黃 正

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十研究所，安徽蚌埠，233010)

1 引言

道奇公司研制了一個(gè)新系列的機(jī)電開關(guān)，目標(biāo)特別瞄準(zhǔn)測(cè)試設(shè)備應(yīng)用，在此要求快速系統(tǒng)集成和修改，同時(shí)要求延伸開關(guān)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)靈活性，這種獨(dú)特的開關(guān)基于ISO定義的串聯(lián)通訊總線并給今天復(fù)雜的測(cè)試設(shè)備增加了極大的靈活性。每個(gè)開關(guān)只需要4根導(dǎo)線來控制該裝置及讀出指示器觸點(diǎn)狀態(tài)。無(wú)需中間控制電路就可以組成復(fù)雜的開關(guān)矩陣。采用標(biāo)準(zhǔn)商用的控制器局域網(wǎng)(CAN)接口卡，通過PC可以控制多達(dá)100只開關(guān)組成的網(wǎng)絡(luò)。

圖1 CAN總線智能開關(guān)實(shí)物圖

可編程的特點(diǎn)包括一個(gè)識(shí)別器(開關(guān)地址)、開關(guān)初始化、設(shè)定位置出錯(cuò)和脈沖長(zhǎng)度。

新的開關(guān)系列初步包括411HC－480823A－1型雙極雙擲(轉(zhuǎn)換)保持開關(guān)和461H－480823A－1型單極六擲(SP6T)保持開關(guān)，帶內(nèi)部50?終端。轉(zhuǎn)換和SP6T保持開關(guān)最大線圈電流在24V和20°C下分別為180和250mA，工作電壓為22～26VDC。切換時(shí)間最大20ms，射頻觸點(diǎn)為先斷后通，工作方式為保持。兩種型號(hào)的機(jī)械壽命均為循環(huán)100萬(wàn)次，工作溫度范圍為0°～+65°C。表1列出了兩種開關(guān)的射頻特性。

表1 射頻特性

CAN接口的詳情包括完全符合CAN V2.0 B部分的無(wú)源要求，最高1M波特的CAN總線傳輸率，一個(gè)11比特的CAN總線仲裁標(biāo)識(shí)器和一個(gè)29比特的擴(kuò)展標(biāo)識(shí)器。該開關(guān)為符合ISO－11890物理層的，在24VDC下要求0.025 A的靜態(tài)電流。系統(tǒng)內(nèi)編程接口符合ATMEL AVR MCU ISP。(ATMEL=微控制器的制造商，AVR=精減指令集電腦微控制器的家族，MCU=微控制器，ISP=系統(tǒng)內(nèi)編程)。

2 開關(guān)驅(qū)動(dòng)器

開關(guān)驅(qū)動(dòng)器為公司大多數(shù)同軸開關(guān)成熟的電磁(EM)設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)器的位置以簡(jiǎn)化形式示于圖2。旋轉(zhuǎn)銜鐵組件的位置受電磁電路的控制。將一磁鐵附加到線圈板組件上，當(dāng)把直流電壓施加到線圈上時(shí)，兩個(gè)定子電極變成極化。隨后在永久磁鐵和激勵(lì)電路之間的極性吸力和斥力造成銜鐵組件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這一設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)使得存在于激勵(lì)電路中的磁力得到充分利用。在兩個(gè)位置，永久磁鐵牢固地保持銜鐵組件就位。

圖2 驅(qū)動(dòng)器工作示意

3 射頻頭設(shè)計(jì)

射頻切換由在矩形傳輸線之內(nèi)的射頻導(dǎo)體元件的運(yùn)動(dòng)完成。射頻頭組件的基本設(shè)計(jì)示于圖3。當(dāng)驅(qū)動(dòng)到接通位置時(shí)，導(dǎo)體元件形成一個(gè)50的傳輸線，如圖4所示。在所選的射頻位置，驅(qū)動(dòng)舌簧片的每一端接觸延伸到射頻連接器射頻腔體中的中心導(dǎo)體部分，迫使切斷位置導(dǎo)體元件與各自的接地壁接觸，形成單背脊的波導(dǎo)。由于其幾何形狀，波導(dǎo)的截止頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于開關(guān)的工作頻率，因而允許在接通和斷開信號(hào)通路之間有高度的隔離。

開關(guān)中每一舌簧片的運(yùn)動(dòng)受到將射頻頭內(nèi)銜鐵的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為線性運(yùn)動(dòng)的機(jī)械連桿機(jī)構(gòu)的控制。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器處于從一個(gè)位置向另一個(gè)位置過渡時(shí)，該運(yùn)動(dòng)通過小介質(zhì)柱塞傳送到導(dǎo)體元件。每個(gè)導(dǎo)體元件通過導(dǎo)向銷牢固地定位。

在開關(guān)的射頻頭組件或波導(dǎo)部分的結(jié)構(gòu)中選擇使用的材料和工藝使之可以提供一致性高的射頻性能。

圖3 射頻頭組件

圖4 射頻傳輸線:(a)接通位置，(b)斷開位置

同軸開關(guān)的射頻舌簧片是用鈹青銅制造的，有承受重復(fù)切換的影響所需的機(jī)械特性。舌簧鍍金允許高度統(tǒng)一的射頻性能和環(huán)境耐力。每一腔體由6061－T651鋁加工而成，它是一種高強(qiáng)度、輕量合金。腔體外部有鍍金涂復(fù)層，內(nèi)部有化學(xué)膜涂復(fù)層。這一結(jié)構(gòu)為射頻性能和功率承載能力提供了最佳的妥協(xié)。

圖5示出了411IIC－480823A－1型轉(zhuǎn)換開關(guān)的典型性能。圖6示出了461H－480823A－1型SP6T保持開關(guān)的類似性能數(shù)據(jù)。圖7和圖8示出開關(guān)各自的外形圖。

圖5 411HC－480823A－1型轉(zhuǎn)換開關(guān)的性能

圖6 461H－480823A－1型SP6T保持開關(guān)的性能

圖6 示出461H－480823A－1型SP6T保持開關(guān)的類似性能數(shù)據(jù)，圖6和圖7示分別出開關(guān)各自的外形圖。

圖7 411HC－480823A－1型轉(zhuǎn)換開關(guān)的機(jī)械外形

圖8 461H－480823A－1 SP6T保持開關(guān)的機(jī)械外形

4 應(yīng)用

CAN總線開關(guān)典型的應(yīng)用包括自動(dòng)測(cè)試設(shè)備(ATE)，在此需要一個(gè)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(開關(guān)矩陣)來連接一多端口設(shè)備到各種不同類型的測(cè)試設(shè)備。該開關(guān)允許用戶連接100多個(gè)開關(guān)到一個(gè)矩陣并從標(biāo)準(zhǔn)PC上控制它們。

兩個(gè)所述開關(guān)的任意組合可以集成到一個(gè)對(duì)用戶要求提供全面解決方案的可控的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。如此集成的組件由SP6T和轉(zhuǎn)換開關(guān)陣列組成，按用戶技術(shù)要求互連，一個(gè)即插即用的CAN接口卡(包括具有視窗兼容性的驅(qū)動(dòng)器軟件)和軟件允許使用標(biāo)準(zhǔn)PC完全控制開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。

提供基于SP6T開關(guān)允許完全控制一個(gè)6×6矩陣的免費(fèi)評(píng)價(jià)軟件。該軟件允許用戶控制開關(guān)并讀出狀態(tài)指示燈。

建造一個(gè)6x6矩陣要求最小12個(gè)SP6T開關(guān)，36根半硬電纜用于互連，一個(gè)即插即用CAN接口卡帶有驅(qū)動(dòng)器軟件和幾個(gè)其它開發(fā)工具(公司提供)，一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)電腦(最小要求視窗95和32 MB RAM)及CAN總線電纜(公司提供)。也可使用較小的4x4矩陣，只要該結(jié)構(gòu)是基于SP6T開關(guān)即可。

除了ATE之外，其它使用CAN總線開關(guān)的應(yīng)用是可能的，尤其是在需要路由選擇若干輸入到若干輸出且有開關(guān)要求的場(chǎng)合。

CAN總線開關(guān)能提供一個(gè)成本效益高的解決方案，可大幅度地減小研制和系統(tǒng)集成時(shí)間。CAN總線開關(guān)還可以用作冗余矩陣中的構(gòu)件，用于帶有冗余功率放大器和(或)天線的復(fù)雜設(shè)備。