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一．連接、配線和電纜 系統(tǒng)中使用的連接器和電纜的類型取決于使用的開關(guān)卡類型和被切換的信號(hào)。一般而言，開關(guān)卡有4種連接類型：螺栓端子、連接頭、同軸連接器和同軸三柱器。 對(duì)于螺栓端子連接，使用獨(dú)立的絕緣線。要求確保導(dǎo)線足夠長，能夠方便地從主機(jī)中拆下開關(guān)卡。扁平電纜的排線非常整潔，并且所使用的連接頭都是隨時(shí)可用的，所以非常方便。然而，扁平電纜中的導(dǎo)線不是獨(dú)立屏蔽的，因此導(dǎo)線之間可能會(huì)存在過多地雜散耦合，從而干擾測(cè)量。如果發(fā)生這種情況，則有必要使用獨(dú)立屏蔽的導(dǎo)線。 如果信號(hào)頻率低于幾百kHz，則使用雙絞線就已足夠。22～26規(guī)格的細(xì)導(dǎo)線被彼此合絞在一起，將干擾降至最低。采用雙絞線的電纜有屏蔽的，也有非屏蔽的。多股線比實(shí)心線更常見，并且更靈活，但是實(shí)心線的衰減更小。 如果采用接線頭電纜，在夾具上則可以安裝匹配插座。這就需要在電纜的兩端都有接線頭。然而，若將接線頭電纜分為兩部分，然后將獨(dú)立的導(dǎo)線硬連接至夾具，則更加經(jīng)濟(jì)。 采用同軸或同軸三芯電纜的系統(tǒng)也是相同的情況。最簡單的方法是使用兩端均有連接器的電纜。在測(cè)試夾具上為每個(gè)信號(hào)安裝一個(gè)插座，用電纜將其連接到開關(guān)卡。同樣，若將電纜分為兩部分，然后將被截?cái)嗟囊欢擞谰眯缘剡B接到測(cè)試夾具，則更經(jīng)濟(jì)。Keithley的《低電平測(cè)量手冊(cè)》提供了關(guān)于使用同軸電纜和同軸三芯電纜的更多信息，包括低噪聲電纜，以及電纜和連接器成套件。 為了將開關(guān)卡的輸出連接在一起，特定開關(guān)卡的輸出都會(huì)被連接到掃描儀主機(jī)的背板。這樣就可以將主機(jī)內(nèi)某個(gè)開關(guān)卡的輸出連接到其它開關(guān)卡。對(duì)于兼容Keithley 7001和7002型主機(jī)的開關(guān)卡，利用卡上的跳線可連接或斷開背板連接。如果某個(gè)開關(guān)卡必須與其它卡進(jìn)行隔離，則必須拆下該卡上的背板跳線。2700和2750型的開關(guān)模塊提供了隔離繼電器，使其輸出可以連接或斷開背板連接。707A和708A型的有些矩陣卡可以通過卡上的跳線連接至背板，而其它針對(duì)小電流切換進(jìn)行優(yōu)化的開關(guān)卡則通過外部低噪聲跳線進(jìn)行連接。 在有些應(yīng)用中，并不希望將開關(guān)卡的輸出連接到背板，因此在加電之前必須檢查每個(gè)卡的接線圖，確保沒有默認(rèn)連接背板。當(dāng)某個(gè)卡的輸出必須與背板隔離時(shí)，請(qǐng)直接連接卡的輸出。 RF/微波連接器和電纜 在RF和微波開關(guān)系統(tǒng)中，有很多不同類型的連接器和電纜均可使用。信號(hào)頻率、系統(tǒng)阻抗、功率額定值和測(cè)試夾具/管理器兼容性等，都是選擇電纜和連接器時(shí)應(yīng)該考慮的因素。例如，典型的SMA連接器在100 MHz時(shí)能夠處理500W的信號(hào)，但是在26.5 GHz時(shí)能夠處理的功率則很小。 BNC連接器常被用于50Ω和75Ω的系統(tǒng)中，在低于微波頻率的頻率下，用戶往往在其外圍設(shè)備和/或DUT中使用各種各樣的連接器。在這些情況下，則可使用同軸電纜適配器，提供合適的性能和阻抗匹配。連接器大小（直徑）應(yīng)該盡量匹配電纜外徑，將反射降至最低。 表 6 1中列出了常見的RF/微波連接器。根據(jù)制造廠商和等級(jí)的不同，連接器的頻率限值也不相同（通用級(jí)別限制了連接和低重復(fù)性，或者儀器級(jí)別限制重復(fù)連接和高重復(fù)性）。 表 6 1，常用的RF/微波連接器 連接器名稱3.5mm和2.92mm指連接器外導(dǎo)體的內(nèi)徑。這些小型連接器采用空氣作為電介質(zhì)材料，因?yàn)榭諝鉀]有像SMA連接器中的Teflon的厚度那么容易發(fā)生變化。這樣就能夠以更好的電氣性能實(shí)現(xiàn)更多次的重復(fù)連接。當(dāng)然，由于制造公差緊的原因，連接器成本隨頻率限值的增大而增大。 若使用機(jī)電式開關(guān)，則有必要利用RF同軸電纜來路由通過測(cè)試系統(tǒng)的信號(hào)通路，將損耗降至最低。同軸電纜應(yīng)該具有低插入損耗、低VSWR和適當(dāng)?shù)腞F屏蔽，并在電纜成套件的端點(diǎn)安裝相應(yīng)的連接器。插入損耗可能是使用同軸電纜是最為重要的參數(shù)，并且由于該參數(shù)指標(biāo)隨長度呈正比增長，所以最好采用滿足應(yīng)用的最短長度的電纜。表 6 2中列出了一個(gè)10英寸SMA電纜在各種頻率下的VSWR和插入損耗。 表 6 2，SMA電纜（10英寸，0.141英寸直徑） 通常情況下，電纜直徑越大，插入損耗就越低，功率處理能力就越高，但是與較小直徑的電纜相比，帶寬較低，靈活性較差。 有些應(yīng)用需要相位匹配電纜。該指標(biāo)通常要求兩根或多根電纜在規(guī)定頻率下的相位容限為特定值（例如，相位10 GHz下5°的相位匹配則意味著該組電纜中任何信號(hào)之間的相差不應(yīng)大于5°）。半剛性電纜的相位匹配指標(biāo)典型值為±1°/GHz，柔性電纜為±2°/GHz。 相位延遲也與時(shí)間延遲有關(guān)，因此，該指標(biāo)可能被作為時(shí)間延遲給出（ns/ft），而不是相位延遲。由于不匹配的電纜可引起過度的時(shí)鐘相偏（Clock Skew），導(dǎo)致錯(cuò)誤操作，所以相位匹配是有些高速數(shù)字電路中特別要注意的事項(xiàng)。 在高頻下，電纜的物理長度與其電氣長度不同。極力將電纜截為相同的長度并不能達(dá)到相位匹配的目的，而是要測(cè)量電纜的時(shí)間延遲。同一相位匹配電纜組中的電纜都應(yīng)該清晰標(biāo)注，并作為一組使用。 RF/微波連接器匹配 匹配連接器必須是清潔的，必須滿足連接器類型接口，并且必須符合相應(yīng)的扭矩技術(shù)指標(biāo)。若與超出插針深度容差的連接器匹配，則可能會(huì)損壞連接器。請(qǐng)?jiān)谄ヅ溥B接器之前檢查插針深度。 若不同的連接器進(jìn)行匹配，難免會(huì)造成外部和內(nèi)部導(dǎo)體對(duì)不準(zhǔn)。由于不對(duì)準(zhǔn)會(huì)劣化電氣性能，所以應(yīng)該避免匹配不同類型的連接器。 下面是將測(cè)試電纜鏈接到測(cè)試系統(tǒng)連接器的步驟： 斷開測(cè)試系統(tǒng)的電源。 取下連接器的保護(hù)蓋并保管好，以備將來使用。 連接測(cè)試電纜，并用一個(gè)扭矩扳手緊固到指定的扭矩。 RF/微波連接器清潔 為防止性能下降，RF和微波連接器必須免受外部物質(zhì)的污染。可以利用一個(gè)4～10倍的放大鏡視檢連接器。用罐裝氣（由于標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)壓縮機(jī)提供的空氣中含有潮氣和油脂，所以建議用罐裝氣）吹掉連接器上的外部污染。用蘸有異丙醇的無絨小棉簽擦除殘留的污染物。 光纜和連接器 與銅纜相比，光纜具有多種優(yōu)勢(shì)，包括抗干擾性、低衰減和更高的帶寬。 光纜包括一個(gè)纖芯，纖芯外部為包層，保存外部為一個(gè)保護(hù)層。亦可使用塑料芯和包層，但是由于具有較大的衰減，所以不會(huì)用于通信領(lǐng)域。 玻璃纖維芯有兩種基本的類型：多模光纖，用于10 km以下的距離；單模光纖，用于更長的距離。多模光纖（MMF）的纖芯直徑通常為50～62.5 μm；單模光纖（SMF）的纖芯直徑一般為8～10 μm。電纜的尺寸通常用纖芯尺寸后加包層直徑表示。單模光纖通常采用9/125規(guī)格，多模光纖通常采用62.5/125規(guī)格。 根據(jù)光纜類型（玻璃或塑料）、連接重復(fù)性和抗震性的不同，光連接器的種類也是各種各樣。單模和多模光纜常用的一種連接器為FC連接器。這種連接器有一個(gè)定位銷和一個(gè)螺紋插座。成對(duì)FC連接器的典型插入損耗為0.25～0.5 dB。 二．屏蔽和接地 為防止靜電干擾預(yù)期信號(hào)，可能有必要采用靜電屏蔽。尤其對(duì)于高阻抗電路、高頻電路，以及混合信號(hào)應(yīng)用中（高壓信號(hào)可能會(huì)不經(jīng)意被耦合至低電平信號(hào)，例如100Ω或更低），屏蔽非常重要。 高阻電路的切換應(yīng)用包括小電流、高電阻和高阻抗電壓應(yīng)用。對(duì)高阻的最好解釋是干擾會(huì)引起明顯誤差的阻抗水平。若開關(guān)、互連電纜和測(cè)試夾具沒有合適的屏蔽，所產(chǎn)生的雜散信號(hào)（偏移）將威脅到被測(cè)信號(hào)。 利用連接到電路中一個(gè)低阻點(diǎn)的導(dǎo)體，將信號(hào)通路包裹起來，即實(shí)現(xiàn)了靜電屏蔽，該低阻點(diǎn)最好是測(cè)量設(shè)備的LO輸入端子。如果在電路中沒有測(cè)量設(shè)備，那么則應(yīng)該將屏蔽連接到源的LO輸出端子。 為確保合適的屏蔽，請(qǐng)選擇帶有屏蔽連接器的開關(guān)卡，例如同軸或同軸三柱連接器。帶有同軸或同軸三柱連接器的開關(guān)卡本身都是屏蔽的，并且通常會(huì)提供良好的通道間隔離。采用螺栓端子或連接頭的開關(guān)卡不是屏蔽很好，因此一般不用于切換高阻電路。 此外，應(yīng)該使用屏蔽電纜，例如同軸或同軸三芯，連接高阻裝置或信號(hào)源和開關(guān)卡。高阻設(shè)備和信號(hào)源也必須是屏蔽的。所需的屏蔽程度將取決于環(huán)境中的干擾情況。馬達(dá)、螺線管和其它裝置可產(chǎn)生高壓瞬態(tài)，需要更好的屏蔽。 在使用高頻（＞ 1MHz）測(cè)試信號(hào)時(shí)，為了維持特征阻抗，并防止信號(hào)損耗，以及與鄰近電路發(fā)生不必要的耦合（或串?dāng)_），避免影響測(cè)量準(zhǔn)確度，也有必要使用屏蔽電纜。請(qǐng)使用合適阻抗的同軸電纜，并完全屏蔽測(cè)試夾具，以防大信號(hào)的漏泄。所有的屏蔽都應(yīng)該連接到相應(yīng)的接地層。關(guān)于RF和微波切換的更多信息，請(qǐng)參閱第5.6部分。 如果切換系統(tǒng)中會(huì)混合出現(xiàn)小電流、高電壓和高頻信號(hào)，屏蔽則非常關(guān)鍵。對(duì)于大多數(shù)開關(guān)卡，相鄰?fù)ǖ篱g都具有小的電容。某個(gè)通道上出現(xiàn)的電壓很容易耦合到相鄰?fù)ǖ溃⑶視?huì)引起明顯的誤差。使高電壓通道遠(yuǎn)離敏感的小電流通道，并使用良好屏蔽的開關(guān)，可將這種誤差降至最低。 承載高測(cè)試電壓的導(dǎo)體也應(yīng)該采用屏蔽，以防止與鄰近的低電平電路發(fā)生干擾。所以最常用的往往是同軸電纜。 從實(shí)質(zhì)上講，接地就是連接到大地（地電勢(shì)）。該連接的主要目的是確保設(shè)備操作人員的安全。信號(hào)回路往往被認(rèn)為是地，并且被作為“Common”（共用）或“LO”（低）端。實(shí)際上它可能連接也可能未連接到底。 屏蔽通常是“接地”的，也就是說，它們被連接到一個(gè)接地點(diǎn)。如果信號(hào)源或測(cè)量裝置的回路側(cè)被連接到相同點(diǎn)，干擾將最小。如果屏蔽和測(cè)量儀器之間存在一個(gè)交流電勢(shì)差，則可能有電容性電流通過測(cè)量電路，增大干擾。 一般而言，在測(cè)量系統(tǒng)中應(yīng)該只有一個(gè)點(diǎn)被連接到接地，以避免形成接地回路。 三．硬件驗(yàn)證和排障 在將開關(guān)、儀器和測(cè)試夾具連接到一起后，就必須驗(yàn)證系統(tǒng)的性能。這一過程通常分兩步完成：首先通過前面板手動(dòng)進(jìn)行，然后作為計(jì)算機(jī)控制的一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。所采用的驗(yàn)證程序取決于被切換信號(hào)和測(cè)量類型。以下提供了測(cè)量電阻、電壓和電流的例子。 電阻測(cè)量 驗(yàn)證系統(tǒng)的第一步需要將一個(gè)已知阻值的電阻器置于測(cè)試夾具中。測(cè)試電阻網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)就是一個(gè)例子。個(gè)體電阻器阻值應(yīng)該相似，但無需嚴(yán)格相同，以確保恰當(dāng)?shù)剡B接到了每個(gè)元件。例如，如果標(biāo)稱阻值全部為10 kΩ，那么相應(yīng)的測(cè)試裝置應(yīng)該在通道1上為10.1 kΩ，通道2上為10.2 kΩ等。按照這種方式，如果某個(gè)通道連接不正確，則馬上會(huì)發(fā)現(xiàn)。 如果被測(cè)電阻值的范圍很寬，則必須采用接近上限和下限限值的電阻器進(jìn)行測(cè)試。如果系統(tǒng)采用雙端連接至設(shè)備，測(cè)量接近下限的電阻時(shí)，誤差就會(huì)特別大，說明需要采用4端連接。這將需要兩倍的開關(guān)，但是將會(huì)從測(cè)量值中消除開關(guān)和測(cè)量線電阻。 在上限處，若測(cè)量值低于預(yù)期值，則說明測(cè)試夾具、接線或開關(guān)卡中存在太大的漏泄電阻，必須采取相應(yīng)的措施將該誤差降低到可接受的程度。措施包括清潔測(cè)試夾具和增加電氣保護(hù)。 尤其是對(duì)于高阻測(cè)量，應(yīng)該驗(yàn)證系統(tǒng)的穩(wěn)定時(shí)間，使其足以提供所期望的準(zhǔn)確度。 電壓測(cè)量 對(duì)于電壓測(cè)量，首先驗(yàn)證每個(gè)電壓源都被連接到了正確的通道。確認(rèn)通道連接正確的最直接方式是在每個(gè)通道上連接已知的電壓。例如，對(duì)通道1施加1 V的電壓，向通道2施加2 V的電壓等。 為確定電壓偏移不會(huì)對(duì)低電壓（＜1 mV）測(cè)量造成太大的誤差，首先利用一個(gè)直接連接到伏特計(jì)的穩(wěn)壓源測(cè)量一系列的讀數(shù)。然后通過開關(guān)系統(tǒng)的相應(yīng)通道再讀取一系列的測(cè)量值。比較兩組測(cè)試值的標(biāo)準(zhǔn)偏差。利用一根干凈的銅線作為短路，代替電壓信號(hào)，即可對(duì)太大的電壓偏移進(jìn)行補(bǔ)償。對(duì)于每個(gè)被短路的通道，讀取至少10個(gè)電壓讀數(shù)，然后將其進(jìn)行平均。保存平均值，并利用該值修正該通道上的測(cè)量讀數(shù)。為保證修正的有效性，開關(guān)系統(tǒng)的環(huán)境溫度必須保持相對(duì)恒定（上下幾攝氏度范圍之內(nèi)）。 如果以上程序太過麻煩，則可以采用以下的方法：短路某一個(gè)通道，然后利用該通道的偏移值來修正開關(guān)卡上所有通道的測(cè)量值。 如果源阻抗非常高（1 MΩ或更高），如果系統(tǒng)存在明顯的漏泄，則會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的誤差。為了確定是否發(fā)生了這種情況，可以首先通過該通道測(cè)量一個(gè)較低阻抗的電壓源。然后則可以向低阻源串聯(lián)一個(gè)和未知電壓源相當(dāng)?shù)淖杩梗⒅貜?fù)測(cè)量。將結(jié)果進(jìn)行比較。如果差異較大，則請(qǐng)檢查可能的原因，例如電纜漏泄或開關(guān)隔離電阻。保護(hù)有助于減小測(cè)量誤差。在源電阻很高時(shí)，則有必要增大穩(wěn)定時(shí)間延遲。 電流測(cè)量 對(duì)于電流測(cè)量驗(yàn)證，首先確保每一未知通路從測(cè)試夾具到安培表是完整的。如果使用C型開關(guān)（SPDT）的開關(guān)卡，則可以連接一個(gè)歐姆表代替每一通道上的未知源。驗(yàn)證通道未被選中時(shí)該通路的電阻非常小，典型值小于1 Ω. 下一步是每次向一個(gè)通道連接一個(gè)未知的電流源，并驗(yàn)證輸出位于總體系統(tǒng)準(zhǔn)確度限值范圍之內(nèi)。 對(duì)于小電流測(cè)量，開關(guān)卡、電纜和測(cè)試夾具會(huì)引起明顯的偏移電流。為了檢查每一通道的偏移電流，請(qǐng)斷開未知源，蓋住輸入，然后每次激勵(lì)一個(gè)通道，并利用連接到輸出的安培表測(cè)量偏移電流。如果偏移電流太高，則有必要清潔通路上的開關(guān)和連接器。如果偏移電流是適當(dāng)穩(wěn)定的，則可以從隨后的測(cè)量值中減去該值，從而進(jìn)行補(bǔ)償。 此外，對(duì)于小電流切換，請(qǐng)?jiān)诿看卫^電器觸動(dòng)之后預(yù)留足夠的穩(wěn)定時(shí)間，確保結(jié)果的準(zhǔn)確性。 最終的系統(tǒng)驗(yàn)證 在完整地手動(dòng)檢查完系統(tǒng)之后，請(qǐng)驗(yàn)證計(jì)算機(jī)控制下的性能。這樣能夠暴露出軟件中的可能誤差，例如不正確的開關(guān)閉合或設(shè)備地址錯(cuò)誤，以及定時(shí)問題、串?dāng)_太大等。 作為一項(xiàng)終程測(cè)試，通過系統(tǒng)測(cè)量大量的產(chǎn)品，然后手動(dòng)重新測(cè)量不合格的部件，以及一小部分合格的部件來驗(yàn)證系統(tǒng)性能。 到此，即可認(rèn)為系統(tǒng)是可以投入服務(wù)的。應(yīng)該定期利用已知良好的裝置測(cè)試系統(tǒng)，確保系統(tǒng)沒有因?yàn)槠贫黾夹g(shù)指標(biāo)。 更多I-V測(cè)試解決方案，請(qǐng)點(diǎn)擊http://www.keithley.com.cn/semi |
