电流通道切换模块，使用继电器阵列实现

电流通道切换模块

电流通道切换模块是在控制模块的控制下，实现自动切换电流的注入电极和流出电极。由于实验所注入的电流较大，所以选择继电器作为切换开关，并使用达林顿管来驱动继电器。实验系统的电极通道为16个，所以输入输出共计32个通道，供需32个继电器，若直接用控制模块的IO来控制一方面占用硬件资源过多，另一方面操作起来也更加繁琐，所以在此部分使用了IO扩展芯片。电流通道切换模块的结构图如图3-2。

图1 电流通道切换结构图

电流通道切换模块电路图如图3-3所示，电路图中的继电器选用欧姆龙公司的两路单刀双掷5V驱动型继电器G6S-2-5V。该型号继电器额定电流2A，耐压1000V以上，接触电阻75mΩ，动作时间4ms以内，绝缘电阻1000MΩ，并且体积小。由于5V驱动使得供电电路简单，额定电流满足实验需求，对于需要32个继电器的实验系统继电器的体积小会更便于PCB制板时的布局布线。驱动继电器使用了达林顿管，ULN2803A为8通NPN型达林顿管，每一路的最大驱动电流是500mA，用于驱动继电器十分的便捷，同时简化能够电路。电路图中PCF8574T为I2C接口的8路IO扩展芯片，每个IO可配置为输入或输出，并具有输出锁存功能。PCF8574T通讯接口为高速IIC 接口，芯片有3个地址引脚，可设置8个不同地址，所以通过两根IIC总线可连接8个模块，实现最多64个IO扩展。在电流通道切换模块中使用了四片PCF8574T，并为其分配了地址，如此仅使用2个IIC通信引脚便可以控制模块的全部32路继电器。

图2 电流通道切换模块电路图

电路中在每个继电器的线圈两端反并联一个1N4148二极管，1N4148作为续流二极管，在线圈通路断开的瞬间为线圈提供泄流通道，以保护电路。图中继电器G1-A和G1-B分别为电流注入通道和流出通道的继电器，两继电器独立运行，互不干扰。

电压通道切换模块

电压通道切换模块不同于电流通道切换模块，由于电压信号通道流过的电流微弱，并且电压幅值较小，所以选择了两片16：1的模拟多路复用器，可以实现16个电极中任意两个电极间的电压测量。如图3-5。

图3 电压通道切换电路图

图中的ADG706是ADI模拟器件公司的一款低压CMOS模拟多路复用器。其内置16个单端通道，由一组4位二进制的地址线A0、A1、A2和A3控制。根据地址线所确定的地址，可将S1至S16中的任意一路切换至公共端D输出。同时ADG706具有低功耗的特性，工作电压范围为1.8 V至5.5 V，导通电阻仅有2.5Ω，开关时间40ns，并且所有通道的开关均采用先开后合式，防止各个通道在开关时发生瞬时短路。