矩陣切換器,矩陣切換器電路原理

電路原理：切換原理上就是選擇，選擇的方式有很多種，最簡(jiǎn)單的就是將信號(hào)線直接接在一起，比如接線板，利用人工將輸出信號(hào)線跳接在輸入信號(hào)線上，也可完成選擇，或利用琴鍵開關(guān)完成接通與斷開，當(dāng)然這是人工操作的，機(jī)械的，不存在指標(biāo)等技術(shù)問題，故不作為矩陣切換討論。第二種方式，利用繼電器也可完成選擇，利用電平控制繼電器的通斷，可完成輸出線與輸入信號(hào)之間的斷開與聯(lián)接，也可完成信號(hào)的選擇，第三種方式是根據(jù)電路原理，利用芯片內(nèi)部電路的導(dǎo)通與關(guān)閉進(jìn)行接通與關(guān)斷，并可通過電平進(jìn)行控制完成信號(hào)的選擇。 繼電器方式與芯片方式各有優(yōu)缺點(diǎn)
繼電器方式：如果不考慮輸入匹配與輸出驅(qū)動(dòng)的電路部分的話，它與聯(lián)線方式一致，是靠物理接觸進(jìn)行接通與斷開，從這個(gè)角度上講，是沒有什么指標(biāo)概念的(最多有接觸電阻和反應(yīng)時(shí)間)，因此技術(shù)指標(biāo)好且價(jià)格低廉，其缺點(diǎn)在于穩(wěn)定性較差，畢竟是靠物理接觸，繼電器有一定壽命，原則上講，有8萬次平均無故障操作且操作時(shí)有聲響，由于線路板走線原因，不能做的規(guī)模較大，顯得不夠高檔。
芯片方式：由于靠電路進(jìn)行接通與關(guān)斷，芯片本身存在技術(shù)指標(biāo)(在輸入匹配與輸出驅(qū)動(dòng)一樣的情況下)，因此要保障技術(shù)指標(biāo)，就要選擇專用的切換芯片，因此價(jià)格較高，但穩(wěn)定性好，可形成的矩陣規(guī)模較大。

在廣電行業(yè)與顯控等行業(yè)中，矩陣切換器的應(yīng)用日益普及，本文主要針對(duì)模擬信號(hào)(視頻、音頻、VGA信號(hào))矩陣切換器的一些問題進(jìn)行研討，因?yàn)槟M信號(hào)的信號(hào)格式、電路形式，主要指標(biāo)及主要問題基本相同，當(dāng)然針對(duì)不同的帶寬、阻抗等會(huì)有些差異，但可歸為一類問題，而數(shù)字矩陣在電路形式等方面與模擬方式差別較大，故另外討論。

一、矩陣切換的概念及功能

矩陣的概念引用高數(shù)中的線性代數(shù)的概念，一般指在多路輸入的情況下有多路的輸出選擇，形成下圖的矩陣結(jié)構(gòu)，既每一路輸出都可與不同的輸入信號(hào)“短接”，每路輸出只能接通某一路輸入，但某一路輸入都可(同時(shí))接通不同的輸出，如下圖。

輸出1=輸入1，輸出2=輸入2，而輸出3=輸出4=輸入3，或者說，每一路輸出可“獨(dú)立”地在輸入中進(jìn)行選擇，而不必關(guān)心其它通道的輸出情況，即可以與其它輸出不同，也可以相同。舉例說，8選4是指有4個(gè)獨(dú)立的輸出，每個(gè)輸出可在8個(gè)輸入中任選，或者說有4個(gè)獨(dú)立的8選1，只是8個(gè)輸入是相同的。經(jīng)常與此混淆的是分配的概念，比如8選1分4，是指在8個(gè)輸入中選擇出1個(gè)輸出，并將其分配成4個(gè)相同的輸出，雖然外觀上看有4個(gè)輸出，但這4個(gè)輸出是相同的，而不是獨(dú)立的。一般習(xí)慣中，將形成M×N的結(jié)構(gòu)稱為矩陣，而將M×1的結(jié)構(gòu)稱為切換器或選擇器，其實(shí)不過N=1而已，我們?cè)谟懻摃r(shí)都當(dāng)作矩陣對(duì)待。
矩陣切換器的功能是在多路信號(hào)輸入的情況下，可獨(dú)立地根據(jù)需要選擇多路(包括1路)信號(hào)進(jìn)行輸出，完成信號(hào)的選擇。

二、矩陣切換的原理與技術(shù)指標(biāo)

1. 電路原理：切換原理上就是選擇，選擇的方式有很多種，最簡(jiǎn)單的就是將信號(hào)線直接接在一起，比如接線板，利用人工將輸出信號(hào)線跳接在輸入信號(hào)線上，也可完成選擇，或利用琴鍵開關(guān)完成接通與斷開，當(dāng)然這是人工操作的，機(jī)械的，不存在指標(biāo)等技術(shù)問題，故不作為矩陣切換討論。第二種方式，利用繼電器也可完成選擇，利用電平控制繼電器的通斷，可完成輸出線與輸入信號(hào)之間的斷開與聯(lián)接，也可完成信號(hào)的選擇，第三種方式是根據(jù)電路原理，利用芯片內(nèi)部電路的導(dǎo)通與關(guān)閉進(jìn)行接通與關(guān)斷，并可通過電平進(jìn)行控制完成信號(hào)的選擇。

繼電器方式與芯片方式各有優(yōu)缺點(diǎn)

繼電器方式：如果不考慮輸入匹配與輸出驅(qū)動(dòng)的電路部分的話，它與聯(lián)線方式一致，是靠物理接觸進(jìn)行接通與斷開，從這個(gè)角度上講，是沒有什么指標(biāo)概念的(最多有接觸電阻和反應(yīng)時(shí)間)，因此技術(shù)指標(biāo)好且價(jià)格低廉，其缺點(diǎn)在于穩(wěn)定性較差，畢竟是靠物理接觸，繼電器有一定壽命，原則上講，有8萬次平均無故障操作且操作時(shí)有聲響，由于線路板走線原因，不能做的規(guī)模較大，顯得不夠高檔。

芯片方式：由于靠電路進(jìn)行接通與關(guān)斷，芯片本身存在技術(shù)指標(biāo)(在輸入匹配與輸出驅(qū)動(dòng)一樣的情況下)，因此要保障技術(shù)指標(biāo)，就要選擇專用的切換芯片，因此價(jià)格較高，但穩(wěn)定性好，可形成的矩陣規(guī)模較大。

2. 矩陣切換應(yīng)保證的技術(shù)指標(biāo)

矩陣切換器根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，所要求的技術(shù)指標(biāo)也不同。以廣電行業(yè)為例，為保證終端的顯示質(zhì)量，廣電行業(yè)將整個(gè)信號(hào)傳輸過程，從攝像頭開始到電視機(jī)為止，都進(jìn)行了技術(shù)指標(biāo)分配，對(duì)模擬矩陣切換和分配，所定的技術(shù)指標(biāo)如表：GB/T14236-93 與本公司KT-128*32實(shí)例指標(biāo)：