Messtechnik Die richtigen Weichen stellen: Viele Signal-Kanäle übersichtlich verwalten Switching: Signal-Verschaltung in Multikanal-Testsystemen Wesentlichen drei grundlegende Anforderungen: • Öffnen/Schließen eines Signalpfads. • Multiplexen eines einzelnen Signalpfads in mehrere Pfade oder umgekehrt. • Signal-Routing in verschiedene Übertragungspfade. Letztendlich läuft es also immer auf ein programmgesteuertes Ein-, Aus- oder Umschalten des Signalpfades in verschiedenen Varianten hinaus. © Aufmacherbild Hintergrund „Weichen“: Pixabay Wenn man allgemein von Messtechnik spricht, denkt man wahrscheinlich zuerst an das klassische Messen in der Werkstatt und bei der Wartung. Das Vorgehen ist hier einfach: „Multimeter- oder Oszilloskop-Tastkopf an einen Messpunkt halten und Messwert ablesen“. In der Industrie sieht das natürlich ganz anders aus. Bei Test und Messtechnik (T&M) sind hier ganz andere Bedingungen gegeben und damit auch ganz andere Vorgehensweisen erforderlich. So spielt an erster Stelle die Automatisierung des Messvorgangs eine wichtige Rolle und die damit verbundene Geschwindigkeit und geforderte Zuverlässig keit. Oft muss an sehr vielen Messpunkten eines zu testenden Objekts gemessen werden und es müssen sequenziell viele Prüflinge getestet werden. Zudem soll je nach Anwendung an einem Prüfling mit verschiedenen Messinstrumenten gleichzeitig gemessen und das Messobjekt überdies womöglich mit Test-Signalen stimuliert werden. Messen im industriellen Test- Umfeld muss also vor allem schnell, automatisch, effektiv/produktiv, robust/zuverlässig und wiederholbar/reproduzierbar sein - und das bei einer Vielzahl von Kanälen/ Messpunkten. Was ist „Signal-Switching“? Um nun viele Prüflinge und Messvorrichtungen, also eine Vielzahl von Ein-/Ausgangs-Kanälen, sinnvoll, übersichtlich und automatisiert zu verwalten, ist ein programmgesteuertes „Routing“ der Signale erforderlich. So müssen zum Beispiel verschiedene Test-Geräte wie HF-Power-Meter/Power-Sensoren, Signal-, Spektrum-, vektorielle Netzwerk-Analysatoren, Signal-Generatoren, Multimeter und Oszilloskope mit mehreren Testpunkten eines oder mehrerer zu testenden Objekte verschaltet werden. Dies umfasst im Und was muss geschaltet werden? Die zu verschaltenden Signale können je nach Anwendung und natürlich auch innerhalb eines T&M- Systems ganz unterschiedlich sein. Dazu gehören zum Beispiel höhere Spannungen für eine Stromversorgung des Prüflings, außerdem AC- oder DC-Niederspannungen, digitale/TTL-Steuersignalen, Prüfsignale, die ein Signal-Generator erzeugt bis hin zu HF-Signalen für schnelle Datenübertragungen, Funksignale, Antennen etc. Die Anforderungen an die Signal-Verschaltung sind also sehr unterschiedlich, das Grundprinzip „Schalter“ ist jedoch immer gleich. Gängige Switching- Topologien in Test und Messtechnik In der Praxis kommen vor allem vier Switching-Topologien (Bild 1) zum Einsatz: • Umschalter sorgen für ein Signal- Routing von einem Kanal in zwei Pfade. Meilhaus Electronic www.meilhaus.de Bild 1: Beispiele für Umschalten, Multiplexen, Mehrfach-Umschalten und Bypass 16 Einkaufsführer Messtechnik & Sensorik 2021
Messtechnik Bild 2: Beispiele für Schalter-/Relais-Konfigurationen • Multiplexer (kurz MUX, Multiport- Schalter) erledigen das Signal- Routing eines Eingangs-Kanals zu vielen Ausgangs-Pfaden - oder umgekehrt auch das Signal-Routing eines Ausgang-Kanals zu vielen Eingangs-Pfaden. • Mehrfach-Umschalter routen die Signale zweier Eingänge in zwei Ausgangs-Pfade. • Bypass-Schalter schließlich dienen zum Zu- oder Wegschalten einer Testkomponente in einen/ aus einem Signal-Pfad. Für die technische Realisierung der zu Grunde liegenden Schalter stehen im Wesentlichen zwei Verfahren zur Auswahl: Zum einen elektromechanische Schalter (EM), also eine Steuerung des mechanischen Schaltvorgangs per Spule/Magnetfeld. Zum anderen Halbleiter-Schalter (Solid State), also die Steuerung des Schaltvorgangs per Halbleiter z. B. PIN-Diode oder FET. Exkurs: Relais – Schalter mit „Fernbetätigung“ Klassische, mechanische Relais sind elektromechanische Schalter, die über Strom elektromagnetisch gesteuert werden. Ein solches Relais verfügt dazu über mindestens zwei Stromkreise: Zum einen den „steuernden“ Stromkreis zum Aktivieren des Schalters per Erregerspule, zum anderen den oder die zu schaltenden Stromkreis(e). Mechanische Relais haben unter anderem die Vorteile eines geringen Kontaktwiderstands, einer hohen Einschaltleistung und Überlastbarkeit sowie eines hohen Isolationswiderstands für eine sichere galvanische Trennung. Sie können von DC bis hin zu Hochfrequenz-Signalen schalten. Ihre Nachteile liegen bei einer begrenzten Lebensdauer (maximale Anzahl der Schaltvorgänge) durch Verschleiß, die mit dem Schalten verbundene Geräuschentwicklung, die Empfindlichkeit gegenüber Erschütterungen sowie höheren Abfall- und Ansprechzeiten gegenüber Halbleiter-Relais. Die Ausführungen reichen von Kleinrelais bis hin zu großen Schützen. Reed-Relais Neben den klassischen, mechanischen Relais gibt es weitere Ausführungen des Relais-Prinzips. Eine davon ist das Reed-Relais. Hier befindet sich der Schaltkontakt in einem Glasröhrchen in Vakuum oder Schutzgas. Das Betätigen des Kontaktes erfolgt mit einem von außen wirkenden Magnetfeld. Reed-Relais sind sehr zuverlässig und haben eine lange Lebensdauer. Halbleiter-Relais (SSR/Solid State Relays) arbeiten nicht mechanisch sondern sind elektronische Halbleiter-Bauelemente zum Beispiel auf Basis von Transistoren, Thyristoren oder Triacs. Sie arbeiten geräuschlos, haben eine geringe Schaltverzögerung, kein Kontaktprellen und keinen mechanischen Verschließ. Relais-Ausführungen Für die Beschreibung der Kontakt-Konfiguration bei Relais ist die Bezeichnung mit den englischen Begriffen „Pole“ (Kontakte) und „Throw“ (Schaltpositionen) üblich. Elektromechanisch (EM) Solid State (SS) PIN‐Diode FET Hybrid Frequenzbereich ab DC ab einigen MHz ab einigen kHz ab einigen kHz Einfügungsdämpfung 90 dB bei 18 GHz) Gut bei hohen Frequenzen (18 GHz) Gut bei niedrigen Frequenzen (100 MHz) Gut über weiten Frequenzbereich Schaltgeschwindigkeit ms‐Bereich ns‐Bereich µs‐Bereich µs‐Bereich Lebensdauer 1 ‐ 5 Millionen Zyklen (mechanischer Theoretisch endlos Verschleiß) Leistungsaufnahme +32 dBm/2 W +27 dBm/0,5 W Reproduzierbarkeit 0,05 bis 0,03 dB
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D Dienstleistungen Entwicklung . .
71 Einkaufsführer Messtechnik & Se
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89 Einkaufsführer Messtechnik & Se
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