МОДУЛЬ РЕЛЕЙНОГО КОММУТАТОРА Российский патент 2021 года по МПК G05B23/02 H05K7/02 

Изобретение относится к средствам автоматизированного контроля и диагностики радиоэлектронной аппаратуры и предназначено для использования, например, на предприятиях, производящих и эксплуатирующих радиоэлектронную аппаратуру, в качестве технологического испытательного оборудования для контроля параметров цифровой радиоаппаратуры при производстве и сдаче готовой продукции для обеспечения коммутации контролируемых каналов радиоэлектронной аппаратуры к измерительным приборам и устройствам.

Значительный интерес представляют модульные релейные коммутаторы компактных типоразмеров высотой 3U для шины PXI с большим количеством коммутируемых каналов.

Известен модуль релейного коммутатора PXI-7931 фирмы Adlink (https://ww.adliriktech.com/Products/PXI_PXIe/PXISwitches/PXI-7931?lang=en), типоразмера высотой 3U и шириной 20 мм, в формате модулей PXI. Имеют 32 реле, обеспечивающие коммутационную матрицу 4 строки и 8 столбцов. Недостатками модуля является низкий уровень интеграции по параметру - количество реле на модуль, по сравнению с существующими модулями фирмы National Instruments, высокий уровень интеграции требуется при проверке блоков и шкафов радиоэлектронной аппаратуры, насчитывающих сотни контролируемых точек, для снижения количества требуемых для проверки модулей релейного коммутатора.

Известен модуль релейного коммутатора М9122А фирмы Keysight (https://www.keysight.com/en/pd-1883576-pn-M9122A/pxi-matrix-switch-8x32-l-wire-100vrms-2a-armature-relays), типоразмера высотой 3U и шириной 20 мм, в формате модулей PXI. Имеют 256 реле, обеспечивающие коммутационную матрицу 8 строк и 32 столбца. Недостатки модуля аналогичны изложенным в абзаце ранее недостаткам.

Известен модуль релейного коммутатора PXI-2532B фирмы National Instruments (http://www.ni.com/m-m/support/model.pxi-2532b.html), состоящий из лицевой панели, металлической рамки крепления, интерфейсной печатной платы с контроллером модуля, контроллером шины PXI и разъемами шины PXI, двух печатных плат с реле и печатной платы с буферами управления реле. Достоинством модуля релейного коммутатора PXI-2532B являются наличие 512 реле, обеспечивающие коммутационную матрицу 16 строк и 32 столбца, максимальное коммутируемое напряжение - не более 100 В, компактный форм фактор модуля - модуль для шины PXI высотой 3U и шириной 20 мм. К недостаткам модуля можно отнести сложность компоновочного решения, заключающаяся в наличии четырех печатных плат и необходимости обеспечения точности при соединении двух печатных плат с реле к печатной плате с буферами через два штырьковых разъема.

Данный модуль релейного коммутатора является наиболее близким по совокупности существенных признаков и принят за прототип.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание простого в исполнении модуля релейного коммутатора, компактного типоразмера - высотой 3U и шириной 20 мм, для шины PXI и имеющего 512 реле.

Технический результат от реализации заявляемого технического решения является: упрощение компоновочного решения модуля релейного коммутатора, за счет уменьшения количества используемых печатных плат с 4 штук до 3 штук и взаимного соединения с применением гибкого шлейфа.

Задача решается, а технический результат достигается за счет того, что модуль релейного коммутатора высотой 3U содержит интерфейсную печатную плату с контроллером модуля и контроллером шины PXI и разъемами шины PXI, две печатные платы с реле, лицевую панель, соединенную с металлической рамкой, при этом на каждой плате с реле с обеих сторон расположено по 128 реле и внешние разъемы коммутации, включение реле осуществляется с помощью буферов управления реле, которые расположены на каждой печатной плате с реле, при этом печатные платы с реле соединяются электрическими цепями между собой с помощью одного разъема, каждая печатная плата с реле соединяется электрическими цепями с интерфейсной печатной платой с помощью одного гибкого шлейфа. Первая печатная плата с реле, соединяется с металлической рамкой, выполнена в одной плоскости в виде двух объединенных прямоугольников с одной общей стороной. Вторая печатная плата с реле выполнена прямоугольной, крепится к первой печатной плате с реле с помощью стоек. Интерфейсная печатная плата выполнена в одной плоскости в виде двух объединенных прямоугольников, таким образом, что интерфейсная печатная плата совместно с первой печатной платой с реле, крепящиеся к металлической рамке, образуют в одной плоскости прямоугольник. Металлическая рамка выполнена в виде двух отдельных металлических уголков разной длины. Контроллер модуля и контроллер шины PXI на интерфейсной печатной плате выполнены в виде единой микросхемы FPGA.

Выполнение контроллера модуля и контроллера шины PXI на интерфейсной печатной плате в виде единой микросхемы FPGA и выполнение интерфейсной печатной платы в одной плоскости в виде двух объединенных прямоугольников обеспечивает уменьшение размера интерфейсной печатной платы прототипа, и обеспечивает размещение буферов управления реле непосредственно на первой печатной плате с реле, которая крепится к металлической рамке. Размещение остальных буферов управления реле на второй печатной плате (с реле) прямоугольной формы обеспечивает возможность включения реле без необходимости дополнительной объединительной печатной платы. Выполнение металлической рамки в виде двух отдельных металлических уголков разной длины обусловлено формами интерфейсной печатной платы и первой печатной платы с реле, и обеспечивает их крепление к лицевой панели, и крепление второй печатной платы с реле к общей конструкции. Соединение печатных плат с реле между собой одним разъемом обеспечивают объединение реле двух печатных плат в один коммутационный массив, подключение каждой печатной платы с реле к интерфейсной печатной плате с помощью одного гибкого шлейфа обеспечивает передачу управляющих сигналов на буферы управления реле и питающего напряжения. Совокупность приведенных выше факторов обеспечивает уменьшение количества печатных плат с четырех до трех, и снижение сложности компоновочного решения.

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, на которых изображены составные части модуля релейного коммутатора (фиг. 1, 2) и общий сборочный чертеж (фиг. 3, 4, 5).

Модуль релейного коммутатора содержит три печатные платы (фиг. 1 и 2): первая печатная плата с реле 1, вторая печатная плата с реле 2, интерфейсная печатная плата 3. На каждой из двух печатных плат с реле 1 и 2 размещаются: реле 4, по 128 шт. с каждой стороны печатной платы, буферы управления реле 5, внешние разъемы коммутации 6, разъемы шины PXI 7, микросхема FPGA 8, разъем для соединения печатных плат с реле 9, разъемы для соединения печатных плат с реле с интерфейсной печатной платой 10. Модуль релейного коммутатора представляет собой конструкцию, изображенную на фигурах 3, 4, 5, включающую лицевую панель 13, уголок 11, уголок 12, и печатные платы 1, 2, 3 со смонтированными элементами перечисленными выше. Уголки 11 и 12 крепятся к лицевой панели 13 с помощью метизов, к уголкам 11 и 12 крепятся с помощью метизов печатная плата с реле 1 и интерфейсная печатная плата 3, печатная плата с реле 2 крепится с помощью метизов и стоек к печатной плате с реле 1. Печатные платы с реле 1 и 2 подключаются двумя гибки шлейфами к интерфейсной печатной плате 3 (на чертежах гибкие шлейфы не отображены).

Модуль релейного коммутатора работает следующим образом. Модуль релейного коммутатора устанавливается в шасси PXI-1045, которое подключается к персональному компьютеру, к модулю релейного коммутатора через внешние разъемы коммутации 6 подключаются коммутируемые электрические цепи. Цифровые сигналы с персонального компьютера и питание через разъемы шины PXI 7 поступают на микросхему FPGA 8, которая выполняет функцию контроллера шины PXI и контроллера модуля. Далее питание и управляющие сигналы с микросхемы FPGA поступают через разъемы для соединения печатных плат с реле с интерфейсной печатной платой 10 на буферы управления реле 5, которые в свою очередь подают напряжение на обмотки реле 4, которые замыкаясь, коммутируют цепь. Разъем для соединения печатных плат с реле 9 обеспечивает совместную работу этих плат.

Техническая реализация заявленного технического решения осуществляется с использованием покупных комплектующих изделий, известных из уровня техники, например:

1) Печатные платы 1, 2, 3 спроектированы в существующем программном обеспечении Altium Designer, результаты проектирования представлены на фиг. 1-5, изготавливаются с помощью существующих технологий изготовления многослойных печатных плат;

2) Реле 4 - реле CRR05-1A фирмы Meder Electronics (512 шт.);

3) Буферы управления реле 5 - микросхема MAX4820EUP+ фирмы Maxim Integrated (64 шт. );

4) Внешние разъемы коммутации 6 - вилка SHF-108-01-L-D-RA фирмы Samtec (2 шт.), вилка SHF-117-01-L-D-RA фирмы Samtec (1 шт.);

5) Разъемы шины PXI 7 - розетка ERmet Female Connector Type A, 110pin арт. 354142 фирмы ERmet (1 шт.), розетка ERmet Female Connector Type B8, 40pin арт. 214443 фирмы ERmet (1 шт.);

6) Микросхема FPGA 8 - программируемая логическая интегральная микросхема 10M16DCF484C8G фирмы Intel (1 шт.);

7) Разъем для соединения печатных плат с реле 9 - розетка MSB0.80PL8ASY040FL,-,10,-TY арт.1658014-1 фирмы ТЕ Connectivity (1 шт.); вилка MSB0.80RC - ASY040FL,-,F,-TY apт. 2-1658043-1 фирмы ТЕ Connectivity (1 шт.);

8) Разъемы для соединения печатных плат с реле с интерфейсной платой 10 - розетка FH19SC-18S-0.5S0 фирмы Hirose (4 шт).

Гибкие шлейфы - шлейф Flat Flexible Cable Type 1 арт. 687618050002 фирмы Wurth Electronics (2 шт.);

9) Уголок 11, уголок 12, лицевая панель 13 изготавливаются на существующих станках с числовым программным управлением.

Таким образом, модуль релейного коммутатора по заявленному техническому решению имеет менее сложное компоновочное решение, состоит из трех печатных плат вместо четырех, при сохранении функциональных возможностей и уровня интеграции по параметру -количество реле на модуль.

Изобретение относится к средствам автоматизированного контроля и диагностики радиоэлектронной аппаратуры и предназначено для использования в качестве технологического испытательного оборудования для контроля параметров цифровой радиоаппаратуры при производстве и сдаче готовой продукции для обеспечения коммутации контролируемых каналов радиоэлектронной аппаратуры к измерительным приборам и устройствам. Техническим результатом является упрощение компоновочного решения модуля релейного коммутатора. Устройство высотой 3U содержит интерфейсную печатную плату с контроллером модуля и контроллером шины PXI, разъемами шины PXI, две печатные платы с реле, лицевую панель, соединенную с металлической рамкой, при этом на каждой плате с реле с обеих сторон расположено по 128 реле и внешние разъемы коммутации, включение реле осуществляется с помощью буферов управления реле, которые расположены на каждой печатной плате с реле, при этом печатные платы с реле соединяются электрическими цепями между собой с помощью одного разъема, каждая печатная плата с реле соединяется электрическими цепями с интерфейсной печатной платой с помощью одного гибкого шлейфа. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Модуль релейного коммутатора, высотой 3U, содержащий интерфейсную печатную плату с контроллером модуля и контроллером шины PXI, разъемами шины PXI, две скрепленные печатные платы с реле, лицевую панель, соединенную с металлической рамкой, при этом на каждой плате с реле с обеих сторон расположено по 128 реле и внешние разъемы коммутации, включение реле осуществляется с помощью буферов управления реле, отличающийся тем, что буферы управления реле расположены на каждой печатной плате с реле, при этом печатные платы с реле соединяются электрическими цепями между собой с помощью одного разъема, каждая печатная плата с реле соединяется электрическими цепями с интерфейсной печатной платой с помощью одного гибкого шлейфа.

2. Модуль релейного коммутатора по п. 1, отличающийся тем, что первая печатная плата с реле соединяется с металлической рамкой, выполнена в одной плоскости в виде двух объединенных прямоугольников с одной общей стороной.

3. Модуль релейного коммутатора по п. 1, отличающийся тем, что вторая печатная плата с реле выполнена прямоугольной, крепится к первой печатной плате с реле с помощью стоек.

4. Модуль релейного коммутатора по п. 1, отличающийся тем, что интерфейсная печатная плата выполнена в одной плоскости в виде двух объединенных прямоугольников таким образом, что интерфейсная печатная плата вместе с первой печатной платой с реле, крепящиеся к металлической рамке, образуют в одной плоскости прямоугольник.

5. Модуль релейного коммутатора по п. 1, отличающийся тем, что металлическая рамка выполнена в виде двух отдельных металлических уголков разной длины.

6. Модуль релейного коммутатора по п. 1, отличающийся тем, что контроллер модуля и контроллер шины PXI на интерфейсной печатной плате выполнены в виде единой микросхемы FPGA.