熱開關(guān)保護電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及保護電路，并且更具體地，涉及用于使用開關(guān)(諸如機電繼電器)來把測試儀器連接到接受測試的設(shè)備(DUT )的開關(guān)系統(tǒng)的保護電路。
【背景技術(shù)】
[0002]通常，使用諸如機電繼電器之類的開關(guān)把測試儀器連接到DUT的測試系統(tǒng)具有比儀器多得多的設(shè)備端子，并且給定的DUT僅具有幾個端子。因此，任何給定測試通常具有許多未使用的管腳。這些未使用管腳仍然連接到DUT端子，但是這些管腳在測試期間不被儀器驅(qū)動。每個未使用管腳由于電纜和DUT端子而具有電容。出于各種與DUT布置有關(guān)的原因，在測試管腳和未使用管腳之間可能存在不希望的寄生連接，這可能引起這些未使用管腳電容被充電到高測試電壓。
[0003]如果未使用管腳上的電壓在啟動下一個測試之前未被放電，并且該管腳在測試序列的下一個測試中被使用，隨著繼電器打開或閉合，存儲在該電容中的能量將通過繼電器觸點突然放電。這被稱為“熱開關(guān)”。熱開關(guān)可能使繼電器觸點退化，導(dǎo)致早期繼電器失效。
[0004]通常，儀器能夠在運行測試之前使該電容放電。然而，在這樣的開關(guān)系統(tǒng)中，在不引起繼電器熱開關(guān)的情況下把儀器連接到已充電管腳是不可能的。而且，不存在簡單的方式用于得知繼電器的其它側(cè)面處于足以誘發(fā)熱開關(guān)的電壓。
[0005]因為存儲在未使用測試系統(tǒng)電纜或DUT電容中的能量與電壓的平方成比例地增加，并且這個能量直接對損壞繼電器觸點負(fù)責(zé)，所以在較高電壓測試系統(tǒng)中這是重要的問題，較高電壓測試系統(tǒng)正越來越廣泛地用于測試高電壓設(shè)備。
[0006]本發(fā)明的實施例在不降級低電流性能的情況下防止熱開關(guān)，并且解決了現(xiàn)有技術(shù)的其它限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的實施例包括保護電路，保護電路耦合到系統(tǒng)中的開關(guān)，開關(guān)通過電纜(諸如均包括信號線的同軸或三軸電纜)耦合到測試下的設(shè)備。保護電路包括觸發(fā)信號接收器，其在所述開關(guān)改變狀態(tài)之前接收信號。保護電路包括放電電路，其響應(yīng)于接收到觸發(fā)信號并且在所述開關(guān)結(jié)束改變操作狀態(tài)之前把電纜的信號線電耦合到預(yù)先確定的電壓。
[0008]在系統(tǒng)耦合到三軸電纜的實施例中，保護電路還可以包括鉗位電路，被構(gòu)造為在鉗位電路接收到觸發(fā)信號之后把電纜的信號線電耦合到電纜的防護結(jié)構(gòu)。
[0009]當(dāng)不處于放電模式中時，保護電流可以改為把信號線與預(yù)先確定的電壓隔離。
[0010]其它實施例包括操作方法。
【附圖說明】
[0011]圖1是圖示本發(fā)明的實施例解決的引起開關(guān)或繼電器損壞的原理的電路圖。
[0012]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的熱開關(guān)保護電路的部分電路圖。
[0013]圖3是圖示本發(fā)明的實施例如何支持低電流測量的功能框圖。
[0014]圖4是圖示根據(jù)本發(fā)明的實施例的熱開關(guān)保護電路的詳細(xì)電路圖。
[0015]圖5是圖示根據(jù)本發(fā)明的其它實施例的熱開關(guān)保護電路的詳細(xì)電路圖。
[0016]圖6是圖示根據(jù)本發(fā)明的再其它實施例的繼電器開關(guān)保護電路的詳細(xì)電路圖。
【具體實施方式】
[0017]本發(fā)明的實施例通過對存在于繼電器一側(cè)上的電壓進行自動放電來防止熱開關(guān)，由此消除熱開關(guān)的可能性。這通過使用不被熱開關(guān)損壞的輔助固態(tài)開關(guān)來完成。該解決方案防止這樣的熱開關(guān)而同時不顯著地使低電流性能惡化。這是重要的，因為通常一個測試系統(tǒng)必須能夠測試高電壓和低電流兩者，并且還必須具有可靠的繼電器觸點。
[0018]圖1描繪由本發(fā)明的實施例所解決的問題。電容器101耦合到繼電器110，繼電器110包括電觸點112和可移動銜鐵(armature )114。當(dāng)線圈被電壓源120驅(qū)動時，銜鐵可以被線圈116激發(fā)。如果當(dāng)繼電器110中的觸點112閉合時電容器101被充電到一電壓，則電容器101將隨著觸點打開或閉合而通過繼電器突然放電，引起電弧和繼電器100中的觸點112的退化。要注意電容器101可以表示實際電容器，或則它可以替代地表示在連接到繼電器觸點的電纜上存在的寄生電容。
[0019]防止電容性充電的一種方法將是:把電阻器與電容器101并聯(lián)放置。然而，在測試期間端子連接到DUT時，如果電阻太低，這將損害測量性能，并且如果電阻太高，將無法對電容器101進行快速放電。
[0020]另一解決方案將是用能夠熱開關(guān)的繼電器代替繼電器110。不幸的是，低電流測試系統(tǒng)以及高電壓測試系統(tǒng)經(jīng)常要求繼電器不能熱開關(guān)。此外，能夠熱開關(guān)的繼電器在物理上通常大于不能熱開關(guān)的繼電器。因此，使用這些種類的繼電器在高密度開關(guān)矩陣中不具有優(yōu)勢。
[0021]第三解決方案將是簡單地檢測電容器101兩端存在的電壓并且防止繼電器開關(guān)直到該電壓衰減到足夠低電平。這個解決方案的第一個問題是:在一些情況中，依賴于線圈控制電路的設(shè)計，延遲線圈信號可能無法實現(xiàn)。第二，即使其是可能的，但是電容器101上的電壓自然衰減所要求的時間將引起整個開關(guān)系統(tǒng)具有不合乎期望的慢開關(guān)性能。
[0022]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的繼電器熱開關(guān)保護電路200的部分電路圖。圖2描繪常開繼電器210的情況。來自電壓源220的電壓從低電壓到高電壓改變以激發(fā)繼電器210的線圈216并且使主觸點212閉合。這種改變用作對觸發(fā)和隔離電路230的觸發(fā)，基于觸發(fā)，觸發(fā)和隔離電路230閉合不被熱開關(guān)損壞的輔助放電開關(guān)240。在這個實施例中，晶體管242和252把電容器201放電到地260。整體放電動作在來自電壓源220的電壓改變和繼電器210通過移動銜鐵214來實際上閉合觸點212所花費的時間之間通過輔助開關(guān)240發(fā)生。
[0023]支持低電流測量的電路200的另一重要特征是:在使用晶體管242、252作為放電開關(guān)240的各個放電開關(guān)的圖2中所示的實施例中，驅(qū)動晶體管242、252的電路與繼電器210的觸發(fā)和線圈電路隔離。如果電路未被隔離，放電開關(guān)240兩端的大電壓差可能在三軸電纜的防護結(jié)構(gòu)上誘發(fā)顯著的偏置電流，該三軸電纜耦合在儀器和DUT之間。在這種情況下，信號管腳和三軸電纜的防護結(jié)構(gòu)之間的偏置電流將損害低電流測量性能。
[0024]該示例性電路的附加重要特征是:它支持低電流測量。圖3示出這個配置。這里，繼電器310是開關(guān)低電流三軸電纜370的防護結(jié)構(gòu)和中心管腳的雙觸點繼電器。觸點312耦合到節(jié)點332，節(jié)點332耦合到三軸電纜370的信號管腳，而觸點313耦合到節(jié)點334，節(jié)點334耦合到三軸電纜370的防護結(jié)構(gòu)。為了對三軸電纜370的有效電容進行自動放電，同時不導(dǎo)致三軸中心管腳的泄漏，低泄漏鉗位電路380把中心管腳連接到三軸防護結(jié)構(gòu)。
[0025]為了測試期間的低電流性能，開關(guān)310閉合并且儀器390把節(jié)點334驅(qū)動到非常接近于節(jié)點332處信號的電壓。在這個時間期間，鉗位電路380應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地是不激活的，并且因此僅引起節(jié)點332、334之間的低泄漏。當(dāng)未測試時，開關(guān)310打開，并且沒有儀器直接驅(qū)動節(jié)點334。然而，中心管腳可以通過DUT來連接并且被充電到一電壓。恰好在開關(guān)310再次為了另一次測試而閉合之前，鉗位電路380激活，由此確保防護電壓沿著中心管腳移動。在近似相同的時間，觸發(fā)和放電電路360內(nèi)的放電電路加入，并且鉗位電路380以及觸發(fā)和放電電路360內(nèi)的放電電路一起提供低阻抗路徑用于中心管腳和防護結(jié)構(gòu)兩者對地的放電。
[0026]圖3的低泄漏鉗位電路380存在幾種可能的實施例。圖4示出一實施例，其中低泄漏鉗位電路被構(gòu)造有與氣體放電管并聯(lián)的MOSFET開關(guān)。圖5示出一實施例，其中低泄漏鉗位電路由低泄漏反并聯(lián)二極管形成。存在其它可能的鉗位電路實施例。因此，當(dāng)被繼電器控制信號觸發(fā)時，本發(fā)明的實施例使防護管腳以及還使中心管腳對地放電。
[0027]更詳細(xì)地說，圖4的鉗位和放電電路400是圖3中圖示的鉗位和放電電路的詳細(xì)示例。鉗位和放電電路400包括可以耦合到三軸電纜的中心線或信號管腳(未圖示)的節(jié)點432以及可以耦合到三軸電纜的防護結(jié)構(gòu)的節(jié)點434。在其它實施例中，鉗位和放電電路可以改為耦合到同軸電纜，諸如下面參考圖6描述的。
[0028]鉗位和放電電路400包括四個區(qū)段或部分，其中每個區(qū)段執(zhí)行不同的功能。鉗位電路部分420與放電電路部分460協(xié)作地操作以形成針對耦合到信號和防護節(jié)點432、434的開關(guān)或繼電器的保護電路。在保護或放電模式中，鉗位電路部分420把信號和防護節(jié)點432,434電耦合在一起或緊密電耦合在一起，并且放電電路460把節(jié)點耦合到參考電壓，諸如地電壓。在低泄漏模式中，鉗位電路420與放電電路460操作為使信號和防護節(jié)點432、434到地之間的任何電流泄漏最小化。鉗位激活電路450驅(qū)動鉗位電路420，而放電激活電路451驅(qū)動放電電路460。在圖4中圖示的實施例中，激活電路450、451是相同的，但在一些實施例中它們可以不同。
[0029]在操作中，當(dāng)信號和防護節(jié)點432、434由儀器驅(qū)動時，晶體管422、424在節(jié)點432、434之間處于低泄漏狀態(tài)。氣體放電管440類似地提供低泄漏。在這個模式中，晶體管422和424關(guān)斷，并且節(jié)點432、434由儀器驅(qū)動到幾乎相同電壓，從而導(dǎo)致非常小的電流泄漏。相反地，當(dāng)電路400處于放電模式時，晶體管422和424接通，引起電路400通過晶體管42