如何选择合适的BRIC矩阵

admin

编辑笔记：本文的作者是Pickering Interfaces公司工程师David Owen，这篇文章会对用户选择矩阵时需要考虑的一些问题进行说明，由与非网技术编辑王婷、张国强翻译整理。如需转载请注明出处。
        BRIC模块是一种高密度矩阵，这种高密度矩阵可以提供很多种矩阵和结构形式，而这些矩阵和结构可以适用于很多类型的应用。通过多种矩阵和结构形式的不同搭配，用户就可以从中选择出理想的解决方案。

图1：典型的BRIC矩阵应用

Y轴连接

        采用矩阵系统最为有效的方式就是，将所有的连接点（测试装置和待测设备接入点）都放在X轴上。而Y轴只是用来连接X轴上不同位置的点。对于大多数应用来说，并不需要另外的Y轴连接接入点。标准配置的BRIC中的Y轴连接点只在模块的第一个（左手边的）板卡上。在使用Y轴时，需要注意避免将Y轴和其它任何会减小系统带宽的部件连接起来。
        对于大多数应用，Pickering Interfaces公司提到，Y轴看起来并没有加载上，只有在应用需要的时候，子板卡上的Ｙ轴连接才会使用到。
        还需要注意的是，单独使用X轴连接时，矩阵上每个连接点需要两个继电器才能使用，而当Y轴也在使用的时候，只需要一个继电器就可以进行连接。在直流电阻通路中，该配置下需要的继电器可能或多或少的要更多一些。
隔离开关

        标准的BRIC模块配置的是隔离开关，隔离开关是指在子板卡上的所有开关没有一个闭合时，那么开关就会断开子板卡和Y轴底板的连接。而Y轴上的每条线路只会同那些包含闭合开关的板卡进行连接，这样就会减小相似连接上的负载。对于BRIC模块来说，这种方式在所有隔离开关都闭合（或没有隔离开关）的情况下将连接的带宽从10MHz提高到50MHz。
        用户可以选在不在BRIC模块中配置隔离继电器，通过添加-Rsuffix就可以减少继电器数量和支流通路的阻抗。
软件驱动程序允许隔离继电器自动操作，这样可以降低用户编程的复杂性。
        对于大多数应用来说，Pickering Interfaces公司不建议将BRIC模块中的隔离开关去掉。
单相屏蔽继电器

        采用单相继电器的矩阵中，继电器可以和矩阵中任何的X轴和Y轴交点进行连接或断开。单相非屏蔽继电器是BRIC模块中最简单，也最便宜的继电器配置。
        开发了一种BRIC板卡，这块板卡的主要作用就是使各种不同类型的继电器能够在相同的产品范围（40-560，40-561和40-562系列）内应用，这种应用是通过配置相同的继电器管脚来实现的，这样的话，就能保证在不同设计之间的最大的通用性。
        单相磁簧继电器应用在两种基本配置中，这两种配置是屏蔽的和非屏蔽的。因为屏蔽版本中主要强调的是实现开关密度的最大化，因此这种版本不能在40-560系列中应用。

图2：带有屏蔽电缆的磁簧继电器。屏蔽层将磁簧继电器的玻璃管包围在中间，绝缘层将玻璃管和驱动线圈隔离开来。该驱动线圈不需要前置放大器。
        两个簧片密封在一个圆柱形的玻璃管内构成了磁簧继电器。两个簧片是由磁性材料制成的，这样的话，当轴向磁场作用在两个簧片的尖端时，两个簧片就会在磁场的作用下闭合，从而形成电气连接。当磁场去除后，簧片就会分开进而断开连接。
        圆柱形玻璃管的外层是金属管，这个金属管的两端都和大地相连。这就可以看作是一个屏蔽继电器。
        这个金属管能够通过不同的方式对继电器的执行发生作用。一些应用中，金属管和继电器簧片可以形成一条传输线路，通过这条传输线路可以减小高频应用中的功耗和电压驻波比。它也可以改善开关之间的绝缘（并不是开关自身的绝缘问题）。
        屏蔽继电器的制造更加的复杂，因此，屏蔽版本将会增加模块的成本。
        BRIC的屏蔽版本可以通过在单相版本的矩阵中加入-s suffix来构成。屏蔽版本不适用于2相继电器矩阵。
        如果定制了屏蔽版本的继电器，那么将屏蔽连线与前面板的连接器进行连接，并将连接在前面板上的带状电缆的电缆线进行接地。这样可以减小外部配线之间的串扰作用，以及电缆产生的辐射信号。在外部配线上采用双绞线连接，可以通过进一步减小辐射信号和串扰作用改善外部配线的性能。
        当X轴上的连接多是活动的，以及加载的信号随时间的变化很快的情况下，采用屏蔽版本是最好的选择。在一些情况下，由于改善了外部配线的性能，从而可以发挥出屏蔽版本的配置的最大优势。
两相矩阵

图3：在两相矩阵中，每个继电器包含两个有相同线圈驱动的隔离开关。这些开关是相互隔离的，并且分别和X轴和Y轴进行连接，但是由于是相同的线圈进行驱动，因此开关的逻辑状态（开或关）总是相同的。

        在两相矩阵中，每个继电器都有两个独立的开关分别在两个隔离的矩阵中运行，驱动电路分别对两个矩阵进行驱动，因此开关总是具有相同的逻辑状态。
        两相矩阵有效的使模块中可以利用的开关数量增加了一倍。
        如果一个矩阵是132乘8的，那么如果是两相矩阵的话，就意味着会有两个独立的132×8的矩阵，并且两个矩阵的逻辑状态总是相同的。但是这种两相矩阵的灵活性不会和两个分开的逻辑状态独立的矩阵相同，而且也不会像两个独立的矩阵那样有较低的串扰。这两个独立的矩阵会在它们的纵轴（Y轴）和横轴（X轴）上分别加上a.1或a.2的扩展名来进行区别。

图4：在两相系统中的两个矩阵分别加上a.1或a.2的扩展名来进行标识，这样的话就可以告诉用户他们现在连接的是哪一个矩阵了。例如，X9.1和Y4.1相接，而X9.2和X4.2相连。
4槽和8槽的BRIC

        BRIC模块可以定制4槽或8槽的配置，其中8槽的配置可以连接更多的子板卡，从而提供更多的连接线。
        不管是上面的哪种配置，都是需要和PXI的底板相连，并且只是和左边的接头（从正面看）相连。这是因为，右手边的底板电气扩展少，因此，在只占用一个插槽的时候可以使用BRIC。
        如果4槽和8槽两种形式都能满足矩阵规模的要求，并且有多余的空间，那么在测试应用可能会进行扩展的情况下，采用8槽矩阵会比较好。BRIC模块在购买以后，只需要购买新的子板卡就可以对模块的规模进行扩展。
3U和6U BRIC

        BRIC可以定制3U或6U的高度。
        6UBRIC模块只适用于6U的底板，并且采用的开关的额定功率要比3U模块中的开关额定功率高。
        3UBRIC模块可以适用于双层高度的底板，或者通过适配器的辅助应用在6U的底板上。
开关说明书

        在设计3U系统中运行的BRIC模块时，提供了两种开关说明书，这两种开关可以应用到一些型号的矩阵中。两相矩阵可以使用这两种开关设计中的一种，这两个开关的区别在于功率处理能力的不同。40-560和40-561系列的设计额定值为，额定电压100/150V，额定电流0.5A或额定功率10W（以较小之为准），而40-562系列的额定值为，额定电压100/150V，额定电流1A或额定功率20W（以较小之为准）。由于40-562系列采用的继电器的驱动机构线圈的数量多且功效高，因此才会在开关的性能方面有所不同。但是性能的提高是以增大开关体积为代价的，因此40-562系列和40-560，40-561系列相比，最大密度要相对的小一些。
        下表中是BRIC4模块在单相矩阵里的不同最大密度。

表1：BRIC4 3U模块的最大密度对照表


        两相（或屏蔽）版本矩阵中，不提供40-560系列，因此可选的配置减少为下表所示。

表2：BRIC4 3U模块两相版本的最大密度对照表


        一般情况下，如果用户不需要很高的开关模块密度，那么40-562系列是最好的选择。当选择这个系列时，需要注意，该系列模块在以后需要通过添加子板卡进行升级时，也会受到一点的限制。
        为6U系统设计的BRIC模块是40-570系列，其中开关的额定值为，额定电压500VDC，额定电流2A或转换功率90W（以较小值为准）。
利用子板卡进行升级和维护

        当BRIC模块是按照定义的规模进行定制和交货的话，所需资源可能并没有全部占据整个模块。在日后的使用过程中，可能会随着需求的改变或需要进行再利用时，会需要一个更大规模的矩阵模块。在这些情况下，Pickering Interfaces公司可以提供子板卡，通过增加这些子板卡，可以将模块的矩阵规模扩展到数据手册同提到的最大值。
        子板卡的数量必须和要添加到的模块中的纵列（Y向）的数量一致。
        子板卡也可以用来快速替换模块中损坏了的板卡。子板卡可以简化BRIC开关模块的升级和维护。
        需要注意的是，每个模块的左手边的板卡和其余的板卡是不同的，这是因为这块板卡上安装的是Y轴连线接头的输出，并且在Y轴需要使用的时候，需要在该板卡上增加一个-Y向的suffix。激活Y轴的子板卡可以应用在其他板卡上的任何地方，但是连接件的尺寸可能会受到一定的限制。
        联系你所在地的Pickering Interfaces公司的销售办公室来获得更多的子板卡的信息。
前面板连接件

        BRIC模块提供了很高的开关集成度，因此就需要为模块提供高密度的接头。接头上的管脚数量是根据所选择的模块的复杂程度确定的。转接头可以在制造商或Pickering Interfaces公司买到。Pickering Interfaces公司也提供一些列的转接电缆。
        40-560系列的模块中的采用的是螺距为1.27mm的68通道的小型计算机系统微型D接头。对于4纵列（Y向）的模块，采用的是96通道的接头。
        40-561系列的模块中的左手边的接头，也就是加载Y轴连接线的接头，是96通道的小型计算机系统微型D接头。其余的板卡采用68通道的小型计算机系统微型D接头。
        4纵列（Y向）40-562系列的模块中的接头采用的是96通道的小型计算机系统接头，只是因为这些接头需要加载许多横向（X向）的连接线。对于8或16纵列（Y向）40-562系列的模块中的接头采用的是68通道的小型计算机系统接头。
BRIC产品系列介绍总结

   

• 所有BRIC模块都可以应用到高密度PXI开关中。   
  
• 40-560系列在最小的体积内集成了最高密度的继电器，但是相应的可选项最少。   
  
• 40-561系列在提供大量可选项的同时集成可较高密度的继电器，可选项包括两相及屏蔽配置。   
  
• 40-562系列中的3U模块具有最好的开关性能，但是它的密度要小于40-561及40-560系列。   
  
• 40-570系列中的6U形式的模块中提供了最高的功率开关能力。
  

        下面几页表格是对BRIC模块可选项的详细的介绍。

表3：单相（4速），（8速）以及（16速）的4槽和8槽BRIC模块（40-560-021/121）


表4：单相，屏蔽，两相（8速）以及（16速）的4槽和8槽BRIC模块（40-561-021/121）


表5：单相，屏蔽，两相（4速）、（8速）以及（16速）的4槽和8槽BRIC模块（40-562-021/121）