RU2746671C1

RU2746671C1 - Relay switch module

Info

Publication number: RU2746671C1
Application number: RU2020128614A
Authority: RU
Inventors: Игорь Александрович Родичев; Александр Викторович Волгин
Original assignee: Акционерное общество "Уральское производственное предприятие "Вектор" (АО "УПП "Вектор")
Priority date: 2020-08-27
Filing date: 2020-08-27
Publication date: 2021-04-19

Abstract

FIELD: radio-electronic equipment.

SUBSTANCE: invention relates to means of automated control and diagnostics of radio-electronic equipment, it is intended for use as technological testing equipment for monitoring the parameters of digital radio equipment in the production and delivery of finished products to ensure the switching of controlled channels of radio-electronic equipment to measuring devices. The 3U-high device contains an interface printed circuit board with a module controller and a PXI bus controller, PXI bus connectors, two printed relay circuit boards, a front panel connected to a metal frame, with 128 relays located on each relay board on both sides, and external switching connectors. The relay is switched on using relay control buffers, which are located on each printed relay circuit board. The printed relay circuit boards are connected by electrical circuits to each other using a single connector. Each printed relay circuit board is connected by electrical circuits to the interface circuit board using a single flexible loop.

EFFECT: simplification of the layout solution of the relay switch module.

6 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к средствам автоматизированного контроля и диагностики радиоэлектронной аппаратуры и предназначено для использования, например, на предприятиях, производящих и эксплуатирующих радиоэлектронную аппаратуру, в качестве технологического испытательного оборудования для контроля параметров цифровой радиоаппаратуры при производстве и сдаче готовой продукции для обеспечения коммутации контролируемых каналов радиоэлектронной аппаратуры к измерительным приборам и устройствам.The invention relates to means of automated control and diagnostics of electronic equipment and is intended for use, for example, at enterprises producing and operating electronic equipment, as a technological test equipment for monitoring the parameters of digital radio equipment during the production and delivery of finished products to ensure switching of controlled channels of electronic equipment to measuring instruments and devices.

Значительный интерес представляют модульные релейные коммутаторы компактных типоразмеров высотой 3U для шины PXI с большим количеством коммутируемых каналов.Modular relay switches of compact size 3U for PXI bus with a large number of switched channels are of considerable interest.

Известен модуль релейного коммутатора PXI-7931 фирмы Adlink (https://ww.adliriktech.com/Products/PXI_PXIe/PXISwitches/PXI-7931?lang=en), типоразмера высотой 3U и шириной 20 мм, в формате модулей PXI. Имеют 32 реле, обеспечивающие коммутационную матрицу 4 строки и 8 столбцов. Недостатками модуля является низкий уровень интеграции по параметру - количество реле на модуль, по сравнению с существующими модулями фирмы National Instruments, высокий уровень интеграции требуется при проверке блоков и шкафов радиоэлектронной аппаратуры, насчитывающих сотни контролируемых точек, для снижения количества требуемых для проверки модулей релейного коммутатора.Known module relay switch PXI-7931 firm Adlink (https://ww.adliriktech.com/Products/PXI_PXIe/PXISwitches/PXI-7931?lang=en), standard size 3U high and 20 mm wide, in the format of PXI modules. They have 32 relays providing a 4 row and 8 column switching matrix. The disadvantages of the module are the low level of integration in terms of the parameter - the number of relays per module, in comparison with the existing modules of National Instruments, a high level of integration is required when checking blocks and cabinets of radio electronic equipment with hundreds of monitored points to reduce the number of relay switch modules required for checking.

Известен модуль релейного коммутатора М9122А фирмы Keysight (https://www.keysight.com/en/pd-1883576-pn-M9122A/pxi-matrix-switch-8x32-l-wire-100vrms-2a-armature-relays), типоразмера высотой 3U и шириной 20 мм, в формате модулей PXI. Имеют 256 реле, обеспечивающие коммутационную матрицу 8 строк и 32 столбца. Недостатки модуля аналогичны изложенным в абзаце ранее недостаткам.Known module relay switch M9122A company Keysight (https://www.keysight.com/en/pd-1883576-pn-M9122A/pxi-matrix-switch-8x32-l-wire-100vrms-2a-armature-relays), size 3U high and 20mm wide, in PXI module format. They have 256 relays providing a switching matrix of 8 rows and 32 columns. The disadvantages of the module are similar to those outlined in the paragraph earlier.

Известен модуль релейного коммутатора PXI-2532B фирмы National Instruments (http://www.ni.com/m-m/support/model.pxi-2532b.html), состоящий из лицевой панели, металлической рамки крепления, интерфейсной печатной платы с контроллером модуля, контроллером шины PXI и разъемами шины PXI, двух печатных плат с реле и печатной платы с буферами управления реле. Достоинством модуля релейного коммутатора PXI-2532B являются наличие 512 реле, обеспечивающие коммутационную матрицу 16 строк и 32 столбца, максимальное коммутируемое напряжение - не более 100 В, компактный форм фактор модуля - модуль для шины PXI высотой 3U и шириной 20 мм. К недостаткам модуля можно отнести сложность компоновочного решения, заключающаяся в наличии четырех печатных плат и необходимости обеспечения точности при соединении двух печатных плат с реле к печатной плате с буферами через два штырьковых разъема.Known relay switch module PXI-2532B from National Instruments (http://www.ni.com/mm/support/model.pxi-2532b.html), consisting of a front panel, a metal mounting frame, an interface printed circuit board with a module controller, a PXI bus controller and PXI bus connectors, two relay PCBs, and a PCB with relay control buffers. The advantage of the PXI-2532B relay switch module is the presence of 512 relays providing a switching matrix of 16 rows and 32 columns, the maximum switching voltage is no more than 100 V, the compact form factor of the module is a module for the PXI bus with a height of 3U and a width of 20 mm. The disadvantages of the module include the complexity of the layout solution, which consists in the presence of four printed circuit boards and the need to ensure accuracy when connecting two printed circuit boards with a relay to a printed circuit board with buffers through two pin connectors.

Данный модуль релейного коммутатора является наиболее близким по совокупности существенных признаков и принят за прототип.This relay switch module is the closest in terms of the set of essential features and is taken as a prototype.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание простого в исполнении модуля релейного коммутатора, компактного типоразмера - высотой 3U и шириной 20 мм, для шины PXI и имеющего 512 реле.The problem to be solved by the invention is to create an easy-to-use relay switch module, a compact size - 3U high and 20 mm wide, for the PXI bus and having 512 relays.

Технический результат от реализации заявляемого технического решения является: упрощение компоновочного решения модуля релейного коммутатора, за счет уменьшения количества используемых печатных плат с 4 штук до 3 штук и взаимного соединения с применением гибкого шлейфа.The technical result from the implementation of the proposed technical solution is: simplification of the layout solution of the relay switch module, by reducing the number of printed circuit boards used from 4 pieces to 3 pieces and interconnection using a flexible loop.

Задача решается, а технический результат достигается за счет того, что модуль релейного коммутатора высотой 3U содержит интерфейсную печатную плату с контроллером модуля и контроллером шины PXI и разъемами шины PXI, две печатные платы с реле, лицевую панель, соединенную с металлической рамкой, при этом на каждой плате с реле с обеих сторон расположено по 128 реле и внешние разъемы коммутации, включение реле осуществляется с помощью буферов управления реле, которые расположены на каждой печатной плате с реле, при этом печатные платы с реле соединяются электрическими цепями между собой с помощью одного разъема, каждая печатная плата с реле соединяется электрическими цепями с интерфейсной печатной платой с помощью одного гибкого шлейфа. Первая печатная плата с реле, соединяется с металлической рамкой, выполнена в одной плоскости в виде двух объединенных прямоугольников с одной общей стороной. Вторая печатная плата с реле выполнена прямоугольной, крепится к первой печатной плате с реле с помощью стоек. Интерфейсная печатная плата выполнена в одной плоскости в виде двух объединенных прямоугольников, таким образом, что интерфейсная печатная плата совместно с первой печатной платой с реле, крепящиеся к металлической рамке, образуют в одной плоскости прямоугольник. Металлическая рамка выполнена в виде двух отдельных металлических уголков разной длины. Контроллер модуля и контроллер шины PXI на интерфейсной печатной плате выполнены в виде единой микросхемы FPGA.The problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that the relay switch module 3U contains an interface printed circuit board with a module controller and a PXI bus controller and PXI bus connectors, two printed circuit boards with relays, a front panel connected to a metal frame, while each board with relays on both sides has 128 relays and external commutation connectors, relay switching is carried out using relay control buffers, which are located on each printed circuit board with relays, while the printed circuit boards with relays are connected by electrical circuits to each other using one connector, each printed circuit board with relays is electrically connected to the interface printed circuit board using one flexible cable. The first printed circuit board with a relay, connected to a metal frame, is made in one plane in the form of two combined rectangles with one common side. The second printed circuit board with the relay is rectangular and is attached to the first printed circuit board with the relay using stands. The interface printed circuit board is made in one plane in the form of two combined rectangles, so that the interface printed circuit board together with the first printed circuit board with relays, which are attached to the metal frame, form a rectangle in one plane. The metal frame is made in the form of two separate metal corners of different lengths. The module controller and the PXI bus controller on the interface PCB are made as a single FPGA chip.

Выполнение контроллера модуля и контроллера шины PXI на интерфейсной печатной плате в виде единой микросхемы FPGA и выполнение интерфейсной печатной платы в одной плоскости в виде двух объединенных прямоугольников обеспечивает уменьшение размера интерфейсной печатной платы прототипа, и обеспечивает размещение буферов управления реле непосредственно на первой печатной плате с реле, которая крепится к металлической рамке. Размещение остальных буферов управления реле на второй печатной плате (с реле) прямоугольной формы обеспечивает возможность включения реле без необходимости дополнительной объединительной печатной платы. Выполнение металлической рамки в виде двух отдельных металлических уголков разной длины обусловлено формами интерфейсной печатной платы и первой печатной платы с реле, и обеспечивает их крепление к лицевой панели, и крепление второй печатной платы с реле к общей конструкции. Соединение печатных плат с реле между собой одним разъемом обеспечивают объединение реле двух печатных плат в один коммутационный массив, подключение каждой печатной платы с реле к интерфейсной печатной плате с помощью одного гибкого шлейфа обеспечивает передачу управляющих сигналов на буферы управления реле и питающего напряжения. Совокупность приведенных выше факторов обеспечивает уменьшение количества печатных плат с четырех до трех, и снижение сложности компоновочного решения.Executing the PXI module controller and PXI bus controller on the interface PCB as a single FPGA chip and executing the interface PCB in the same plane as two combined rectangles reduces the size of the prototype interface PCB, and allows the relay control buffers to be placed directly on the first PCB with the relay that attaches to the metal frame. Placing the rest of the relay control buffers on a second PCB (with relays) of a rectangular shape provides the ability to turn on the relay without the need for an additional backplane PCB. The execution of the metal frame in the form of two separate metal corners of different lengths is due to the shapes of the interface printed circuit board and the first printed circuit board with the relay, and ensures their attachment to the front panel, and the fastening of the second printed circuit board with the relay to the general structure. The connection of printed circuit boards with relays with one connector provides the combination of relays of two printed circuit boards into one switching array, connection of each printed circuit board with a relay to an interface printed circuit board using one flexible loop provides control signals transmission to the control buffers of the relay and the supply voltage. The combination of the above factors provides a reduction in the number of printed circuit boards from four to three, and a decrease in the complexity of the layout solution.

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, на которых изображены составные части модуля релейного коммутатора (фиг. 1, 2) и общий сборочный чертеж (фиг. 3, 4, 5).The essence of the proposed technical solution is illustrated by drawings, which show the components of the relay switch module (Fig. 1, 2) and the general assembly drawing (Fig. 3, 4, 5).

Модуль релейного коммутатора содержит три печатные платы (фиг. 1 и 2): первая печатная плата с реле 1, вторая печатная плата с реле 2, интерфейсная печатная плата 3. На каждой из двух печатных плат с реле 1 и 2 размещаются: реле 4, по 128 шт. с каждой стороны печатной платы, буферы управления реле 5, внешние разъемы коммутации 6, разъемы шины PXI 7, микросхема FPGA 8, разъем для соединения печатных плат с реле 9, разъемы для соединения печатных плат с реле с интерфейсной печатной платой 10. Модуль релейного коммутатора представляет собой конструкцию, изображенную на фигурах 3, 4, 5, включающую лицевую панель 13, уголок 11, уголок 12, и печатные платы 1, 2, 3 со смонтированными элементами перечисленными выше. Уголки 11 и 12 крепятся к лицевой панели 13 с помощью метизов, к уголкам 11 и 12 крепятся с помощью метизов печатная плата с реле 1 и интерфейсная печатная плата 3, печатная плата с реле 2 крепится с помощью метизов и стоек к печатной плате с реле 1. Печатные платы с реле 1 и 2 подключаются двумя гибки шлейфами к интерфейсной печатной плате 3 (на чертежах гибкие шлейфы не отображены).The relay switch module contains three printed circuit boards (Figs. 1 and 2): the first printed circuit board with relay 1, the second printed circuit board with relay 2, interface circuit board 3. On each of the two printed circuit boards with relays 1 and 2 are located: relay 4, 128 pcs. on each side of the PCB, relay control buffers 5, external commutation connectors 6, PXI bus connectors 7, FPGA chip 8, PCB-to-relay connector 9, PCB-to-relay connectors to interface PCB 10. Relay switch module is the structure shown in figures 3, 4, 5, including the front panel 13, corner 11, corner 12, and printed circuit boards 1, 2, 3 with mounted elements listed above. Corners 11 and 12 are attached to the front panel 13 with hardware, to corners 11 and 12 a printed circuit board with relay 1 and an interface printed circuit board 3 are attached with hardware, a printed circuit board with relay 2 is attached using hardware and racks to a printed circuit board with relay 1 PCBs with relays 1 and 2 are connected with two flexible loops to interface PCB 3 (flexible loops are not shown in the drawings).

Модуль релейного коммутатора работает следующим образом. Модуль релейного коммутатора устанавливается в шасси PXI-1045, которое подключается к персональному компьютеру, к модулю релейного коммутатора через внешние разъемы коммутации 6 подключаются коммутируемые электрические цепи. Цифровые сигналы с персонального компьютера и питание через разъемы шины PXI 7 поступают на микросхему FPGA 8, которая выполняет функцию контроллера шины PXI и контроллера модуля. Далее питание и управляющие сигналы с микросхемы FPGA поступают через разъемы для соединения печатных плат с реле с интерфейсной печатной платой 10 на буферы управления реле 5, которые в свою очередь подают напряжение на обмотки реле 4, которые замыкаясь, коммутируют цепь. Разъем для соединения печатных плат с реле 9 обеспечивает совместную работу этих плат.The relay switch module works as follows. The relay switch module is installed in the PXI-1045 chassis, which is connected to a personal computer; switched electrical circuits are connected to the relay switch module through external commutation connectors 6. The digital signals from the personal computer and power through the PXI 7 connectors are fed to the FPGA 8, which acts as a PXI bus controller and module controller. Further, the power and control signals from the FPGA microcircuit are fed through the connectors for connecting the printed circuit boards with the relay with the interface printed circuit board 10 to the control buffers of the relay 5, which in turn supply voltage to the relay coils 4, which, when closed, switch the circuit. The connector for connecting the printed circuit boards with relay 9 allows these boards to work together.

Техническая реализация заявленного технического решения осуществляется с использованием покупных комплектующих изделий, известных из уровня техники, например:The technical implementation of the claimed technical solution is carried out using purchased components known from the prior art, for example:

1) Печатные платы 1, 2, 3 спроектированы в существующем программном обеспечении Altium Designer, результаты проектирования представлены на фиг. 1-5, изготавливаются с помощью существующих технологий изготовления многослойных печатных плат;1) PCBs 1, 2, 3 are designed in existing Altium Designer software, the design results are shown in Fig. 1-5 are manufactured using existing multilayer PCB manufacturing technologies;

2) Реле 4 - реле CRR05-1A фирмы Meder Electronics (512 шт.);2) Relay 4 - CRR05-1A relay from Meder Electronics (512 pcs.);

3) Буферы управления реле 5 - микросхема MAX4820EUP+ фирмы Maxim Integrated (64 шт. );3) Relay 5 control buffers - MAX4820EUP + microcircuit from Maxim Integrated (64 pcs.);

4) Внешние разъемы коммутации 6 - вилка SHF-108-01-L-D-RA фирмы Samtec (2 шт.), вилка SHF-117-01-L-D-RA фирмы Samtec (1 шт.);4) External commutation connectors 6 - SHF-108-01-L-D-RA plug by Samtec (2 pcs.), SHF-117-01-L-D-RA plug by Samtec company (1 pc.);

5) Разъемы шины PXI 7 - розетка ERmet Female Connector Type A, 110pin арт. 354142 фирмы ERmet (1 шт.), розетка ERmet Female Connector Type B8, 40pin арт. 214443 фирмы ERmet (1 шт.);5) PXI 7 Bus Connectors - ERmet Female Connector Type A, 110pin art. 354142 by ERmet (1 pc.), Socket ERmet Female Connector Type B8, 40pin art. 214443 from ERmet (1 pc.);

6) Микросхема FPGA 8 - программируемая логическая интегральная микросхема 10M16DCF484C8G фирмы Intel (1 шт.);6) Chip FPGA 8 - programmable logic integrated circuit 10M16DCF484C8G from Intel (1 pc.);

7) Разъем для соединения печатных плат с реле 9 - розетка MSB0.80PL8ASY040FL,-,10,-TY арт.1658014-1 фирмы ТЕ Connectivity (1 шт.); вилка MSB0.80RC - ASY040FL,-,F,-TY apт. 2-1658043-1 фирмы ТЕ Connectivity (1 шт.);7) Connector for connecting printed circuit boards with relay 9 - socket MSB0.80PL8ASY040FL, -, 10, -TY art.1658014-1 from TE Connectivity (1 pc.); plug MSB0.80RC - ASY040FL, -, F, -TY ref. 2-1658043-1 from TE Connectivity (1 pc.);

8) Разъемы для соединения печатных плат с реле с интерфейсной платой 10 - розетка FH19SC-18S-0.5S0 фирмы Hirose (4 шт).8) Connectors for connecting printed circuit boards with a relay with an interface board 10 - socket FH19SC-18S-0.5S0 from Hirose (4 pcs).

Гибкие шлейфы - шлейф Flat Flexible Cable Type 1 арт. 687618050002 фирмы Wurth Electronics (2 шт.);Flexible cables - Flat Flexible Cable Type 1 art. 687618050002 from Wurth Electronics (2 pcs.);

9) Уголок 11, уголок 12, лицевая панель 13 изготавливаются на существующих станках с числовым программным управлением.9) Corner 11, corner 12, faceplate 13 are manufactured on existing numerically controlled machines.

Таким образом, модуль релейного коммутатора по заявленному техническому решению имеет менее сложное компоновочное решение, состоит из трех печатных плат вместо четырех, при сохранении функциональных возможностей и уровня интеграции по параметру -количество реле на модуль.Thus, according to the claimed technical solution, the relay switch module has a less complex layout solution, consists of three printed circuit boards instead of four, while maintaining the functionality and level of integration in terms of the number of relays per module.

Claims

1. Relay switch module, 3U high, containing an interface PCB with a module controller and a PXI bus controller, PXI bus connectors, two bonded PCBs with relays, a bezel connected to a metal frame, each with a relay on both sides there are 128 relays and external switching connectors each, the relay is switched on using the relay control buffers, characterized in that the relay control buffers are located on each printed circuit board with the relay, while the printed circuit boards with the relays are connected by electrical circuits to each other using one connector, each The printed circuit board with the relay is electrically connected to the interface printed circuit board using one flexible cable.

2. The relay switch module according to claim 1, characterized in that the first printed circuit board with the relay is connected to the metal frame, is made in one plane in the form of two combined rectangles with one common side.

3. The relay switch module according to claim 1, characterized in that the second printed circuit board with the relay is rectangular, attached to the first printed circuit board with the relay by means of racks.

4. The relay switch module according to claim 1, characterized in that the interface printed circuit board is made in one plane in the form of two combined rectangles in such a way that the interface printed circuit board together with the first printed circuit board with relays, attached to the metal frame, form in one plane rectangle.

5. The relay switch module according to claim 1, characterized in that the metal frame is made in the form of two separate metal corners of different lengths.

6. The relay switch module according to claim 1, characterized in that the module controller and the PXI bus controller on the interface printed circuit board are made in the form of a single FPGA chip.