阅读说明：本技术 一种基于接触电阻测量的同轴机电开关可靠性测试装置及方法 (Coaxial electromechanical switch reliability testing device and method based on contact resistance measurement ) 是由 谷帆 熊为华 于 2019-11-21 设计创作，主要内容包括：本发明属于开关测试技术领域,涉及一种同轴机电开关可靠性测试装置及方法。该装置包括：测量单元,用于测试同轴机电开关某一通路的电阻值；逻辑控制单元,通过控制信号实现同轴机电开关不同通路与所述测量单元的导通。本发明的测试方法为：逻辑控制单元通过控制信号使测量单元的开尔文四线法的四条引线接入同轴机电开关的某一通路；测量单元测试接入该通路的被测电阻阻值；通过异常阻值来甄别该通路是否能正常通断,评估其可靠性。本发明的装置及方法,基于比例法四线制接触电阻测量表征同轴机电开关主要电性能指标；四线制与通道选择结合,共用高电位施加线HS实现对前一测试通路不能正常关断的甄别,实现切换有效性的检测。(The invention belongs to the technical field of switch testing, and relates to a device and a method for testing the reliability of a coaxial electromechanical switch. The device includes: the measuring unit is used for testing the resistance value of a certain path of the coaxial electromechanical switch; and the logic control unit is used for realizing the conduction of different paths of the coaxial electromechanical switch and the measuring unit through a control signal. The test method comprises the following steps: the logic control unit enables four leads of a Kelvin four-wire method of the measuring unit to be connected into a certain channel of the coaxial electromechanical switch through a control signal; the measuring unit tests the resistance value of the tested resistor connected to the access; and judging whether the access can be normally switched on or off through the abnormal resistance value, and evaluating the reliability of the access. The device and the method of the invention represent the main electrical performance index of the coaxial electromechanical switch based on the measurement of the four-wire system contact resistance by a proportional method; the four-wire system is combined with channel selection, and the high potential application line HS is shared to realize discrimination that a previous test channel cannot be normally shut off, so that detection of switching effectiveness is realized.)

一种基于接触电阻测量的同轴机电开关可靠性测试装置及 方法

技术领域

本发明属于开关测试技术领域，涉及一种同轴机电开关可靠性测试装置及方法。

背景技术

同轴机电开关广泛应用于矢量网络分析仪、频谱分析仪等射频微波测量仪器，也可使用与需要对微波射频信号进行通道拓扑的系统中。其可靠性对系统的稳定运行具有决定性的影响。对同轴机电开关的可靠性测试，现有较先进的方案是中国专利“201610599647.X”公开的一种同轴机电开关的寿命测试装置及方法，该专利公开了由信号发生、信号检波、数字IO设备和数据采集设备构成的测试装置及其对应的测试方法，基于信号发生、经过被测件后检波、电压采集的信号通路，并由工控计算机运行的上位机软件实现开关控制、数据采集和处理。

能实现多套开关的全过程可靠性自动测试和记录。其优点是自动测试开关寿命，节约人力，实时监测开关切换有效性。其相对于更早的测试方案即通常在切换过程中抽检电性能，手动控制开关单路的通断并使用矢量网络分析仪测试***损耗等指标，具有明显创新性和先进性。

但上述专利公开的技术方案，其中由于对检波芯片的线性范围要求较高，所需的检波芯片单价较高，系统需求的数量也较多。另外所述数字IO设备和数据采集设备一般采用相应的USB或PCIE板卡，价格昂贵。由此造成整个装置结构复杂，成本较高，不能脱离工控计算机独立使用的缺陷，在对产品线进行生产测试布局中存在一定的阻力。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的以上问题，提出一种基于接触电阻测量的开关可靠性测试装置及方法，该装置及方法极大地压缩了成本，减小了装置体积，具有程控方式和手动独立工作方式，更适合产品线生产测试。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种基于接触电阻测量的同轴机电开关可靠性测试装置，包括：

测量单元，用于测试同轴机电开关某一通路的电阻值；

逻辑控制单元，通过控制逻辑实现同轴机电开关不同通路与所述测试单元的导通。

所述的测量单元包括：所述的测量单元包括：稳压芯片、标准电阻、被测电阻、AD转换芯片；所述稳压芯片为串联的标准电阻和被测电阻提供电流，并将标准电阻两端电压作为参考提供给AD转换芯片的参考电压引脚，将被测电阻两端电压作为采集模拟量输入到AD转换芯片的信号采集引脚；被测电阻两端的高电位施加线、低电位施加线及采集线构成开尔文四线法的四条引线。

作为本发明的一种优选实施方式，所述的逻辑控制单元包括若干开关模块，所述的开关模块用于选择所述测试单元与同轴机电开关的不同支路端口接通，实现不同通路的电阻测量。

所述的开关模块连接在同轴机电开关支路端口与高电位施加线和/或高电位电压采集线之间；公共端口与低电位施加线及其采集线常通。

作为本发明的进一步改进，所述的开关模块连接在同轴机电开关支路端口与高电位电压的采集线之间；高电位施加线与同轴机电开关支路端口常通，公共端口与低电位施加线及其采集线常通。

所述的高电位施加线及其采集线通过同轴电缆与同轴机电开关的端口连接，所述低电位施加线及其采集线与同轴机电开关的公共端口连接，所述逻辑控制单元控制同轴机电开关不同的支路端口与公共端口导通，实现不同通路的电阻测量。

所述的逻辑控制单元，包括MCU、电源模块；MCU的IO输出端口提供控制信号；电源模块为MCU和被测同轴机电开关提供工作电压。

作为本发明的进一步改进，所述的逻辑控制单元还包括液晶显示模块，所述的液晶显示模块与MCU连接，显示测量信息。

作为本发明的进一步改进，所述的MCU与工控计算机通过串口连接，接受上位机测试软件控制。

作为本发明的进一步改进，所述的逻辑控制单元还包括按键，所述按键与MCU连接，提供手动控制功能。

本发明还提供一种基于接触电阻测量的同轴机电开关可靠性测试方法，包括：逻辑控制单元通过控制信号使测量单元的开尔文四线法的四条引线接入同轴机电开关的某一通路；测量单元测试该通路的被测电阻阻值；通过异常阻值来甄别该通路是否能正常通断，从而评估其可靠性。

与现有技术相比，本发明的一种基于接触电阻测量的同轴机电开关可靠性测试装置及方法，具有以下有益效果：

(1)基于比例法四线制接触电阻测量表征同轴机电开关主要电性能指标。

(2)极低的可靠性测试装置成本，结构简单，体积小，有程控方式和手动独立工作方式。

(3)光耦继电器为核心的开关模块构成测试通路选择单元，寿命长，可靠性高。

(4)四线制与通道选择结合，共用高电位施加线HS实现对前一测试通路不能正常关断的甄别，实现切换有效性的检测。

附图说明

图1为本发明实施例的测量单元电路连接图；

图2为实施例1的逻辑控制单元结构原理图；

图3为开关模块的结构图；

图4为实施例2的逻辑控制单元结构原理图；

图5为实施例3的逻辑控制单元结构原理图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

实施例1本实施例提供的基于接触电阻测量的同轴机电开关可靠性测试装置，主要由测量单元、逻辑控制单元组成。

其中，测量单元的电路连接如图1所示，包括稳压芯片U11、标准电阻Rs和被测电阻Rx、AD转换芯片U12。

稳压芯片U11提供2.5V标准电压，为串联的标准电阻Rs和待测电阻Rx提供电流，并将Rs两端电压作为参考提供给AD转换芯片U12的参考电压引脚Vref+、Vref-。Rx串接用于垫高电位的小电阻Rm到地，并将Rx两端电压作为采集模拟量输入到AD转换芯片U12信号采集引脚S+、S-，图示高电位施加线HS、低电位施加线LS与S+、S-构成开尔文四线法的四条引线。

为提高信号采集部分的输入阻抗，可在采集电压与U12信号采集引脚间使用运放U13加电压跟随电路。当电路工作时，由于通过Rs和Rx的电流相等，AD转换芯片U12的最大数字量Dmax(16位，65535)与Rs的比值，等于模拟数字转换的数字量Din与Rx的比值，Dmax/Rs＝Din/Rx，AD转换芯片U12设置一定的程控增益Ap时，Dmax/Rs＝Din/(Rx*Ap)，由此可换算被测电阻Rx的阻值。Rx的测试准确度由标准电阻Rs决定，测试分辨率取决于AD转换芯片U12的位数和程控增益Ap。Rs取24Ω，Ap取16时，Rx的测试量程1500mΩ，理论分辨率0.02mΩ。适用于本发明的AD转换芯片可以是16位带有内部PGA的AD7705；标准电阻Rs可选用24Ω，1/2W，0.01％精度的RX70线绕电阻；稳压芯片U11可选用HT7325；电压跟随可使用轨至轨运放OP279。

开尔文四线法测电阻的四条引线HS、LS、S+和S-由上述测量单元引出，并通过逻辑控制单元的控制，选择同轴机电开关的某一通路与之接通。由于需要选择不同的通路，同轴机电开关需要最多14路IO的控制逻辑，其与通路选择的控制逻辑可以一致。

本实施例中，逻辑控制单元的结构原理如图2所示，主要构成部分为工控计算机、MCU、按键、液晶模块、缓冲器、电源模块和若干开关模块。开关模块K1、K2……等连接在同轴机电开关通路的端口Pt与高电位施加线HS及采集线S+之间，实现通路选择。

开关模块的结构如图3所示，包括PNP三极管T1、电阻Ra、Rb，光学器件L1、感光器件及CMOS管T2。以K1为例，控制信号为高电平时，PNP三极管开关T1导通，电流由发射极流入，接在发射极与VCC之间的光耦继电器中发光二极管L1发光，控制感应器件使CMOS T2导通，K1_1与K1_2接通。电阻Ra、Rb限制基极和发射极电流。K1的接通使高电位施加线HS连接至同轴机电开关通路1的端口Pt1。控制信号同时为同轴机电开关的指定通路供控制逻辑，使通路1的端口Pt1与公共端口COM导通，由于低电位施加线LS及采集线S-与公共端口COM常通，从而使测量单元与同轴机电开关的通路1导通，通过测量被测电阻的阻值，来甄别通路1的可靠性。

MCU的14个IO输出端口通过缓冲器U1的隔离，提供控制信号S1～S14，在同轴机电开关的14个通路中进行切换选择。

电源模块为MCU等芯片和被测同轴机电开关提供工作电压。

MCU连接LCD1602液晶模块显示测量信息。

MCU与工控计算机通过串口连接，接受上位机测试软件控制。也可以通过按键Ka、Kb提供的手动控制功能对MCU进行控制。

光耦继电器可以采用AQW212EH，其导通电阻Ron标准值为0.85Ω，Ron＜＜Rs，使Rs两端提供给AD转换芯片的参考电压大小符合要求，因此对比例法测量影响很小。适用的缓冲器U1可以是74HC245D，MCU可以是STC89C52。

采用本实施例的基于接触电阻测量的同轴机电开关可靠性测试装置，来测试单刀六掷开关的可靠性，过程如下：

(1)MCU接收工控机或操作按键Ka提供的置位消息，使控制信号S1置为有效电平，其余控制信号输出低电平。S1～S6一组控制逻辑使单刀六掷开关切换至通路1，Pt1与开关COM端的公共端口接触导通；同时S1～S6控制测试装置开关模块K1、K2导通，K3、K4及图中省略的其余开关模块关断，使HS与采集线S+连接至Pt1，COM端与低电位施加线LS、采集线S-常通。由此，开尔文四线法的四条信号线接入单刀六掷开关通路1，上述接触电阻测量单元测得的阻值信息由MCU送至液晶模块并向工控机提供查询。

(2)MCU接收工控机或操作按键Kb提供的控制信号移位消息，使控制逻辑组S1～S6有效位左移，S2置为有效电平，其余控制信号输出低电平，单刀六掷开关切换至通路2，测试装置开关模块K3、K4导通，接触电阻测量单元测得通路2阻值。

(3)重复步骤(2)完成单刀六掷开关所有通路的测量。返回步骤(1)，进行下一个测试周期。图2省略部分为Pt3～Pt6，及开关模块K5～K12。

由于同轴机电开关的各通路电磁驱动组件是独立的，因此需要考察通路切换有效性，在测试当前已切换通路时，需要检测其余通路的通断状况。上述通路选择单元在测试通路2阻值Rx2时，开关模块已将通路1的Rx1隔离，其通断与当前测量结果无关。

由此，本发明提供了实施例2，该实施例中，逻辑控制单元的结构原理如图4所示。以单刀六掷开关为例，单刀六掷开关各支路端口Pt1、Pt2及图示省略的Pt3～Pt6，与高电位施加线HS常通，开关模块连接在高电位信号采集线S+与单刀六掷开关各支路端口Pt1～Pt6之间，仅用于对S+选择。低电位施加线LS及采集线S-与公共端口COM常通。易知的，控制过程与上述方案类似，单刀六掷开关由通路1切换至通路2时，若Rx1正常关断，则对Rx2的测量结果无影响。若同轴开关的通路1出现控制异常或簧片变形导致不能正常关断，即常通，则当前测量的阻值为高电位施加线HS引线电阻与Rx1串联后与Rx2并联的结果，其阻值异常小于标准值，且后续端口Pt3～Pt6与COM端的测量值也与此异常值相当，可以甄别。

本发明还提供了实施例3，适用于单刀六掷开关各通路阻值的重复性、对准确性要求不高的特点。该实施例中，逻辑控制单元的结构原理如图5所示，该结构去除了由开关模块构成的通路选择模式。高电位施加线HS与采集线S+引线通过等长的PCB布线及同轴电缆(图5中粗线部分所示)连接到单刀六掷开关的端口Pt1～Pt6，低电位施加线LS及采集线S-与公共端口COM连接。易知的，开尔文四线法完成的是被测通路接触电阻Rx与PCB布线及同轴电缆串联的阻值，需要通过测量补偿得到近似的被测通路接触电阻Rx1、Rx2等。该结构也可通过异常测量值的特征甄别未能正常关断的通路，且基本能实现可靠性测量。

采用本实施例的装置，以单刀六掷开关为例，其可靠性测试过程如下：

1.将被测开关公共端和各支路端口Pt1～Pt6按照对应标号接入测试装置。

2.在工控机的上位机测试软件进行测试类型选择，选取SP6T开关测试，输入单次切换时间、控制脉冲宽度、总切换周期数、测试阈值等参数。点击开始测试。手动操作模式无此步骤。

3.测试软件控制SP6T开关置位，读取记录通路1电阻测试值。手动操作模式点击Ka按键，读取液晶模块显示。

4.测试软件发送移位消息，控制SP6T开关切换至通路2，读取记录通路2电阻测试值。手动操作模式点击Kb按键，读取液晶显示。

5.重复4次步骤4，记录SP6T开关通路3～6电阻值，完成一个测试周期。

6.重复步骤3～5，直至完成设置的测试周期数。手动操作模式可根据实际需求观察若干个周期。

7.数据记录与故障判断：上述每次开关切换读取的测试值按照周期数、通路名、测试值、重复性的字段实时写入报表，报表结构如表1所示。

8.测试完成后输出汇总分析的数据报表。

表1报表结构

周期数	通路	测试值	重复性
				1	1	Rx1	/
1	2	Rx2	/
				1	3	Rx3	/
…	…	…	…
				2	1	Rx1	△Rx1
2	2	Rx2	△Rx2
				2	3	Rx3	△Rx3
…	…	…	…

根据表1中的测试值，主要的测试故障例如表2所示，开关通路接触电阻典型值记为Rsd，满量程阻值记为Rol。

表2测试故障例