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如何理解树型矩阵和交叉点矩阵

一般而言,一个矩阵是使用树型MUX的实现的还是用相交点的都不是很明显,几乎总是使用简单的相交点图描述矩阵的功能。跟随着产品的驱动也隐藏了硬件的复杂性,使得客户编程起来变得更加容易。

相交点矩阵开关

crosspoint matrix stub.jpg
相交点矩阵使用组合的SPST开关来实现X到Y轴路径。X1与路径Y1路由上(绿色路径正确的图像)上出现一个残余(红色),这限制了矩阵的带宽。

在一组路径中,用相交点实现的解决方案是在每一个交叉点的一组开关连接Y轴X轴的。这很容易理解,并且相对容易布局,也提供了极大的连接灵活性。然而,对于高频测试系统来说可能是不合适的,因为矩阵中存在带宽的限制。

在上面的例子中,如果Y1由开关连接X1那么红色路径是一个残余(un-terminated输电线路)。在低频率残余将增加连接电容,因此会限制最高频率,而不引入过多的损失。也形成一个输电线路,当输电线路长四分之一波长的远端开路,转换为短路连接开关-会导致矩阵中出现非常高的路径损耗。

增加残余部分的长度取决于所选择的路径,例如如图所示路径Y1到X4没有多余的残留,这就不会受到这种影响。但是这条路不是没有缺陷的,因为开关在每个交叉点处会引入寄生电容(或短残余),再次导致信号电平损失。这种损失也可能是根据连接到其他开关的连接方式而定的。

其他路径会有不止一个残余连接,例如Y1到X2,Y和X轴都有残余。 并且对于大型矩阵,这个可能会很长的。

PCB上的路径通常也不会设计成一个输电线路交叉点上和特定的阻抗矩阵,而不是周围的路径根据电流和电压等级来设计开关系统。典型的相交点矩阵往往传输线阻抗较低,因为使用密集的路径,,PCB层数可能很高,因此每一层很薄的。

矩阵的布局也可能不遵循功能图上所示的一样,例如道路Y1和X4可能不是最远的路径。

这种类型的交叉点开关适用于信号带宽不是至关重要的低频应用。它是一项非常符合成本效益的解决方案,例如它完全让X到X连接或Y到Y连接以及X到Y连接。它非常适合测试系统X到X是用于连接UUT的仪器的连接形式。

树型MUX矩阵开关

4x4-mux-matrix.jpg

当对信号带宽的要求很高的时候,就需要用到树型MUX矩阵
矩阵是由连接一组X,Y轴连接的。4 x4矩阵中,16个连接需要连接在一起,还有许多的连接方式,随着矩阵大小的增加,所需的连接数量会迅速增长。
非常清楚的是,由于开关数目较多,会增加额外的成本,还有MUX互连系统可能需要许多点对点的连接,这就昂贵或难以实现,所以只能有更低密度的设计。
添加成本的矩阵使用树型MUX的引入了另一个约束,也就是无法提供一个X到X或Y到Y的连接。树型MUX选择一条路径或另一个,它不能连接常见的两条途径,这样可以防止X到X或Y到Y连接使用。矩阵本质上是为实现Y到X(或X到Y)的操作,驱动也将锁定X到X试图连接的可能性。

混合解决方案

在某些情况下,设计矩阵的时候将使用一个混合的方法来实现矩阵功能。例如可能组装一组较小的交叉点开关,然后使用树型的信号路由到MUX或传统MUX,这就提供了足够信号带宽。这种方法更为复杂,然而这种复杂性可以从驱动软件中实现对用户隐藏的。
12×8的矩阵的一个例子如下所示:
matrix drawings.jpg
左边显示了一个带有隔离开关的矩阵的X和Y轴简化的功能图。 右边所示的矩阵是由一组四个子矩阵组成的。
还有许多其他的方法设计一种混合矩阵。对于所有的产品,我们都提供定制的服务,当然包括所有的矩阵模块。

(本文译者:广州虹科电子科技有限公司 郑南润 有疑问请邮件咨询:znr@hkaco.com)

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