【开关】Tree树状结构和普通结构的多路复用MUX 对比

MUX(多路复用模块)最常见的两种基本的方案是基于Tree结构和传统结构。Pole Switched MUX提供了和传统MUX相同的很多特性,并很好的利用了双刀的继电器(通常是EMR)。每种结构都有它自己的优缺点。

传统架构的MUX

                                           

在传统架构的MUX结构中,公共端用于作为输入端(或者如果MUX是双向可用的话,也可作为输出端),并通过继电器连接到不同的路径下。所有基于继电器的MUX模块都可以作为双向多路复用器使用--是指可以将多个信号切换到一个接口,也可以将一个信号连接到多个接口。

这种MUX的带宽,本质上受其连接到公共端的继电器的数量和连接到继电器的路径长度所限制。对于使用机械继电器的设计,主要的限制是路径长度(电容加载),对于固态继电器的设计,主要受继电器本身的限制。两种设计都容易导致公共端加载过量的电容,而传输线对较长连接的影响可以在波长的四分之一点处将开路连接转换为短路连接,从而导致频率有很高的的插损。

除了BW的限制,这种连接方式是非常经济有效的。因为只有一个继电器用来关闭连接限号,所以可以产生最低的DC路径电阻。这种结构也允许多个路径连接到公共端(受驱动程序的限制)。在软件术语中,要区分一个MUX允许多少个MUX通道闭合,pickering 定义为MUX M -- 在一个MUX M中允许多个继电器闭合,但在一个MUX中,只允许一个闭合。

如果驱动程序允许的情况下,公共端的隔离继电器还允许MUX在和com口没有连接的情况下用于连接输出接口。

如果隔离继电器包含在com口中,它会使开关完全对称 -- 所有的接口连接到一个内部的星点,公共端输出和通道输出之前的不同就纯粹是一个符号约定。当MUX没有在使用时,隔离继电器减少了外部线缆连接上的电容负载。

为了确保MUX在调用驱动的功能函数前有一个break,需要对MUX进行两组操作设置。

传统MUX的一个潜在的缺点是如果一个继电器的焊接出现问题,之后的继电器会将测试系统中不打算连接的部分也一起连接到一起。

Pole Switched MUX

                                  

在传统的MUX架构基础上进行微小的改变就编程了pole switched MUX,它是利用了双刀的继电器从最小规模的双刀继电器来增加了MUX的规模。

对于展示的198通道的MUX模块,就是由99个双刀继电器来提供198个输出连接,两个继电器中选择一路来连接到公共端。这种设计比单刀继电器的设计使用了更少的继电器。

这是一种经济有效的方法,用户不需要将多路复用模块的输出连接到一起。关于BW和其他因素的问题和传统架构的MUX基本相同。

Tree MUX

                          

Tree MUX使用SPDT继电器将一组output(或者input)的公共端连接到一起。信号通过树形结构来进行切换,树形结构用于扩展输出连接的数量。由于继电器用来选择哪条路径关闭,所以MUX只允许选择一条完整的路径,并不会无意之间将输出连接到一起。

路径上使用了一系列的继电器,因此通过路径的DC阻抗要比传统架构的形式要高。

MUX所需的继电器数量也比传统架构的MUX要多。Tree MUX在com口和一个输出之间经常是有一个固定的路径,除非加入额外的继电器。

然而MUX的带宽BW可以非常高,因为路径上没有开路部分或者其他继电器连接到他们导致有传输线的残端,因为这种架构可以提供继电器可以提供的最好的BW。

Tree MUX经常用在RF矩阵中,用来提供广泛的射频带宽。在任何一点都没有多余的RF路径,可以最大程度上的减少电容。第二种应用是在电力系统中,即使在继电器焊接有问题的情况下,一个输入也只连接到一个输出。由于MUX是由切换开关搭建的,因此焊接的继电器本质上阻止了附加路径的连接。

总结

在低频应用中使用传统架构的MUX可以在路径电阻方面提供最低的成本和最佳的性能。对于BW要求严格且超出常规MUX承载能力的MUX或者对于避免多个闭合(可能需要输出连接到一起)的应用来说,推荐使用Tree MUX.

本文参考英国pickering品牌官网知识库文章,翻译整理。

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