрение на контактах реле и любые радиочастотные помехи, которые могут быть вызваны искрением. Горячее переключение может быть необходимо, если необходимо осуществлять точный контроль в период между подачей питания и выполнением измерения. Например, горячее переключение обычно используется там, где задействована цифровая логика, поскольку устройства могут изменить состояние, если питание прерывается даже на мгновение.

При относительно больших реле может потребоваться горячее переключение для обеспечения хорошего замыкания контактов. Соединение может быть ненадежным без «смачивающего» действия тока через контакты. ^[8]

• Максимизация производительности и точности: Учебное пособие
• Выбор правильной системы переключения ставит перед инженерами-испытателями сложные задачи