干簧繼電器已從其音頻根源發展到處理 GHz 信號; MEMS 技術可能會將它們推到一邊。本節探討干簧繼電器及其在 ATE 應用中的應用。

替代方案：簧片繼電器

在努力開發更好的中心局交換矩陣和交叉桿的同時，久負盛名的貝爾電話實驗室的科學家和工程師在 1930 年代致力于全新的 EMR 設計。他們的目標是制造一種小巧、輕便且壽命極長的繼電器，用于交換電話電路，他們做到了：干簧繼電器（有時稱為干簧開關）。也許在某種程度上是由于其概念的概念簡單性（如果不是實際的制造工作），1941 年的專利短得驚人，只有一頁三張基本圖紙和一頁多一點的文字。

基本的簧片繼電器設計是設計優雅的典范。觸點位于密封玻璃管中，該玻璃管可以具有真空或惰性氣體，如圖 1 所示。

圖 1. 干簧繼電器（左）的簡單概念從其基本結構（右）中可見一斑。（圖片：電子筆記（左）、維基百科（右））

激活磁場通過外部電磁鐵甚至永磁體施加（因此，簧片繼電器通常用于檢測門/窗關閉）。由于觸點位于密封管中，因此它們不會受到空氣中污垢/灰塵堆積或污染的影響，否則可能會隨著時間的推移降低接觸電阻或導致閃絡和火花。

干簧繼電器非常適合處理直流和音頻信號。根據設計細節，它們還可以支持高壓開關以及具有低熱電動勢實現的敏感信號（熱電動勢是極低電平信號路徑中測量誤差的來源），并很快被用于儀器儀表和自動測試設備 （ATE）。

圖 2. Pickering Electronics 系列 113RF SIL/SIP 3-GHz 干簧繼電器從基本的“1 Form A”配置開始，但也提供其他版本。（圖片來源：Pickering Electronics)

但為什么要停在較低的頻率上呢？通過適當的設計和制造，它們的頻率范圍已擴展到射頻開關所需的千兆赫茲范圍。Pickering Electronics 的 113RF SIL/SIP 系列干簧繼電器就是一個很好的例子，這是一款微型同軸干簧繼電器，適用于高達 3 GHz 的高頻射頻系統，如圖 2 所示。基本的“1 Form A”（SPST） 5V 版本的線圈電阻為 500 Ω，可由 TTL 兼容或等效輸出驅動。

每個繼電器長僅 12.5 mm、寬 3.7 mm、高 6.6 mm，在 0.15 × 0.5 英寸間距上具有高堆積密度堆疊。它們具有兩毫米的間距，使其能夠以 ATE 系統典型的非常高的密度堆疊，如圖 3 所示。

圖 3. 干簧繼電器通常密集地封裝在ATE系統接口板上，因此小尺寸和占地面積，但不影響電氣規格，是重要的設計因素。（圖片來源：Pickering Electronics)

這些干簧繼電器適用于高達 10 W 和 0.5 A 的開關。A 型配置（SPST 常開）還提供 3 V 或 5 V 線圈，線圈電阻分別為 100 和 300 歐姆。該公司認為，這些小型屏蔽干簧繼電器比傳統機電繼電器更快、更小，插入損耗更低，比 SSR 更好的直流能力，并且比微機電系統 （MEMS） 繼電器具有更好的熱開關性能（稍后會詳細介紹）。

在低電平下，113RF 系列干簧繼電器的典型預期壽命超過 2.5 億次作。這些繼電器采用最高質量的儀器級干簧開關，帶有濺射釕觸點（回想一下高中化學：這是符號 Ru 和原子序數 44，一種屬于元素周期表鉑族的稀有過渡金屬），非常適合自動測試設備。談論產生影響的微小細節：這種類型的釕鍍層可確保穩定的接觸電阻和更長的使用壽命，而更簡單的電鍍銠鍍層會導致更高、更不穩定的接觸電阻。

由于這些是同軸、RF 優化繼電器，因此供應商提供了標準 RF 參數的圖表，例如插入損耗、VSWR 和隔離度，擴展到圖 4 所示的多 GHz 范圍。

圖 4. 根據其 3 GHz 額定值，這些繼電器在關鍵射頻參數中的性能也在數據手冊中進行了說明。（圖片來源：Pickering Electronics)

當多個繼電器在系統電路板上間隔很遠時，其激活線圈的外部磁場通常不會引起問題。然而，當繼電器堆疊并封裝到高密度時（在 ATE 板等應用中很常見），一個線圈的磁場可能會干擾甚至使相鄰繼電器的激活磁場脫敏。因此，所有 113RF 系列干簧繼電器均具有內部 mu-metal 磁屏，可實現繼電器的高密度堆疊，而不會出現相鄰設備相互干擾的風險，從而導致作不一致或錯誤。

九頁的數據表提供了所有版本的 113RF 系列繼電器的詳細信息。其他附屬品包括一個信息表，將 Pickering 設計的屬性與他們所說的“典型”干簧繼電器進行比較;盡管它無疑有些偏見，但它仍然提供了一些真正的見解。如果您對簧片繼電器不那么熟悉，他們有一個三分鐘的教程視頻 點擊此處， 一個關于他們的干簧繼電器如何構造的三分鐘視頻 點擊此處， 以及一個關于這個新系列的短視頻 點擊此處.

最后一節介紹基于MEMS的繼電器及其在ATE應用中的功能。