編輯筆記：本文作者系Pickering Interfaces公司David Owen，由與非網(wǎng)技術(shù)編輯王婷,、張國(guó)強(qiáng)翻譯整理,，如需轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處,。

        Pickering Interfaces公司的BRIC模塊在密度很高的格局內(nèi)安放了很多繼電器,。BRIC模塊只用到了PXI底板上左手邊的插槽，而為了給模塊進(jìn)行供電,，可以使用在底板上排列比較緊湊的右手邊的其他空余插槽,，并且只消耗一個(gè)活動(dòng)插槽的功率（如圖1所示）。
 

圖1  BRIC模塊在8槽PXI底板中的位置

        每個(gè)繼電器都由一個(gè)線(xiàn)圈控制,，而為了連接線(xiàn)圈需要電源激勵(lì),，在電源斷開(kāi)的情況下，繼電器的默認(rèn)狀態(tài)是“斷開(kāi)連接的”,。當(dāng)越來(lái)越多的繼電器閉合后,，BRIC的功耗也就越來(lái)越高,。這篇文檔提供了如何對(duì)BRIC模塊的最壞的情況進(jìn)行估計(jì)，而這種估計(jì)是由BRIC模塊在很真實(shí)的測(cè)試環(huán)境下的功耗得出的,。這種估計(jì)表明,，BRIC模塊的功耗比很多其它PXI模塊消耗的功率都要小，并且不用過(guò)分強(qiáng)調(diào)底板電源,。

        這篇文檔中還解釋了BRIC模塊功率處理能力的局限性,，以及當(dāng)對(duì)高電流信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的時(shí)候，如何估計(jì)功率的損耗,。

PXI底板電源說(shuō)明

        底板能夠向模塊提供的電流能力是根據(jù)2.1版本中的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定義的,。BRIC只能采用+5V的電源供電，而不考慮其它+12V,，-12V和+3.3V的電源,。許多PXI模塊的功耗都要比BRIC模塊的功耗大，這主要是因?yàn)?，它們需要采用多個(gè)電源進(jìn)行供電,。

        供電電源的要求是，在+5V電源供電下,，能夠?yàn)?號(hào)插槽位置中的每一個(gè)模塊提供2A的電流,，而提供更高的電流給底板。也就是說(shuō),，對(duì)于一個(gè)8槽底板,，+5V電源提供給2號(hào)插槽的電流必須為14A。由于1號(hào)插槽是控制器所占用的,，需要的電流比典型的模塊要高,，因此，1號(hào)插槽中要求更高的電流供應(yīng),。

        另外,，底板還需要對(duì)其它任何一個(gè)插槽提供6A的電流。

        BRIC模塊占用了底板中的4個(gè)或8個(gè)插槽,，但是實(shí)際只有一個(gè)插槽要用到電源,。因此，必須保證對(duì)每個(gè)BRIC模塊提供6A的電流,，不論BRIC模塊的大小,。由于任何一個(gè)BRIC模塊消耗的底板上的功率都不會(huì)大于30W，因此就決定了BRIC模塊和最小的底板配置的兼容性,。

BRIC的意義

        由于每個(gè)BRIC模塊都包含了很多繼電器,，因此，如果所有的繼電器都需要供電的話(huà),，就會(huì)超出底板電源多能提供的電源能力了,。但是由于所有X軸和Y軸的接口都可能連接在一起,，因此，上面提到的情況并不是真實(shí)的測(cè)試環(huán)境下產(chǎn)生的,，而且很明顯,，這種狀態(tài)在測(cè)試中并沒(méi)有什么用處。

        如果想要了解會(huì)遇到的功率損耗最糟糕的情況的話(huà),，首先要了解在這種情況下需要閉合的繼電器數(shù)量,。在相關(guān)的文檔中，提到過(guò)BRIC的典型應(yīng)用是將所有的測(cè)試裝置輸入點(diǎn)和待測(cè)設(shè)備輸入點(diǎn)全部連接到X軸上,。Y軸只是在X軸上兩點(diǎn)間簡(jiǎn)單的提供連接線(xiàn),。在許多應(yīng)用中，這樣就意味著,，每個(gè)BRIC模塊只需要兩倍Y軸接頭數(shù)量的繼電器閉合即可,，一半用于輸入，一半用于輸出,。有時(shí),，也會(huì)有額外的隔離繼電器會(huì)增加需要電源的繼電器數(shù)量。

        但是,，上述情況好像并不是會(huì)遇到的最糟糕的情況,。要求最苛刻的應(yīng)用用戶(hù)需要測(cè)試不同接入點(diǎn)之間的短路問(wèn)題。在這種情況下,，被測(cè)設(shè)備和X軸上的一點(diǎn)進(jìn)行連接的,，而X軸上這點(diǎn)通過(guò)X，Y線(xiàn)又和一個(gè)萬(wàn)用表連接,。所有可能發(fā)生短路的線(xiàn)路都是由通過(guò)X軸接頭經(jīng)由Y軸接口最終和另一端的萬(wàn)用表連接到一起,。然后，用萬(wàn)用表測(cè)試連續(xù)性,。

        這里給用戶(hù)提出一個(gè)簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)法則,，那就是需要閉合的最大的繼電器數(shù)量就是矩陣中X軸上所有點(diǎn)的數(shù)量。并且還需要在這個(gè)數(shù)量上加上需要閉合的隔離繼電器的數(shù)量,，當(dāng)然,，這個(gè)數(shù)量要遠(yuǎn)小于X軸上接口的數(shù)量，因此經(jīng)?？梢院雎圆挥?jì),。

        在實(shí)際的應(yīng)用中,，并不需要同時(shí)對(duì)所有的X軸上的點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)性檢查,，因?yàn)椋恍軸上的點(diǎn)會(huì)和測(cè)試裝置連接,，也有些點(diǎn)不需要考慮連續(xù)性問(wèn)題,，上述所說(shuō)到的要求是比較苛刻的了,。而且，可以將測(cè)試分成不同的階段進(jìn)行,，這樣也可以限制繼電器對(duì)電流的需求,。

繼電器功耗

        BRIC模塊針對(duì)不同的模塊功能開(kāi)發(fā)了多種繼電器。每種模塊類(lèi)型優(yōu)化了不同的性能和密度要求,。所有的BRIC模塊都采用了高可靠性的Ruthenium鍍金磁簧繼電器,。

不同類(lèi)型的繼電器功耗列表如下。

 BRIC模塊和繼電器類(lèi)型的功率（電流）消耗表

        繼電器的功率消耗主要受以下因素影響,，一個(gè)是繼電器的大小,，另一個(gè)是驅(qū)動(dòng)繼電器工作的線(xiàn)圈的效率。

        利用以上的信息,，現(xiàn)在可以對(duì)BRIC模塊的功率（電流）消耗進(jìn)行估計(jì)了,。

BRIC PXI功耗

        每個(gè)BRIC模塊都有一個(gè)PXI接口和其它一些部件，這些部件的功耗和繼電器的驅(qū)動(dòng)線(xiàn)圈需要的功率就沒(méi)有什么直接的關(guān)系了,。由于所有的BRIC模塊采用的都是相同的approach,，因此所有模塊中這方面的消耗往往是一樣的，不需要考慮模塊中應(yīng)用到的繼電器的數(shù)量,。典型消耗的功率為,，+5V電源供電，0.75W（150mA）,。

        對(duì)于這樣的功率消耗,，用戶(hù)需要加入驅(qū)動(dòng)繼電器線(xiàn)圈的功率。

限制觸點(diǎn)閉合的數(shù)量

        當(dāng)不小心增加了過(guò)多的觸點(diǎn)閉合數(shù)量的話(huà),，很有可能會(huì)導(dǎo)致過(guò)多的電流下拉,。

        為了避免這種情況的出現(xiàn)，BRIC的軟件驅(qū)動(dòng)器會(huì)自動(dòng)限制閉合的數(shù)量,。然而,，一些用戶(hù)會(huì)采用他們自己的軟件工具對(duì)BRIC進(jìn)行操作，因此,，每個(gè)BRIC模塊還需要重新安裝一個(gè)電流額定值為2A的保險(xiǎn)絲,。這樣不但可以保證模塊不會(huì)對(duì)PXI底板造成任何損害，而且允許采用高于9W的繼電器功率,。這樣安排的話(huà)對(duì)大部分應(yīng)用來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠了,。

較高電流信號(hào)轉(zhuǎn)換

        BRIC模塊中還有一個(gè)功率的消耗源，但是這種消耗不是來(lái)自PXI底板的電源,。如果BRIC模塊轉(zhuǎn)換相對(duì)較高的電流信號(hào)的話(huà),，開(kāi)關(guān)上的接觸電阻就引起繼電器消耗額外的功率，該部分的功耗是由線(xiàn)圈電阻溫度的身高而引起的,。此外,，在繼電器和底板連接器之間的互連線(xiàn)纜也會(huì)造成功率損耗,。

了解BRIC模塊中開(kāi)關(guān)的額定值

下表中所示的是BRIC模塊中不同的開(kāi)關(guān)類(lèi)型的不同額定值

        開(kāi)關(guān)的載流值是指進(jìn)行冷轉(zhuǎn)換（沒(méi)有連接負(fù)責(zé)電流時(shí)的轉(zhuǎn)換）時(shí)，開(kāi)關(guān)所能承受的最大的電流值,。當(dāng)電流源連接時(shí),，觸電的打開(kāi)或閉合時(shí)的電流值，要大于開(kāi)關(guān)的額定電流值,。

        在沒(méi)有引入額外的接觸磨損時(shí),，觸點(diǎn)連接和斷開(kāi)時(shí)需要的最大電壓值即是開(kāi)關(guān)的額定電壓值，BRIC模塊中的值為150VDC或100VDC,。

        額定功率是當(dāng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)或閉合時(shí)的電流和電壓乘積的最大值,。對(duì)于低電流，高電壓電流源來(lái)說(shuō),，限制因素是額定電壓,。而對(duì)于高電流應(yīng)用來(lái)說(shuō)，限制因素則為額定電流,。如果電流和電壓都為中間值時(shí),，限制因素是額定功率。比如,，在40-562的應(yīng)用中要求24VDC的電壓,，那么觸點(diǎn)的電流應(yīng)當(dāng)限制在0.83A。超過(guò)這個(gè)值就可能引起過(guò)量電弧,，進(jìn)而造成開(kāi)關(guān)接觸材料的腐蝕,。

        如果開(kāi)關(guān)使用在冷轉(zhuǎn)換的環(huán)境中時(shí)，只需要考慮開(kāi)關(guān)負(fù)載的電流和電壓額定值,。開(kāi)關(guān)可以偶爾在較高的額定電流下工作,，但是這樣會(huì)減少開(kāi)關(guān)的使用壽命。

影響開(kāi)關(guān)的因素

        當(dāng)電流流經(jīng)開(kāi)關(guān)時(shí),，需要考慮的熱原則就是負(fù)載電流在繼電器上產(chǎn)生的加熱影響,。

        BRIC模塊是由大量高品質(zhì)的磁簧繼電器構(gòu)成的，這些磁簧繼電器提供了遠(yuǎn)高于機(jī)電部件的機(jī)械可靠性特征,。因?yàn)橄馚RIC這樣的系統(tǒng)是由數(shù)量很多的繼電器構(gòu)成的,，因此需要重點(diǎn)考慮的是，在使用繼電器時(shí)就會(huì)使系統(tǒng)很不穩(wěn)定以至于不能提供較長(zhǎng)的使用壽命,。磁簧繼電器的活動(dòng)部件很少,，因此它們的可靠性是ATE系統(tǒng)工藝上很好的選擇。

        由于磁簧繼電器的結(jié)構(gòu),，決定了磁簧繼電器的接觸電阻要大于同等機(jī)電繼電器的電阻值,。對(duì)于應(yīng)用在BRIC中的磁簧繼電器，最大的開(kāi)關(guān)接觸電阻為120MΩ（其中不包括兩相40-562系列，該系列為150 MΩ）,。

        BRIC模塊中還有一個(gè)限制負(fù)載電流的因素,，就是磁簧繼電器簧片的溫度升高,。該溫升有一些因素共同決定,，線(xiàn)圈變熱的作用，負(fù)載電流的變熱作用以及影響最大的開(kāi)關(guān)外殼的熱性能,。BRIC模塊中繼電器緊湊的排列限制了繼電器的散熱功能,，從而導(dǎo)致了磁黃簧片的溫升。

        如果溫升過(guò)高的話(huà),，就會(huì)使磁簧簧片失去磁性,，從而不能正確的進(jìn)行工作?？梢詫⒂|點(diǎn)焊接在一起,，但是這樣經(jīng)常會(huì)使開(kāi)關(guān)在打開(kāi)觸點(diǎn)的時(shí)候出錯(cuò)。

        40-560系列和40-561系列BRIC模塊的最大負(fù)載電流是0.5A,，接觸電阻是120 MΩ,，開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)閉合時(shí)會(huì)產(chǎn)生30mW的功耗。這個(gè)結(jié)果要好于線(xiàn)圈產(chǎn)生的65mW到100mW的功耗,。一些額外的溫升也是很明顯的,，但是并不是至關(guān)重要的。額外的溫度作用影響不大,。

        40-562系列BRIC模塊的額定負(fù)載電流是1.2A,，開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)上的功耗較高，對(duì)于單相的來(lái)說(shuō)是173mW,。這里額外的功率損耗要多于線(xiàn)圈上的功耗,。

        “最糟糕的情況”是40-562系列中的兩相BRIC版本，在這個(gè)版本中原則上兩個(gè)觸點(diǎn)可以分別負(fù)載1.2A的電流,。這種情況下,，每個(gè)觸點(diǎn)消耗的功率的最大值為216mW，加上線(xiàn)圈的功耗（66.7mW）,。整個(gè)封裝的功率損耗將近500mW,。這個(gè)熱量需要從繼電器中導(dǎo)出。為此,，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了PXI底板上的強(qiáng)制空氣冷卻以及BRIC外殼上的通風(fēng)系統(tǒng)解決這個(gè)問(wèn)題,。即使這樣，BRIC模塊功率的損耗甚至是最糟糕的情況下的功耗,，也依然低于大多數(shù)高速數(shù)字,，模擬半導(dǎo)體設(shè)備。

        在靜態(tài)狀態(tài)下對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行了測(cè)試。但是在多數(shù)情況下,，矩陣不會(huì)以這種靜態(tài)的方式進(jìn)行應(yīng)用,，因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)會(huì)不斷的設(shè)置為不同的狀態(tài)，因此,，矩陣一般情況下會(huì)工作在比較良好的工作環(huán)境下,，而不是工作在最糟糕的情況下。

        BRIC矩陣兩個(gè)X觸點(diǎn)之間的總的通道電阻由另外的部件構(gòu)成,，這些部件又會(huì)增加BRIC系統(tǒng)的功率損耗,。首先兩個(gè)獨(dú)立的繼電器通電形成一個(gè)回路，這些繼電器物理位置上是分開(kāi)的,，并且不在一個(gè)封裝內(nèi),。熱量(功率)損失位于該設(shè)計(jì)的兩個(gè)不同點(diǎn)上。另一個(gè)損失的源頭是,，PCB板上的布線(xiàn)電阻會(huì)增加設(shè)計(jì)板上的交叉點(diǎn)上的溫升作用,。子板卡和底板之間連接器的接觸電阻也是功率損失的一個(gè)原因，但是,，它相對(duì)于其它原因產(chǎn)生的功率損耗要小得多,。

        上述所有案例中，BRIC在進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)的熱量損失都僅僅和負(fù)載電流相關(guān),，同轉(zhuǎn)換模塊的“功率“無(wú)關(guān),。如果負(fù)載電流低于模塊所能承受的額定電流，那么熱量（功率）損失就會(huì)降低很多（可以使當(dāng)前的功率損耗減小一半）,。

        BRIC模塊設(shè)計(jì),，避免了由自身產(chǎn)生的熱量的最壞影響，而這些影響包括線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)和觸點(diǎn)的功率損耗,。在實(shí)際應(yīng)用中,，BRIC模塊會(huì)在比較好的環(huán)境下工作。

總結(jié)

• BRIC模塊在很多種溫度變化的環(huán)境下進(jìn)行過(guò)測(cè)試,，而不僅僅是對(duì)實(shí)際應(yīng)用的環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試
• BRIC模塊的使用方式,，是在任何時(shí)候都只需要一定數(shù)量的繼電器閉合
• BRIC模塊的功耗一般情況下要遠(yuǎn)低于PXI底板上的其它模塊
• 提供的軟件驅(qū)動(dòng)器可以在任何情況下控制繼電器的閉合數(shù)量，從而控制電流消耗
• 每個(gè)BRIC模塊都包含了可重置的保險(xiǎn)絲,，該保險(xiǎn)絲可以用來(lái)保護(hù)底板在過(guò)多觸點(diǎn)閉合時(shí)發(fā)生的誤操作下不受到損壞