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PXI-Schaltmatrizen mit Reed-Relais für einen Schaltstrom bis 1 Ampere

Autor / Redakteur: Graham Dale* / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Die hochkompakten PXI-Module ermöglichen einen Schaltstrom von einem Ampere und die verbauten Reed-Relais benötigen eine Leiterplattenfläche von 4 mm x 4 mm.

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Hohe Packungsdichte: 
Das hochkompakte PXI-Modul der Serie 120 ist mit 528 Relais bestückt. Damit ist eine hohe Packungsdichte möglich.
Hohe Packungsdichte: 
Das hochkompakte PXI-Modul der Serie 120 ist mit 528 Relais bestückt. Damit ist eine hohe Packungsdichte möglich.
(Bild: Pickering)

Im letzten Jahr hatte Pickering Interfaces eine Schaltmatrize für verschiedene Test- und Verifizierungsaufgaben auf den Markt gebracht. Das Besondere: Der erreichte Schaltstrom reicht bis zu einem Ampere und die Packungsdichte der PXI-Matrizen ist doppelt so hoch als im Vergleich zu Modulen der Mitbewerber. Herzstück der PXI-Module sind Reed-Relais. In diesem Fall eine Neuentwicklung der Schwesterfirma Pickering Electronics.

Doch zuerst ein kurzer Blick zurück: Pickering Electronics begann im Jahr 1968 mit der Produktion von Reed-Relais. Mitte der 1980er Jahre wurde Pickering Interfaces gegründet. Das war die Zeit, in der man glaubte, Halbleiter-Relais würden auf lange Sicht die Reed-Relais und elektromechanischen Relais ablösen. Inzwischen hat sich jedoch gezeigt, dass mehr als 30 Jahre später die Anwendungen für Reed-Relais in der Messtechnik nicht abgenommen haben. Pickering Interfaces hat sich zu einem renommierten Anbieter entwickelt und vertreibt branchenweit eine große Auswahl an Schalt- und Simulations-Produkten für PXI-, LXI- und PCI-Anwendungen.

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PXI-Schaltmatrix bis 1 A/ 20 W

Ein aktuelles Produkt ist nach eigenen Angaben die hochkompakte PXI-Schaltmatrix aus der Familie BRIC mit dem Modell 40-559. Die Schalter-Familie schaltet bis 1 A/20 W und verfügt über bis zu 4096 Kreuzungspunkten. Die BRIC-Schaltmatrizen gibt es in Ausführungen mit zwei, vier oder acht PXI-Steckplätzen. Eingesetzt werden die Schalter beim Test von Steuergeräten oder Halbleiterbauteilen. Glaubt man dem Hersteller Pickering Interfaces, dann bieten die BRIC PXI-Matrizen die doppelte Packungsdichte gegenüber anderen Produkten am Markt. Für Anwender aus der Messtechnik interessant, ist, dass ähnliche Produkte der Mitbewerber nur Schaltleistungen von ungefähr 0,3 A/3 W aufweisen.

Um die Leistungssteigerung zu erreichen, hat Pickering Electronics kontinuierliche an der Weiterentwicklung seiner Reed-Relais gearbeitet. Gleichzeitig haben sich auch die elektromechanischen Relais weiterentwickelt, können sie zwar preiswerter sein, schalten aber langsamer und haben nur eine kürzere Lebensdauer als Reed-Relais. Auch die Halbleiter-Schalter bieten einen Vorteil: sie schalten schneller als Reed-Relais, bieten jedoch einen niedrigeren Isolationswiderstand, eine höhere Kapazität und einen größeren Pfadwiderstand.

Deshalb sieht Pickering die Reed-Relais noch immer als eine wichtige Komponente für PXI-Schaltmatrizen. Im Lauf der Jahre hat Pickering Electronics verschiedene Weiterentwicklungen bei der Konstruktion von Reed-Relais umgesetzt. Dazu gehörte es, einen magnetischen Schirm aus eingebetteten Mu-Metall. Damit ist es möglich, die Relais sehr eng anzuordnen, ohne dass es dabei zu magnetischen Wechselwirkungen mit den benachbarten Relais zu Funktionsausfällen kommen kann. Hier ist es interessant zu wissen, dass bis heute die Produkte einiger Mitbewerber ungeschirmt angeboten werden.

Körperlose Spule steigert magnetische Effizienz

Ein weiteres Konstruktionsmerkmal, das Pickering Electronics eingeführt hat, ist der körperlose Spulenaufbau. Eine selbsttragende Spule verzichtet auf einen Spulenkörper, den man typischerweise in Reed-Relais findet. Ohne Spulenkörper vergrößert sich der für die Spule zur Verfügung stehende Raum um etwa 50%, was die magnetische Effizienz erheblich steigert. Darüber hinaus lässt sich dank der körperlosen Konstruktion das Relais weiter verkleinern.

Ein Designziel bei der PXI-Schaltmatrix-Familie BRIC war es, ein voll funktionsfähiges ATE-Schaltsystem in einem 3-HE-PXI-Chassis umzusetzen, damit die günstigeren PXI-Chassis mit acht oder 14 Steckplätzen verwendet werden können. In den Schaltmatrizen des Typs 40-559 sind abgeschirmte, analoge Bus-Backplanes integriert. Die gesamte Produktfamilie ist mit einem speziellen, integriertem Relais-Selbsttest (BIRST) ausgestattet und wird auch von den Schaltsystem-Testwerkzeugen eBIRST unterstützt. Damit lassen sich diejenigen Relais lokalisieren, die beschädigt sind oder das Ende ihrer Lebensdauer erreicht haben.

Aktuelle Relais-Familie mit hoher Packungsdichte

Die vorhergehende Generation von PXI-Schaltmodulen beruhte auf den Reed-Relais der Serie 117, die zur damaligen Zeit mit einer Grundfläche von 6,86 mm x 3,81 mm die nach eigenen Angaben kleinsten Relais auf dem Weltmarkt waren. Um die hohe Packungsdichte zu erreichen, hat sich Pickering Interfaces für dieses Entwicklungsvorhaben an deren Schwesterfirma gewandt. Die aktuellen Relais der Serie 120 benötigen eine Leiterplattenfläche von 4 mm x 4 mm und ermöglichen so eine sehr hohe Packungsdichte. Die Reed-Relais gibt es in zwei gesputterten Ruthenium-Kontaktausführungen. Ein Standardkontakt mit 20 Watt und einem Ampere sowie ein Kontakt für Kleinsignale mit zehn Watt und 0,5 A. Die Reed-Schalter sitzen vertikal im Gehäuse, womit sich die Packungsdichte verbessert.

Durch das kleine Gehäuse kann keine interne Diode mehr aufgenommen werden. Zahlreiche Relaist-Teiber-ICs sind bereits mit einer Diode ausgestattet. Sollte abhängig von der Treiber-Methode eine Diode erforderlich werden, muss sie extern hinzugefügt werden. Die innere magnetische Mu-Metall-Abschirmung ist wie bei anderen Produkten von Pickering Electronics vorhanden – andernfalls wäre die dichte Anreihung der Relais wegen der magnetischen Wechselwirkung nicht möglich. Pickering empfiehlt keine Stecksockel, da sie die Integrität der Pfadwiderstände beeinträchtigen. Für einen schnellen Relaistausch können sich erforderlich sein. Die Anschlusspins der Relais im Raster von zwei Millimeter sind kompatibel mit einigen handelsüblichen Stecksockeln. So können sie ein- oder zweidimensional in einem Raster von vier Millimeter angereiht werden.

* Graham Dale ist technischer Direktor bei Pickering Electronics Limited in Clacton-on-Sea, Großbritannien.

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