如何選擇開關(guān)故障診斷工具

　　一、概述

　　開關(guān)系統(tǒng)是任何的測試系統(tǒng)中的關(guān)鍵的部分，它們允許客戶通過不用的方式來連接測試儀器和被測件，從而確保了在測試的過程中被測件的不同的部分可以連接到測試儀器中，從而減少了需要用來測試的儀器設(shè)備。

　　很多用戶可能會想到開關(guān)系統(tǒng)作為系統(tǒng)中的關(guān)鍵的部分，會由于各種原因而損壞，而不是因為開關(guān)系統(tǒng)本身不可靠。因為開關(guān)系統(tǒng)所處的位置是非常容易受損的，所以，意外的發(fā)生的可能性就更大了。

　　開關(guān)系統(tǒng)是基于繼電器開關(guān)的，是屬于機械裝置，所以是有一定的使用壽命的，但是高性能的繼電器的使用壽命是很長的。典型的電磁繼電器(EMR)在小負載的情況下，壽命一般在1000萬次，儀器級的簧片繼電器擁有超過10億次的操作次數(shù)。影響壽命的主要的因素是測試系統(tǒng)中的負載的特征還有開關(guān)的切換的位置的信號特征。不管是電子設(shè)備或者是繼電器切換的信號是非常高的電壓或者是電流，或者是在熱切換(切換的時候，開關(guān)是帶有信號)的情況下，將會產(chǎn)生電弧，從而腐蝕開關(guān)觸點。

　　熱切換對繼電器的使用壽命影響很大，冷切換和熱切換的影響往往是想差3個數(shù)量級的。研發(fā)者嘗試著減少熱切換的影響，但是事實上，很多測試由于時間方面的限制，是需要進行熱切換的，這樣可以防止在測試的過程中系統(tǒng)的重新啟動或者是確?？梢阅M間歇性的故障。熱切換是研發(fā)者避免不了的。

　　其實測試系統(tǒng)中很多的故障不是由于繼電器的正常壽命已經(jīng)到了而引起，一些故障是在生產(chǎn)的階段就無法進行檢測而引起的。很多的故障是在測試系統(tǒng)中的一些意外的情況而引起的。一個經(jīng)常發(fā)生的情況是系統(tǒng)的集成而引起的，例如由于不該連接的地方連接，如與電源之間的短路或者是在電容性的負載上進行熱切換，從而引起的布線和軟件方面的故障，從而影響到繼電器。繼電器可以阻擋部分的損害，但是隨著系統(tǒng)的使用，繼電器使用的壽命將會大大地縮短。就算正確地操作系統(tǒng)，但是如果進行一些故障的設(shè)備測試，這個也會給開關(guān)系統(tǒng)造成很大的壓力。

　　二、開關(guān)故障診斷方法

　　由于開關(guān)系統(tǒng)的易損性，這就要求用戶采用一些針對開關(guān)系統(tǒng)的測試檢驗的方式。在一些平臺上，例如VXI，就曾經(jīng)提供過一些繼電器的檢測的方法。這個方法包括了能夠一些不太協(xié)調(diào)的自檢方式，有時候它只是檢測控制系統(tǒng)，而不是繼電器的連接(其實這部分是很容易損壞的)。一些產(chǎn)品也可以檢測繼電器的連接，但是不能檢測隔離繼電器。VXI的產(chǎn)品包括了這方面的功能，是因為VXI的主要用戶是軍工和航空航天方面，這些測試的環(huán)境是非常差的，而且很少有空間可以進行自主檢測。

　　其他的產(chǎn)品，如PXI，PCB板的大小有限，就很難提供自檢工具。在自檢工具的設(shè)計研發(fā)階段，這些工具占用了很大的空間，這就減少了模塊的密度，同時增加了成本。

　　由于成本和空間大小的限制，很多繼電器的供應(yīng)商會增加一種工具來解決這個問題，如繼電器的操作次數(shù)的統(tǒng)計軟件。在這個軟件中，會統(tǒng)計繼電器的操作的次數(shù)，從而在將要接近操作壽命的時候，將繼電器更換掉。但是這種工具存在著以下的問題：

　　由于切換的信號的類別的不同，繼電器的使用壽命將有3個級別的差距，但是這個軟件不知道切換的信號的類型是什么，也就無法進行準確統(tǒng)計;

　　這個軟件沒有統(tǒng)計系統(tǒng)故障的能力，如被測件的故障，這個對繼電器的壽命的影響很大;

　　簧片繼電器是在不同的批次之中有不同的壽命，這個就增加了使用的不確定性。

　　根據(jù)以上的原因，開關(guān)系統(tǒng)就會有比開關(guān)的操作壽命相對長一點或者短一點的使用壽命，并且故障會產(chǎn)生數(shù)量級的影響而不是單純的百分點的差別。所以如果用戶基于這個軟件來判別開關(guān)系統(tǒng)的壽命，那么將會帶來不良的影響。現(xiàn)代的一些器件一般會比它們的理論的壽命更長。早期的預(yù)防性的措施將會替代來自其他部分的影響，特別是在前面接口部分的影響。所以就有一句哲學(xué)名言這樣說的“如果在它工作的時候，你對它置之不理，那么當(dāng)你開始懷疑它的時候，問題就出現(xiàn)了”。

　　三、系統(tǒng)級的測試

　　系統(tǒng)的集成電路中一般會包括系統(tǒng)水平的自主檢測，特別是在系統(tǒng)是用來按照信號路徑反饋的時候，自主檢測的工具就可以執(zhí)行了，例如，使用一個萬用表來測試不同的路徑的時候。在這方面的投入應(yīng)該是很大的，而且會使系統(tǒng)變得復(fù)雜，路徑的檢測也變得復(fù)雜。系統(tǒng)集成商需要理解的路徑的選擇是在線纜接口和開關(guān)內(nèi)部結(jié)合起來實現(xiàn)的。這樣的工具可以確定在連接的過程中的故障的數(shù)目，但那是它們不能找到間歇性的部分或者故障的隔離，比如那個開關(guān)是否在系統(tǒng)中，或者是分辨不出是繼電器或者是線纜的故障。

　　四、BIRST-內(nèi)置繼電器檢測工具

　　自檢工具已經(jīng)發(fā)生了很大的變化。Pickering在2009年發(fā)布了PXI平臺的第一代包括內(nèi)置繼電器自檢工具的矩陣模塊，名字叫做BIRST(Built In Relay Self Test)。這個工具是一個非常緊湊的PXI平臺的計算機附件，它允許通過軟件來檢測在矩陣中的每個通道的阻抗，是通過不斷的測試來完成的，往往是幾個毫歐級的分辨率。每一個繼電器都可以檢測，如果有焊接短路或者是開路的繼電器都可以快速地被找到，軟件的分辨能力允許連接變量的變化。每一個獨立的故障繼電器都可以被快速地定位。下面是BIRST的用戶界面：

　　用戶需要做的是斷開PXI模塊，然后打開pickering提供的程序。測試的過程是很快的，每一個繼電器大概就需要幾十毫秒的時間。然后，軟件會用圖表來顯示檢測的結(jié)果，上面就是矩陣模塊的形狀，并且突出故障的繼電器(如下圖的紅色標(biāo)注的部分)，這就方便用戶快速地找到繼電器的位置，并進行更換。

　　BIRST工具解決了老式的自檢工具和繼電器次數(shù)統(tǒng)計軟件的缺點。它允許用戶在沒有額外的費用的情況下，快速地找到大量的繼電器中的已經(jīng)損壞的繼電器，這可以避免不必要的拆卸或者關(guān)閉系統(tǒng)。這個工具也可以在繼電器還沒有損壞之前，通過檢測到它的高阻抗，從而提前進行更換，這樣對系統(tǒng)來說是一件好事。

　　BIRST工具同時支持系統(tǒng)級的測試檢測，在運行系統(tǒng)級的測試的時候，可以集中精力與電纜和開關(guān)系統(tǒng)的測試。

　　五、BIRST數(shù)據(jù)表

　　用戶關(guān)心的是怎么樣將這個工具的結(jié)果跟數(shù)據(jù)表聯(lián)系起來。BIRST通過不同的路徑來檢測故障，有些用戶會用到儀表板。這些路徑一般擁有比用戶本身使用的線纜長度更長的長度，同時也包含了更多的繼電器，所以阻抗往往會表現(xiàn)得非常的高。

　　另外，數(shù)據(jù)表中制定的路徑的阻抗是生產(chǎn)過程中的焊接點的阻抗。跟隨著繼電器的使用，阻抗會變大，這些也受開關(guān)位置和開關(guān)類型的影響的，所以，當(dāng)阻抗變化很大的時候，也就說明了開關(guān)已經(jīng)步入了生命周期的晚期了。

　　六、使用范圍

　　為什么BIRST只能用在矩陣上呢?因為它依靠的是兩端連接(四端，用于雙刀開關(guān)系統(tǒng)中)到系統(tǒng)中，是通過完整的路徑來進行判斷的。這個是一個復(fù)雜的過程，因為它要求這個工具通過僅有的這幾個連接端來判斷矩陣中的故障。一些隔離開關(guān)將會使得部分開關(guān)不能被檢測到，這個時候就需要外接設(shè)備。配置別的矩陣的時候，由于會需要增加別的開關(guān)，也就會增加了一些問題。

　　在2015年，一種外部的測試工具叫eBIRST發(fā)布了，支持更多的矩陣面板，并且還支持非矩陣的模塊，如通用的開關(guān)模塊等。

　　七、BIRST解決方案

　　BIRST是在2009年發(fā)布的新一代的自檢工具，它支持矩陣模塊，這些矩陣模塊的特點是擁有很多的繼電器，有些擁有高達4406個繼電器。升級版的是在后綴有一個大寫的A字母，而且在未來，大部分的電流矩陣開關(guān)也將可以在BIRST中使用，而且不會增加額外的費用，因為舊版的工具可以作為贈品贈送。

　　在支持BIRST的產(chǎn)品中，它們說明書中會有BIRST的標(biāo)志的。如下所示：

　　綜上所述，可以看出BIRST作為一種開關(guān)模塊的內(nèi)置繼電器自主檢測工具，大大地提高了系統(tǒng)的自我檢測能力，同時減少了故障排除的時間，提高了用戶的使用效率，相信未來將會有更多的用戶會用上這個工具的。