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一．連接、配線(xiàn)和電纜 系統中使用的連接器和電纜的類(lèi)型取決于使用的開(kāi)關(guān)卡類(lèi)型和被切換的信號。一般而言，開(kāi)關(guān)卡有4種連接類(lèi)型：螺栓端子、連接頭、同軸連接器和同軸三柱器。 對于螺栓端子連接，使用獨立的絕緣線(xiàn)。要求確保導線(xiàn)足夠長(cháng)，能夠方便地從主機中拆下開(kāi)關(guān)卡。扁平電纜的排線(xiàn)非常整潔，并且所使用的連接頭都是隨時(shí)可用的，所以非常方便。然而，扁平電纜中的導線(xiàn)不是獨立屏蔽的，因此導線(xiàn)之間可能會(huì )存在過(guò)多地雜散耦合，從而干擾測量。如果發(fā)生這種情況，則有必要使用獨立屏蔽的導線(xiàn)。 如果信號頻率低于幾百kHz，則使用雙絞線(xiàn)就已足夠。22～26規格的細導線(xiàn)被彼此合絞在一起，將干擾降至最低。采用雙絞線(xiàn)的電纜有屏蔽的，也有非屏蔽的。多股線(xiàn)比實(shí)心線(xiàn)更常見(jiàn)，并且更靈活，但是實(shí)心線(xiàn)的衰減更小。 如果采用接線(xiàn)頭電纜，在夾具上則可以安裝匹配插座。這就需要在電纜的兩端都有接線(xiàn)頭。然而，若將接線(xiàn)頭電纜分為兩部分，然后將獨立的導線(xiàn)硬連接至夾具，則更加經(jīng)濟。 采用同軸或同軸三芯電纜的系統也是相同的情況。最簡(jiǎn)單的方法是使用兩端均有連接器的電纜。在測試夾具上為每個(gè)信號安裝一個(gè)插座，用電纜將其連接到開(kāi)關(guān)卡。同樣，若將電纜分為兩部分，然后將被截斷的一端永久性地連接到測試夾具，則更經(jīng)濟。Keithley的《低電平測量手冊》提供了關(guān)于使用同軸電纜和同軸三芯電纜的更多信息，包括低噪聲電纜，以及電纜和連接器成套件。 為了將開(kāi)關(guān)卡的輸出連接在一起，特定開(kāi)關(guān)卡的輸出都會(huì )被連接到掃描儀主機的背板。這樣就可以將主機內某個(gè)開(kāi)關(guān)卡的輸出連接到其它開(kāi)關(guān)卡。對于兼容Keithley 7001和7002型主機的開(kāi)關(guān)卡，利用卡上的跳線(xiàn)可連接或斷開(kāi)背板連接。如果某個(gè)開(kāi)關(guān)卡必須與其它卡進(jìn)行隔離，則必須拆下該卡上的背板跳線(xiàn)。2700和2750型的開(kāi)關(guān)模塊提供了隔離繼電器，使其輸出可以連接或斷開(kāi)背板連接。707A和708A型的有些矩陣卡可以通過(guò)卡上的跳線(xiàn)連接至背板，而其它針對小電流切換進(jìn)行優(yōu)化的開(kāi)關(guān)卡則通過(guò)外部低噪聲跳線(xiàn)進(jìn)行連接。 在有些應用中，并不希望將開(kāi)關(guān)卡的輸出連接到背板，因此在加電之前必須檢查每個(gè)卡的接線(xiàn)圖，確保沒(méi)有默認連接背板。當某個(gè)卡的輸出必須與背板隔離時(shí)，請直接連接卡的輸出。 RF/微波連接器和電纜 在RF和微波開(kāi)關(guān)系統中，有很多不同類(lèi)型的連接器和電纜均可使用。信號頻率、系統阻抗、功率額定值和測試夾具/管理器兼容性等，都是選擇電纜和連接器時(shí)應該考慮的因素。例如，典型的SMA連接器在100 MHz時(shí)能夠處理500W的信號，但是在26.5 GHz時(shí)能夠處理的功率則很小。 BNC連接器常被用于50Ω和75Ω的系統中，在低于微波頻率的頻率下，用戶(hù)往往在其外圍設備和/或DUT中使用各種各樣的連接器。在這些情況下，則可使用同軸電纜適配器，提供合適的性能和阻抗匹配。連接器大�。ㄖ睆剑⿷摫M量匹配電纜外徑，將反射降至最低。 表 6 1中列出了常見(jiàn)的RF/微波連接器。根據制造廠(chǎng)商和等級的不同，連接器的頻率限值也不相同（通用級別限制了連接和低重復性，或者儀器級別限制重復連接和高重復性）。 表 6 1，常用的RF/微波連接器 連接器名稱(chēng)3.5mm和2.92mm指連接器外導體的內徑。這些小型連接器采用空氣作為電介質(zhì)材料，因為空氣沒(méi)有像SMA連接器中的Teflon的厚度那么容易發(fā)生變化。這樣就能夠以更好的電氣性能實(shí)現更多次的重復連接。當然，由于制造公差緊的原因，連接器成本隨頻率限值的增大而增大。 若使用機電式開(kāi)關(guān)，則有必要利用RF同軸電纜來(lái)路由通過(guò)測試系統的信號通路，將損耗降至最低。同軸電纜應該具有低插入損耗、低VSWR和適當的RF屏蔽，并在電纜成套件的端點(diǎn)安裝相應的連接器。插入損耗可能是使用同軸電纜是最為重要的參數，并且由于該參數指標隨長(cháng)度呈正比增長(cháng)，所以最好采用滿(mǎn)足應用的最短長(cháng)度的電纜。表 6 2中列出了一個(gè)10英寸SMA電纜在各種頻率下的VSWR和插入損耗。 表 6 2，SMA電纜（10英寸，0.141英寸直徑） 通常情況下，電纜直徑越大，插入損耗就越低，功率處理能力就越高，但是與較小直徑的電纜相比，帶寬較低，靈活性較差。 有些應用需要相位匹配電纜。該指標通常要求兩根或多根電纜在規定頻率下的相位容限為特定值（例如，相位10 GHz下5°的相位匹配則意味著(zhù)該組電纜中任何信號之間的相差不應大于5°）。半剛性電纜的相位匹配指標典型值為±1°/GHz，柔性電纜為±2°/GHz。 相位延遲也與時(shí)間延遲有關(guān)，因此，該指標可能被作為時(shí)間延遲給出（ns/ft），而不是相位延遲。由于不匹配的電纜可引起過(guò)度的時(shí)鐘相偏（Clock Skew），導致錯誤操作，所以相位匹配是有些高速數字電路中特別要注意的事項。 在高頻下，電纜的物理長(cháng)度與其電氣長(cháng)度不同。極力將電纜截為相同的長(cháng)度并不能達到相位匹配的目的，而是要測量電纜的時(shí)間延遲。同一相位匹配電纜組中的電纜都應該清晰標注，并作為一組使用。 RF/微波連接器匹配 匹配連接器必須是清潔的，必須滿(mǎn)足連接器類(lèi)型接口，并且必須符合相應的扭矩技術(shù)指標。若與超出插針深度容差的連接器匹配，則可能會(huì )損壞連接器。請在匹配連接器之前檢查插針深度。 若不同的連接器進(jìn)行匹配，難免會(huì )造成外部和內部導體對不準。由于不對準會(huì )劣化電氣性能，所以應該避免匹配不同類(lèi)型的連接器。 下面是將測試電纜鏈接到測試系統連接器的步驟： 斷開(kāi)測試系統的電源。 取下連接器的保護蓋并保管好，以備將來(lái)使用。 連接測試電纜，并用一個(gè)扭矩扳手緊固到指定的扭矩。 RF/微波連接器清潔 為防止性能下降，RF和微波連接器必須免受外部物質(zhì)的污染�？梢岳靡粋�(gè)4～10倍的放大鏡視檢連接器。用罐裝氣（由于標準工業(yè)壓縮機提供的空氣中含有潮氣和油脂，所以建議用罐裝氣）吹掉連接器上的外部污染。用蘸有異丙醇的無(wú)絨小棉簽擦除殘留的污染物。 光纜和連接器 與銅纜相比，光纜具有多種優(yōu)勢，包括抗干擾性、低衰減和更高的帶寬。 光纜包括一個(gè)纖芯，纖芯外部為包層，保存外部為一個(gè)保護層。亦可使用塑料芯和包層，但是由于具有較大的衰減，所以不會(huì )用于通信領(lǐng)域。 玻璃纖維芯有兩種基本的類(lèi)型：多模光纖，用于10 km以下的距離；單模光纖，用于更長(cháng)的距離。多模光纖（MMF）的纖芯直徑通常為50～62.5 μm；單模光纖（SMF）的纖芯直徑一般為8～10 μm。電纜的尺寸通常用纖芯尺寸后加包層直徑表示。單模光纖通常采用9/125規格，多模光纖通常采用62.5/125規格。 根據光纜類(lèi)型（玻璃或塑料）、連接重復性和抗震性的不同，光連接器的種類(lèi)也是各種各樣。單模和多模光纜常用的一種連接器為FC連接器。這種連接器有一個(gè)定位銷(xiāo)和一個(gè)螺紋插座。成對FC連接器的典型插入損耗為0.25～0.5 dB。 二．屏蔽和接地 為防止靜電干擾預期信號，可能有必要采用靜電屏蔽。尤其對于高阻抗電路、高頻電路，以及混合信號應用中（高壓信號可能會(huì )不經(jīng)意被耦合至低電平信號，例如100Ω或更低），屏蔽非常重要。 高阻電路的切換應用包括小電流、高電阻和高阻抗電壓應用。對高阻的最好解釋是干擾會(huì )引起明顯誤差的阻抗水平。若開(kāi)關(guān)、互連電纜和測試夾具沒(méi)有合適的屏蔽，所產(chǎn)生的雜散信號（偏移）將威脅到被測信號。 利用連接到電路中一個(gè)低阻點(diǎn)的導體，將信號通路包裹起來(lái)，即實(shí)現了靜電屏蔽，該低阻點(diǎn)最好是測量設備的LO輸入端子。如果在電路中沒(méi)有測量設備，那么則應該將屏蔽連接到源的LO輸出端子。 為確保合適的屏蔽，請選擇帶有屏蔽連接器的開(kāi)關(guān)卡，例如同軸或同軸三柱連接器。帶有同軸或同軸三柱連接器的開(kāi)關(guān)卡本身都是屏蔽的，并且通常會(huì )提供良好的通道間隔離。采用螺栓端子或連接頭的開(kāi)關(guān)卡不是屏蔽很好，因此一般不用于切換高阻電路。 此外，應該使用屏蔽電纜，例如同軸或同軸三芯，連接高阻裝置或信號源和開(kāi)關(guān)卡。高阻設備和信號源也必須是屏蔽的。所需的屏蔽程度將取決于環(huán)境中的干擾情況。馬達、螺線(xiàn)管和其它裝置可產(chǎn)生高壓瞬態(tài)，需要更好的屏蔽。 在使用高頻（＞ 1MHz）測試信號時(shí)，為了維持特征阻抗，并防止信號損耗，以及與鄰近電路發(fā)生不必要的耦合（或串擾），避免影響測量準確度，也有必要使用屏蔽電纜。請使用合適阻抗的同軸電纜，并完全屏蔽測試夾具，以防大信號的漏泄。所有的屏蔽都應該連接到相應的接地層。關(guān)于RF和微波切換的更多信息，請參閱第5.6部分。 如果切換系統中會(huì )混合出現小電流、高電壓和高頻信號，屏蔽則非常關(guān)鍵。對于大多數開(kāi)關(guān)卡，相鄰通道間都具有小的電容。某個(gè)通道上出現的電壓很容易耦合到相鄰通道，并且會(huì )引起明顯的誤差。使高電壓通道遠離敏感的小電流通道，并使用良好屏蔽的開(kāi)關(guān)，可將這種誤差降至最低。 承載高測試電壓的導體也應該采用屏蔽，以防止與鄰近的低電平電路發(fā)生干擾。所以最常用的往往是同軸電纜。 從實(shí)質(zhì)上講，接地就是連接到大地（地電勢）。該連接的主要目的是確保設備操作人員的安全。信號回路往往被認為是地，并且被作為“Common”（共用）或“LO”（低）端。實(shí)際上它可能連接也可能未連接到底�！� 屏蔽通常是“接地”的，也就是說(shuō)，它們被連接到一個(gè)接地點(diǎn)。如果信號源或測量裝置的回路側被連接到相同點(diǎn)，干擾將最小。如果屏蔽和測量?jì)x器之間存在一個(gè)交流電勢差，則可能有電容性電流通過(guò)測量電路，增大干擾。 一般而言，在測量系統中應該只有一個(gè)點(diǎn)被連接到接地，以避免形成接地回路。 三．硬件驗證和排障 在將開(kāi)關(guān)、儀器和測試夾具連接到一起后，就必須驗證系統的性能。這一過(guò)程通常分兩步完成：首先通過(guò)前面板手動(dòng)進(jìn)行，然后作為計算機控制的一個(gè)系統進(jìn)行驗證。所采用的驗證程序取決于被切換信號和測量類(lèi)型。以下提供了測量電阻、電壓和電流的例子。 電阻測量 驗證系統的第一步需要將一個(gè)已知阻值的電阻器置于測試夾具中。測試電阻網(wǎng)絡(luò )的系統就是一個(gè)例子。個(gè)體電阻器阻值應該相似，但無(wú)需嚴格相同，以確保恰當地連接到了每個(gè)元件。例如，如果標稱(chēng)阻值全部為10 kΩ，那么相應的測試裝置應該在通道1上為10.1 kΩ，通道2上為10.2 kΩ等。按照這種方式，如果某個(gè)通道連接不正確，則馬上會(huì )發(fā)現。 如果被測電阻值的范圍很寬，則必須采用接近上限和下限限值的電阻器進(jìn)行測試。如果系統采用雙端連接至設備，測量接近下限的電阻時(shí)，誤差就會(huì )特別大，說(shuō)明需要采用4端連接。這將需要兩倍的開(kāi)關(guān)，但是將會(huì )從測量值中消除開(kāi)關(guān)和測量線(xiàn)電阻。 在上限處，若測量值低于預期值，則說(shuō)明測試夾具、接線(xiàn)或開(kāi)關(guān)卡中存在太大的漏泄電阻，必須采取相應的措施將該誤差降低到可接受的程度。措施包括清潔測試夾具和增加電氣保護。 尤其是對于高阻測量，應該驗證系統的穩定時(shí)間，使其足以提供所期望的準確度。 電壓測量 對于電壓測量，首先驗證每個(gè)電壓源都被連接到了正確的通道。確認通道連接正確的最直接方式是在每個(gè)通道上連接已知的電壓。例如，對通道1施加1 V的電壓，向通道2施加2 V的電壓等。 為確定電壓偏移不會(huì )對低電壓（＜1 mV）測量造成太大的誤差，首先利用一個(gè)直接連接到伏特計的穩壓源測量一系列的讀數。然后通過(guò)開(kāi)關(guān)系統的相應通道再讀取一系列的測量值。比較兩組測試值的標準偏差。利用一根干凈的銅線(xiàn)作為短路，代替電壓信號，即可對太大的電壓偏移進(jìn)行補償。對于每個(gè)被短路的通道，讀取至少10個(gè)電壓讀數，然后將其進(jìn)行平均。保存平均值，并利用該值修正該通道上的測量讀數。為保證修正的有效性，開(kāi)關(guān)系統的環(huán)境溫度必須保持相對恒定（上下幾攝氏度范圍之內）。 如果以上程序太過(guò)麻煩，則可以采用以下的方法：短路某一個(gè)通道，然后利用該通道的偏移值來(lái)修正開(kāi)關(guān)卡上所有通道的測量值。 如果源阻抗非常高（1 MΩ或更高），如果系統存在明顯的漏泄，則會(huì )發(fā)生嚴重的誤差。為了確定是否發(fā)生了這種情況，可以首先通過(guò)該通道測量一個(gè)較低阻抗的電壓源。然后則可以向低阻源串聯(lián)一個(gè)和未知電壓源相當的阻抗，并重復測量。將結果進(jìn)行比較。如果差異較大，則請檢查可能的原因，例如電纜漏泄或開(kāi)關(guān)隔離電阻。保護有助于減小測量誤差。在源電阻很高時(shí)，則有必要增大穩定時(shí)間延遲。 電流測量 對于電流測量驗證，首先確保每一未知通路從測試夾具到安培表是完整的。如果使用C型開(kāi)關(guān)（SPDT）的開(kāi)關(guān)卡，則可以連接一個(gè)歐姆表代替每一通道上的未知源。驗證通道未被選中時(shí)該通路的電阻非常小，典型值小于1 Ω. 下一步是每次向一個(gè)通道連接一個(gè)未知的電流源，并驗證輸出位于總體系統準確度限值范圍之內。 對于小電流測量，開(kāi)關(guān)卡、電纜和測試夾具會(huì )引起明顯的偏移電流。為了檢查每一通道的偏移電流，請斷開(kāi)未知源，蓋住輸入，然后每次激勵一個(gè)通道，并利用連接到輸出的安培表測量偏移電流。如果偏移電流太高，則有必要清潔通路上的開(kāi)關(guān)和連接器。如果偏移電流是適當穩定的，則可以從隨后的測量值中減去該值，從而進(jìn)行補償。 此外，對于小電流切換，請在每次繼電器觸動(dòng)之后預留足夠的穩定時(shí)間，確保結果的準確性。 最終的系統驗證 在完整地手動(dòng)檢查完系統之后，請驗證計算機控制下的性能。這樣能夠暴露出軟件中的可能誤差，例如不正確的開(kāi)關(guān)閉合或設備地址錯誤，以及定時(shí)問(wèn)題、串擾太大等。 作為一項終程測試，通過(guò)系統測量大量的產(chǎn)品，然后手動(dòng)重新測量不合格的部件，以及一小部分合格的部件來(lái)驗證系統性能。 到此，即可認為系統是可以投入服務(wù)的。應該定期利用已知良好的裝置測試系統，確保系統沒(méi)有因為漂移而超出技術(shù)指標。 更多I-V測試解決方案，請點(diǎn)擊http://www.keithley.com.cn/semi |
