【導讀】本文介紹了機電繼電器(EMR)在信號切換中的應用
，強調了其出色的導通和關斷性能、輸入/輸出隔離功能以及多極配置帶來的靈活性和多功能性。文章以 Omron Electronic Components 的產品為例，介紹了如何選擇和應用 EMR
，包括繼電器類型
、區別、配置、射頻性能
、功耗以及可靠性等方麵的考慮。

文章概述  

本文介紹了機電繼電器(EMR)在信號切換中的應用，強調了其出色的導通和關斷性能、輸入/輸出隔離功能以及多極配置帶來的靈活性和多功能性。文章以 Omron Electronic Components 的產品為例，介紹了如何選擇和應用 EMR，包括繼電器類型、區別、配置、射頻性能、功耗以及可靠性等方麵的考慮。

電信和網絡設備
、自動測試設備 (ATE) 和安全設備等應用越來越需要可靠地切換和路由單個或多個中低電平直流
、交流（模擬）和射頻 (RF) 信號。機電繼電器 (EMR) 非常適合處理這項任務。

EMR 提供出色的導通和關斷性能以及輸入/輸出隔離功能，並具有多極配置，為設計人員提供靈活性和多功能性。此外
，單個繼電器可在同一設備中支持不同的信號類型（交流、直流、低頻、射頻）
，從而提升其價值。

雖然 EMR 具有活動部件和物理觸點
，但由於其應用曆史悠久
，各項特性已一應俱全。因此，它們是可靠的“問題解決方案”，可以穩定使用多年。雖然 EMR 本身堅固耐用，但設計人員必須選擇合適的繼電器（線圈和觸點額定值）並正確使用
，這樣才能確保使用壽命達到最長。

繼電器類型和區別

EMR 是指一種具有許多應用特定子類型的元器件。例如
，功率繼電器的觸點額定電流為 2 A 或更高，而信號繼電器的設計觸點電流低於該值。

信號繼電器可分為兩類：非射頻信號和射頻信號。雖然所有繼電器都有基本導通參數以及電流和電壓處理最大值，但射頻繼電器還有其他性能指標。具體包括：

隔離度：即使觸點是分開的，高頻信號也會通過觸點間的雜散電容泄漏。隔離度的測量單位是分貝(dB)。

插入損耗：在高頻率下，自感
、電阻
、介質損耗以及因阻抗不匹配而引起的反射都會產生信號幹擾。插入損耗的測量單位也是 dB。

電壓駐波比 (VSWR)：由輸入信號波和任何反射信號之間的相長/相消幹擾產生。該測量值是一個無單位數值

，表示最大波形值與最小波形值之間的比值。

簡化物料清單

繼電器配置由其觸點數或極數 (P) 以及常開（指無電源）/常閉觸點狀態定義（圖 1）。這些觸點可以是常開 (NO) 或者常閉 (NC) 觸點。最常見的是單極 (SP) 和雙極 (DP) 配置，但也有具有更多觸點極數的裝置。擲 (T) 是指致動器的極限位置。

圖 1：所示為幾種 EMR 的觸點排列和行業標準名稱
；Form 2C 繼電器中的虛線表示兩個電樞都具有非導通鏈路，當繼電器線圈接收到電流時，兩個觸點同時移動。（圖片來源：Sealevel Systems, Inc.）

EMR 能夠支持多極和 NO/NC 擲
，因而能夠簡化電路


、節省電路板空間、削減物料清單 (BOM) 並降低成本。原因在於
，一個繼電器就可以將多條電路切換為全開、全quan閉bi或huo兩liang者zhe的de組zu合he，具ju體ti取qu決jue於yu極ji和he擲zhi的de配pei置zhi。同tong一yi繼ji電dian器qi還hai可ke以yi切qie換huan交jiao流liu和he直zhi流liu信xin號hao，在zai多duo條tiao電dian路lu上shang同tong時shi工gong作zuo。在zai某mou些xie情qing況kuang下xia
，可ke以yi使shi用yong額e外wai有you一yi對dui極ji點dian的de EMR 為輔助電路供電，比如給 LED 電路供電，以向用戶指示繼電器已通電並已產生所需的觸點狀態。此外，一些經驗豐富的設計人員會在隻需要單刀雙擲 (SPDT) 裝置時采用雙刀雙擲 (DPDT) 繼電器（SPDT 和 DPDT 繼電器在許多情況下具有相同的占用空間），從而為其提供一個“以防萬一”的觸點對
，用以解決在設計周期後期發現的問題或疏忽。Omron 的 G6J-2P-Y DC12（圖 2）是一款超薄型 DPDT (Form 2C) 繼電器，采用 977 Ω 線圈
，設計驅動電壓和電流分別為 12 V 和 12.3 mA。請注意，該係列的其他產品可提供不同的線圈電壓/電流配對，最高可達 24 VDC
，幾乎可與任何驅動電路或情況兼容。

圖 2：G6J-2P-Y DC12 是一款超薄型 DPDT 繼電器

，采用 12 V 12.3 mA 線圈；屬於尺寸和觸點額定值相同但線圈電壓/電流組合不同的繼電器係列產品。（圖片來源：Omron）

這款小型繼電器的尺寸僅為 5.7 × 10.6 × 9 mm，因此適合用於高密度印刷電路 (pc) 板。G6J-2P-Y DC12 juyoutongkongduanzi
，danxiangtongkuanxingyetigongduanbiaomiantiezhuangduanzihechangbiaomiantiezhuangduanzi，yinernenggoushixianzuidadelinghuoxing。zhekuanjidianqijigaixiliezhongdesuoyouqitajidianqidechudianedingdianliujunwei 125 VAC 下 0.3 A 以及 30 VDC 下 1 A。

繼電器和射頻

繼電器的用途並不局限於提供簡單的“幹”觸點閉合或處理直流電壓/電流和低頻交流信號。有些型號專門為 ATE 等超高頻應用而設計。Omron 的 G6K-2F-RF-V DC4.5 是一款微型表麵貼裝 DPDT 繼電器，支持差分傳輸信號切換。這款 11.7 × 7.9 × 7.1 mm 繼電器在 8 GHz 頻率下的插入損耗為 3 dB 或更低。該繼電器還在更高的頻率下使用，如其眼圖所示，可用於上升時間為 25 ps 的 200 mV 差分信號（圖 3）。

圖 3：G6K-2F-RF-V DC 微型表麵貼裝 DPDT 繼電器采用差分傳輸信號切換
，其指定頻率可達 8 GHz 及以上，如這些具有 8.1、10 和 12.5 Gbit/s 信號的眼圖所示。（圖片來源：Omron）

這種千兆赫範圍的性能部分歸功於本身就會為差分信號提供支持的電氣和機械設計。這有助於確保達到由射頻隔離（與電氣隔離無關）、插入損耗和 VSWR 定義的理想性能（圖 4）。

圖 4：G6K-2F-RF-V 千兆赫繼電器采用固有的差分設計，可緩解電路板物理布局問題
，並最大限度減少布局對射頻性能的不利影響。（圖片來源：Omron）

這款繼電器采用先進的內部布局
，不僅能夠簡化 PC 板ban布bu局ju
，而er且qie無wu需xu在zai電dian路lu板ban上shang進jin行xing複fu雜za的de多duo層ceng信xin號hao路lu徑jing布bu線xian，因yin此ci射she頻pin性xing能neng不bu會hui降jiang低di。采cai用yong樹shu脂zhi外wai殼ke
，而er不bu是shi金jin屬shu外wai殼ke，從cong而er能neng夠gou避bi免mian在zai檢jian查zha繼ji電dian器qi安an裝zhuang情qing況kuang時shi，探tan頭tou引yin腳jiao通tong過guo金jin屬shu外wai殼ke短duan路lu並bing損sun壞huai電dian路lu板ban和he部bu件jian的de問wen題ti。

繼電器和功耗

在zai幾ji乎hu所suo有you電dian路lu和he係xi統tong中zhong，功gong耗hao都dou是shi非fei常chang重zhong要yao的de參can數shu。功gong耗hao決jue定ding了le電dian源yuan大da小xiao，影ying響xiang電dian池chi供gong電dian設she計ji的de運yun行xing時shi間jian
，以yi及ji相xiang關guan熱re量liang對dui熱re性xing能neng的de影ying響xiang。這zhe對dui傳chuan統tong的de非fei閉bi鎖suo型xing繼ji電dian器qi有you影ying響xiang。對dui於yu這zhe種zhong繼ji電dian器qi，線xian圈quan必bi須xu在zai繼ji電dian器qi需xu要yao通tong電dian的de整zheng個ge過guo程cheng中zhong保bao持chi通tong電dian狀zhuang態tai。基ji本ben開kai/關設計（正式名稱為單側穩定設計）的替代架構解決了這一問題。閉鎖型繼電器（也稱保持型繼電器）設計為一旦通電
，即使線圈斷電也能保持在原位置。有幾種方法可以實現閉鎖功能。G6JU-2P-Y DC3 以及該係列中的其他產品采用單繞組閉鎖技術，即“置位”輸入脈衝可通過鄰近的永磁體保持工作狀態。“複位”輸入脈衝（極性與置位輸入相反的輸入）可使繼電器進入非閉鎖狀態。

繼電器和可靠性

繼電器有活動部件和物理電氣觸點
，因此正常情況下，可以認為在一定次數的開/guanxunhuanhou，jidianqijiuhuibiandebukekao。danshi，shishibingfeiruci。shouxian

，zhongsuozhouzhi，zaichuanshubutongdianpingdejiaoliuhezhiliuxinhaoshi，chudiankaihedeyingxiangshibutongde，zaijidianqideshujubiaozhongyeyouxiangxibiaozhu。ruguozunshouguidingdetiaojian，jiubuhuichuxianchudianguozaomosundewenti。tongyangzhongyaodeshi
，shushiniandeshiyong、無數現場裝置的經驗、冶金研究與發展、建模與分析
、受控壽命測試、生sheng產chan與yu製zhi造zao改gai進jin以yi及ji其qi他ta技ji術shu因yin素su
，已yi將jiang線xian圈quan和he觸chu點dian的de設she計ji與yu製zhi造zao轉zhuan變bian為wei眾zhong所suo周zhou知zhi的de成cheng熟shu精jing密mi工gong藝yi，並bing且qie能neng夠gou生sheng產chan出chu相xiang應ying的de元yuan器qi件jian。繼ji電dian器qi的de耐nai用yong性xing與yu觸chu點dian和he線xian圈quan的de耐nai用yong性xing有you關guan。線xian圈quan的de耐nai用yong性xing以yi 40,000 xiaoshidebiaozhunzhiweiqidian
，yinweidangedingdianyachixuzuoyongyuxianquanshihuichanshengreliang
，daozhijueyuanxingnengxiajiang。ruguojidianqideshiyongshijianxiexingde，xianquandenaiyongxingjiuhuichanghenduo。naiyongxinghaikeyitongguoshujubiaozhongjingchangbiaozhudelianggeyinsulaipinggu：

機械耐用性是指考慮機械故障和特性後，在無負載情況下繼電器能夠打開和閉合觸點的次數。

電氣耐用性是指在額定負載（如 125 VAC

，0.3 A / 30 VDC
，1 A）下繼電器能夠打開和閉合觸點的次數。

繼電器觸點提供不同的配置：單觸點
、雙觸點和橫杆雙觸點（圖 5），其長期可靠性從左到右越來越高。橫杆雙觸點設計可提供異常穩定的接觸電阻
，最大限度減少接觸故障。G6J-2P-Y 係列產品采用分叉橫杆（類似於橫杆雙觸點），其銀觸點鍍有黃金合金。

圖 5：繼電器觸點已從基礎的單觸點改進並發展成壽命更長的橫杆雙觸點
，可提供一致的性能和穩定的接觸電阻。（圖片來源：Omron）

zhexiejidianqidekekaoxingzhongsuozhouzhi，yinciduiyubunengjieshoutingjishijianhuofuwuzhongduan，huojidianqixingnengshirenwuguanjianyinsuderenheyingyonglaishuo，doushibucuodexuanze。

結語

EMR 是當今眾多係統解決問題的關鍵元器件，能夠處理和解決許多信號路徑問題。具有獨特且不可替代的信號處理特性
、定義明確的性能和長期可靠性。信號繼電器可用於直流、低頻、甚至是千兆赫範圍的射頻應用，因此應用範圍更寬。

(作者：Bill Schweber)

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