专利名称：开关电路及使用开关电路的开关测试系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种开关电路，尤其是涉及一种引进接地结构，在截止时具有高阻抗而使漏电流较小的开关电路，以及使用开关电路实现的开关测试系统。
背景技术：
开关电路被广泛用作电路板制造的各种测试工具之中。因开关组件的开路泄漏电流，其测试高阻(绝缘阻抗)的性能受限于测试点数。在现行的设计中，使用机械接点继电器 (Relay)或固态组件作为开关电路。继电器以一般大气、填充的惰性气体、或真空作为断路的电气介质。固态电路则以半导体的接面或通道作为断路的电气介质。虽然继电器具有优良的断路特性，被普遍的使用在电子测量仪表的开关系统上。 同时，由于工业应用要求越来越快的速度、越来越高的部属密度，而高速也缩短机械接点的时间寿命；继电器也越来越难导入开关系统的设计中，起而代之的是固态开关组件。如图1所示的开关测试系统，若干个开关电路并联连接，每个开关电路包括高侧开关SWxh和低侧开关SWa，且高侧开关SWxh和低侧开关SWa为测试点Px。其中，1 < X < n， 且X为整数。因此，实际的感测电流是由待测目标电流和漏电流Ileak的总和，即Is = I1 + I2 + I3 + I4 +· · + In。结合图2所示，总开关点数η = 4002，待测电阻&接于测试点P3和测试点P4之间，SW3h和SW4h导通；让开关电路截止的漏电流Ileak只有待测目标高阻电流的万分之一，即 I4 = 10000 X Ileak,为计算方便，可以忽略 13，即1s I4 + (η - 2) X Ileak I4 + 0. 4 I4 —1· 4 I^o上式可以看到，高阻的测量结果将有40%的误差！再加上测试物组态和其他回路，误差将会更大。由于待测物的测试组合和条件并不固定，不容易做软件补偿。由于漏电流的干扰，已经造成仪表电流解晰能力损失，即使用软件补偿也只是表面规格的宣告，对实际的能力没有帮助。
发明内容本实用新型提出一种开关电路以及使用开关电路构成的开关测试系统，通过引进接地结构，在截止时具有高阻抗而使漏电流较小，解决了目前开关电路存在截止时漏电流较大而阻抗测试不准确的技术问题。本实用新型采用如下技术方案实现一种开关电路，包括串接在测试电压源与测试点之间的第一开关和第二开关，第一开关和第二开关的控制端分别连接第一控制信号；串接在第一开关和第二开关的公共端与地之间的第三开关，第三开关的控制端连接第二控制信号；通过控制第一控制信号、第二控制信号使第一开关/第二开关与第三开关相反操作，且当第一开关和第二开关均截止时，第三开关导通接地。优选地，第一开关、第二开关和第三开关均为光耦；第一开关的控制端和第二开关的控制端相连、输入端连接测试电压源、输出端连接第二开关的输入端，而第二开关的输出
4端连接测试点；第三开关的输出端接地、输入端串接一个限流电阻之后与第一开关的输出端连接。优选地，第一开关、第二开关和第三开关均为MOS晶体管；第一开关的源极连接测试电压源、漏极连接第二开关的源极、栅极的栅极与第二开关的栅极连接并串接偏压控制电路之后连接第一控制信号，而第二开关的漏极连接测试点；第三开关的栅极连接第二控制信号、源极接地、漏极串接一个限流电阻之后与第一开关的漏极连接。本实用新型还提出以下技术方案一种开关电路，包括串接在高侧测试电压源与测试点之间的高侧开关电路；串接在低侧测试电压源与测试点之间的低侧开关电路；分别用于控制高侧开关电路、低侧开关电路的高侧控制信号和低侧控制信号；其中，高侧开关电路包括串接在高侧测试电压源与测试点之间的第一高侧开关和第二高侧开关，第一高侧开关和第二高侧开关的控制端分别连接高侧控制信号；串接在第一高侧开关和第二高侧开关的公共端与地之间的第三高侧开关，第三高侧开关的控制端串接一个高侧反相器连接高侧测试电压源；当第一高侧开关和第二高侧开关均截止时，第三高侧开关导通接地；其中，低侧开关电路包括串接在低侧测试电压源与测试点之间的第一低侧开关和第二低侧开关，第一低侧开关和第二低侧开关的控制端分别连接低侧控制信号；串接在第一低侧开关和第二低侧开关的公共端与地之间的第三高侧开关，第三高侧开关的控制端串接一个低侧反相器连接低侧测试电压源；当第一低侧开关和第二低侧开关均截止时，第三低侧开关导通接地。优选地，第一高侧开关、第二高侧开关和第三高侧开关均为光耦，第一高侧开关的控制端和第二高侧开关的控制端相连、输入端连接高侧测试电压源、输出端连接第二高侧开关的输入端，而第二高侧开关的输出端连接测试点，第三高侧开关的输出端接地、输入端串接一个限流电阻之后与第一高侧开关的输出端连接。优选地，第一低侧开关、第二低侧开关和第三低侧开关均为光耦，第一低侧开关的控制端和第二低侧开关的控制端相连、输入端连接测试点、输出端连接第二低侧开关的输入端，而第二低侧开关的输出端连接低侧测试电压源，第三低侧开关的输出端接地、输入端串接一个限流电阻之后与第一低侧开关的输出端连接。优选地，第一高侧开关、第二高侧开关和第三高侧开关均为MOS晶体管；第一高侧开关的源极连接高侧测试电压源、漏极连接第二高侧开关的源极、栅极的栅极与第二高侧开关的栅极连接并串接高侧偏压控制电路之后连接高侧控制信号，而第二高侧开关的漏极连接测试点；第三高侧开关的栅极连接高侧反相器的输出端、源极接地、漏极串接一个限流电阻之后与第一高侧开关的漏极连接。优选地，第一低侧开关、第二低侧开关和第三低侧开关均为MOS晶体管；第一低侧开关的源极与第二低侧开关的漏极连接、漏极连接测试点、栅极与第二低侧开关的栅极连接，而第二低侧开关的源极连接低侧测试电压源；第一低侧开关的栅极与第二低侧开关的栅极均串接低侧偏压控制电路之后连接低侧控制信号，而第二低侧开关的漏极连接测试点；第三低侧开关的栅极连接低侧反相器的输出端、源极接地、漏极串接一个限流电阻之后与第一低侧开关的源极连接。优选地，低侧偏压控制电路包括发射极连接高侧测试电压源的第一低侧控制开关，其集电极串接第一 RC振荡电路之后连接第一低侧开关的栅极、基极串接第二 RC振荡电路之后连接第二低侧控制开关的漏极，第二低侧控制开关的源极接地、栅极连接低侧控制信号。本实用新型还提出以下技术方案一种开关测试系统，所述开关测试系统包括 若干个所述的开关电路，且每个开关电路并联连接。与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果本实用新型的开关电路引进接地结构，使开关电路中开关组件在截止时的绝缘电阻R。ff与导通(ON)时的电阻Ron (即=Roff / R。n)的比值变得非常大，以此来降低开关组件在截止时的漏电流。因此，本实用新型控制逻辑和成本也相对比较高，但开关电路的实现更可靠，且可以实现更多级别的开关电路并联(即可以在一个开关电路中设置更多数量的测试点)，达到100ΜΩ的绝缘目标测量。

图1是现有开关测试系统的电路结构示意图；图2是现有开关测试系统测试一个待测电阻&的连接示意图；图3A和图;3B分别是开关电路的基本电路与等效电路的示意图；图4A和图4B分别是改进的开关电路的基本电路与等效电路的示意图；图5是本实用新型开关电路第一实施例的电路结构示意图；图6是本实用新型开关电路第二实施例的电路结构示意图。
具体实施方式
在具有多个并联开关组件的开关系统中，每个开关组件中固态开关在截止(OFF) 时的绝缘电阻或泄漏电流，决定整个开关电路的高阻测量能力。图3A所示是开关的基本电路示意图，电压为V的电源与固态开关SW和电阻&形成回路。图:3B所示是开关开路绝缘电阻的等效电路，其中，固态开关SW的泄漏电流I7e3i , = V/ (Roff + Rj，R。ff是固态开关SW截止时的绝缘电阻。其中，& = 0时的漏电流最大，为[0029]I7ea,, = = V / Roff(1)进一步，图4A所示是改良开关的基本电路示意图，将图3A中固态开关SW演变成 3个结构和阻抗特性均相同的固态开关SWA、SWb和SW。，固态开关SWa与固态开关SWb串联， 而固态开关SWa与固态开关SWb的公共端连接与电阻&并联设置的固态开关SWC。图4B是图3A所示固态开关在开路时的等效电路。每个固态开关SWA、SWjP SWc 都有相同的阻抗特性，截止时的绝缘电阻R。ff，导通(ON)时的电阻R。n，则流过固态开关SWa 的电流Ia = V/ (Roff + Ron//(Roff + Rl))，而漏电流(流过电阻&的电流)Ileakj = Ia XRon / (Ron + Roff + Rl)。让RL = 0 时，Ia = V / (Roff + Ron // Roff)，此时的漏电流最大，为IleakB = Ia XRon / (Ron + Roff )(2)因为R。ff Ron, (Roff + Ron // Roff) R。ff，所以，结合上式(1)和(2)可以得出Ia ^ V / Roff ^ I7ea,,(3)
6[0036]IleakB ^ IleakAXR。n / (Ron + Roff )⑷由于固态开关的Ron远小于Roff，假设=Roff / Ron = 108，则IleakB ^ IleakA /IO8(5)从式(4)可以看出，利用固定开关在截止时的绝缘电阻R。ff与导通(ON)时的电阻 R。n (即R。ff / R。n)的比值，开关电路截止的漏电流将大大降低，从而开关电路截止性能大为提升。因此，本实用新型在于提供一个改良的开关电路，在原本浮接的开关电路(中引入接地组态，使开关电路中开关组件在截止时的绝缘电阻R。ff与导通(ON)时的电阻R。n (即 Roff / R。n)的比值变得非常大，以此来降低开关组件在截止时的漏电流。需要特别指出的是，本实用新型所指开关组件，可以为固态开关或其他开关，优选为固态开关。本实用新型提出的开关电路主要用于具有较大数量测试点的电气连接特性的自动化测试设备(ATE)，例如用于测试PCB、FPC开短路、银浆、碳膜、触屏ITO电路电阻的测试机。如图5所示，为本实用新型提出的开关电路的第一实施例的电路示意图。若干级的开关电路并联连接，构成类似图1所示的开关系统。其中，开关组件采用光耦(Optical
Couple，0C)o每一级的开关电路具有相同的结构，包括由高侧控制信号CnP控制的高侧开关电路；由低侧控制信号CnN控制的低侧开关电路；且高侧开关电路与低侧开关电路的公共端为测试点Τη。若干级的开关电路分别通过高侧控制信号CnP、低侧控制信号CnN并联连接。其中，高侧开关电路包括串联连接的第一高侧开关PAru第二高侧开关PBn ；输入端连接在输入高侧控制信号CnP的高侧MOS控制端的高侧反相器UnP ；与控制端与高侧反相器UnP的输出端连接的第三高侧开关PCn，第三高侧开关PCn的输入端串接限流电阻Rp 后连接第一高侧开关PAn和第二高侧开关Pfoi的公共端(即同时连接第一高侧开关PAn的输出端和第二高侧开关PBn的输入端)，第三高侧开关PCn的输出端接地。当输入的高侧控制信号CnP为有效信号时，第一高侧开关PAn和第二高侧开关PBn 均导通，由于高侧反相器UnP将高侧控制信号CnP反相为无效信号而使第三高侧开关PCn 截止，高侧开关电路相当于导通状态。当输入的高侧控制信号CnP为无效信号时，第一高侧开关PAn和第二高侧开关Pfoi均截止，第三高侧开关PCn导通接地，高侧开关电路相当于截止状态，由于第三高侧开关PCn导通接地，使得高侧开关电路在截止状态时的绝缘电阻特别大，从而使第一高侧开关Pan产生的漏电流极小，达到阻止第一高侧开关PAn的漏电流通过第二高侧开关P&i进入测试点Tn的目的。低侧开关电路包括串联连接的第一低侧开关Mn、第二低侧开关NBn ；输入端连接在输入低侧控制信号CnN的低侧MOS控制端的低侧反相器UnN ；与控制端与低侧反相器 UnN的输出端连接的第三低侧开关NCn，第三低侧开关NCn的输入端串接限流电阻Rp后连接第一低侧开关NAn和第二低侧开关NBn的公共端(即同时连接第一低侧开关NaN的输出端和第二低侧开关NBn的输入端)，第三低侧开关NCn的输出端接地。低侧开关电路的工作原理与高侧开关电路类似，通过同步给出高侧控制信号CnP与低侧控制信号CnN均为有效信号或均为无效信号，即可以实现阻止漏电流进入测试点 Tn0另外，高侧开关电路与低侧开关电路的公共端为第二高侧开关Pfoi的输出端和第一低侧开关NaN的输入端。第二高侧开关PBn的输入端连接高侧测试电压源VP，第二低侧开关NBn的输出端连接低侧测试电压源VN，且高侧测试电压源VP、低侧测试电压源VN是根据测试控制程序可调变化的。第一高侧开关PAru第二高侧开关PBru第三高侧开关PCru第一低侧开关NAru第二低侧开关NBn和第三低侧开关NCn均为结构、型号与阻抗特性相同的光耦。光耦的优点是操作容易，尤其是隔离低压的逻辑和高电压的负载应用很方便；缺点是反应速度比单体组件慢。如图6所示，为本实用新型提出的开关电路的第二实施例的电路示意图。若干级的开关电路并联连接，构成类似图1所示的开关测试系统。其中，开关组件采用晶体管。具体来说，与图5类似，在第η级的开关电路包括高侧开关电路和低侧开关电路。 其中，高侧开关电路包括源极连接高侧测试电压源VP的第一高侧开关QnPA，第一高侧开关QnPA的漏极连接第二高侧开关QnPB的源极，第二高侧开关QnPB的漏极为测试点Tn， 且第一高侧开关QnPA的栅极和第二高侧开关QnPB的栅极并联且通过一个高侧偏压控制电路与输入的高侧控制信号CnP连接；并联连接在第一高侧开关QnPA的栅极与高侧MOS控制端VGSP的第一齐纳二极管(Zener Diode) DPn与第一电阻RPn ；而高侧控制信号CnP通过高侧反相器UnP连接第三高侧开关QnPC，该第三高侧开关QnPC的源极接地、漏极串接一个限流电阻Rp之后连接第一高侧开关QnPA的漏极。第一高侧开关QnPA、第二高侧开关QnPB为PMOS晶体管，而第三高侧开关QnPC 为NMOS晶体管。其中，高侧偏压控制电路包括连接高侧控制信号CnP的高侧控制开关QnPl，该高侧控制开关QnPl为NM0S，其栅极接高侧控制信号CnP、源极接地、漏极串接一个由电阻和电容并联构成的RC振荡电路连接第一高侧开关QnPA的栅极。低侧开关电路包括栅极并联的第一低侧开关QnNA和第二低侧开关QnNB，第一低侧开关QnNA的漏极连接测试点Tru源极连接第二低侧开关QnNB的漏极，而第二低侧开关QnNB的源极连接低侧测试电压源VN;第一低侧开关QnNA的栅极和第二低侧开关QnNB 的栅极串接一个低侧偏压控制电路与输入的低侧控制信号CnN连接；并联连接在第一低侧开关QnNA的栅极与低侧MOS控制端VGSN的第二齐纳二极管(Zener Diode)DNn与第二电阻RNn ；而低侧控制信号CnN通过低侧反相器UnN连接第三低侧开关QnNC，该第三低侧开关QnNC的源极接地、漏极串接一个限流电阻Rp之后连接第一低侧开关QnNA的源极。第一低侧开关QnNA、第二低侧开关QnNB和第三低侧开关QnNC均为NMOS晶体管。其中，低侧偏压控制电路包括发射极连接高侧测试电压源VP的第一低侧控制开关Qnm，其为PNP型双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor，BJT)，第一低侧控制开关Qnm的集电极串接一个由电阻和电容并联构成的第一 RC振荡电路连接第一低侧开关QnNA的栅极、基极串接一个由电阻和电容并联构成的第二 RC振荡电路连接第二低侧控制开关QnN2的漏极，第二低侧控制开关QnN2为NM0S，其源极接地、栅极连接低侧控制信号CnN。第一齐纳二极管PNru第二齐纳二极管DNn用于分别确保第一高侧开关QnPA的栅极和第二高侧开关QnPB的栅极、第一低侧开关QnNA的栅极和第二低侧开关QnNB的栅极均获得额定的偏压能够导通。另外，高侧MOS控制端VGSP和低侧MOS控制端VGSN可以分别接于高侧测试电压源VP和低侧测试电压源VN，也可以设计成独立偏压电路以达到更好的MOSFET驱动效
^ ο与图6类似，第一高侧开关QnPA /第二高侧开关QnPB与第三高侧开关QnPC作相反的导通与截止动作，第一低侧开关QnNA/第二低侧开关QnNB与第三低侧开关QnNC作相反的导通与截止动作。第一高侧开关QnPA /第二高侧开关QnPB均截止，第三高侧开关QnPC导通接地， 高侧开关电路相当于截止状态，由于第三高侧开关PCn导通接地，使得高侧开关电路在截止状态时的绝缘电阻特别大，从而使第一高侧开关Pan产生的漏电流极小，达到阻止第一高侧开关PAn的漏电流通过第二高侧开关Pfoi进入测试点Tn的目的。同样的，第一低侧开关QnNA/第二低侧开关QnNB均截止，第三低侧开关QnNC导通接地，低侧开关电路相当于截止状态，由于第三低侧开关QnNC导通接地，使得低侧开关电路在截止状态时的绝缘电阻特别大，从而使第一高侧开关QnPA /产生的漏电流极小，达到阻止第一高侧开关PAn的漏电流通过第二高侧开关P&1进入测试点Tn的目的。本实用新型与图1和图2所示现有的开关电路相比，虽然现有的开关电路具有电路结构和控制逻辑简单直觉、容易维修、成本相对比较低的优点，但开关电路在具有数量庞大的测试点应用于测试系统时很难可靠的超越20ΜΩ的绝缘目标上限。而本实用新型的开关电路引进接地结构，控制逻辑和成本也相对比较高，但开关电路的实现更可靠，且可以实现更多级别的开关电路并联(即可以在一个开关电路中设置更多数量的测试点)达到 100M Ω的绝缘目标测量。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种开关电路，其特征在于，包括串接在测试电压源与测试点之间的第一开关和第二开关，第一开关和第二开关的控制端分别连接第一控制信号；串接在第一开关和第二开关的公共端与地之间的第三开关，第三开关的控制端连接第二控制信号；通过控制第一控制信号、第二控制信号使第一开关/第二开关与第三开关相反操作， 且当第一开关和第二开关均截止时，第三开关导通接地。
2.根据权利要求1所述开关电路，其特征在于，第一开关、第二开关和第三开关均为光華禹；第一开关的控制端和第二开关的控制端相连、输入端连接测试电压源、输出端连接第二开关的输入端，而第二开关的输出端连接测试点；第三开关的输出端接地、输入端串接一个限流电阻之后与第一开关的输出端连接。
3.根据权利要求1所述开关电路，其特征在于，第一开关、第二开关和第三开关均为 MOS晶体管；第一开关的源极连接测试电压源、漏极连接第二开关的源极、栅极的栅极与第二开关的栅极连接并串接偏压控制电路之后连接第一控制信号，而第二开关的漏极连接测试点；第三开关的栅极连接第二控制信号、源极接地、漏极串接一个限流电阻之后与第一开关的漏极连接。
4.一种开关电路，其特征在于，包括串接在高侧测试电压源与测试点之间的高侧开关电路；串接在低侧测试电压源与测试点之间的低侧开关电路；分别用于控制高侧开关电路、低侧开关电路的高侧控制信号和低侧控制信号；其中，高侧开关电路包括串接在高侧测试电压源与测试点之间的第一高侧开关和第二高侧开关，第一高侧开关和第二高侧开关的控制端分别连接高侧控制信号；串接在第一高侧开关和第二高侧开关的公共端与地之间的第三高侧开关，第三高侧开关的控制端串接一个高侧反相器连接高侧测试电压源；当第一高侧开关和第二高侧开关均截止时，第三高侧开关导通接地；其中，低侧开关电路包括串接在低侧测试电压源与测试点之间的第一低侧开关和第二低侧开关，第一低侧开关和第二低侧开关的控制端分别连接低侧控制信号；串接在第一低侧开关和第二低侧开关的公共端与地之间的第三高侧开关，第三高侧开关的控制端串接一个低侧反相器连接低侧测试电压源；当第一低侧开关和第二低侧开关均截止时，第三低侧开关导通接地。
5.根据权利要求4所述开关电路，其特征在于，第一高侧开关、第二高侧开关和第三高侧开关均为光耦，第一高侧开关的控制端和第二高侧开关的控制端相连、输入端连接高侧测试电压源、输出端连接第二高侧开关的输入端，而第二高侧开关的输出端连接测试点，第三高侧开关的输出端接地、输入端串接一个限流电阻之后与第一高侧开关的输出端连接。
6.根据权利要求4所述开关电路，其特征在于，第一低侧开关、第二低侧开关和第三低侧开关均为光耦，第一低侧开关的控制端和第二低侧开关的控制端相连、输入端连接测试点、输出端连接第二低侧开关的输入端，而第二低侧开关的输出端连接低侧测试电压源，第三低侧开关的输出端接地、输入端串接一个限流电阻之后与第一低侧开关的输出端连接。
7.根据权利要求4所述开关电路，其特征在于，第一高侧开关、第二高侧开关和第三高侧开关均为MOS晶体管；第一高侧开关的源极连接高侧测试电压源、漏极连接第二高侧开关的源极、栅极的栅极与第二高侧开关的栅极连接并串接高侧偏压控制电路之后连接高侧控制信号，而第二高侧开关的漏极连接测试点；第三高侧开关的栅极连接高侧反相器的输出端、源极接地、漏极串接一个限流电阻之后与第一高侧开关的漏极连接。
8.根据权利要求4所述开关电路，其特征在于，第一低侧开关、第二低侧开关和第三低侧开关均为MOS晶体管；第一低侧开关的源极与第二低侧开关的漏极连接、漏极连接测试点、栅极与第二低侧开关的栅极连接，而第二低侧开关的源极连接低侧测试电压源；第一低侧开关的栅极与第二低侧开关的栅极均串接低侧偏压控制电路之后连接低侧控制信号，而第二低侧开关的漏极连接测试点；第三低侧开关的栅极连接低侧反相器的输出端、源极接地、漏极串接一个限流电阻之后与第一低侧开关的源极连接。
9.根据权利要求8所述开关电路，其特征在于，低侧偏压控制电路包括发射极连接高侧测试电压源的第一低侧控制开关，其集电极串接第一 RC振荡电路之后连接第一低侧开关的栅极、基极串接第二 RC振荡电路之后连接第二低侧控制开关的漏极，第二低侧控制开关的源极接地、栅极连接低侧控制信号。
10.一种开关测试系统，其特征在于，所述开关测试系统包括若干个如权利要求4-9 中任何一项所述的开关电路，且每个开关电路并联连接。
专利摘要本实用新型公开一种开关电路及使用开关电路的开关测试系统。其中，开关电路包括串接在测试电压源与测试点之间的第一开关和第二开关，第一开关和第二开关的控制端分别连接第一控制信号；串接在第一开关和第二开关的公共端与地之间的第三开关，第三开关的控制端连接第二控制信号；通过第一控制信号、第二控制信号使第一开关/第二开关与第三开关相反操作，且当第一开关和第二开关均截止时，第三开关导通接地。本实用新型的开关电路引进接地结构，使开关电路在截止时的绝缘电阻与导通电阻的比值变得非常大，以此来降低开关组件在截止时的漏电流；本实用新型实现可靠，可以实现更多级别的开关电路并联，达到100MΩ的绝缘目标测量。
文档编号G01R31/28GK202206355SQ20112027825
公开日2012年4月25日 申请日期2011年8月2日 优先权日2011年8月2日
发明者赖德龙 申请人:赖德龙