CN104620120B - 基于mems的开关系统 - Google Patents

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Abstract

一种开关元件，至少部分地实现在一个或多个印制配线板(PWB)中。第一输入和多个输出可以集成到PWB中。在一些实施例中，多个接触部也可以集成到PWB中。开关元件选择性地可操作在第一状态和第二状态下，在第一状态下，第一输入耦合到第一输出，并且在第二状态下，第一输入耦合到第二输出。

Description

基于MEMS的开关系统
背景技术
继电器是在另一电路的控制下断开和闭合导电路径的电开关。开关矩阵通常包括用来选择性地互连用于路由信号的电气路径的多个继电器。通过断开和闭合开关矩阵中的一个或多个继电器，传导路径被创建，由此使信号能够被路由通过该开关矩阵。例如，特定的继电器集合可以被闭合，以便将给定的输入连接到开关矩阵的给定输出。开关常常在测试和测量系统中实现，以自动化信号从一个设备到另一个设备的路由。例如，测量设备(例如电压计)可以耦合到具有多个输入的开关的输出，其中每个输入耦合到相应的待测设备(DUT)。在操作期间，通过一个接一个顺序地闭合继电器集合以便将开关的输入顺序地连接到用于每个DUT的输出，测量设备可以用来从每个DUT取得测量。因而，开关可以提供简化的配线(wiring)，使得测试系统可以容易且动态地在无需外部手动干预的情况下(例如，不需要用户必须物理地重新路由设备之间的布线)修改内部连接路径。类似的开关技术可以在需要设备之间信号的动态路由的各种操作中使用。但是，目前的系统使用要么大且昂贵要么缺乏健壮性或电源处理能力的开关。
发明内容
本文所描述的是关于开关元件系统和方法的实施例。例如，在一些实施例中，提供了至少部分地在一个或多个印制配线板(PWB)(或者PWB的一片或多片)中实现的开关元件。第一输入以及多个输出可以集成到这一个或多个PWB中。开关元件可以包括多个接触部。这多个接触部可以可操作成将第一输入耦合到多个输出之一。开关元件可以选择性地在相应状态下可操作，其中第一输入选择性地耦合到多个输出中的相应的不同输出，使得输入到第一输入的信号选择性地被路由到不同的输出。例如，开关元件可以选择性地在第一状态下可操作，其中第一输入耦合到多个输出中的第一输出，使得输入到第一输入的信号被路由到第一输出。开关元件还可以选择性地在第二状态下可操作，其中第一输入耦合到多个输出中的第二输出，使得输入到第一输入的信号被路由到第二输出。
附图说明
当结合以下附图考虑以下具体描述时，可以获得对本公开内容的更好理解，其中：
图1A是根据一个或多个实施例的说明圆柱形矩阵开关拓扑结构的图；
图1B是根据一个或多个实施例的说明通过图1A的圆柱形矩阵开关拓扑结构的示例性路径的图；
图1C是根据一个或多个实施例的说明圆柱形矩阵开关系统的图；
图1D是根据一个或多个实施例的、对应于图1A-1C的圆柱形开关矩阵拓扑结构的排序网络符号模型；
图2A是根据一个或多个实施例的说明A-型排序网络矩阵开关拓扑结构的图；
图2B是根据一个或多个实施例的说明A-型排序网络矩阵开关系统的图；
图2C是根据一个或多个实施例的、对应于图2A和2B的A-型矩阵开关拓扑结构的排序网络符号模型；
图3A是根据一个或多个实施例的说明J-型矩阵开关拓扑结构的图；
图3B是根据一个或多个实施例的说明J-型矩阵开关系统的图；
图3C是根据一个或多个实施例的、对应于图3A和3B的J-型矩阵开关拓扑结构的排序网络符号模型；
图4是根据一个或多个实施例的说明多路复用器-矩阵-多路复用器(Mux-Mat-Mux)开关拓扑结构的示意图；
图5是根据一个或多个实施例的9x9开关矩阵拓扑结构的网络符号模型；
图6是根据一个或多个实施例的说明多线开关矩阵的示意图；
图7是根据一个或多个实施例的说明包括8x8开关元件的开关矩阵的示意图；
图8-11说明根据一些实施例的各种示例开关元件；
图12-17说明根据各种实施例的示例开关元件的截面图；
图18-19说明根据一个或多个实施例的被印制配线板(PWB)层放大(blown up)的示例开关元件；
图20-21说明根据一个或多个实施例的处于关闭和开启模式的示例开关元件；
图22说明根据一些实施例的星型配置的示例开关元件；
图23说明根据一些实施例的示例2x2开关元件；
图24说明根据一个或多个实施例的操作开关元件的方法；及
图25说明根据本技术的一个或多个实施例的示例性测量/控制系统。
虽然本公开内容容易有各种修改和备选形式，但是其具体的实施例通过举例方式在附图中示出并且将在本文中详细描述。但是，应当理解，附图和对其的详细描述不旨在将公开内容限制到所公开的特定形式，相反，其意图是要覆盖属于由权利要求限定的本公开内容的精神与范围的所有修改、等同和备选方案。应当指出，词“可以”贯穿本申请都是在宽松的意义上(例如，有可能、能够)而不是在强制的意义上(例如，必须)使用的。
具体实施方式
在以下描述中，阐述众多具体的细节，以提供对本公开内容实施例的透彻理解。但是，本领域普通技术人员应当认识到，本公开内容没有这些具体的细节也可以实践。在一些情况下，众所周知的电路、结构和技术没有详细地示出，以避免模糊本公开内容。
本说明书包括对“一个实施例”或“实施例”的引用。短语“在一个实施例中”或者“在实施例中”的出现不必定指相同的实施例。特定的特征、结构或特性可以以与本公开内容一致的任何合适的方式组合。
术语。以下段落提供对本公开内容(包括权利要求)中见到的术语的定义和/或上下文：
“包括”。这个术语是开放式的。如在权利要求中所使用的，这个术语不排除附加的结构或步骤。考虑记载有“包括一个或多个处理器单元的装置……”的权利要求。这种权利要求不排除该装置包括附加的部件(例如，网络接口单元、图形电路系统等)。
“配置为”。各种单元、电路或其它部件可以描述为或者声明为“配置为”执行一个或多个任务。在这种上下文中，“配置为”用来通过指示单元/电路/部件包括在操作期间执行那些任务的结构(例如电路系统)来暗示结构。这样，即使所规定的单元/电路/部件目前不在操作(例如没有开启)，该单元/电路/部件也可以被说成是配置为执行任务。与“配置为”的语言一起使用的单元/电路/部件包括硬件——例如电路、存储可执行以实现操作的程序指令的存储器，等等。单元/电路/部件“配置为”执行一个或多个任务的记载明确地旨在不对该单元/电路/部件援引美国法典第35章112条第6段。另外，“配置为”可以包括由软件和/或固件(例如，执行软件的FPGA或通用处理器)操纵成以能够执行待解决任务的方式来操作的通用结构(例如通用电路系统)。“配置为”还可以包括修改制造过程(例如半导体制作设施)，以制造适于实现或执行一个或多个任务的设备(例如集成电路)。
“第一”、“第二”等。如在本文所使用的，这些术语用作它们在其前面的名词的标记，并且不暗示任何类型的次序(例如，空间的、时间的、逻辑的，等等)。例如，对于具有第一和第二输入的开关元件，术语“第一”和“第二”输入可以用来指任何一个输入。换句话说，“第一”和“第二”输入不限于逻辑输入0和1。
“基于”。如在本文所使用的，这个术语用来描述影响确定的一个或多个因素。这个术语不排除可以影响确定的附加因素。即，确定可以仅仅基于那些因素或者至少部分地基于那些因素。考虑短语“基于B确定A”。虽然B可以是影响A的确定的一个因素，但是这种短语不排除A的确定还基于C。在其它情况下，A可以仅基于B来确定。
“存储器介质”——存储器介质是配置为用于信息存储和检索的介质。存储器介质的例子包括：各种种类的半导体存储器，诸如RAM和ROM；各种种类的磁介质，诸如磁盘、磁带、磁条(strip)和磁膜；各种种类的光学介质，诸如CD-ROM和DVD-ROM；基于电荷和/或其它物理量的存储的各种介质；利用各种光刻技术制造的介质；等等。术语“存储器介质”还可以包括存在于不同位置(例如存在于通过网络连接的不同计算机)的两个或更多个存储器介质的集合。
本申请通过引用结合了于2011年4月14日提交的Becker等人的标题为“SWITCHINGELEMENT SYSTEM AND METHOD”的美国专利申请13/087,154和于2011年4月14提交的Becker等人的标题为“SWITCH MATRIX MODELING SYSTEM AND METHOD”的共同未决美国专利申请13/087,064以及于2011年4月14日提交的Becker等人的标题为“SWITCH MATRIX SYSTEMAND METHOD”的美国专利申请13/087,198，这些申请中每一个的全部内容都通过引用被结合，就好像在本文完全完整地阐述了一样。
如以下更详细讨论的，某些实施例包括关于开关的系统和方法。该说明书首先描述可以适合于与所公开的开关和开关技术一起使用的各种开关拓扑结构。接着，本说明书描述各种示例开关元件，然后是用于操作开关元件的示例方法。最后，本说明书描述可以实现所公开的开关和开关拓扑结构的系统。
转向附图，图1A是说明根据一个或多个实施例的圆柱形矩阵开关拓扑结构100的图。圆柱形矩阵开关拓扑结构100以及本文所描述的其它开关拓扑结构，可以代表用来在多个输入和输出之间提供连接的开关的拓扑结构。输入和输出可以包括例如可配置的开关模块的物理输入/输出(I/O)引脚，诸如以下在图25中所描述的那些。在一些实施例中，圆柱形矩阵开关拓扑结构100包括圆柱形开关矩阵(“开关矩阵”)101，开关矩阵101包括可以选择性地操作成连接(例如，电耦合)输入104和输出106的多个开关元件102。例如，在所说明的实施例中，拓扑结构100包括6x6圆柱形矩阵拓扑结构，该拓扑结构包括六个输入104(0-5)和六个输出106(0-5)。任何的输入104都可以经开关元件102连接到任何的输出106。每个输入104都可以选择性地连接到一个输出106。在一些实施例中，在任何给定的时间，每个输入104连接到不同的输出106，使得没有两个输入连接到相同的输出。矩阵101可以包括相同数目的输入和输出。虽然矩阵100可以说明为6x6矩阵，以试图简化本文所提供的讨论，但是应当认识到，圆柱形开关拓扑结构100可以包括具有各种数目的输入和输出的更大或更小的矩阵(例如，9x9、8x8、4x4等)。
在一些实施例中，输入104和输出106可以提供信号出入开关矩阵101的路由。例如，在所说明的实施例中，输入104可以提供将输入信号提供到开关矩阵101中的路径，该信号可以经开关矩阵101路由，使得被路由的信号经输入106离开开关矩阵101。
在一些实施例中，开关元件可以包括多维开关元件。例如，每个开关元件可以包括2x2开关元件、4x4开关元件、8x8开关元件，等等。在所说明的实施例中，每个开关元件102包括2x2开关元件。例如，每个开关元件102包括两个输入(例如，输入端子)和两个输出(例如，输出端子)。如以下在图6和7中所描述的，通过在每个开关元件位置102处采用更大维度的开关元件(例如，4x4和8x8)和/或采用多个2x2开关元件以有效地提供更大维度开关元件的功能(例如，多线信号路由)，信号对/集合可以以基本相似的方式路由。而且，在各种实施例中，除了NxN开关外，开关元件还可以用作也可以被称为1x2开关元件的单刀双掷(SPDT)、多路复用器(例如，4x1、16x1等)、衰减器部分、或者其它开关配置(例如，2x3等)。
在一些实施例中，每个开关元件102经互连107耦合到另一个开关元件102。互连107可以包括在两个元件/部件之间提供电信号路由的传导路径。例如，互连107可以包括位于印制配线板(PWB)(或者印制电路板(PCB))上的传导(例如，金属)迹线。如所绘出的，互连107可以将一个开关元件102的输出108(例如，输出端子)耦合到另一个开关元件102的输入109(例如，输入端子)。互连还可以提供成将输入104耦合到开关元件102的输入109和/或将输出106耦合到开关元件102的输出108。在其它实施例中，互连可以是作为给定开关元件的部分的输入/输出迹线，使得可以不需要继电器来连接各种开关元件。
在一些实施例中，开关矩阵101可以包括无缝地将矩阵绕回到自身的互连107。每个开关元件的所有输入和输出都可以耦合到输入104、输出106或者其它开关元件的其它对应的输出或输入。例如，如在所说明的实施例中绘出的，从位于开关矩阵101的顶端边缘/行的开关元件102延伸的每个互连107包括部分110a-110e，这些部分110a-110e可以耦合到位于开关矩阵101的底部边缘/行(例如，位于开关矩阵101的与顶端行物理相对的边缘上)的开关元件102的对等部分112a-112e。每个部分110a-110e可以分别经在每个部分110a-110e与对应的部分112a-112e之间延伸的缠绕(wrapping)互连114而耦合到对应的部分112a-112e。例如，在所说明的实施例中，部分110a经缠绕互连部分114a耦合到部分112a。如所绘出的，可以提供相似的缠绕互连部分114b-114d，用于分别将每个部分110b-110e连接到部分112b-112e。
用于互连107和/或缠绕互连部分的迹线/路径可以以避免迹线/路径彼此冲突/短路/阻塞的任何方式路由。在一些实施例中，缠绕互连部分(例如，部分114a)可以包括在PWB的除包含互连107的平面之外的平面内提供的迹线。例如，缠绕互连部分可以位于PWB的后侧/面或者在其一个或多个内部层中，其中PWB具有设置在其前侧/面上的开关矩阵101、互连107和/或开关元件102。类似地，当互连107设置在PWB的层中时，互连部分可以位于PWB的后或前侧/面或者位于其一个或多个其它内部层中。
开关矩阵101可以具有拓扑结构，使得它可以物理地在圆柱形/管型PWB上布局，使得开关元件102的顶端行和底部行彼此相邻(例如，在沿着圆柱形延伸的接缝处)，并且利用具有路径的互连彼此耦合，其中所述路径类似于用于位于开关矩阵101的中心区域的开关元件102的路径。即，开关矩阵101的圆柱形拓扑结构使开关矩阵101能够采用圆柱形的物理形状，使得部分110a-110d直接彼此耦合(使得不需要缠绕互连(例如，114a-114d)。输入104和输出106可以位于圆柱形相对的端。
开关矩阵101可以包括足够多的开关元件，使得任何输入都可以被路由到任何输出。在所说明的实施例中，6x6开关矩阵101包括十五个2x2开关元件。应当指出，在其它实施例中(例如，在紧凑排序网络风格的矩阵中)，完全的6x6矩阵可以只包括十二个2x2开关元件。在一些实施例中，每个2x2开关元件可以包括单个2-Form-C继电器或者两个1-Form-C继电器，相当于总数为十五个2-Form-C继电器或者三十个1-Form-C继电器。应当指出，常规的6x6交叉点矩阵(常常对RF开关采用)可以需要七十个1-Form-C继电器。因而，开关矩阵101可以显著减少继电器的数目(例如，继电器的成本)大约50％或者更多。4x4圆柱形开关矩阵101可以包括六个2x2开关元件，并且8x8圆柱形开关矩阵101可以包括二十八个2x2开关元件。8x8紧凑排序网络风格的矩阵可以只包括16个2x2开关元件。在一些实施例中，开关元件102可以包括各种形式，诸如在本文图8-24中所绘出和描述的开关元件。
在一些实施例中，可以提供最小数目的开关元件来使任何输入能够路由到任何输出。但是，在一些情况下，阻塞状况会发生，使得两条路径彼此冲突，由此不允许特定的一个或多个输入同时到达特定的一个或多个输出。在一些实施例中，可以提供附加的开关元件(例如，多于最小数目的开关元件，以便使任何输入都能够路由到任何输出)，以减少或消除阻塞状况发生的可能性。因而，这种附加的开关元件可以确保信号可以同时从任何输入路由到任何输出目的地。例如，通过附加开关元件的使用，多个/冗余的通路可以在给定的输入和给定的输出之间存在，使得在一条可能的通路被阻塞(例如，被将另一个输入连接到另一个输出的另一条路径使用)的情况下，信号可以在冗余通路上路由。在一些实施例中，阻塞状况可以由不起作用的开关机构(例如，陷在给定状态/位置的继电器/开关元件)造成。因而，冗余通路可以用来绕过(around)有问题或不起作用的开关机构来路由信号。
图1B是说明根据本技术的一个或多个实施例的通过圆柱形矩阵开关拓扑结构100的示例性路径的图。例如，第一示例性路径116a可以将输入0连接到输出2。如所绘出的，信号可以从输入0路由到开关矩阵101中，路由/交换通过前两个开关元件当中每一个的第一输入和第二输出，直接路由通过第三、第四和第五开关元件当中每一个的相应的输入和对应的输出，并且在输出2离开开关矩阵101。
第二示例性路径116b可以将输入2连接到输出4。如所绘出的，信号可以在路径116b上从输入5路由到开关矩阵101中。如所绘出的，信号可以直接路由通过第一开关元件，该信号可以从第二和第三开关元件当中每一个的第二输入路由/交换到其第一输出，经缠绕互连部分114c从第三开关元件的第一输出路由到第四开关元件的第二输入，从第四开关元件的第二输入路由/交换到其第一输出，直接路由通过第五开关元件，并且在输出5处离开开关矩阵101。
第三示例性路径116c可以将输入4连接到输出3。如所绘出的，信号可以在路径116c上从输入4路由到开关矩阵101中，直接路由通过五个开关元件当中的每一个，在输出4处离开开关矩阵101。
在所说明的实施例中，第四示例性路径116d包括可以是路径116c的冗余的路径。即，路径116d可以使与由路径116c提供的相同输入和输出彼此连接。示例性路径116d可以包括路径116c的一个或多个部分以及一个或多个附加的(冗余)通路部分，如由虚线指示的。如所绘出的，信号可以在路径116d上从输入4路由到开关矩阵101中，直接通过第一开关元件，路由/交换通过第二开关元件、直接路由通过第三开关元件，路由/交换通过第四开关元件，并且直接路由通过第五开关元件，在输出4处离开开关矩阵101。因而，如果路径116c的第三开关元件被设置成交换信号、而不是直通路由信号，则开关矩阵101可以在输入4和输出3之间的冗余路径116d(例如，而不是路径116c)上路由信号。当路径116c的第三开关元件有缺陷(例如，陷在交换状态)时，类似的路由可以发生。值得一提的是，第一、第二和第三或第四路径116a、116b、116c或116d可以同时提供。
图1C是说明根据一个或多个实施例的圆柱形矩阵开关系统117的图。圆柱形矩阵开关系统117实现在PWB 120上提供的开关矩阵119(对应于开关矩阵101和拓扑结构100)。开关矩阵系统117包括开关元件102、输入104、输出106以及互连107。PWB 120可以例如利用从层压到非传导基板上的铜片蚀刻出的传导通路、轨道或迹线来提供机械支撑和电耦合电子部件。在一些实施例中，开关元件102可以耦合到PWB 120。例如，在所说明的实施例中，开关元件102可以在PWB 120的顶部/前表面120a上提供。开关元件可以经在PWB 120的层上或层内提供的互连(例如，迹线和/或通孔)107彼此耦合，如以上在图1A讨论的。在一些实施例中，开关元件102可以耦合到PWB 120的前和/或后侧。例如，两个1-Form-C继电器可以在PWB120的相同或相对侧上在每个开关元件102的位置处或者其附近使用。在其它实施例中，当开关元件在PWB内时，继电器可以不需要或者数量和尺寸可以大大减小。在一些实施例中，类似于以上所述的那些，缠绕互连部分114a-114d可以在PWB的除包含互连107的平面之外的平面中提供。例如，互连部分114a-114d可以位于PWB 120的后侧/面上或者在其一个或多个内部层内。输入104和/或输出106可以包括微同轴(MCX)连接器、Bayonet Neill-Concelman(BNC)连接器、超小型(SMA/SMB)连接器，等等。
在一些实施例中，通过开关矩阵101和/或119的全部路径都可以具有基本上相同或一致的电气长度和时间延迟。另外，开关矩阵101可以启用PWB上信号迹线的物理路由，而不会使信号彼此交叉。因而，PWB布局可以简化，因为开关元件之间基本上所有信号迹线都可以在单个PWB层之上/其中提供，只有缠绕互连部分必须在单独的PWB层之上/其中提供。而且，如本文所描述的，各种2x2开关元件102可以在开关元件102的任一状态下提供基本上少残端(stub-less)的连续路径(例如，没有传导端部分支到死端中的路径)，由此减少开关矩阵101中带残端的路径并且提供通过开关矩阵101和圆柱形矩阵开关拓扑结构100的相对少残端的信号路径。
在一些实施例中，附加的继电器可以添加到本文所描述的开关矩阵拓扑结构，以便在本文所绘出和描述的一个或多个输入/输出和相应的开关矩阵之间提供断开。例如，可以添加附加的继电器，以提供一个或多个输入104/输出106和圆柱形矩阵开关拓扑结构100的开关矩阵101之间的断开。在一些实施例中，至少一个继电器可以添加到一些或全部的输入104和输出106。例如，1-Form-C继电器可以添加在输入104的节点(0-7)和输出106的节点(0-7)当中的一些或全部，使得每个输入104和每个输出106都可以从开关矩阵101电气断开。继电器可以操作成选择性地连接或断开每个输入104和输出106与开关矩阵101。附加的继电器可以以类似的方式添加，以便在本文所绘出和描述的一个或多个输入104/输出106和开关矩阵之间提供断开。
在一些实施例中，一条或多条冗余路径可以从相应的开关矩阵去除或者添加到其。例如，一个或多个开关元件可以从圆柱形矩阵开关拓扑结构100的开关矩阵101去除，以减少冗余通路的数目。去除一条或多条冗余路径可以使得能够使用更少数目的开关元件，由此降低开关矩阵的成本和布局的复杂性。一个或多个开关元件可以添加到圆柱形矩阵开关拓扑结构100的开关矩阵101，以增加冗余通路的数目。添加一条或多条冗余路径可以提供附加的冗余路径，由此帮助防止阻塞状况。开关元件可以以类似的方式去除/添加到本文所绘出和描述的开关矩阵。在一些实施例中，最小数目的继电器可以被用来使每个输入104能够耦合到每个输出106，如上面所描述的。但是，在一条或多条冗余路径被消除时，应当认识到，如果两个或更多个信号要同时在单独的路径上路由，则阻塞状况更有可能发生。
在一些实施例中，采用2x2开关元件的开关矩阵拓扑结构可以被建模为排序网络，或者以别的方式与排序网络关联。例如，开关矩阵可以利用网络符号表示来建模，其中建模的开关矩阵的多个开关输入对应于排序网络的数值输入，建模的开关矩阵的多个开关输出对应于排序网络的数值输出，并且建模的开关矩阵的2x2开关元件对应于排序网络的比较器。图1D是根据一个或多个实施例的、对应于图1A-1C的6x6圆柱形开关矩阵拓扑结构100的排序网络符号模型122。排序网络符号模型122包括对应于排序网络的比较器的连接器124(例如，垂直线)和对应于比较器之间的路径的配线126(例如，水平线)。关于开关矩阵，连接器124可以对应于开关元件102，配线126可以对应于开关元件之间的互连107(例如，路径/迹线)。应当指出，在其中开关元件至少部分地在PWB中实现的一些实施例中，配线126、连接器124和互连107的数目和长度可以大大减小和/或消除。如以下更详细描述的，将开关矩阵拓扑结构建模为排序矩阵可以用来设计开关矩阵布局(例如，确定所需的最小数目的开关元件和互连的对应布局，以提供任何输入集合到任何相应的输出集合的同时路由)。另外，利用排序矩阵模型，排序算法/例程可以被执行，以确定路径应当如何路由以便在使用期间提供输入和输出之间期望的连接(例如，比较器/连接器124的提供从输入到输出的期望排序的状态可以用来提供对应的路由)。用对应的排序网络拓扑结构来实现开关矩阵的建模的技术在以下更详细地描述。
图2A是说明根据本技术的一个或多个实施例的A-型排序网络矩阵开关拓扑结构100’的图。A-型排序网络矩阵开关拓扑结构100’包括开关矩阵101’，开关矩阵101’包括可以选择性地操作成连接输入104和输出106的多个开关元件102。在所说明的实施例中，拓扑结构100’包括4x4A-型矩阵开关拓扑结构，包括四个输入104(0-3)和四个输出106(0-3)。值得一提的是，开关元件102被标记为102a-102e，以便使得能够标识图2A和图2B的对应开关元件并且使随后与以下关于图2C所讨论的用于排序网络建模的示例性技术相关联的关于通过开关元件的具体路由的讨论清晰。在一些实施例中，任何的输入104都可以经开关元件102连接到任何的输出106。每个输入104可以选择性地连接到一个输出106。在一些实施例中，在任何给定的时间，每个输入104连接到不同的输出106，使得没有两个输入连接到相同的输出。拓扑结构100’可以包括相同数目的输入和输出。虽然A-型矩阵开关拓扑结构矩阵100’被说明为4x4矩阵，但是A-型矩阵开关拓扑结构100’可以包括具有对应数目的输入和输出的任何尺寸的矩阵(例如，5x5、6x6、8x8、9x9等)。其它实施例可以包括不具有对应数目的输入和输出(例如，4x12)的矩阵。
信号可以以与以上关于1A、1B和1C的圆柱形拓扑结构100所描述的类似的方式被路由通过具有A-型拓扑结构100’的开关矩阵。例如，信号可以从输入0直接路由通过开关元件102a和102b到达输出0。信号可以从输入1直接路由通过开关元件102a和102d并且在元件102e处被交换到输出1。
图2B是说明根据本技术的一个或多个实施例的4x4A-型矩阵开关系统117’的图。4x4A-型矩阵开关系统117’实现在PWB 120上提供的开关矩阵119’(对应于开关矩阵101’)。开关系统117’包括开关元件102、输入104、输出106以及互连107。开关系统117’可以包括与上述开关系统117的相似的特征部。例如，互连可以设置于PWB 120的面上或者层内。图2C是根据一个或多个实施例的对应于图2A和2B的4x4A-型矩阵开关拓扑结构100’的排序网络符号模型122’。
在一些实施例中，通过开关矩阵101’和/或119’的所有路径都可以具有基本上相同或一致的电气长度和时间延迟。如以下更详细描述的，各种2x2开关元件102可以在开关元件102的任一状态下提供基本上少残端的连续路径(例如，没有传导端部分支到死端的路径)，由此减少开关矩阵101’中带残端的路径并且提供通过开关矩阵101’和拓扑结构100’的相对少残端的信号路径。2x2开关元件102中的一些或全部可以是其它类型的开关元件，诸如1x2开关元件(SPDT)、1x4开关元件、4x4开关元件、8x8开关元件，等等。通过在每个开关元件位置102处采用更大维度的开关元件(例如，4x4和8x8)和/或采用多个2x2开关元件以有效地提供更大维度开关元件的功能(例如，多线信号路由)，信号对/集合可以以基本相似的方式路由。
图3A是说明根据一个或多个实施例的J-型矩阵开关拓扑结构100”的图。J-型矩阵开关拓扑结构100”包括开关矩阵101”，开关矩阵101”包括可以选择性地操作成连接输入104和输出106的多个开关元件102。在所说明的实施例中，拓扑结构100”包括6x6J-型矩阵开关拓扑结构，包括六个输入104(0-5)和六个输出106(0-5)。J-型矩阵开关拓扑结构100”可以类似于圆柱形开关拓扑结构100，但没有开关元件的上和下行之间的缠绕互连。互连107可以从开关元件的上和下行上的相邻开关元件的相应输入和输出延伸。之前在拓扑结构100的某些位置提供的继电器(例如，图1A的底部行的两个继电器)可以移动到拓扑结构100”中的其它位置(例如，位于图3A的右列的两个继电器)，以提供期望的信号连接性/路由。这种设计可以减少开关布局的复杂性。值得一提的是，开关元件102可以在相邻的开关元件之间提供，使得之间没有互连彼此交叉。例如，没有互连交叉的拓扑结构100”可以与图2A和2B的拓扑结构100’进行比较，其中图2A和2B的拓扑结构100’所包括的开关元件102a和102d之间的互连与开关元件102b和102c之间的互连交叉。在一些实施例中，任何的输入104都可以经开关元件102连接到任何的输出106。每个输入104可以选择性地连接到一个输出106。在一些实施例中，在任何给定的时间，每个输入104连接到不同的输出106，使得没有两个输入连接到相同的输出。拓扑结构100”可以包括相同数目的输入和输出。虽然J-型矩阵开关拓扑结构矩阵100”说明为6x6矩阵，但是J-型矩阵开关拓扑结构100”可以包括具有对应数目的输入和输出的任何尺寸的矩阵(例如，4x4、5x5、8x8、9x9等)。
以类似于关于拓扑结构100和100’以及图1B所描述的方式，信号可以路由通过具有J-型矩阵开关拓扑结构100”的开关矩阵。例如，信号可以从输入0直接路由通过三个开关元件102到达输出0。信号可以从输入1直接路由通过五个开关元件102并且在第六个开关元件102处交换到达输出2。
图3B是说明根据一个或多个实施例的6x6J型矩阵开关系统117”的图。6x6J-型矩阵开关系统117”实现在PWB 120上提供的开关矩阵119”(对应于开关矩阵101”)。开关系统117”包括开关元件102、输入104、输出106以及互连107。开关系统117”可以包括与上述开关系统117相似的特征部。例如，互连可以设置于PWB120的面上或者层内。图3C是根据本技术的一个或多个实施例的、对应于图3A和3B的6x6J-型矩阵开关拓扑结构100”的排序网络符号模型122”。
在一些实施例中，通过开关矩阵101”和/或119”的所有路径都可以具有基本上相同或一致的电气长度和时间延迟。如以下更详细描述的，各种2x2开关元件102可以在开关元件102的任一状态下提供基本上少残端的连续路径(例如，没有传导端部分支到死端的路径)，由此减少开关矩阵101”中带残端的路径并且提供通过开关矩阵101”和拓扑结构100”的相对少残端的信号路径。2x2开关元件102中的一些或全部可以是其它类型的开关元件，诸如1x2开关元件(SPDT)、1x4开关元件、4x4开关元件、8x8开关元件，等等。通过在每个开关元件位置102处采用更大维度的开关元件(例如，4x4和8x8)和/或采用多个2x2开关元件以有效地提供更大维度开关元件的功能(例如，多线信号路由)，信号对/集合可以以基本相似的方式路由。
图4是说明根据一个或多个实施例的多路复用器-矩阵-多路复用器(Mux-Mat-Mux)开关拓扑结构200的示意图。在所说明的实施例中，Mux-Mat-Mux开关拓扑结构200包括4x4开关矩阵，该开关矩阵包括耦合到输入104的多路复用器204的第一集合、耦合到输出106的多路复用器206的第二集合、以及包括四个2x2开关元件102的矩阵202。在一些实施例中，每条路径包括唯一的通路。即，从给定的输入到给定的输出只有一条可能的路径来路由信号。例如，从输入0路由到输出2的信号可以通过多路复用器204a路由到上端节点，如所绘出的，路由到耦合到该上端节点的开关元件102的第一输入，该信号可以路由到给定开关元件102的第二输出(例如，被交换)并且经多路复用器206a的上端节点路由到输出2，如所绘出的。类似的唯一通路可以提供输入104(0-3)和输出106(0-3)的每种组合。
其它实施例可以包括其它尺寸的矩阵，包括例如6x6开关矩阵、4x8矩形开关矩阵、4x16矩形开关矩阵，等等。虽然所绘出的矩阵202包括开关元件102的4x4集合，但是矩阵202可以包括其它数目的开关元件，以提供期望的信号连接性/路由。例如，矩阵202可以包括开关元件102的8x8集合。虽然所绘出的多路复用器204包括1x2多路复用器，但是任何尺寸的多路复用器都可以用来提供期望的信号连接性/路由。2x2开关元件102当中的一些或全部可以是其它类型的开关元件，诸如4x4开关元件、8x8开关元件，等等。通过在每个开关元件位置102处采用更大维度的开关元件(例如，4x4和8x8)和/或采用多个2x2开关元件以有效地提供更大维度开关元件的功能(例如，多线信号路由)，信号对/集合可以以基本相似的方式路由。在各种实施例中，多路复用器204可以实现为所公开的一种开关元件，如PWB内部的微波开关。
在一些实施例中，采用2x2开关元件的开关矩阵拓扑结构和/或开关系统可以建模为排序矩阵/网络。例如，开关矩阵可以利用网络符号表示来建模。在开关的设计期间，开关矩阵拓扑结构可以基于排序网络布局来建模，以确定所需的最小数目的开关元件和互连的对应布局，以提供期望的开关路由。例如，按排序网络建模的开关可以提供用于输入的任何集合到相应输出的任何集合的同时路由的路径。此外，利用排序矩阵模型，排序算法/例程可以被执行，以确定路径应当如何路由来在使用期间提供输入和输出之间的期望的连接。
如以上所讨论的，图2C是根据本技术的一个或多个实施例的排序网络符号模型122’。排序网络符号模型122’包括每个都对应于排序网络的两输入排序元件(例如，比较器)的连接器124(例如，垂直线)和对应于比较器之间的路径的配线126(例如，水平线)。配线终止到输入端子中，用于提供/输入可排序元素的“未排序”的列表，并且在相对的端部终止到输出端子中，用于提供/输出可排序元素的“排序”的列表。排序可以在应用对应于网络排序模型的排序算法时发生。两输入排序元件或比较器可以关于由此接收的两个输入提供比较-交换操作。关于实现2x2开关元件的开关矩阵，连接器124可以对应于开关元件102，配线126可以对应于2x2开关元件之间的互连107(例如，路径/迹线)。排序网络符号模型122’可以对应于图2A的4x4开关矩阵拓扑结构100’和图2B的矩阵开关系统117’。
例如，在所说明的实施例中，每个连接器(垂直边缘124a-124e)代表相应的一个开关元件102a-102e。注意，模型122’的配线(水平线/边缘)不必定对应于PWB 120上矩阵开关系统117’的连续迹线/互连。在一些实施例中，网络排序技术、利用排序网络符号的开关建模以及与其相关的操作可以经在计算机(诸如以下讨论的计算机系统2500)上提供的网络排序模块来提供。
当被实现时，排序网络可以将在输入处提供的可排序元素排序成在输出处提供的顺序次序(例如，升序或降序)。例如，通过网络排序约定，每个元件可以将输出排序成顺序次序(例如，最大数字到底部的升序)，如由从模型122’的顶部到底部作为0、1、2和3列出的输出106所表示的。输入104可以包括通道数字的任何集合，如由从模型122’的顶部到底部作为3、0、1和2标记出的输入104所表示的，这些数字指示每个相应输入的目的地。例如，第一/顶端输入(标记为3)要路由到输出3，第二输入(标记为0)要路由到输出0，第三输入(标记为1)要路由到输出1并且第四输入(标记为2)要路由到输出2。在每条垂直边缘的端部所列出的数字指示要排序的元素(例如，数字)理论上如何从输入到输出蜿蜒通过排序网络。值得一提的是，通过排序网络的路径可以像信号在通过具有迹线和2x2开关元件的开关时的路径，其中迹线和2x2开关元件对应于排序网络模型的线和连接器。
基于对输入元素(例如，数字)从输入到经排序的输出的路径进行跟踪的能力，排序可以用来确定每个比较器的状态，并且因此确定对应于开关矩阵拓扑结构的每个2x2开关元件的状态，以实现沿着与被排序元素的路由相同的路径的信号路由。例如，当用户期望将第一输入路由到最后一个/第四输出(标记为3)时，已知了排序网络将生成从第一输入到最后一个/第四输出的路径，用户可以将数字“3”与第一输入关联(例如，将数字“3”放在第一输入处)，并将数字“0”、“1”和“2”放在其它输入处。即，当用户期望将信号从给定输入路由到给定输出时，用户可以简单地在网络排序模型的给定输入提供指示最后输出的可排序元素(例如，数字、字母、符号等)，并且实现排序例程，该排序例程将把该元素指引到所期望的输出并且观察该元素从输入到输出通过排序网络模型的路径。所观察到的路径对应于通过开关矩阵的信号路径。因而，当路径穿过连接器时，对应于该连接器的开关元件可以以交换状态提供，并且当路径不是穿过连接器时，对应于该连接器的开关元件可以以通过/非交换状态提供，使得信号在该相应的开关元件处不交换。
如关于图2C的模型122’中的粗体元素路径128所观察到的，标记为3的元素输入到第一条线126(如由输入标记“3”指示的)、穿过连接器124a到达第二条线124(如由在连接器124a的节点处的“0”和“3”的交换位置所指示的)，在第二条线124a上被指引到连接器124d，穿过连接器124d到达第四条线126(如由在连接器124d的节点处的“2”和“3”的交换位置所指示的)并且被指引到最后的输出(如由输出标记“3”所指示的)。基于对元素“3”的排序和路径，开关元件102a(对应于连接器124a)可以在交换信号的状态下工作并且开关元件102d(对应于连接器124d)可以在交换信号的状态下工作。如所绘出的，类似的排序可以为输入到排序网络模型122’的每个元素提供，由此提供每个输入和与在每个输入处提供的元素对应的输出之间的可观察的路径。因而，每个2x2开关元件的状态可以基于作为排序的结果所观察到的排序网络模型的对应连接器的状态来确定。例如，开关元件102b可以操作成直通信号(如由在连接器124b的节点处的“0”和“1”的非交换位置所指示的)，开关元件102c可以操作成直通信号(如由在连接器124c的节点处的“1”和“2”的非交换位置所指示的)，并且开关元件102e可以操作成交换信号(如由在连接器124e的节点处的“1”和“2”的交换位置所指示的)。通过将开关拓扑结构100’和开关系统117’的开关元件设置成这些状态，信号可以被路由，使得输入0连接到输出3，输入1连接到输出0，输入2连接到输出1，并且输入3连接到输出2。因而，路由技术包括提供/识别对应于开关矩阵的布局的排序网络模型，为每个输入提供期望的输出位置的指示，利用排序网络模型实现排序例程，识别/确定排序网络的连接器/比较器的作为结果的状况，并且将开关矩阵的开关元件配置为对应于所识别出/确定的连接器/比较器的状况的状态。
虽然以上实施例涉及4x4矩阵的网络模型及与其相关的技术，但是其它实施例可以包括各种尺寸和配置的矩阵。例如，类似的技术可以用于各种尺寸的具有圆柱形矩阵拓扑结构和J-型矩阵开关拓扑结构的开关，诸如关于图1A-1D和3A-C所描述的那些。另外，各种形式的网络排序模型可以用来设计开关拓扑结构。例如，图5是根据本技术的一个或多个实施例的9x9开关矩阵拓扑结构的网络符号模型122”’。在一些实施例中，可以设计并实现包括经互连和2x2开关元件耦合的对应的输入和输出的矩阵开关，其中2x2开关元件对应于每个绘出的连接器124。实施例可以采用任何形式的可以按可预测的次序(例如，升序或降序)来排序的可排序元素(例如，数字、字母、符号等)。其它实施例可以包括实现由各种网络排序技术提供的模型和方法。例如，开关可以对应于网络排序拓扑结构，包括但不限于Bose-Nelson排序、Hibbard排序、Batcher排序、END排序、插入排序、双调排序、奇偶合并排序、Shell排序、换位排序、按对排序、冒泡排序、选择排序、或者它们的任何组合。
图6是说明根据一个或多个实施例的多线开关矩阵拓扑结构100”’的示意图。在所说明的实施例中，矩阵拓扑结构101”’包括八个输入104和八个输出106，但是逻辑上仍然是4x4开关矩阵。每个开关元件102包括四个输入和四个输出，但逻辑上仍然是2x2开关元件。在一些实施例中，出于功能的原因(例如，它们代表电信号的正和负极)，每对输入总是一起路由。在使用期间，每个开关元件102可以直通路由信号对，或者可以交换信号对。因而，在一些实施例中，开关矩阵拓扑结构101”’的开关元件102可以操作成在使用期间使得输入对可以路由到对应的输出对。信号对的每个信号的路线/路径可以相同或基本相似。例如，提供到相应的一对输入(0a，0b)的一对信号可以每个都被路由直通第一开关元件，在第二开关元件处交换路径，并且被路由直通第三开关元件，使得这对信号都经基本相同的路线被路由到输出对(1a，1b)。
在所说明的实施例中，拓扑结构100”’包括类似于关于图2A-2C所描述的A-型矩阵拓扑结构100’的多线A-型拓扑结构。值得一提的是，这种多线拓扑结构可以本质上包括两个或更多个彼此“叠加”的拓扑结构。例如，两个2x2开关元件可以在开关元件102的每个位置处提供，以提供拓扑结构100”’的2-线开关元件功能。类似的技术可以对本文所描述的每种开关拓扑结构(例如，圆柱形、J-型、Mux-Mat-Mux等)采用。例如，二-线或八-线圆柱形矩阵开关拓扑结构可以通过在开关元件102的每个位置处提供相应的2-线或8-线开关元件并且在它们之间提供对应的传导路径来提供。
值得一提的是，多线开关矩阵可以以类似于以上所描述的方式建模为网络排序符号模型、被制造和采用。例如，排序网络符号模型可以以类似于以上关于拓扑结构100’所描述的方式以及以上至少关于图2A-C所描述的相关联的方法被应用到拓扑结构100”’。
在所说明的实施例中，拓扑结构100””包括类似于关于图2A-2C所描述的A-型矩阵拓扑结构100’的A-型矩阵拓扑结构但是具有增加的通道计数。值得一提的是，这种扩展的拓扑结构可以本质上包括两个或更多个嵌套在彼此中的拓扑结构。例如，8x8矩阵的任何拓扑结构都可以在开关元件102的每个位置处提供，以提供拓扑结构100””的16x16开关功能。类似的技术可以对本文所描述的每种开关拓扑结构(例如，圆柱形、J-型、Mux-Mat-Mux等)采用。例如，16x16圆柱形矩阵开关拓扑结构可以通过在开关元件102的每个位置处提供相应的8x8开关元件并且在它们之间提供对应的传导路径来提供。
虽然本文已经关于包括2x2开关元件的开关矩阵描述了几种实施例，但是其它实施例可以采用相同或相似的拓扑结构来通过使用不同数目和类型的开关元件而路由增加数目的信号。例如，一个或多个多维(例如，4x4、8x8、…、nxn)开关元件可以用来路由增加数目的信号。图7是说明根据本技术的一个或多个实施例的包括8x8开关元件的开关矩阵的示意图。在所说明的实施例中，矩阵拓扑结构101””包括十六个输入104和十六个输出106。每个开关元件102包括八个输入和八个输出(例如，8x8开关元件)并且功能上是独立的8x8开关矩阵或排序网络。在使用期间，每个开关元件102可以将其任何输入信号路由到其任何输出信号。例如，在图7中，一半的输入(0、1、2、3、4、5、6、7)可以应用到将它们排成降序的第一开关元件。那些排序信号中较小值(上面)的四个将传递到第二开关元件并且与来自另一半输入(8、9、10、11、12、13、14、15)的较小值(上面)的四个信号组合。第二开关元件将把这八个组合的信号重新排序并且把较小值的四个传递到上面的四个输出(0、1、2、3)，现在很清楚这些是所有十六个输入中较小的四个，并且以正确的降序。值得一提的是，整体排序拓扑结构与图2A中所示的相同，但是更多信号在开关元件之间传递。
与以上所描述的那些相同或相似的开关元件可以在多种多样的方案中用来提供信号的路由。在一些实施例中，例如，2x2开关元件可以结合多路复用器用来提供具有期望的信号连接性/路由的开关。可以在所描述的拓扑结构中使用的一种类型的开关元件包括至少部分地在PWB中实现并且可以被称为MacroMEMS的微波开关。各种示例的MacroMEMS开关在以下的图8-24中描述。虽然以下开关被描述为部分地在PWB中实现，但是本文所描述的开关结构和技术也适用于类似的层压材料。
图8-11说明了各种示例开关元件。转向图8，示出了SPDT开关元件802的顶视图。如所示出的，开关元件802可以包括一条输入迹线和两条输出迹线。在每个输出迹线和输入迹线之间的是相应的接触部806。每个接触部806可以可操作成将输入耦合到相应的一个输出。因而，最左边的接触部806可以可操作成将输入迹线耦合到输出迹线0，而最右边的接触部806可以可操作成将输入迹线耦合到输出迹线1。输入和输出可以被称为固定接触部并且所述多个接触部可以被称为可操作或移动接触部。如本文所使用的，对不带“固定”一词的“多个接触部”或“接触部”本身的使用指可操作或移动接触部。如在804所说明的，气囊(airpocket)可以形成截止波导(waveguide below cutoff)。因而，开关机构可以用包围移动接触部的屏蔽封套来隔开固定接触部。屏蔽封套内的空气或其它电介质形成波导。在一些实施例中，波导可以只传导在其截止频率之上的RF能量。低于截止点，RF能量可以被衰减。可以针对远高于开关的期望操作频率的截止频率来选择波导的宽度。可以选择波导的长度以提供足够的衰减。截止波导结构的这种使用可以最大化在RF或微波(或其它)频率处的关闭状态隔离。它还可以允许移动接触部在关闭时接地。
在一个实施例中，接触部可以由磁性金属或合金制成和/或包括磁性金属或合金。磁性合金可以允许接触部条被外部施加的磁场致动。一种示例磁性合金可以是Kovar(科瓦铁镍钴合金)。在一些实施例中，接触部可以包括贵金属(例如，金)的外涂层。在所示出的实施例中，每个接触部806可以是镀金的Kovar接触部条。对接触部条使用磁性合金可以允许接触部条以比插入的机械部件更严密的容限来蚀刻。在一个实施例中，如本文所描述的，接触部条可以由磁场(例如经磁体、螺线管、线圈等)致动。因为它们由磁场致动，所以不需要用介电致动器臂来穿透屏蔽结构，用介电致动器臂来穿透屏蔽结构会降级隔离。在其它实施例中，接触部条可以不由磁性合金制成并且可以以不同的方式致动，诸如通过使用磁、压电、双金属热(bimetal thermal)或静电方法的单独机构。这种单独的致动器可以连同开关的其它部件一起集成到一个或多个PWB中，或者它可以在一个或多个PWB外部但安装在这一个或多个PWB上(例如，像在以下所描述的螺线管例子中)。
折页808可以配置为在相应的一个接触部、输入迹线和对应的输出迹线之间提供机械稳定性。折页可以由能够处理大量循环(例如，数百万次循环)的耐用材料(例如，Kapton(聚酰亚胺))制成。在刚-柔PWB组件、teflon(聚四氟乙烯)、压电陶瓷等情况下，折页可以是非传导的(例如，Kapton)。在一个实施例中，折页808可以利用柔性或刚-柔PWB技术制造。在各种实施例中，折页可以不是施加致动力或弹簧张力所必需的。可以用于折页的一种示例材料是Kapton。在其它实施例中，折页可以施加致动力或弹簧张力。在一个实施例中，折页808可以在每个接触部的每个远端和近端提供。这种位置可以提供位置控制。而且，接触部条的中心可以用于截止波导804，这可以进一步提供改善的隔离。
在图8中未明确示出但是在图9-24当中的一些图中可以更加明显的是，开关元件可以至少部分地实现在一个或多个PWB中。在具有多个PWB(例如PWB的夹层结构)的实施例中，这一个或多个PWB可以指不同的PWB或者可以指单个PWB中的不同层。在一些实施例中，输入和输出迹线(固定接触部)可以集成到这一个或多个PWB中。在这种实施例中，固定接触部可以集成到PWB的传输线结构中，以帮助最小化RF信号失真以及易于互连到其它开关和/或电路系统。这种集成还可以提供尺寸和成本的降低。在一个实施例中，接触部806和/或折页808也可以集成到这一个或多个PWB中。在其它实施例中，接触部806可以是在PWB外部的机构。使用一个或多个PWB的各种所描述的实现可以减小或去除本文所描述的拓扑结构中对开关元件中和开关元件之间的继电器的需求。
在图8对PWB、气囊和截止波导、接触部和折页的描述对图9-24的开关元件的各种实施例可以是类似的，并且因此这些图的讨论可以不像图8的描述那样详细。而且，图8-24之间的公共特征部的描述可以不关于这些图中的每一个进行描述。
开关元件802可以在不同的状态之间可操作，以提供信号以不同方式通过开关元件的路由。在图8对于SPDT开关元件的例子中，开关元件可以选择性地可操作(例如，磁性地可操作)在第一状态、第二状态和闭合状态下。在第一开关状态下，开关元件802可以将第一输入路由到第一输出(例如，输出迹线0)。在第二开关状态下，开关元件802可以将第一输入路由到第二输出(例如，输出迹线1)。在闭合状态下，哪条路线(第一输入到第一输出或者第一输入到第二输出)都不活动。一个或多个命令/信号可以提供给开关元件802，以设置开关元件802的状态。
图9说明了示例的4x1多路复用器开关元件902。图9所说明的实施例与图8的实施例相似，但有另外2个输出。而且，图9中的布局不是像图8中那样的基本C形(Form-C)设计，而是星形配置。应当指出，图8-24的各种开关元件可以在各种配置中存在而不限于星形和C形。配置可以基于开关元件的输入和输出的数目。再次参考图9，开关元件包括气囊和截止波导904、接触部906和折页908，如在图8所描述的。开关元件902也可以在不同状态之间可操作，以提供信号以不同方式通过开关元件的路由。例如，第一、第二和关闭状态可以类似于在图8所描述的那些状态。另外，开关元件902可以选择地可操作在第三状态和第四状态下。在第三开关状态下，开关元件902可以将第一输入路由到第三输出(例如，输出2)。在第四开关状态下，开关元件902可以将第一输入路由到第四输出(例如，输出3)。
图10和11说明了示例2x2开关元件1002。所说明的例子与图8的例子相似，但有另外一个输入。开关元件1002可以选择性地可操作在第一、第二和关闭状态下，如在图8所描述的。另外，开关元件1002可以可操作在第三和第四状态下。在第三开关状态下，开关元件1002可以将第二输入(例如，输入迹线1)路由到第一输出(例如，输出迹线0)。在第四开关状态下，开关元件1002可以将第二输入路由到第二输出(例如，输出迹线1)。
图11更详细地说明了示例2x2开关元件1102。具体而言，示出了间隔层1110，这在以下说明的截面图中更容易示出。间隔层可以是一个或多个PWB中的单独的PWB或者PWB层。磁致动器1112在图11中示出为蚀刻的Kovar极片。蚀刻的Kovar可以用来形成磁极片，当在操作中时磁极片致动或拉下相应的接触部条。使用这种极片可以允许相对较大的线圈在接触部结构的外部移动。在操作期间，Kovar可以将通量传导到适当的位置以便致动。应当指出，在其它实施例中，致动器可以不在开关的相邻侧，而是可以位于最顶端或最底部的PWB之上和/或下，如将在以下所描述的截面视图中更容易示出的。在还有的其它实施例中，致动器可以不是传导通量的磁致动器，而可以是推式或压电致动器。如所示出的，每个接触部条可以具有对应的磁致动器，使得每个都可单独选择来致动。
在各种实施例中，如在图8-10所描述的，在某一时间只可以致动一个(或者零个)接触部，使得在某一时间只有一条路径是活动的。在其它实施例中，在某一时间可以致动多条路径。例如，第一输入和第一输出之间的接触部可以被致动，以将第一输入耦合到第一输出，同时第二输入和第二输出之间的接触部可以被致动，以将第二输入耦合到第二输出。但是，典型地，多个输出不可以耦合到一起并且多个输入不可以耦合到一起。因而，在图8的示例SPDT中，第一输入不可以同时耦合到两个输出。开关元件102可以选择性地将信号直接(例如“直通”)路由到两个对应的输出，或者可以路由信号使得信号对换(例如“交换”)路径，使得交换后的信号在两个输出中的另一个上输出。因而，在每个2x2开关元件102处，信号可以直通前进，或者可以与其邻居对换/交换位置，由此使信号能够从一个输入104到一个输出106蜿蜒通过开关矩阵。如以下更具体讨论的，虽然路径是关于输入和输出讨论的，以便关于标记为输入(例如输入104)和输出(例如输出106)的输入/输出(I/O)路径/端子提供清晰性和一致性，但是，在一些实施例中，作为结果的传导路径可以用来在任一方向路由信号(例如，从输出到输入或者从输入到输出)。
现在转向图12-17，示出了各种示例开关元件的截面图。图12说明了处于关闭状态的开关元件1202的截面端视图。箭头显示接触部1206可以被致动以与输入/输出迹线1210接触。当接触部1206被致动以与输入/输出迹线1210进行接触时，折页1208可以同样地可操作，以便利于这种接触。所说明的实施例包括三个PWB或PWB层。PWB 1214是支撑层，PWB1216是间隔层，并且PWB 1218包括RF电介质1221并可以被称为母板。气囊1209在折页1208和支撑层1214之间的区域中说明。还示出了地平面1212，其可以通过通孔1222连接。在一些实施例中，地平面1212可以被电镀，例如镀金。
图13说明了示出为处于开启状态(例如，如上面所描述的第一、第二、第三或第四状态)的开关元件1302的截面侧视图。如所示出的，在开启状态下，接触部条1308可以耦合到输入迹线1310和输出迹线1312，这可以允许输入到输入1310的信号经从输入1310到输出1312的路径来路由。
图14是示出为处于开启状态的开关元件1402的截面侧视图。如所示出的，开关元件经推杆被致动。螺线管1432可以配置为使推杆1430致动接触部条1406，使得输入耦合到输出迹线1410。
图15是示出为处于关闭状态的使用压电致动的开关元件1502的横面端视图。如所示出的，压电弯梁(bending beam)致动器可以配置为致动接触部条1506以与输入/输出迹线1510接触，并且还充当折页。除非另外指出，否则类似编号的元件可以跨不同的图代表相似的特征部(例如，支撑层1214与支撑层1514类似)。
图16是示出为处于关闭状态的开关元件1602的截面端视图。如所示出的，开关元件1602可以经线圈1670致动。结合线圈1670，磁极片1680可以用来致动接触部1606。在一个实施例中，磁极片1680可以包括Kovar。在图16中还示出了磁体1650，它可以配置为在接触部1606未被线圈1670/磁极片1680致动时将接触部1606保持在关闭状态。磁体1650可以被称为永磁体。
图17是示出为处于开启状态的开关元件1702的截面侧视图。电磁体1760可以耦合到一个或多个PWB并且可以配置为致动接触部1706。如所示出的，在接触部1706的致动期间，磁体1750可以不再将接触部1706保持在不接触输入/输出迹线1710的位置。
图18-19说明了被PWB层隔开的处于放大格式的示例C形开关元件。如所示出的，支撑层1814可以被称为PWB片3或者顶端PWB片。间隔层1816可以被称为PWB片2或者中间PWB片。并且最底部的PWB层可以被称为母板1818或者PWB片1。如所示出的，在一个实施例中，线圈或螺线管1880可以位于这一个或多个PWB的一个或两个最近的边缘上，在图中示出为在片的顶端和底部。在这个例子中示为输出0、输出1和输入的输入和输出迹线可以位于/集成到PWB片1 1818中。而且，如所示出的，接触部1806可以存在于PWB片2 1816中。应当指出，接触部1806可以集成到PWB片2 1816中或者可以简单地耦合到PWB片2 1816。图18绘出了致动接触部1806的弯梁法。接触部1806可以位于弯梁的端部上并且可以被螺线管致动。如所示出的，最右边的接触部条在PWB片2的凹槽中进行接触，使得输出1可以耦合到输入。没有示出的是，磁体可以配置为保持最左边的接触部1806，使得从输入到输出0的路径处于关闭状态。在图18中还示出了折页区域1890。
图19绘出了致动接触部1906的浮动接触部条方法。在这种实施例中，PWB片2 1916包括接触部条囊袋1990。接触部1906可以是适合放入PWB并且可以被线圈1980致动的稀疏镀金铁棒。这种实施例可以产生改善的隔离。
图20-21中的每一个都说明处于关闭和开启模式的示例开关元件。图20示出通过接触部条的端部的截面。图20示出处于关闭(上面位置的虚线圈)状态和处于开启状态(底面位置的实线圈)的接触部条2006。图21说明致动接触部2106的滚动接触部条方法。除接触部杆侧向而不是上下滚动(按照图中所绘出的朝向)之外，图21中所示出的实施例类似于图20的实施例。图21的实施例可以允许仅使用2个PWB，并且允许线圈在PWB的同一侧上。
图22说明处于星形配置的示例开关元件。具体而言，图22说明如本文所描述的示例4x1多路复用器开关元件。类似的配置可以允许不同尺寸(例如6x1、8x1等)的开关元件。而且，各种开关元件可以级联。例如，多个4x1多路复用器开关元件可以级联，以创建16x1多路复用器。可以执行类似的级联，例如，如以上关于2x2或其它NxN开关元件所描述的。在一些实施例中，级联可以包括堆叠多个MacroMEMS。因而，一个多层PWB可以堆叠在另一个PWB顶上，并且这些PWB当中的一个的输出可以作为输入向另一个提供。
图23说明示例2x2开关元件。如本文所描述的，2x2开关元件可以组装成多种多样的拓扑结构，例如紧凑排序网络风格的矩阵。在这种例子中，完全的6x6矩阵可以只使用12个2x2元件。其它尺寸(例如4x8等)的矩阵也可以被创建。
所公开的开关元件可以在除以上所描述的多路复用器和2x2(NxN)开关之外的许多配置中建立和使用。例如，开关元件可以用于自终止、RF衰减器、以及甚至作为自测试开关。作为一个例子，附加的接触部条可以添加到每个通道的端部以连接用于自终止的终端电阻器。作为另一个例子，接触部条可以投放到信号迹线上，作为4-线欧姆自测试算法的一部分。在关闭状态下，接触部条可以设置到(set off to)侧面和地并且对正常操作是不可见的/透明的。因而，在这种例子中，在信号路径中将没有额外的接触部。
开关元件(诸如所公开的使用PWB技术的微波开关)可以比常规开关提供更大的接触部几何结构并且因而提供更大的健壮性和电源处理(例如，防止ESD)，同时还提供减小的尺寸。性能也可以通过将传输线集成到开关中来改进，由此避免从PWB到继电器的过渡延迟。通过去除继电器和半刚性同轴互连，尺寸和成本也可以大大减小。隔离可以至少部分地基于高频率效率来改善。
图24说明操作开关元件的示例方法。虽然为了易于理解而以特定的次序示出了框，但是其它次序也可以使用。在一些实施例中，图24的方法可以包括比所示出的更多(或更少)的框。图24的方法可以使用计算机系统(诸如以下的计算机系统2400)来采用。将会认识到，图24的方法旨在是示例性的，而不是旨在限制本文所描述的技术的范围。方法步骤可以添加、重复、去除、重新布置，等等。图24的方法可以对各种拓扑结构采用，包括具有2x2和/或其它类型的开关元件的那些拓扑结构，如本文所描述的。
在2400，信号可以在至少部分地存在于一个或多个PWB中的开关元件的输入处被接收。这一个或多个PWB可以包括第一输入和多个输出。多个接触部中的第一接触部可以可操作成将第一输入耦合到多个输出中的一个输出。多个接触部中的第二接触部可以可操作成将第一输入耦合到多个输出中的另一个输出。如本文所描述的，其它例子可以包括其它数目的输入和/或输出。因而，另一个接触部可以可操作成将另一个输入耦合到多个输出中的一个输出。在一些实施例中，这一个或多个PWB也可以包括多个接触部。
如在2410所示，可以确定将信号路由到多个输出当中的哪一个。这种确定可以包括识别通过开关的期望的信号连接性/路由。确定/识别期望的信号连接性/路由可以包括识别信号要在它们之间路由的一个或多个输入、输出或端口。例如，关于图9，可以确定第一输入要耦合到第三输出。可以作出类似的确定，以便在本文所描述的任何开关元件的输入、输出和/或端口之间路由。因而，还可以确定需要在相应的输入和输出之间提供路径。
如在2420所说明的，多个接触部当中的接触部可以被致动。致动接触部可以将第一输入耦合到确定的输出，以创建路径。一个或多个命令/信号可以提供给开关元件，以设置开关元件的状态并且致动将确定的输出耦合到第一输入的接触部。
在2430，信号可以经该路径从第一输入路由到所确定的输出。
本文所描述的一些实施例实现NxN(例如，2x2、4x4、8x8等)或NxM(例如，1x4、4x1、2x3、2x4等)开关元件。所描述的2x2开关元件可以包括两个不同的输入和两个不同的输出。在使用期间，开关元件可以在不同的状态之间操作。例如，第一状态可以将第一输入连接到第一输出；第二状态可以将第一输入连接到第二输出；第三状态可以将第二输入连接到第一输出；第四状态可以将第二输入连接到第二输出。在这种实施例中，一次可以有这四种状态之一是活动的，使得只有输入之一可以连接到输出之一。在其它实施例中，多条路径可以同时连接。例如，开关元件可以在两个不同的状态之间操作。第一状态(例如，直通状态或通过状态)将第一输入连接到第一输出并且同时将第二输入连接到第二输出，第二状态(例如，交换状态)将第一输入连接到第二输出并且同时将第二输入连接到第一输出。
虽然路径/端子是关于输入和输出讨论的，以便关于被标记为输入(例如，输入104)和输出(例如，输出106)的输入/输出(I/O)路径/端子提供清晰性和一致性，但是在一些实施例中，作为结果的传导路径可以用来在任一方向中路由信号(例如，从输出到输入或者从输入到输出)。
如本文所描述的，通过在每个开关元件位置102处采用多个2x2或更大的开关元件来有效地提供多线信号路由的功能，信号对/集合可以以基本上相似的方式被路由。2x2开关元件102当中的一些或全部可以是其它类型的开关元件，诸如4x4开关元件、8x8开关元件等，同时仍然保持开关网络的整体拓扑结构(例如，圆柱形、J-型或排序)。如本文所描述的，大得多的多维开关系统可以通过在每个开关元件位置102处采用多维开关元件(例如，4x4和8x8)来创建，每个多维开关元件本身可以是不同的拓扑结构(例如，圆柱形、J-型、排序网络、或者甚至常规的交叉点)，只要它构成有效的NxN开关矩阵就可以。
在一些实施例中，以上所描述技术当中的一些或全部可以经在计算机上执行的应用来实现，该应用便利于与对应的开关/继电器硬件的通信。图25说明了根据本技术的一个或多个实施例的示例性测量/控制系统(“计算机系统”)2500。计算机系统2500可以实现本技术的一个或多个实施例。例如，由计算机系统2500存储并执行的应用模块可以被执行，以实现开关状况的求解和实现、经排序网络建模开关，等等。计算机系统2500可以包括硬件和软件的各种组合，包括可以用来实现各种基于计算机的过程的设备。
在所说明的实施例中，计算机系统2500包括主计算机系统2600。主计算机系统2600可以可操作成执行提供各种计算机相关的功能(诸如用于采用如本文所描述的开关矩阵的那些功能)的计算机程序/例程。例如，用于实现本文所描述的技术的指令可以被由计算机系统的一个或多个模块2501(例如，排序模块)/计算机系统2500的设备(诸如主计算机系统2600)存储并执行。而且，本文所描述的任何开关拓扑结构和相关的技术都可以在系统2500中所提供的开关/继电器模块中实现。主计算机系统2600可以包括诸如中央处理单元(CPU)2502和存储器介质2504的各种部件。存储器介质2504可以包括有形的非暂时计算机可读存储介质，诸如随机存取存储器(RAM)、闪速存储器、硬驱动器和/或CD-ROM等等。存储器介质2504可以具有存储在其上的程序指令，这些指令可执行(例如，由CPU 2502)，以实现一个或多个计算机实现的方法，诸如本文所描述的用于采用开关矩阵的那些方法。在所说明的实施例中，主计算机系统2600包括显示设备(例如，监视器)2506、字母数字输入设备(例如，键盘)2508，以及定向输入设备(例如，鼠标)2510。在一些实施例中，主计算机系统2600可以包括模块化和/或插件板/卡(例如，具有或者商业可用或者专用的硬件)，这些板/卡可以经在计算机主体内部或外部的多个扩展槽来添加。例如，主计算机系统2600可以包括PCI/PCI Express槽和设置于其中的PCI/PCI Express卡。如以下更详细描述的，主计算机系统2600可以连接到一个或多个设备，诸如用于连接到各种数目以及组合的设备的扩展机架(chassis)。在某些实施例中，主计算机系统2600和/或计算机系统2500的其它部分可以经网络——诸如内部网络(例如，局域网(LAN))和/或外部网络(例如，互联网)——连接到一个或多个其它设备。在某些实施例中，主计算机系统2600可以用于各种输入/输出(I/O)功能和处理任务。例如，主计算机系统2600可以用于数据获取(DAQ)(例如，当DAQ数字化板安装在计算机2600或者耦合到计算机2600的设备(诸如机架)中、并且关联的软件在运行时)。
主计算机系统2600可以配置为与计算机系统2500的其它工具/设备连接/通信。在一些实施例中，主计算机系统2600可以与计算机系统2500的一个或多个设备一起操作，以生成并提供数据、获取数据、分析数据。例如，计算机系统可以通信耦合到并控制一个或多个设备2602、过程2504等。在一些实施例中，设备2602可以包括通用串行总线(USB)设备。主计算机系统2600可以与和设备2602或过程2604通信的一个或多个设备一起操作，以执行自动化功能，诸如MMI(人机接口)、SCADA(监控和数据获取)、便携式或分布式数据获取、过程控制、高级分析、或其它数据获取和控制功能。例如，计算机系统2500可以用来实现数据获取和控制应用、测试和测量应用、图像获取和处理应用、机器视觉处理应用、过程控制应用、人机接口应用、仿真应用、硬件在环(hardware in the loop)验证应用、运动控制应用、基于计算机的工具(CBI)应用、信号调节(SCXI)应用，等等。计算机系统2500的一个或多个工具/设备可以包括可编程的硬件元件，其使用FPGA或者处理器和存储器、以及/或者用户代码的一个或多个部分。
计算机系统2500可以包括多种多样的设备。例如，计算机系统2500可以包括模块化的工具设备，诸如由其总部位于德州奥斯汀(Austin)的美国国家仪器公司(NationalInstruments Corporation)制造的测试和测量设备。在一些实施例中，计算机系统2500可以包括基于计算机的工具(CBI)2511，诸如数字万用表(DMM)、示波镜(SCOPE)、射频(RF)设备(例如，上变频器或下变频器)、任意波形发生器(ARB)，等等。计算机系统2500可以包括通用接口总线(GPIB)设备2513，诸如用来经GPIB通信协议与GPIB设备2515(例如示波镜)通信的模块化GPIB卡。计算机系统2500可以包括串行设备2512，诸如用来经串行通信协议与串行设备2514(例如，示波镜)通信的模块化串行卡。计算机系统2500可以包括(PXI)设备2516，诸如具有安装在其中的PXI形状因数模块化设备(例如模块)的PXI机架。计算机系统2500可以包括(VXI/VME)设备2518，诸如具有安装在其中的VXI/VME形状因数模块化设备(例如，VXI/VME控制器/模块)的VXI/VME机架。计算机系统2500可以包括数据获取(DAQ)设备2520，诸如包括用于接收、发送、调节和/或处理信号(例如，数字和模拟信号)的数据输入/输出(I/O)接口的模块化工具。计算机系统2500可以包括可以用来调节和/或路由信号的信号调节(SCXI)设备2522，其中的信号诸如在DAQ设备2520处发送/接收的I/O信号。SCXI设备2522可以包括具有安装在其中的设备2522(例如，具有采用本文所描述的任何一种拓扑结构的继电器/开关矩阵的继电器/开关模块)的机架2524。计算机系统2500可以包括可编程逻辑控制器(PLC)2526，诸如用于机电过程的自动化的PLC。计算机系统2500可以包括分布式I/O模块，诸如场点(fieldpoint)模块2528。计算机系统2500可以包括分布式控制模块，诸如现场总线(fieldbus)模块2530。计算机系统2500可以包括图像获取(IMAQ)系统，诸如模块化IMAQ模块2532和关联的IMAQ设备(例如相机)2534。计算机系统2500可以包括运动控制系统，诸如模块化运动控制器设备2536、电机驱动2538和电机2540。计算机系统2500可以包括任何多种多样的其它设备。虽然有些设备被说明为与机架关联(例如模块)并且有些被说明为独立于机架(例如卡或独立设备)，但是实施例可以包括以模块形状因数提供以容纳在机架中和/或以卡形状因数提供以安装在计算机2600中的所描述设备中的全部或一些。例如，PXI设备2516可以包括容纳模块化CBI设备、GPIB设备、串行设备、SCXI设备、DAQ设备、IMAQ设备、运动设备等的任何组合的PXI机架。例如，可以提供具有继电器/开关矩阵(例如，采用本文所描述的任何一种拓扑结构)的PXI形状因数的开关模块。在一些实施例中，开关元件(诸如本文所描述的一种)可以在容纳于PXI机架中的PXI模块(例如，6x6PXI模块)中所设置的载体上提供。设备还可以以PCI形状因数提供并且安装在计算机2600的PCI槽中。在一些实施例中，计算机系统2600可以包括测试和测量设备，诸如数字万用表(DMM)。在一些实施例中，DMM可以采用本文所讨论的技术来测试耦合到其的开关的继电器。例如，在适当的时候，如以上关于测试例程所描述的，DMM可以用来测量开关的两个通道之间的连接性或电阻。
计算机系统2500可以存储和/或执行用来控制计算机系统2500的操作的一个或多个方面的驱动程序(driver)。例如，当开关模块包括开关系统(例如，开关系统117、117’或117”)时，开关硬件/软件驱动程序应用可以检索或以别的方式将排序网络模型(例如，模型122、122’或122”)与开关硬件关联。
虽然以上已经相当详细地描述了实施例，但是，一旦完全理解了以上的公开内容，各种变体和修改就将对于本领域技术人员变得显而易见。权利要求旨在被解释为涵盖所有此类变体和修改。此外，应当指出，词“可以”贯穿本申请都是在宽松的意义上(例如，有可能，能够)而不是在强制的意义上(例如，必须)使用的。术语“包括”及其派生词意味着“包括，但不限于”。如在本说明书中所使用的，除非内容清楚地另外指出，否则单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数的所指对象。因而，例如，所提及的“一个设备”包括两个或更多个设备的组合。

Claims (19)

1.一种开关元件，至少部分地实现在一个或多个印制配线板PWB内，其中该一个或多个PWB包括一个或多个内部层，所述开关元件包括：
集成到所述一个或多个PWB中的第一输入和多个输出；
耦合到所述一个或多个PWB中的至少一个的一个或多个磁致动器；以及
多个浮动接触部条，其中每一个浮动接触部条被包括在至少一个PWB内部的相应接触部条囊袋中，其中每一个浮动接触部条包括被磁场吸引的磁性金属或合金；
其中通过由所述一个或多个磁致动器中的相应磁致动器的外部施加的磁场对浮动接触部条中的至少一个的致动，所述开关元件选择性地能操作在以下状态下：
第一状态，其中第一输入耦合到所述多个输出中的第一输出，使得输入到第一输入的信号被路由到第一输出，以及
第二状态，其中第一输入耦合到所述多个输出中的第二输出，使得输入到第一输入的信号被路由到第二输出。
2.如权利要求1所述的开关元件，其中输入和所述多个输出通过截止波导结构彼此隔开。
3.如权利要求1所述的开关元件，其中所述多个浮动接触部条中的至少一个被安装在非传导折页上。
4.如权利要求1所述的开关元件，其中一个或多个致动器集成到所述一个或多个PWB中。
5.如权利要求1所述的开关元件，其中一个或多个致动器安装到所述一个或多个PWB的外表面。
6.如权利要求1所述的开关元件，其中所述开关元件是2x2开关元件，其中所述一个或多个PWB还包括第二输入，其中所述开关元件还选择性地能操作在以下状态下：
第三状态，其中第二输入耦合到第一输出，使得输入到第二输入的信号被路由到第一输出，以及
第四状态，其中第二输入耦合到第二输出，使得输入到第二输入的信号被路由到第二输出。
7.如权利要求1所述的开关元件，其中所述开关元件还选择性地能操作在以下状态下：
第三状态，其中第一输入耦合到所述多个输出中的第三输出，使得输入到第一输入的信号被路由到第三输出，及
第四状态，其中第一输入耦合到所述多个输出中的第四输出，使得输入到第一输入的信号被路由到第四输出。
8.如权利要求1所述的开关元件，其中所述一个或多个磁致动器包括一个或多个线圈。
9.如权利要求1所述的开关元件，其中所述一个或多个磁致动器包括多个线圈，其中所述多个线圈设置于所述一个或多个PWB的同侧或相对侧。
10.如权利要求1所述的开关元件，还包括设置于所述一个或多个PWB的第一侧上的多个磁性元件，其中每个磁性元件被配置为将所述多个浮动接触部条中的相应浮动接触部条保持在关闭状态。
11.如权利要求1所述的开关元件，其中所述开关元件的第一输入耦合到另一个开关元件的输出。
12.如权利要求1所述的开关元件，其中所述多个浮动接触部条中的每一个都包括镀贵金属的磁性合金。
13.一种开关系统，包括：
多个开关输入；
多个开关输出；
包括多个2x2开关元件的开关矩阵，被配置为在使用期间选择性地将所述多个开关输入中的一个或多个开关输入耦合到所述多个开关输出中的一个或多个开关输出，以在使用期间提供用于将信号从开关输入中的一个或多个路由到开关输出中的一个或多个的一条或多条路径；
其中每个2x2开关元件包括：
多个浮动接触部条、第一输入、第二输入、第一输出、第二输出以及相应的一个或多个磁致动器；
其中第一输入和第二输入以及第一输出和第二输出至少部分地实现在一个或多个印制配线板PWB内；
其中所述相应的一个或多个磁致动器被耦合到一个或多个PWB中的至少一个；
其中该一个或多个PWB包括一个或多个内部层；
其中所述多个浮动接触部条中的每一个被包括在至少一个PWB内部的相应接触部条囊袋中，其中每一个浮动接触部条包括被磁场吸引的磁性金属或合金并且能操作成将第一输入和第二输入中相应的一个耦合到第一输出和第二输出中相应的一个；
其中通过由所述相应的一个或多个磁致动器的外部施加的磁场对浮动接触部条中的至少一个的致动，2x2开关元件选择性地能操作在以下状态下：
第一状态，其中第一输入耦合到第一输出，使得输入到第一输入的信号被路由到第一输出；
第二状态，其中第一输入耦合到第二输出，使得输入到第一输入的信号被路由到第二输出；
第三状态，其中第二输入耦合到第一输出，使得输入到第二输入的信号被路由到第一输出；以及
第四状态，其中第二输入耦合到第二输出，使得输入到第二输入的信号被路由到第二输出。
14.如权利要求13所述的开关系统，其中所述开关矩阵包括圆柱形拓扑结构、J-型拓扑结构、多路复用器-矩阵-多路复用器拓扑结构、或者排序拓扑结构。
15.如权利要求13所述的开关系统，其中每个2x2开关元件还包括设置于所述一个或多个PWB的第一侧上的多个磁性元件，其中每一个磁性元件被配置为将所述多个浮动接触部条中的相应浮动接触部条保持在关闭状态。
16.如权利要求13所述的开关系统，其中所述多个浮动接触部条中的每一个都包括镀贵金属的磁性合金。
17.一种用于路由信号的方法，包括：
在开关元件的输入处接收信号，其中所述开关元件至少部分地存在于一个或多个印制配线板PWB内，其中该一个或多个PWB包括一个或多个内部层，所述一个或多个PWB包括：
第一输入和多个输出；
耦合到所述一个或多个PWB中的至少一个的一个或多个磁致动器；以及
多个浮动接触部条，其中每一个浮动接触部条被包括在至少一个PWB内部的相应接触部条囊袋中，其中每一个浮动接触部条包括被磁场吸引的磁性金属或合金，其中多个浮动接触部条中的第一浮动接触部条能操作成将第一输入耦合到所述多个输出中的一个输出，并且其中所述多个浮动接触部条中的第二浮动接触部条能操作成将第一输入耦合到所述多个输出中的另一个输出；
确定将信号路由到所述多个输出中的哪一个输出；
通过由所述一个或多个磁致动器中的相应磁致动器的外部施加的磁场，致动所述多个浮动接触部条中的将第一输入耦合到所确定的输出的浮动接触部条，以创建路径；以及
经所述路径将所述信号从第一输入路由到所确定的输出。
18.如权利要求17所述的方法，其中开关元件是2x2开关元件，其中所述一个或多个PWB还包括第二输入，并且其中所述多个浮动接触部条中的其它浮动接触部条能操作成将第二输入耦合到所述多个输出中相应的一个。
19.如权利要求17所述的方法，其中所述多个浮动接触部条中的每一个都包括镀贵金属的磁性合金。
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