矩阵开关装置、系统及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种矩阵开关装置、系统及方法，装置包括：继电器开关阵列、电平转换单元、状态反馈单元和控制单元。矩阵开关装置还包括网络接口单元和/或串行接口单元。继电器开关阵列包括若干个继电器，为矩阵开关装置提供可切换的开关通道。电平转换单元分别与继电器开关阵列、控制单元相连，将控制单元输出的电平信号转换为继电器开关阵列驱动所需的电平信号。状态反馈单元分别与继电器开关阵列、控制单元相连，将继电器开合状态反馈至控制单元。控制单元通过网络和/或串行接口与外部的PC机进行数据交互。本发明专利技术能够解决现有矩阵开关不具备开关状态反馈功能，必须依托ISA、PXI、PCI等平台架构，控制方式复杂、价格昂贵的技术缺陷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子电气
，尤其是涉及一种应用于测试系统与被测系统之间的信号切换的具备状态反馈功能的可远程控制的。
技术介绍
在现有技术中，常用的开关拓扑结构通常包括通用拓扑结构、多路复用拓扑结构及矩阵拓扑结构，分别如附图1、2和3所示。其中，如附图3所示的矩阵开关:故名思议，指结构为行(row)、列(column)交叉排布的开关产品，其特点为每个节点连接一个行/列，每个节点可以单独操作，通过设置节点的不同组合可以实现信号的路由切换。而矩阵开关又有单线，双线等不同模式。其中，如附图4所示，单线开关模式的输入信号均为单端输入，所有信号具有公共地或公共低端。而如附图5所示，双线模式是分别将通道的正负端接到公共端的正负端口上的方式。对于任何一个电气产品的测试过程来说，一般都需要将被测设备的接入点与各种不同的信号进行连接，并且对设备进行测试，从而核实设备中这部分功能的效用。在这个过程中频繁的切换信号是必不可少的。对于小而简单的测试来说，人工的进行拆卸和更换连线也可以完成信号的切换。然而对于大而复杂的测试系统来说，反复地进行人工拆卸、更换连线的方式通用性差，费工费时且极易出错。基于上述情况，目前市场上出现了大量的开关产品。开关产品作为连接测试系统和被测设备的桥梁，通过软件控制开关的通断，从而测试系统内部的输出信号端口可灵活地切换至被测对象的任意输入端口。内部的信号测量端口也可以灵活地切换至被测对象的任意输出端口，实现了信号的程控切换。而不必更改测试系统的任何走线和硬件配置，具有较大的灵活性和较强的通用性，有效地解决了手动改线方式带来的技术问题。为了扩展可切换信号的数量及配置的灵活性，矩阵开关产品应用而生。矩阵开关就是由一定数量的开关组成的开关阵列(一般由继电器开关组成)，通过控制继电器开关的通断，可以组成具有一定拓扑结构的开关，实现多路复用的功能或建立矩阵开关实现多路输入与输出，如安捷伦的矩阵开关模块、凌华的PX1-7931矩阵模块等。然而，目前市场上可见的矩阵开关产品基本上是基于并行总线构架的产品，如ISA、PX1、PC1、CPCI等架构，必须安装在特定的硬件平台中才能使用。如附图6所示，为现有技术中矩阵开关系统的结构功能框图。该矩阵开关系统包括:依次相连的工控机40、ISA/PXI/PCI/CPCI总线控制器50、矩阵开关模块60和被测设备30。以太网指令输入工控机40，工控机40通过ISA/PXI/PCI/CPCI总线向总线控制器50发送控制指令，并由总线控制器50控制矩阵开关模块60为被测设备30提供信号通道。同时，开关产品本身不具备以太网口等远程通信接口，而是要通过各自平台的总线控制器来实现远程控制，控制方式复杂、价格昂贵、应用方式缺乏灵活性。此外，现有矩阵开关产品不具备状态反馈功能，即开关的工作状态不能被监测，当矩阵开关本身出现问题时，不能将开关的真实状态反馈给使用者，无法及时、准确地定位并排查故障。因此，如上所述，现有技术中的矩阵开关基本上都基于ISA、PX1、PC1、CPCI等并行总线架构，本身并不具备远程控制功能，只能间接地通过具备远程通信(如以太网等)功能的PCI或PXI总线控制器来实现远程控制，不能独立使用、应用方式单一、必须依赖其他设备、应用平台有限、控制方式复杂、价格昂贵。同时，不具备开关状态反馈功能，不能监测开关的工作状态，当矩阵开关本身出现问题时，不能监测到开关的状态并反馈给使用者，无法及时、准确的定位并排查故障，测试排查故障的盲目性凸显。从测试的可靠性角度来看，也不能实现效率最优。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种，能够解决现有矩阵开关不具备开关状态反馈功能，必须依托ISA、PX1、PC1、CPCI等平台架构，控制方式复杂、价格昂贵的技术缺陷。为了实现上述专利技术目的，本专利技术具体提供了一种矩阵开关装置的技术实现方案，矩阵开关装置，包括:继电器开关阵列、电平转换单元、状态反馈单元和控制单元； 所述继电器开关阵列包括若干个继电器，为矩阵开关装置提供可切换的开关通道；所述电平转换单元分别与所述继电器开关阵列、控制单元相连，将所述控制单元输出的电平信号转换为所述继电器开关阵列中继电器驱动所需的电平信号； 所述状态反馈单元分别与所述继电器开关阵列、控制单元相连，将所述继电器开关阵列中继电器的开合状态反馈至所述控制单元； 所述矩阵开关装置还包括网络接口单元和/或串行接口单元； 所述控制单元通过所述网络接口单元和/或串行接口单元与外部的PC机进行数据交互；来自于所述PC机的开关通道切换指令通过所述网络接口单元和/或串行接口单元传输至所述控制单元，再经过所述控制单元处理后传输至所述电平转换单元，从而控制所述继电器的开合，实现各信号通道路由的程控切换；所述控制单元还将来自于所述状态反馈单元的所述继电器的开合状态反馈信号通过所述网络接口单元和/或串行接口单元传输至所述PC机。优选的，所述控制单元采用FPGA芯片，所述控制单元用于实现以太网或串行通信功能。所述控制单元根据所述网络接口单元和/或串行接口单元的指令控制由若干个所述继电器构成的开关通道的切换。优选的，所述网络接口单元为网络通信提供物理层接口，所述控制单元接收来自于所述网络接口单元的网络通信指令并进行解析，并通过I/o 口控制相应继电器的开合并最终得到不同拓扑结构的开关。优选的，所述串行接口单元采用RS232接口电路或RS485接口电路或USB接口电路。所述网络接口单元采用以太网接口电路或wifi接口电路。优选的，所述电平转换单元将所述控制单元输出的LVCMOS电平信号转换为继电器驱动所需的TTL电平输入信号。优选的，所述继电器开关阵列采用单线模式的矩阵开关。优选的，所述继电器均包括两组常开触点，其中一组常开触点与所述控制单元的管脚相连，用于反馈所述继电器的开合状态，另一组常开触点作为所述矩阵开关行与列之间的交点。优选的，所述继电器还包括线圈，所述继电器开关阵列还包括用于驱动每个对应继电器的驱动电路，所述继电器驱动电路包括第一电阻、第二电阻、三极管和二极管。所述控制单元输出的电平信号经所述电平转换单元转换后从所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端、所述三极管的基极相连，所述第二电阻的另一端、所述三极管的发射极与地相连。所述三极管的集电极与所述线圈的一端相连，所述线圈的另一端连接至电源，所述二极管反向并联在所述线圈的两端。所述第一电阻起限流作用，流经所述第一电阻的电流通过所述三极管放大后再驱动所述继电器的线圈。所述第二电阻使所述三极管可靠截止，与所述线圈反并联的二极管起反向续流作用，抑制浪涌。优选的，所述继电器的两组常开触点分别为第一触点和第二触点，所述状态反馈单元包括上拉电阻。所述继电器的开合状态反馈信号经所述第一触点的一端输出至所述控制单元，所述第一触点的另一端与地相连，所述第一触点与所述控制单元相连的一端通过所述上拉电阻与电源相连。当所述继电器的线圈得电动作时，对应的所述第一触点、第二触点闭合或断开，在实现信号路由的同时将所述继电器的开合状态通过所述状态反馈单元反馈至所述控制单元。优选的，所述第二触点的一端与所述矩阵开关的行相连，所述第二触点的另一端与所述矩阵开关的列相连。本专利技术还当前第1页1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矩阵开关装置，其特征在于，包括：继电器开关阵列（1）、电平转换单元（2）、状态反馈单元（3）和控制单元（4）；所述继电器开关阵列（1）包括若干个继电器（K1），为所述矩阵开关装置（10）提供可切换的开关通道；所述电平转换单元（2）分别与所述继电器开关阵列（1）、控制单元（4）相连，将所述控制单元（4）输出的电平信号转换为所述继电器开关阵列（1）中继电器（K1）驱动所需的电平信号；所述状态反馈单元（3）分别与所述继电器开关阵列（1）、控制单元（4）相连，将所述继电器开关阵列（1）中继电器（K1）的开合状态反馈至所述控制单元（4）；所述矩阵开关装置（10）还包括网络接口单元（5）和/或串行接口单元（6）；所述控制单元（4）通过所述网络接口单元（5）和/或串行接口单元（6）与外部的PC机（20）进行数据交互；来自于所述PC机（20）的开关通道切换指令通过所述网络接口单元（5）和/或串行接口单元（6）传输至所述控制单元（4），再经过所述控制单元（4）处理后传输至所述电平转换单元（2），从而控制所述继电器（K1）的开合，实现各信号通道路由的程控切换；所述控制单元（4）还将来自于所述状态反馈单元（3）的所述继电器（K1）的开合状态反馈信号通过所述网络接口单元（5）和/或串行接口单元（6）传输至所述PC机（20）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丽君，李小文，刘伟良，陈明奎，谭利红，万加林，莫伟书，李想利，
申请(专利权)人：株洲南车时代电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43