干簧繼電器已從其音頻根源發(fā)展到處理 GHz 信號(hào);MEMS 技術(shù)可能會(huì)將它們推到一邊。本節(jié)探討干簧繼電器及其在 ATE 應(yīng)用中的應(yīng)用。

替代方案：簧片繼電器

在努力開(kāi)發(fā)更好的中心局交換矩陣和交叉桿的同時(shí)，久負(fù)盛名的貝爾電話實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家和工程師在 1930 年代致力于全新的 EMR 設(shè)計(jì)。他們的目標(biāo)是制造一種小巧、輕便且壽命極長(zhǎng)的繼電器，用于交換電話電路，他們做到了：干簧繼電器（有時(shí)稱(chēng)為干簧開(kāi)關(guān)）。也許在某種程度上是由于其概念的概念簡(jiǎn)單性（如果不是實(shí)際的制造工作），1941 年的專(zhuān)利短得驚人，只有一頁(yè)三張基本圖紙和一頁(yè)多一點(diǎn)的文字。

基本的簧片繼電器設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)優(yōu)雅的典范。觸點(diǎn)位于密封玻璃管中，該玻璃管可以具有真空或惰性氣體，如圖 1 所示。

圖 1.干簧繼電器（左）的簡(jiǎn)單概念從其基本結(jié)構(gòu)（右）中可見(jiàn)一斑。（圖片：電子筆記（左）、維基百科（右））

激活磁場(chǎng)通過(guò)外部電磁鐵甚至永磁體施加（因此，簧片繼電器通常用于檢測(cè)門(mén)/窗關(guān)閉）。由于觸點(diǎn)位于密封管中，因此它們不會(huì)受到空氣中污垢/灰塵堆積或污染的影響，否則可能會(huì)隨著時(shí)間的推移降低接觸電阻或?qū)е麻W絡(luò)和火花。

干簧繼電器非常適合處理直流和音頻信號(hào)。根據(jù)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，它們還可以支持高壓開(kāi)關(guān)以及具有低熱電動(dòng)勢(shì)實(shí)現(xiàn)的敏感信號(hào)（熱電動(dòng)勢(shì)是極低電平信號(hào)路徑中測(cè)量誤差的來(lái)源），并很快被用于儀器儀表和自動(dòng)測(cè)試設(shè)備 （ATE）。

圖 2.Pickering Electronics 系列 113RF SIL/SIP 3-GHz 干簧繼電器從基本的“1 Form A”配置開(kāi)始，但也提供其他版本。（圖片來(lái)源：Pickering Electronics)

但為什么要停在較低的頻率上呢？通過(guò)適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)和制造，它們的頻率范圍已擴(kuò)展到射頻開(kāi)關(guān)所需的千兆赫茲范圍。Pickering Electronics 的 113RF SIL/SIP 系列干簧繼電器就是一個(gè)很好的例子，這是一款微型同軸干簧繼電器，適用于高達(dá) 3 GHz 的高頻射頻系統(tǒng)，如圖 2 所示。基本的“1 Form A”（SPST） 5V 版本的線圈電阻為 500 Ω，可由 TTL 兼容或等效輸出驅(qū)動(dòng)。

每個(gè)繼電器長(zhǎng)僅 12.5 mm、寬 3.7 mm、高 6.6 mm，在 0.15 × 0.5 英寸間距上具有高堆積密度堆疊。它們具有兩毫米的間距，使其能夠以 ATE 系統(tǒng)典型的非常高的密度堆疊，如圖 3 所示。

圖 3.干簧繼電器通常密集地封裝在ATE系統(tǒng)接口板上，因此小尺寸和占地面積，但不影響電氣規(guī)格，是重要的設(shè)計(jì)因素。（圖片來(lái)源：Pickering Electronics)

這些干簧繼電器適用于高達(dá) 10 W 和 0.5 A 的開(kāi)關(guān)。A 型配置（SPST 常開(kāi)）還提供 3 V 或 5 V 線圈，線圈電阻分別為 100 和 300 歐姆。該公司認(rèn)為，這些小型屏蔽干簧繼電器比傳統(tǒng)機(jī)電繼電器更快、更小，插入損耗更低，比 SSR 更好的直流能力，并且比微機(jī)電系統(tǒng) （MEMS） 繼電器具有更好的熱開(kāi)關(guān)性能（稍后會(huì)詳細(xì)介紹）。

在低電平下，113RF 系列干簧繼電器的典型預(yù)期壽命超過(guò) 2.5 億次作。這些繼電器采用最高質(zhì)量的儀器級(jí)干簧開(kāi)關(guān)，帶有濺射釕觸點(diǎn)（回想一下高中化學(xué)：這是符號(hào) Ru 和原子序數(shù) 44，一種屬于元素周期表鉑族的稀有過(guò)渡金屬），非常適合自動(dòng)測(cè)試設(shè)備。談?wù)摦a(chǎn)生影響的微小細(xì)節(jié)：這種類(lèi)型的釕鍍層可確保穩(wěn)定的接觸電阻和更長(zhǎng)的使用壽命，而更簡(jiǎn)單的電鍍銠鍍層會(huì)導(dǎo)致更高、更不穩(wěn)定的接觸電阻。

由于這些是同軸、RF 優(yōu)化繼電器，因此供應(yīng)商提供了標(biāo)準(zhǔn) RF 參數(shù)的圖表，例如插入損耗、VSWR 和隔離度，擴(kuò)展到圖 4 所示的多 GHz 范圍。

圖 4.根據(jù)其 3 GHz 額定值，這些繼電器在關(guān)鍵射頻參數(shù)中的性能也在數(shù)據(jù)手冊(cè)中進(jìn)行了說(shuō)明。（圖片來(lái)源：Pickering Electronics)

當(dāng)多個(gè)繼電器在系統(tǒng)電路板上間隔很遠(yuǎn)時(shí)，其激活線圈的外部磁場(chǎng)通常不會(huì)引起問(wèn)題。然而，當(dāng)繼電器堆疊并封裝到高密度時(shí)（在 ATE 板等應(yīng)用中很常見(jiàn)），一個(gè)線圈的磁場(chǎng)可能會(huì)干擾甚至使相鄰繼電器的激活磁場(chǎng)脫敏。因此，所有 113RF 系列干簧繼電器均具有內(nèi)部 mu-metal 磁屏，可實(shí)現(xiàn)繼電器的高密度堆疊，而不會(huì)出現(xiàn)相鄰設(shè)備相互干擾的風(fēng)險(xiǎn)，從而導(dǎo)致作不一致或錯(cuò)誤。

九頁(yè)的數(shù)據(jù)表提供了所有版本的 113RF 系列繼電器的詳細(xì)信息。其他附屬品包括一個(gè)信息表，將 Pickering 設(shè)計(jì)的屬性與他們所說(shuō)的“典型”干簧繼電器進(jìn)行比較;盡管它無(wú)疑有些偏見(jiàn)，但它仍然提供了一些真正的見(jiàn)解。如果您對(duì)簧片繼電器不那么熟悉，他們有一個(gè)三分鐘的教程視頻 點(diǎn)擊此處， 一個(gè)關(guān)于他們的干簧繼電器如何構(gòu)造的三分鐘視頻 點(diǎn)擊此處， 以及一個(gè)關(guān)于這個(gè)新系列的短視頻 點(diǎn)擊此處.

最后一節(jié)介紹基于MEMS的繼電器及其在ATE應(yīng)用中的功能。