专利名称：一种矩阵开关的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电路领域，特别是涉及一种矩阵开关。
背景技术：
开关可以将测量信号从被测器件(Device Under Test, DUT)传输至测量仪器，矩阵是一种用途广泛的开关模块类型，在输入端和输出端都是由开关组成，每个输入端口的信号可被切换到任意一个输出端口，具有插入损耗低和隔离高的优点，通常被应用于资源配置要求较高的信号交换通路的系统中，通过矩阵开关可以将输入设备与输出设备以单一或组合的方式连接，以实现测试系统与被测器件DUT之间的信息交换。例如，微波矩阵开关能够将多路输入设备传输的微波信号进行组合、分配，并传输至输出设备，应用微波矩阵开关可将信号从示波器、数字多用表任意波形发生器和电源切换到DUT上的各种测试点。参见图1所示的YGWOl 142-12X6G微波矩阵开关电路原理图，在该矩阵开关中，左侧的第一开关组为12个单刀6掷开关，即1/6开关，右侧的第二开关组为6个单刀12掷开关，即12/1开关看，其中每个1/6开关都具有I个输入端口和6个输出端口，每个12/1开关都具有12个输入端口和I个输出端口，以形成12X6条信号通路。发明人在本申请的研究过程中发现，现在常用矩阵开关的馈电方式为输入输出开关同时并列馈电，这种矩阵开关由分别带有独立驱动电路的微波开关级联构成，所述矩阵开关每个输入电路和输出电路之间的连接通路，需要两路驱动电路供电，同时需要两路馈电电路用于选通开关，且构成连接通路的两个开关端口之间至少设置一颗隔离直流电容。其中上位机与控制电路相连接，控制电路通过控制线和接插件与驱动电路相连接，驱动电路和馈电电路相连接，所述驱动电路用于为对应的馈电电路供电，所述馈电电路起到选通开关的作用。这种情况下，在YGWOl 142-12 X 6G矩阵中，总共需要12 X 6 X 2=144位驱动电路，需要144根晶体管-晶体管逻辑(Transistor-Transistor Logic, TTL)控制线，以及144路馈电电路和大于144芯的接插件。由于控制线、驱动电路和馈电电路数量多，导致矩阵开关在使用时装配过程复杂。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种矩阵开关，以解决现有技术中的矩阵开关具有的装配复杂的问题，具体实施方案如下:一种矩阵开关，包括:第一开关组和第二开关组，其中，所述第一开关组包括:两个以上第一开关，所述第一开关包括:第一开关主体；所述第二开关组包括:两个以上第二开关，所述第二开关包括:第二开关主体、馈电电路和与所述馈电电路相连接的驱动电路；其中，所述第一开关主体与所述第二开关主体相连接。优选的，所述第一开关主体和第二开关主体包括:与外接设备相连接 的设备端口 ；[0012]电容，所述电容的第一端口与所述设备端口相连接；电感，所述电感的第一端口与所述电容的第二端口相连接，第二端口接地；与所述电容的第二端口和所述电感的第一端口相连接的，两个以上的开关子主体。优选的，所述开关子主体包括:二极管，所述二极管的正极与所述电容的第二端口和所述电感的第一端口相连接；正极端与所述二极管的负极相连接的二极管组；与所述二极管组的负极端相连接的开关端口。优选的，所述馈电电路包括:依次串联的电感构成的电感组，所述电感组的一端与所述第二开关主体相连接，另一端与所述驱动电路相连接；设置在相邻两个电感的公共端之间的第一电容，所述相邻的两个电感通过所述第一电容接地；设置在所述电感组和驱动电路之间的第二电容，所述电感组和驱动电路通过所述第二电容接地。优选的，所 述第一开关组的开关端口与所述第二开关组的开关端口一一映射连接。优选的，所述第一开关组的开关端口的数量与所述第二开关组的开关端口的数量相等。本实用新型所公开的矩阵开关，包括第一开关组和第二开关组，其中所述第一开关组中的第一开关，包括第一开关主体，所述第二开关组中的第二开关，包括第二开关主体、馈电电路、驱动电路，其中所述驱动电路与控制电路相连接。在需要构建信号通路时，第二开关侧的驱动电路为馈电电路供电，电流通过馈电电路传输至第二开关，实现开关的选通。与现有技术相比，在第一开关组侧不再设置驱动电路、馈电电路，并将第一开关主体和第二开关主体直接连接，不在所述第一开关和第二开关之间设置隔离直流电容，减少了隔直流电容的数量和一半的电路数量，相应的也减少了控制线的数量，使矩阵开关的装配过程简单。
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术公开的YGWOl 142-12X 6G微波矩阵开关电路原理图；图2为本实用新型实施例公开的1/6开关的原理框图；图3为本实用新型实施例公开的12/1开关的原理框图；图4为现有技术公开矩阵开关级联后单个通路电原理图；图5为本实用新型公开的矩阵开关级联后单个通路电原理图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。为了解决现有技术所存在的，由于矩阵开关中的驱动电路、馈电电路和控制线的数量多，造成的装配复杂的问题，本实用新型公开了一种矩阵开关，所述矩阵开关包括:第一开关组和第二开关组，其中，所述第一开关组包括:两个以上第一开关，所述第一开关包括:第一开关主体；所述第二开关组包括:两个以上第二开关，所述第二开关包括:第二开关主体、馈电电路和与所述馈电电路相连接的驱动电路；具体的，所述驱动电路与控制电路相连接，所述驱动电路和控制电路之间的连接由控制线实现，所述控制电路与上位机相连接；其中，所述第一开关主体与所述第二开关主体相连接。本实用新型所公开的矩阵开关，包括第一开关组和第二开关组，其中所述第一开关组中的第一开关，包括第一开关主体，所述第二开关组中的第二开关，包括第二开关主体、馈电电路、驱动电路，其中所述驱动电路与控制电路相连接。在需要构建信号通路时，第二开关侧的驱动电路为馈电电路供电，电流通过馈电电路传输至第二开关，实现开关的选通。与现有技术相比，在第一开关组侧不再设置驱动电路、馈电电路，并将第一开关主体和第二开关主体直接连接，不在所述第一开关和第二开关之间设置隔离直流电容，减少了隔直流电容的数量和一半的驱动及馈电电路数量，相应的也减少了控制线的数量，使矩阵开关的装配过程简单。
其中，所述第一开关主体和第二开关主体包括:设备端口，电容、电感和开关子主体。所述设备端口用于与外接设备相连接，例如示波器、万用电子表等；所述电容的第一端口与所述设备端口相连接，第二端口与所述电感相连接；所述电感的第一端口与所述电容的第二端口相连接，第二端口接地；所述开关子主体为两个以上，且所述开关子主体与所述电容的第二端口和所述电感的第一端口相连接。进一步的，所述开关子主体包括:二级管、二极管组和开关端口，其中，所述二极管的正极与所述电容的第二端口和所述电感的第一端口相连接，一般情况下，所述二极管的数量为两个以上；所述二极管组的正极端与所述二极管的负极相连接，所述二极管组的负极端与所述开关端口相连接。在实际应用时，所述第一开关主体的开关端口与所述第二开关主体的开关端口相连接，实现第一开关组和第二开关组的连接，形成矩阵开关。所述二极管组的数量与所述二级管相同，一般为两个以上。进一步的，所述馈电电路包括:电感组和电容，其中，所述电感组由依次串联的电感构成，其中所述电感组的一端与所述第二开关主体相连接，另一端与所述驱动电路相连接，以便所述驱动电路为所述馈电电路供电；其中所述依次串联的电感为两个以上；所述电容包括第一电容和第二电容，所述第一电容设置在相邻两个电感的公共端之间，所述相邻的两个电感通过所述第一电容接地；所述第二电容设置在所述电感组和驱动电路之间，所述电感组和驱动电路通过所述第二电容接地。以第一开关为1/6开关为例，参见图2所示的1/6开关的原理框图，在1/6开关中，包括第一开关主体，所述第一开关主体包括:设备端口 J0、电容Cl、电感LI和两个开关子主体，其中，JO用于与外接设备相连接，电容Cl与JO相连接，电感LI和电容Cl与开关子主体相连接，其中JO表示SMA-K射频连接器。其中一个所述开关子主体包括二极管VI，三个二极管组和与所述三个二极管组的负极端相连接的开关端口，二极管Vl的正极与电容Cl和电感LI相连接；另外，二极管V3和V4构成一个二极管组，二极管V5和V6构成一个二极管组，二极管Vll和V12构成第三个二极管组；与三个二极管组的负极端相连接的Jl、J2和J3为开关端口。另一个开关子主体包括二极管V2，三个二极管组和与所述三个二极管组的负极端相连接的开关端口，二极管V2的正极与电容Cl和电感LI相连接；另外，二极管V7和V8构成一个二极管组，二极管V9和VlO构成一个二极管组，二极管V13和V14构成第三个二极管组；J4、J5和J6为开关端口。其中，开关端口 Jl J6为SMP-J-L同轴连接器。以第二开关为12/1开关为例，参见图3所示的12/1开关的原理框图，在12/1开关中，包括第二开关主体、馈电电路和与所述馈电电路相连接的驱动电路(所述驱动电路未在图中画出)。其中所述第二开关主体包括设备端口 J0、电容CO、电感LI和三个开关子主体，其中，JO用于与外接设备相连接，电容CO与JO相连接，电感LI和电容CO与开关子主体相连接，其中JO表示SMA-K射频连 接器。其中一个所述的开关子主体包括二极管VI，四个二极管组、与所述四个二极管组的负极端相连接的开关端口，以及与所述二极管组的负极端相连接的馈电电路(与馈电电路相连接的驱动电路在图中未画出)，二极管Vl的正极与电容Cl和电感LI相连接；另外，二极管V27和V4构成一个二极管组，二极管V15和V16构成一个二极管组，二极管V17和V18构成第三个二极管组，二极管V5和V6构成第四个二极管组；与四个二极管组的负极端相连接的Jl、J2、J3和J4为开关端口。另一个所述的开关子主体包括二极管V3，四个二极管组、与所述四个二极管组的负极端相连接的开关端口，以及与所述二极管组的负极端相连接的馈电电路(与馈电电路相连接的驱动电路在图中未画出)，二极管V3的正极与电容Cl和电感LI相连接；另外，二极管V7和V8构成一个二极管组，二极管V19和V20构成一个二极管组，二极管V21和V22构成第三个二极管组，二极管V9和VlO构成第四个二极管组；分别与四个二极管组相连接的J5、J6、J7和J8为开关端口。第三个开关子主体包括二极管V2，四个二极管组、与所述四个二极管组的负极端相连接的开关端口，以及与所述二极管组的负极端相连接的馈电电路(与馈电电路相连接的驱动电路在图中未画出)，二极管V2的正极与电容Cl和电感LI相连接；另外，二极管V11和V12构成一个二极管组，二极管V23和V24构成一个二极管组，二极管V25和V26构成第三个二极管组，二极管V13和V14构成第四个二极管组；分别与四个二极管组相连接的J9、J10、J11和J12为开关端口。其中，开关端口 Jl J12为SMP-J-L同轴连接器。进一步的，所述12/1开关的馈电电路包括电感组和电容，其中，所述电感组由依次串联的电感构成。所述电感组的一端与二极管组的负极端相连接，另一端为驱动器连接端口，如T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10、T11和Τ12为驱动器连接端口，用于与驱动电路相连接。并且，在馈电电路中，每相邻的两个电感之间，以及电感与驱动电路之间都设置有电容，例如，在相邻的两个电感之间设置有第一电容Cl，在电感和驱动器连接端口之间设置有第二电容C2，且Cl和C2接地。为了使产品小型化、便于安装调试、提高可靠性、降低功耗，本实用新型所公开的矩阵开关，采用了连接器在开关之间盲插连接的方式，实现第一开关组和第二开关组的连接，每个开关安装在单独的屏蔽盒里，具体设计时，所述第一开关由于不需要设置驱动电路和馈电电路，其开关盒体通常设置为单面腔；所述第二开关的射频开关盒体可设计为上下两面腔，上面腔体放置射频部分，下面腔体放置控制部分。所述第一开关不含驱动电路，通过连接器中的转接头由第二开关对应的驱动电路供电，实现选通。参见图4所示的传统方案中矩阵开关级联后单个通路电原理图，以及图5所示的本实用新型公开的矩阵开关级联后单个通路电原理图，可以看出，传统方案的矩阵开关需要两个馈电电路Tl、Τ2以及两部分电路之间的隔直电容C，而本实用新型所公开的矩阵开关，减少了第一开关部分的驱动电路，去掉了两部分电路之间的隔直电容，使第二开关对应支路的馈电同时作用到第一开关，实现开关选通的作用。通过本方案公开的1/6开关和12/1开关组成矩阵开关时，1/6开关的开关端口和12/1开关的开关端口直接连接，而所述1/6开关中不需设置驱动电路和馈电电路，当需要选通其中一路信号通路，12/1开关 侧与所述信号通路对应的驱动电路，会接收到控制电路的信号，并为与所述驱动电路相连接的馈电电路供电，电流流经馈电电路后，传输至与所述馈电电路对应连接的、所述1/6开关的开关端口处，为该开关端口供电，实现该路信号的选通。在该矩阵开关中，1/6开关不需设置驱动电路和馈电电路，且不需要对所述1/6开关设置与控制电路相连接的控制线，节省了一半数量的驱动电路、馈电电路和控制线的数量，而且，由于1/6开关和12/1开关通过开关端口直接连接，不需要在每个信号通路中设置隔离直流的电容，使矩阵开关的装配简单易行。另外，本实用新型所公开的矩阵开关，由于采用串联馈电技术，减少了 50%驱动电路、馈电电路的数量，且每路信号通路减少了一颗隔直流电容，降低了电路的复杂度，从而提高了矩阵开关的可靠性。进一步的，所述矩阵开关减少了一半驱动器数量，降低了功耗，经试验验证，采用本实用新型所公开的方案构建的YGW01142-12X6G矩阵开关，功耗降低了 30%以上。另外，本实用新型所公开的矩阵开关中，不需要控制电路和第一开关相连接，从而减少了现有技术中，实现控制电路和第一开关的连接的接插件的数量，减少了插入损耗。经过实验表明，采用本实用新型所公开的方案构建的YGW01142-12X6G矩阵开关，与现有技术方式实现的同频段、同规模的矩阵开关相比，插损减小了 0.5dB以上。[0067]本实用新型所公开的矩阵开关采用串联馈电方式，与现有技术相比，节约了系统资源，降低了成本，提高了矩阵开关的可靠性，另外，所述矩阵开关减少了直流功耗，降低了矩阵开关的插入损耗，能够适应航天器等要求高的场合。本实用新型所公开的矩阵开关中，所述第一开关组的开关端口与所述第二开关组的开关端口一一映射连接，以便形成第一开关组与第二组间的信号通路。进一步的，所述第一开关组的开关端口的数量与所述第二开关组的开关端口的数量相等。当所述第一开关组的开关端口的数量与所述第二开关组的开关端口数量不相等时，必然会出现开关端口的闲置，因此，为了防止不必要的浪费，通常将所述第一开关组的开关端口的数量设置为与所述第二开关组的开关端口的数量相等。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最 宽的范围。
权利要求1.一种矩阵开关，其特征在于，包括:第一开关组和第二开关组，其中， 所述第一开关组包括:两个以上第一开关，所述第一开关包括:第一开关主体； 所述第二开关组包括:两个以上第二开关，所述第二开关包括:第二开关主体、馈电电路和与所述馈电电路相连接的驱动电路； 其中，所述第一开关主体与所述第二开关主体相连接。
2.根据权利要求1所述的矩阵开关，其特征在于，所述第一开关主体和第二开关主体包括: 与外接设备相连接的设备端口； 电容，所述电容的第一端口与所述设备端口相连接； 电感，所述电感的第一端口与所述电容的第二端口相连接，第二端口接地； 与所述电容的第二端口和所述电感的第一端口相连接的，两个以上的开关子主体。
3.根据权利要求2所述的矩阵开关，其特征在于，所述开关子主体包括: 二极管，所述二极管的正极与所述电容的第二端口和所述电感的第一端口相连接； 正极端与所述二极管的负极相连接的二极管组； 与所述二极管组的负极端相连接的开关端口。
4.根据权利要求 1所述的矩阵开关，其特征在于，所述馈电电路包括: 依次串联的电感构成的电感组，所述电感组的一端与所述第二开关主体相连接，另一端与所述驱动电路相连接； 设置在相邻两个电感的公共端之间的第一电容，所述相邻的两个电感通过所述第一电容接地； 设置在所述电感组和驱动电路之间的第二电容，所述电感组和驱动电路通过所述第二电容接地。
5.根据权利要求1所述的矩阵开关，其特征在于，所述第一开关组的开关端口与所述第二开关组的开关端口一一映射连接。
6.根据权利要求1所述的矩阵开关，其特征在于，所述第一开关组的开关端口的数量与所述第二开关组的开关端口的数量相等。
专利摘要本实用新型涉及电路领域，特别是涉及一种矩阵开关，所述矩阵开关包括第一开关组和第二开关组，其中所述第一开关组中的第一开关，包括第一开关主体，所述第二开关组中的第二开关，包括第二开关主体、馈电电路、驱动电路，其中所述驱动电路与控制电路相连接。在需要构建信号通路时，第二开关侧的驱动电路为馈电电路供电，电流通过馈电电路传输至第二开关，实现开关的选通。与现有技术相比，在第一开关组侧不再设置驱动电路、馈电电路，并将第一开关主体和第二开关主体直接连接，不在所述第一开关和第二开关之间设置隔离直流电容，减少了隔直流电容的数量和一半的控制及驱动电路数量，相应的也减少了控制线的数量，使矩阵开关的装配过程简单。
文档编号G05B19/04GK203101876SQ20132005695
公开日2013年7月31日 申请日期2013年1月31日 优先权日2013年1月31日
发明者何猛 申请人:成都亚光电子股份有限公司