El equipo de prueba de conmutación del sistema de prueba automático permite realizar pruebas a alta velocidad de un dispositivo o dispositivos en una situación de prueba, donde deben observarse secuencias y combinaciones estrictas de conmutación. Al automatizar el proceso de esta manera, se minimiza la posibilidad de errores de prueba e inexactitudes, y generalmente solo se encontrarían errores sistemáticos debido a una condición de prueba programada incorrecta. Esto elimina el error debido a factores humanos y permite la aplicación repetitiva de una secuencia de prueba estándar. El diseño de la configuración de conmutación de un sistema de prueba se rige por la especificación de prueba, que se deriva de las pruebas funcionales a realizar.
Un sistema de prueba típico implicaría la conexión de entradas y salidas del dispositivo bajo prueba al equipo de prueba , que generalmente está controlado por un programa electrónico generado por una computadora o un controlador lógico programable .
Interruptor de relés
La definición más simple de un interruptor es "un dispositivo que abre o cierra un circuito ". [1]
Un relé es un interruptor operado electrónicamente. Normalmente se utilizan tres tipos de relés en la conmutación de sistemas de prueba automatizados:
- Los relés electromecánicos son el tipo más utilizado porque tienen la capacidad de rango de señal más grande de los tres. También tienen el tiempo de actuación más lento y la vida útil más corta. Los relés electromecánicos son ideales para aplicaciones de alta tensión , alta corriente y RF. Una característica de enclavamiento hace que el tipo de relé de enclavamiento sea muy apropiado para aplicaciones de bajo voltaje donde el potencial de contacto puede interferir con la medición.
- Los relés Reed tienen tiempos de actuación de 0,5 ms a 2 ms y una vida útil prolongada. Por diseño, los relés de láminas solo pueden manejar una parte del rango de señal que pueden ofrecer los relés electromecánicos. Pero proporcionan una compensación útil entre aumentar la velocidad y mantener la integridad de la señal.
- Los relés de estado sólido pueden cambiar más rápido y tienen una vida esencialmente infinita . Sin embargo, solo pueden manejar rangos de señal pequeños y sufren de alta resistencia y altas corrientes de compensación en el rango de nanoamperios en comparación con los picoamperios de corriente de compensación para los otros dos tipos. [2]
Efecto de la conmutación en la precisión del sistema de prueba
El interruptor ideal :
- no tiene límite de corriente durante su estado ON
- tiene una resistencia infinita durante su estado OFF
- no tiene caída de voltaje a través del interruptor durante su estado ENCENDIDO
- no tiene límite de voltaje durante su estado APAGADO
- tiene tiempo de subida y bajada cero durante los cambios de estado
- cambia solo una vez sin "rebotar" entre las posiciones de encendido y apagado
Sin embargo, es importante reconocer que los conmutadores de la vida real no son ideales, por lo que al calcular la precisión general del sistema, se deben tener en cuenta los efectos del conmutador en sí y de todo el hardware de conmutación del sistema.
A medida que una señal viaja desde su fuente hasta su destino, puede encontrar varias formas de interferencia y fuentes de error, por lo que cada vez que una señal pasa a través de un cable de conexión o un punto de conmutación, puede degradarse. Por ejemplo, en aplicaciones de baja corriente y alta resistencia, el cableado sin blindaje puede introducir corrientes de fuga que degradarán la precisión de la medición. [3] El cable sin blindaje puede producir lecturas ruidosas para aplicaciones de baja corriente y alta resistencia, especialmente si el cableado corre adyacente a equipos que generan interferencia electromagnética. [4]
Terminología de relés de conmutación
Se utilizan tres términos para describir la configuración de un relé: polo, lanzamiento y forma. [5]
Polo se refiere al número de terminales comunes dentro de un interruptor dado. Throw se refiere al número de posiciones en las que se puede colocar el interruptor para crear una ruta de señal o una conexión. La Figura 1A ilustra un interruptor normalmente abierto unipolar, de un solo tiro (SPST NO). La Figura 1B muestra un interruptor unipolar de doble tiro (SPDT). Un terminal está normalmente abierto (NO) y el otro está normalmente cerrado (NC). Dependiendo del estado del interruptor, una u otra posición se conecta al terminal común (COM). Una ruta de señal se interrumpe antes de conectar la otra, por lo que esto se conoce como configuración de ruptura antes de realizar. [6]
Cuando se utiliza más de un terminal común, aumenta el número de polos. La Figura 1C muestra un interruptor bipolar de un solo tiro (DPST). Ambos polos se activan simultáneamente cuando el relé está energizado. En este caso, ambos polos están siempre cerrados o siempre abiertos. La Figura 1D ilustra un interruptor bipolar, doble tiro (DPDT).
La forma de contacto, o simplemente la forma, es el término que usan los fabricantes de relés para describir la configuración de contactos de un relé. "Forma A" se refiere a un interruptor unipolar, normalmente abierto. "Forma B" indica un interruptor unipolar, normalmente cerrado, y "Forma C" indica un interruptor unipolar, de dos posiciones. Prácticamente cualquier configuración de contacto puede describirse utilizando este formato.
Topología del sistema de conmutación
Hay una variedad de configuraciones de conmutación disponibles comercialmente para el desarrollo de sistemas de prueba:
- Escáner
El escáner (Figura 2) se usa para conectar múltiples entradas a una sola salida en orden secuencial. Solo se cierra un relé a la vez. En su forma más básica, el cierre del relé procede del primer canal al último, pero algunos sistemas de escáner permiten omitir canales. Las aplicaciones típicas de conmutación de escáneres incluyen pruebas de quemado de componentes, monitoreo del tiempo y la variación de temperatura en circuitos y toma de datos sobre variables del sistema como temperatura, presión, flujo, etc.
- Multiplexor
Al igual que una configuración de escaneo, la conmutación multiplex puede usarse para conectar un instrumento a múltiples dispositivos (1: N) o múltiples instrumentos a un solo dispositivo (N: 1), pero ofrece mucha más flexibilidad que la configuración del escáner porque permite múltiples conexiones y cierres de interruptores secuenciales y no secuenciales. Las aplicaciones típicas de la conmutación multiplex incluyen sistemas de prueba de fuga de condensadores, resistencia de aislamiento y resistencia de contacto para múltiples dispositivos.
- Matriz
La configuración del conmutador de matriz es la más versátil porque puede conectar múltiples entradas a múltiples salidas. Una matriz es útil cuando se deben realizar conexiones entre varias fuentes de señal y un dispositivo multipin, como un circuito integrado o una red de resistencias.
El uso de una tarjeta de conmutador de matriz permite conectar cualquier entrada a cualquier salida cerrando el conmutador en la intersección (punto de cruce) de una fila y columna determinadas. La terminología más común para describir el tamaño de la matriz es M filas por N columnas (MxN). Las tarjetas de conmutación de matriz generalmente tienen dos o tres polos por punto de cruce. Como se muestra en la Figura 3, se puede conectar una fuente de 5 VCC a dos terminales cualesquiera del dispositivo bajo prueba (DUT). Un generador de funciones suministra pulsos entre otros dos terminales. El funcionamiento del DUT se puede verificar conectando un osciloscopio entre otros dos terminales. Las conexiones de los pines DUT se pueden programar fácilmente, por lo que este sistema se puede utilizar para probar una variedad de componentes.
Algunas compensaciones de rendimiento suelen ser necesarias al elegir una tarjeta de matriz para usar con señales mixtas. Por ejemplo, si se deben cambiar las señales de alta frecuencia y baja corriente, tenga especial cuidado al revisar las especificaciones de la tarjeta. La tarjeta elegida debe tener un ancho de banda amplio, así como un buen aislamiento y baja corriente de compensación. Es posible que una sola tarjeta de matriz no satisfaga ambos requisitos por completo, por lo que el constructor del sistema debe decidir qué señal conmutada es más crítica.
En un sistema con varias tarjetas, los tipos de tarjetas no deben mezclarse si sus salidas están conectadas entre sí. Por ejemplo, una tarjeta de matriz de uso general con su salida conectada en paralelo con una tarjeta de matriz de baja corriente degradará el rendimiento de la tarjeta de baja corriente.
Expandiendo una matriz
Un sistema de prueba grande puede requerir más filas y / o columnas de las que puede acomodar una sola tarjeta de interruptor, pero es posible expandir una matriz uniendo las filas y / o columnas de varias tarjetas. Dependiendo de la tarjeta de conmutación y del mainframe seleccionados, las filas de las tarjetas pueden estar conectadas juntas a través del backplane del mainframe o las filas pueden estar cableadas externamente.
Conmutación aislada
La configuración del interruptor aislado o independiente consta de relés individuales, a menudo con varios polos, sin conexiones entre relés. Los relés aislados se utilizan comúnmente en aplicaciones de potencia y control para abrir y cerrar diferentes partes de un circuito que se encuentran en niveles de voltaje sustancialmente diferentes. Las aplicaciones para relés aislados incluyen el control de fuentes de alimentación, el encendido de motores y lámparas anunciadoras y la activación de válvulas neumáticas o hidráulicas. La Figura 4 ilustra un solo relé o actuador aislado, en el que un relé unipolar normalmente abierto controla la conexión de la fuente de voltaje a la lámpara. Este relé conecta una entrada a una salida. Un relé aislado puede tener más de un polo y puede tener contactos normalmente cerrados así como contactos normalmente abiertos.
Los relés aislados no están conectados a ningún otro circuito, por lo que la adición de algunos cables externos los hace adecuados para construir combinaciones muy flexibles y únicas de configuraciones de entrada / salida.
Dado que los relés están aislados entre sí, los terminales de cada canal en la tarjeta de conmutación son independientes de los terminales de los otros canales. Como se muestra en la Figura 5, cada relé de Forma A aislado tiene dos terminales. Los relés aislados de dos polos tendrían cuatro terminales (dos entradas y dos salidas). Un relé aislado de forma C tendría tres terminales.
Conmutación en frío frente a caliente
El término conmutación en frío indica que un interruptor se activa sin que se aplique ninguna señal. Por lo tanto, no fluirá corriente cuando el interruptor esté cerrado y no se interrumpirá ninguna corriente cuando se abra el interruptor. Por el contrario, en la conmutación en caliente, hay voltaje y la corriente fluirá inmediatamente una vez que se cierren los contactos. Cuando se abre el interruptor, esta corriente se interrumpirá y puede provocar un arco eléctrico. [7]
La conmutación en frío permite aplicar energía al dispositivo bajo prueba de manera controlada. Su principal ventaja es una vida útil más prolongada que con la conmutación en caliente (hasta mil veces más ciclos que con la conmutación en caliente). La conmutación en frío también elimina la formación de arcos en los contactos del relé y cualquier interferencia de radiofrecuencia que pueda ser causada por la formación de arcos. La conmutación en caliente puede ser necesaria si se debe ejercer un control estricto en el período entre la aplicación de energía y la realización de la medición. Por ejemplo, la conmutación en caliente se usa típicamente cuando está involucrada la lógica digital, porque los dispositivos pueden cambiar de estado si se interrumpe la energía incluso por un momento.
Con relés relativamente grandes, puede ser necesaria una conmutación en caliente para asegurar un buen cierre de los contactos. La conexión puede no ser confiable sin la acción "humectante" de la corriente a través de los contactos. [8]
Referencias
- ^ "Switch", The Penguin dictionary of Electronics, 2da ed, Londres, Reino Unido: Penguin Books, 1998.
- ^ Janesch, J. "Maximizar el rendimiento y la precisión: un tutorial" . Ingeniería de Evaluación . Consultado el 18 de diciembre de 2009 .[ enlace muerto permanente ]
- ^ DG Jarrett; et al. "Diseño y evaluación de un escáner protegido de baja fuerza electromotriz térmica para mediciones de resistencia" (PDF) . Consultado el 16 de diciembre de 2009 .
- ^ Rathburn, D. (1 de enero de 2000). "Evite los problemas comunes del sistema de conmutación" . Mundo de prueba y medición. Archivado desde el original el 2 de abril de 2010 . Consultado el 16 de diciembre de 2009 .
- ^ "Tutorial y descripción general del conmutador" (PDF) . Consultado el 18 de diciembre de 2009 .
- ^ "Definición del glosario para romper antes de hacer" . Productos Maxim Integrated . Consultado el 18 de diciembre de 2009 .
- ^ "EPN: proveedores, nuevos productos, novedades de productos electrónicos europeos" .[ enlace muerto permanente ]
- ^ "Elegir el sistema de interruptores correcto desafía a los ingenieros de pruebas" .