CN109613848A - 一种多通道高速信号切换系统及控制方法 - Google Patents

一种多通道高速信号切换系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种多通道高速信号切换系统及控制方法，在高速信号的测量过程中，通过调整多级复用开关打开的时序，使不同层级的开关以不同的顺序打开，可以有效减轻甚至消除信号通路切换过程中因为开关阻抗变化引起的通路阻抗非连续性的影响，保护设备安全及待测信号的稳定。

Description

一种多通道高速信号切换系统及控制方法
技术领域
本发明涉及微电子计量技术领域，具体涉及一种多通道高速信号切换系统及控制方法。
背景技术
集成电路测试系统校准中，有大量的高速信号需要进行测试。待测信号引脚较少时，可以测完一个引脚后再将测试仪器接口接入到下一个引脚。但是当待测引脚数目较多时，耗费的时间将极大增加，无论从成本还是效率来说都是无法接受的。目前主要使用多级复用开关制作的多通道信号切换系统来实现一台仪器对多个高速信号进行校准，但是当多级复用开关在切换的瞬间会引起阻抗的波动。传播高速信号的时候，这会影响通路中阻抗的连续性，信号在传递过程中会产生反射和折射，导致在电缆内传输的一部分信号能量被反射回去。信号的反射不仅会造成传输信号的能量损失，而且反射回去的信号会对信号源产生干扰，尤其是存在多个开关同时切换时，其反射信号会叠加甚至形成驻波，此时甚至可能损坏发射源
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种多通道高速信号切换系统及控制方法，通过合理调整多级复用开关的启动时间，可以有效减轻甚至消除信号通路切换过程中因为开关阻抗变化引起的通路阻抗非连续性的影响，保护设备安全及待测信号的稳定。
为实现上述目的，本发明公开一种多通道高速信号切换系统，所述系统由开关控制电路组成；
所述开关控制电路包括切换通道指令端，N级译码控制电路以及N-1级延时电路，与N级译码控制电路连接的N路复用开关，所述译码控制电路用于控制N级复用开关的通断，所述延时电路用于控制N级复用开关的开启时间间隔；
所述切换指令输入端与第一级译码控制电路电连接，第一级译码控制电路输出端与第一级复位开关电连接；
所述切换指令输入端还与第一级延时电路电连接，所述第一级延时电路输出端与第二级译码控制电路电连接，所述第二级译码控制电路与第二级复位开关电连接；
所述第一级延时电路还与第二级延时电路电连接，所述第二级延时电路输出端与第三级译码控制电路电连接，第三级译码控制电路输出端与第三级复位开关电连接，依次每增加一个译码控制电路增加一级延时电路，直至第N-1级延时电路与第N级译码控制电路连接，第N级译码控制电路与第N级复位开关连接，其中N为大于1的整数；
所述第一级复位开关还与ATE信号源电连接，所述第N级复位开关与示波器电连接。
在上述技术方案中，所述切换通道指令端还与第N-1级延时电路电连接，切换通道的指令送至第一级译码控制电路的同时送至第N-1级延时电路后从而送至第N级译码控制电路。
在上述技术方案中，所述开关控制电路还包括开关延时检测电路，所述开关延时检测电路包括连接在N级延时电路输入输出端的N级信号翻转检测电路、N级信号比对电路以及N级警告输出电路。
所述翻转检测电路用于检测输入信号是否发生高到低或低到高电平的翻转，所述信号比对电路用于比较输入信号和输出信号是否出现相同的信号，警告输出电路用于提供警告信号给开关电路从而停止开关的切换动作。
本发明还公开一种多通道高速信号切换控制方法，所述方法包括以下步骤：
S1、设置延时电路打开N级复用开关的开启时间间隔T；
S2、当切换通道指令端发送指令，第一级译码控制电路接收指令开启第一级复用开关，无延时；
S3、第二级译码控制电路与指令端之间增加一级延时电路，第二路复用开关开启延时T；
S4、第三级译码控制电路与指令端之间增加二级延时电路，第三级复用开关开启延时2T，依次增加，则第N级复用开关对应的延时为(N-1)*T，其中T大于复用开关开启稳定时间，通路建立时间为N*T，且保持同一时间通路方向有一级开关在切换。
在上述技术方案中，当切换通道指令端同时发送指令开启第一级开关和第N级复用开关时，两级开关同时逐个开启，第一级开关逐个开启至第N/2级复用开关，第N级开关逐个开启至第N/2级复用开关，通路建立时间为(N/2)*T。
本发明一种多通道高速信号切换系统及控制方法，具有以下有益效果：通过调整多路复用开关打开的时序，使不同层级的开关以不同的顺序打开，同一时间通路方向上只有一个开关在切换，可以有效减轻甚至消除信号通路切换过程中因为开关阻抗变化引起的通路阻抗非连续性的影响，保护设备安全及待测信号的稳定，有效降低信号通路因为切换瞬间阻抗改变引起的驻波反射效果。
附图说明
图1为本发明一种多通道高速信号切换系统开关单向控制电路图；
图2为本发明开关双向控制电路图；
图3为本发明开关延时检测电路图；
图4为本发明一种多通道高速信号切换控制方法流程图；
图5为本发明3级多路复用开关切换控制电路图；
图6为本发明开关单向控制时序图；
图7为本发明双向控制时序图；
图8为开关延时检测时序图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述，本发明提供一种多通道高速信号切换系统，如图1所示，所述系统由开关控制电路组成；
所述开关控制电路包括切换通道指令端，N级译码控制电路以及N-1级延时电路，与N级译码控制电路连接的N路复用开关，所述译码控制电路用于控制N级复用开关的通断，所述延时电路用于控制N级复用开关的开启时间间隔；
所述切换指令输入端与第一级译码控制电路电连接，第一级译码控制电路输出端与第一级复位开关电连接；
所述切换指令输入端还与第一级延时电路电连接，所述第一级延时电路输出端与第二级译码控制电路电连接，所述第二级译码控制电路与第二级复位开关电连接；
所述第一级延时电路还与第二级延时电路电连接，所述第二级延时电路输出端与第三级译码控制电路电连接，第三级译码控制电路输出端与第三级复位开关电连接，依次每增加一个译码控制电路增加一级延时电路，直至第N-1级延时电路与第N级译码控制电路连接，第N级译码控制电路与第N级复位开关连接，其中N为大于1的整数；
所述第一级复位开关还与ATE信号源电连接，所述第N级复位开关与示波器电连接。
具体，当所有复位开关同时打开瞬间，通路阻抗为示波器阻抗和每级复位开关切换瞬阻抗之和，当超出ATE信号源的负荷能力，会损坏ATE信号源，若开关控制系统打开第一级复位开关，同时保持其他级复位开关关断，通路阻抗为第一级复位开关切换瞬间阻抗，ATE信号源负荷能力可以承受，不会导致损坏，若开关控制系统待第一级复位开关稳定后，打开第N级开关，第一级复位开关通路阻抗很小，增加了第N级切换瞬间阻抗，并不会对信号源以及示波器产生损坏，若第N级复位开关稳定后，通路阻抗非常小，信号损失非常小，由此可见，通过本系统调整多级复位开关打开的时序，是不同层级的开关以不同顺序打开，确保同一时间通路方向只有一个开关在切换，能给设备足够的缓冲。
其中，如图2所示实施例为开关控制系统双向控制复位开关的切换，所述切换通道指令端还与第N-1级延时电路电连接，切换通道的指令送至第一级译码控制电路的同时送至第N-1级延时电路后从而送至第N级译码控制电路，切换通道指令同时发送至第一级复位开关以及第N级复位开关，两个方向的开关同时向中间开始逐个开启直至逐个开启所有开关建立通路，通路时间减半。当N较大，级数多，为了缩短建立通道的延时，使用双向控制复位开关切换。
其中，如图3所示实施例，所述开关控制电路还包括开关延时检测电路，所述开关延时检测电路包括连接在N级延时电路输入输出端的N级信号翻转检测电路、N级信号比对电路以及N级警告输出电路，为了保证开启时间间隔不会过短导致出现两级开关同时动作的意外情况，保证系统的正常工作。
所述翻转检测电路用于检测输入信号是否发生高到低或低到高电平的翻转，所述信号比对电路用于比较输入信号和输出信号是否出现相同的信号，警告输出电路用于提供警告信号给开关电路从而停止开关的切换动作，当出现异常情况时能发出警报信号给主控电路停止切换动作，保护设备的安全。
本发明还提供一种多通道高速信号切换控制方法，所述方法包括以下步骤，如图4所示：
S1、设置延时电路打开N级复用开关的开启时间间隔T，
S2、当切换通道指令端发送指令，第一级译码控制电路接收指令开启第一级复用开关，无延时；
S3、第二级译码控制电路与指令端之间增加一级延时电路，第二路复用开关开启延时T；
S4、第三级译码控制电路与指令端之间增加二级延时电路，第三级复用开关开启延时2T，依次增加，则第N级复用开关对应的延时为(N-1)*T，其中T大于复用开关开启稳定时间，通路建立时间为N*T，且保持同一时间通路方向有一级开关在切换。
其中，当切换通道指令端同时发送指令开启第一级开关和第N级复用开关时，两级开关同时逐个开启，第一级开关逐个开启至第N/2级复用开关，第N级开关逐个开启至第N/2级复用开关，通路建立时间为(N/2)*T。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
如图5所示，一个有3级多路复用开关的测试通路，通路上有3个会引起信号不连续的开关节点，开关1，2，3以时间间隔T顺次打开，每次打开时通路只会引入一个瞬间阻抗波动的影响，不会超出设备本身的耐受能力，总的切换消耗的时间为3T，如图6所示。
改良方案：由于3级开关顺次打开，虽然有效地对设备起了保护作用，但是其切换消耗的时间会延长为3T，对于自动化测试来说，也降低了部分效率。可将开关切换信号做修改，采用双向延时切换，如图7所示，则同样可以实现相同的效果，但时间将会减少为2T，缩减了33％。
上述描述中的T均指单个开关的切换稳定时间，即切换信号发出到通路上的信号能稳定通过的时间。
为了保证开启时间间隔不会过短导致出现两级开关同时动作的意外情况，每级延时电路都增加一个延时检测电路来保证系统的正常工作，当出现异常情况时能发出警报信号给主控电路停止切换动作，保护设备的安全。延时检测电路由信号翻转检测电路，信号比对电路，以及警告输出电路组成。具体工作时序如图8所示：当延时电路的输入端信号in发生翻转时(由“1”变为“0”，或者由“0”变为“1”)，信号翻转检测电路的输出端D将会输出一个持续时间为T(这个时间为最小安全时间间隔，可根据需要调整)的高脉冲信号。延时电路的输入信号IN和输出信号OUT连接到一个同或门的输入端，同或门的输出连接到一个与非门的输入端，同时信号翻转检测电路的输出连接到这个与非门的另外一个输入端。当输入信号IN翻转动作，产生高脉冲持续的时间T内，延时电路的输出信号IN和输出信号OUT若出现相同的情况，则说明延时电路工作不正常，此时与非门会输出一个高电平，提供警告信号。若在高脉冲持续的时间T内，IN和OUT并未出现信号相同的情况，则说明延时电路工作正常，与非门输出保持低电平。
说明书中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。本实施方式仅用于说明该发明，而不用于限制本发明的范围，本领域技术人员对于本发明所做的等价置换等修改均认为是落入该发明权利要求书所保护范围内。

Claims (5)

1.一种多通道高速信号切换系统，其特征在于，所述系统由开关控制电路组成；
所述开关控制电路包括切换通道指令端，N级译码控制电路以及N-1级延时电路，与N级译码控制电路连接的N路复用开关，所述译码控制电路用于控制N级复用开关的通断，所述延时电路用于控制N级复用开关的开启时间间隔；
所述切换指令输入端与第一级译码控制电路电连接，第一级译码控制电路输出端与第一级复位开关电连接；
所述切换指令输入端还与第一级延时电路电连接，所述第一级延时电路输出端与第二级译码控制电路电连接，所述第二级译码控制电路与第二级复位开关电连接；
所述第一级延时电路还与第二级延时电路电连接，所述第二级延时电路输出端与第三级译码控制电路电连接，第三级译码控制电路输出端与第三级复位开关电连接，依次每增加一个译码控制电路增加一级延时电路，直至第N-1级延时电路与第N级译码控制电路连接，第N级译码控制电路与第N级复位开关连接，其中N为大于1的整数；
所述第一级复位开关还与ATE信号源电连接，所述第N级复位开关与示波器电连接。
2.根据权利要求1所述一种多通道高速信号切换系统，其特征在于，所述切换通道指令端还与第N-1级延时电路电连接，切换通道的指令送至第一级译码控制电路的同时送至第N-1级延时电路后从而送至第N级译码控制电路。
3.根据权利要求1所述一种多通道高速信号切换系统，其特征在于，所述开关控制电路还包括开关延时检测电路，所述开关延时检测电路包括连接在N级延时电路输入输出端的N级信号翻转检测电路、N级信号比对电路以及N级警告输出电路。
所述翻转检测电路用于检测输入信号是否发生高到低或低到高电平的翻转，所述信号比对电路用于比较输入信号和输出信号是否出现相同的信号，警告输出电路用于提供警告信号给开关电路从而停止开关的切换动作。
4.一种多通道高速信号切换控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、设置延时电路打开N级复用开关的开启时间间隔T；
S2、当切换通道指令端发送指令，第一级译码控制电路接收指令开启第一级复用开关，无延时；
S3、第二级译码控制电路与指令端之间增加一级延时电路，第二路复用开关开启延时T；
S4、第三级译码控制电路与指令端之间增加二级延时电路，第三级复用开关开启延时2T，依次增加，则第N级复用开关对应的延时为(N-1)*T，其中T大于复用开关开启稳定时间，通路建立时间为N*T，且保持同一时间通路方向有一级开关在切换。
5.根据权利要求4所述一种多通道高速信号切换控制方法，其特征在于，当切换通道指令端同时发送指令开启第一级开关和第N级复用开关时，两级开关同时逐个开启，第一级开关逐个开启至第N/2级复用开关，第N级开关逐个开启至第N/2级复用开关，通路建立时间为(N/2)*T。
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