一种大规模开关矩阵快速检测装置和方法与流程

1.本发明属于射频微波测试技术领域，涉及一种大规模开关矩阵快速检测方法和装置。


背景技术：

2.开关矩阵作为一种最灵活的开关拓扑结构，在自动测试系统中得到了广泛的应用，也是自动测试系统自检的关键部件之一。受限于自身结构特性的约束，开关矩阵可靠性相对较低，且一般不自带自检功能。常规的对开关矩阵自检的方法是依靠外接自检适配器，开关矩阵可灵活地将ats中各组成模块进行互联并完成整个系统的自检，开关矩阵也是自动测试系统自检的核心部件之一。但是，由于频繁使用以及超额定值使用某些开关，开关矩阵中某些子开关性能指标下降或者处于失效状态。因此，为了保障ats系统的正常运行以及与之互联的其他模块自检的可靠性，首先需要解决大规模开关矩阵快速自检的问题。
3.开关矩阵自检的基本方法是通过对开关矩阵的行和列串联额外的开关和电阻组成自检阵列单元，通过软件对开关矩阵单元和自检阵列单元各节点开关进行通断控制并利用外接的数字多用表进行开关通路电阻的测量，根据实际测量的阻值与厂家给定的开关导通状态下的阻值进行比较，从而确定开关矩阵单元中各开关目前所处的状态。
4.现有的开关矩阵自检装置实现方案如图1所示，主要由自检阵列单元、外置数字多用表单元组成，其中开关矩阵单元的行和列分别连接至自检阵列单元中对应的开关中，并且每列都要串联相同阻值的电阻；自检阵列单元的行输出和列输出分别连至数字多用表的电阻挡的正、负两端。这种检测方法有以下不足之处：1)自检阵列单元占用体积较大、成本高；2)自检阵列单元需要的控制管脚较多，管控复杂；3)外置数字多用表，自动化程度低；4)软件路由算法不灵活，检测效率低。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了克服现有的开关矩阵自检装置及方法存在的缺陷，通过优化硬件检测电路以及优化软件路由算法，减少了整个装置的体积和成本，降低了管控的复杂性，同时提高了检测效率。
6.为了实现上述目的，本发明首先提供了一种大规模开关矩阵快速检测装置，该装置主要包括自检测单元、数据运算及处理单元；所述数据运算及处理单元与自检测单元、开关矩阵单元连接，用于对所述自检测单元检测的电压数据进行运算处理和对开关矩阵单元选定的检测区域按检测步骤进行控制；所述自检测单元由两组自检继电器及高精度四线电阻测量网络组成；所述自检继电器用于连接开关矩阵单元的前两行对应公共端；所述高精度四线电阻测量网络用于检测开关矩阵单元中各节点的电阻。
7.作为本发明的一种优选方式，所述的高精度四线电阻测量网络主要由电阻网络单元、高精度电流源电路、高精度采集电路组成，所述高精度电流源电路用于产生高稳定度的电流信号；电阻网络单元用于将高精度电流源电路输出的电流信号转化为适合高精度采集
电路采集的电压信号；所述高精度采集电路采集所述的电压信号并将其转化为数字信号，送至数据运算及处理单元。
8.进一步优选地，所述的数据运算及处理单元由arm处理器组成，所述的arm处理器内安装有开关矩阵单元自检系统；所述的自检系统用于将自检测单元测量的电压值换算成对应的电阻值数据，并与内部存储的开关通道电阻的出厂阻值进行比较，从而判定开关矩阵单元中各开关目前所处的状态以及功能是否正常。
9.进一步优选地，所述的自检系统还用于设置开关矩阵单元单元的检测区域及扫描时间。
10.本发明还提供一种大规模开关矩阵快速检测方法，采用上述大规模开关矩阵快速检测装置进行检测，包括以下步骤：
11.(1)按照自检系统设定的检测区域先进行开关矩阵单元前两行所有列检测；
12.(2)按照自检系统设定的检测区域的相邻两列为一组的顺序进行检测，扫描所有的行，直至完成所有列检测和行扫描；
13.(3)按照自检系统设定的检测区域第1列和最后1列的顺序检测，遍历完所有的行，结束整个检测区域的检测。
14.进一步优选地，所述步骤(1)中，具体方法为：
15.自检系统按设定的检测区域自动闭合开关矩阵单元前两行信号输入端与所有列信号输出端连接的开关，其余行的开关均断开，读取一组测量的电压值换算的电阻值r并储存，如果测量阻值r接近理论阻值2r/m，其中r为单个开关的内阻，m为设定的检测区域的列数量，说明前两行所有的开关闭合正常；
16.断开开关矩阵单元前两行信号输入端与所有列信号输出端连接的开关，其余行的开关均断开，读取另外一组测量的电压值换算的电阻值r并储存；如果测量阻值r无限大，证明前两行所有开关断开正常；
17.按单列进行检测，直至扫描完前两行；按照测量阻值r与理论阻值的比较结果，判定检测区域前两行所有节点的开关是否正常。
18.进一步优选地，所述步骤(2)中，具体方法为：
19.先闭合第1列中的第1行和第3行开关以及第2列中第2行和第3行开关，其余开关均断开，得到(r
(x1,y3)
r
(x2,y3)
)；r
(xm,yn)
代表设定的检测区域的第m列第n行对应的电阻值；
20.断开第1列中的第3行开关，其余状态保持不变，得到r
(x2,y3)
，将测试结果存储于arm处理器中节点x2y3对应的扫描存储空间；
21.打开第1列第3行开关同时断开第2列第3行开关，其余状态保持不变，得到r
(x1,y3)
，将测试结果存储于arm处理器中节点x1y3对应的扫描存储空间；
22.按以上步骤完成前两列中所有行扫描以及检测，得到r
(x1,y3)
，r
(x1,y4)
，
…
，r
(x1,yn)
以及r
(x2,y3)
，r
(x2,y4)
，
…
，r
(x2,yn)
，将测试结果存储于arm处理器中节点x1y3，x1y4，
…
，x1y
n
，以及x2y3，x2y4，
…
，x2y
n
对应的扫描存储空间。
23.进一步优选地，所述步骤(3)中，具体方法为：
24.先闭合第1列中的第1行和第3行开关以及最后1列中第2行和第3行开关，其余开关均断开，得到(r
(x1,y3)
r
(xm,y3)
)；
25.断开第1列中的第3行开关，其余状态保持不变，得到r
(x1,y3)
，将测试结果存储于
arm处理器中节点x1y3对应的扫描存储空间；
26.打开第1列第3行开关同时断开最后1列第3行开关，其余状态保持不变，得到r
(xm,y3)
，将测试结果存储于arm处理器中节点x
m
y3对应的扫描存储空间；
27.按以上步骤完成所有行扫描以及检测；
28.结合步骤(2)得到的检测结果，计算出每个节点两次测量阻值的平均阻值r
(x,y)
，如果每个节点的平均阻值r
(x,y)
与单个开关出厂内阻值接近，证明该节点的开关功能正常，如果平均阻值r
(x,y)
无穷大或者为0，证明该节点的开关异常。
29.本发明的大规模开关矩阵单元快速检测装置和方法，具有如下有益效果：
30.1.通过开关矩阵单元自检系统，可任意设置检测阵列区域、扫描时间，提高了检测效率及灵活性；
31.2.检测单元采用内置四线电阻测量方式，提高了测量精度；
32.3.自检系统算法灵活，简化了开关矩阵单元与检测单元连接的关系；
33.4.通过减少检测单元中的开关以及串联电阻等部件，减少了整个装置的体积和成本，同时降低了管控的复杂性；
34.5.由于整个检测装置在同一块印制电路板上实现，因此整个装置集成度高、拆卸方便，便于集成与维修。
附图说明
35.图1现有的开关矩阵单元自检装置实现方案；
36.图2为本发明实施例中开关矩阵单元快速检测装置组成框图；
37.图3为高精度四线电阻测量网络原理框图；
38.图4为本发明实施例的检测方法中所有列检测图示；
39.图5为本发明实施例的检测方法中行列交错检测图示；
40.图6为本发明实施例的检测方法中首末两列及所有行检测图示。
具体实施方式
41.为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明公开内容的理解更加透彻全面。
42.如图2所示，本实施例提供的大规模开关矩阵单元快速检测装置，主要由自检测单元、数据运算及处理单元两部分构成。整个装置采用单元化设计思想，将自检测单元、数据运算及处理单元集成在同一块印制电路板上不同的区域，便于集成和维修。
43.如图所示，自检测单元由两组自检继电器ky1、ky2以及高精度四线电阻测量网络组成，其中，自检继电器完成开关矩阵单元单元与高精度四线电阻测量网络之间通路的连接与状态的切换。高精度四线电阻测量网络由电阻网络单元、高精度电流源电路、高精度采集电路3部分组成，主要完成需要自检的开关矩阵单元中各节点的电阻的精确测量，原理框图如3所示。电阻网络单元的作用是利用电阻分压的原理将高精度电流源输出的电流信号转化为适合高精度采集电路采集的电压信号，并将a、b各分出两路共四条支路。高精度电流
源电路通过d触发器和高速运算放大器结合，产生高稳定度的电流信号，该电流流过电阻网络单元及开关矩阵单元产生一个恒定的电压信号，该电压信号送至高精度采集电路被转化为数字信号，该数字信号最终被送至数据运算及处理单元进行处理。
44.数据运算及处理单元由arm处理器构成，主要完成对开关矩阵单元的控制以及接收与储存自检测单元返回的电压值对应的二进制值数据。arm处理器内安装有开关矩阵单元自检软件系统，自检系统将自检测单元测量的电压值换算成对应的电阻值数据，并与内部存储的开关通道电阻的出厂阻值进行比较，从而判定开关矩阵单元中各开关目前所处的状态以及功能是否正常，并在自检系统软件显示的软面板以列表或者文本形式显示最终检测结果。
45.自检系统还可灵活设置开关矩阵单元的自检测区域及整个检测过程所用的扫描时间等参数。
46.检测前，只需将大规模开关矩阵单元中的前两行对应公共端与自检测单元的两组自检继电器连接，就可以完成自检通路与开关矩阵单元的连接，实现整个开关矩阵的检测。
47.本实施例的大规模开关矩阵单元快速检测装置的主要工作流程如下：首先工作时，先运行安装在arm处理器中的大规模开关矩阵单元自检软件系统，利用自检软件显示的软面板上对应的按钮配置需要检测的行、列起始位置和终止位置以及扫描时间、配置选定区域的扫描参数，配置完成后按运行按钮，整个装置就开始工作了。
48.本发明以8
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64单线开关矩阵单元图形化表示方法为例描述大规模开关矩阵单元快速检测方法的过程和路由算法步骤，在本实施例中，假定自检系统设定的检测区域为整个开关矩阵，即对开关矩阵单元进行全局检测，具体步骤如下：
49.步骤1：
50.按自检系统设定的检测区域先进行开关矩阵单元前两行检测，扫描完前两行所有的列：
51.自检软件按设定的检测区域以及路由算法自动闭合开关矩阵单元前两行信号输入端与所有列信号输出端连接的开关，其余行的开关均断开，用arm读取一组测量的电压值换算的电阻值，由于所有闭合的开关的前两行先串联然后与所有列并联，所以arm获取的电阻理论阻值应该为2r/m(其中r为单个开关的内阻，m为开关矩阵单元的列数量)，将arm换算的测量阻值与2r/m值进行比较，如果测量值与2r/m接近，证明前两行所有的开关闭合正常，操作示意图见图4a。
52.断开开关矩阵单元前两行信号输入端与所有列信号输出端连接的开关，其余行的开关均断开，用arm读取另外一组测量的电压值换算的电阻值，由于所有断开的开关处于开路状态，如果arm读取的测量阻值(换算的电阻值)无限大，证明前两行开关断开正常，示意图见图4b。
53.按单列进行检测，直至扫描完前两行，将每次测试结果存储于arm中对应的y1x
m
、y2x
m
各节点寄存器中，检测示意图见图4c、4d、4e、4f。按照前两行各节点换算的测量阻值与厂家给定的各节点对应开关的阻值的比较结果，判定检测区域的前两行中各节点开关是否正常。
54.步骤2：
55.按在自检系统中设定的检测区域的相邻两列为一组的顺序进行检测，扫描所有的
行，直至完成所有列检测和行扫描。
56.先闭合第1列中的第1行和第3行开关以及第2列中第2行和第3行开关，其余开关均断开，得到(r
(x1,y3)
r
(x2,y3)
)；r
(xm,yn)
代表第m列第n行对应的电阻值；
57.断开第1列中的第3行开关，其余状态保持不变，得到r
(x2,y3)
，将测试结果存储于arm中节点x2y3对应的扫描存储空间；
58.打开第1列第3行开关同时断开第2列第3行开关，其余状态保持不变，得到r
(x1,y3)
，将测试结果存储于arm中节点x1y3对应的扫描存储空间；
59.按以上步骤完成前两列中所有行扫描以及检测，得到r
(x1,y3)
，r
(x1,y4)
，
…
，r
(x1,yn)
以及r
(x2,y3)
，r
(x2,y4)
，
…
，r
(x2,yn)
，将测试结果存储于arm中节点x1y3，x1y4，
…
，x1y
n
，以及x2y3，x2y4，
…
，x2y
n
对应的扫描存储空间。
60.前两列和所有行检测的示意图见图5a、5b、5c、5d；第2列和第3列以及倒数第2列和倒数第1列的检测示意图见图5e、5f，依次得到r
(x2,y3)
，r
(x2,y4)
，
…
，r
(x2,yn)
，r
(x3,y3)
，r
(x3,y4)
，
…
，r
(x3,yn)
，r
(xm
‑
1,y3)
，r
(xm
‑
1,y4)
，
…
，r
(xm
‑
1,yn)
，其中，m表示开关矩阵单元的列数量，n表示开关矩阵单元的行数量。
61.步骤3：
62.在自检系统中按设定的检测区域第1列和最后1列的顺序检测，遍历完所有的行，结束整个选定区域的检测。
63.先闭合第1列中的第1行和第3行开关以及最后1列中第2行和第3行开关，其余开关均断开，得到(r
(x1,y3)
r
(xm,y3)
)；
64.断开第1列中的第3行开关，其余状态保持不变，得到r
(x1,y3)
，将测试结果存储于arm中节点x1y3对应的扫描存储空间；
65.打开第1列第3行开关同时断开最后1列第3行开关，其余状态保持不变，得到r
(xm,y3)
，将测试结果存储于arm中节点x
m
y3对应的扫描存储空间；
66.按以上步骤完成所有行扫描以及检测；第1列和最后1列检测的示意图见图6a、6b、6c、6d。
67.结合步骤(2)得到的检测结果，计算出每个节点两次测量阻值的平均阻值r
(x,y)
，如果每个节点的平均阻值r
(x,y)
与单个开关出厂内阻值r接近，证明该节点的开关功能正常，如果平均阻值r
(x,y)
无穷大或者为0，证明该节点的开关异常。