Войти
В электронике, поперечный переключатель (перекрестный переключатель, матричный переключатель ) представляет собой набор переключателей, скомпонованных в матричной конфигурации. Переключатель с перекладиной имеет несколько линий ввода и вывода, которые образуют перекрестный узор из соединительных линий, между которыми может быть установлено соединение, замыкая переключатель, расположенный на каждом пересечении элементов матрицы. Первоначально перекладина переключателя состояла из пересекающих металлических стержней, которые обеспечивали входные и выходные пути. Более поздние реализации достигли такой же топологии переключения в твердотельных полупроводниковых микросхемах или системе на кристаллах (SoC). Переключатель точки пересечения является одной из основных архитектур коммутаторов вместе с поворотным переключателем , переключателем памяти и переключателем кроссовером.
Поперечный переключатель - это совокупность отдельных переключателей между набором входов и набором выходов. Переключатели расположены в матрице. Если перекрестный переключатель имеет M входов и N выходов, то перекладина имеет матрицу с M × N точками пересечения или местами пересечения соединений. В каждой точке пересечения есть переключатель; в закрытом состоянии он соединяет один из входов с одним из выходов. Данная перекладина представляет собой однослойный неблокирующий переключатель. Неблокирующий переключатель означает, что другие одновременные подключения не препятствуют подключению других входов к другим выходам. Наборы перекладин могут использоваться для реализации многослойных и блокирующих переключателей. Система переключения перекладины также называется системой переключения координат.
Поперечные переключатели обычно используются в приложениях обработки информации, таких как телефония и коммутация каналов, но они также используются в таких приложениях, как механические сортировочные машины.
Матричная компоновка перекрестного переключателя также используется в некоторых устройствах полупроводниковой памяти, которые обеспечивают передачу данных. Здесь перемычки представляют собой очень тонкие металлические провода, а переключатели - это плавкие вставки. Предохранители перегорают или размыкаются при высоком напряжении, а считывание - при низком напряжении. Такие устройства называются программируемой постоянной памятью. На конференции NSTI Nanotechnology в 2008 году был представлен доклад, в котором обсуждалась реализация схемы суммирования в наномасштабе, используемой в качестве альтернативы логическим вентилям для вычислений.
Матричные массивы являются фундаментальными для современных плоских дисплеев. Жидкокристаллические дисплеи с тонкопленочными транзисторами имеют транзистор в каждой точке пересечения, поэтому их можно рассматривать как часть их структуры.
Для коммутации видео в домашних и профессиональных кинотеатрах перекрестный переключатель (или матричный переключатель, как его чаще называют в этом приложении) используется для распределения вывода нескольких видеоустройств одновременно на каждый монитор или каждая комната во всем здании. В типовой установке все видеоисточники расположены в стойке для оборудования и подключаются как входы к матричному коммутатору.
Там, где центральное управление матрицей практически возможно, типичный матричный коммутатор для монтажа в стойку предлагает кнопки на передней панели, позволяющие вручную подключать входы к выходам. Примером такого использования может быть спортивная панель, где одновременно отображаются многочисленные программы. Обычно в спортивной панели устанавливается отдельная настольная приставка для каждого дисплея, для которого требуется независимое управление. Матричный переключатель позволяет оператору направлять сигналы по своему усмотрению, так что требуется только достаточное количество телевизионных приставок для покрытия общего количества уникальных программ, которые будут просматриваться, что упрощает управление звуком из любой программы в общей звуковой системе.
Такие переключатели используются в домашних кинотеатрах высокого класса. Обычно совместно используемые видеоисточники включают телевизионные приемники или DVD-чейнджеры; та же концепция применима к аудио. Выходы подключены к телевизорам в отдельных комнатах. Матричный коммутатор управляется через соединение Ethernet или RS-232 с помощью контроллера автоматизации всего дома, например, произведенных AMX или Control4, который предоставляет пользовательский интерфейс, который позволяет пользователю в каждой комнате выбирать, какое устройство смотреть. Фактический пользовательский интерфейс зависит от марки системы и может включать сочетание экранных меню, сенсорных экранов и портативных пультов дистанционного управления. Система необходима для того, чтобы пользователь мог выбрать программу, которую он желает смотреть, из той же комнаты, в которой он будет ее смотреть, в противном случае им пришлось бы идти к стойке с оборудованием.
Специальные перекрестные переключатели, используемые для распределения сигналов спутникового телевидения, называются мультисвитчами.
Исторически перекрестный переключатель состоял из металлических стержней, связанных с каждым входом и выходом, вместе с некоторые средства управления подвижными контактами в каждой точке пересечения. В более поздней части 20-го века эти буквальные поперечные переключатели пришли в упадок, и этот термин стал использоваться образно для прямоугольных переключателей в целом. Современные поперечные переключатели обычно реализуются с использованием полупроводниковой технологии. Важный новый класс оптических перемычек реализуется с помощью технологии MEMS.
Тип телеграфной станции середины XIX века состоял из сетки вертикальных и горизонтальных латунных стержней с отверстиями на каждом пересечении. Оператор вставил латунный штифт, чтобы соединить одну телеграфную линию с другой.
Телефонный перекрестный переключатель - это электромеханическое устройство для переключения телефонных звонков. Первой конструкцией того, что сейчас называется поперечным переключателем, был переключатель координат компании Bell Western Electric 1915 года. Чтобы сэкономить деньги на системах управления, эта система была организована на шаговом переключателе или принцип селектора, а не принцип ссылки. Он мало использовался в Америке, но шведское правительственное агентство Televerket разработало собственный дизайн (дизайн 1919 года, вдохновленный системой Western Electric) и использовал его в Швеции с 1926 года до перехода на цифровые технологии в 1980-х. в переключателях модели А204 малых и средних размеров. Конструкция системы, используемая в перекрестных коммутаторах 1XB корпорации ATT Corporation, которые поступили в коммерческую службу с 1938 года, разработанная Bell Telephone Labs, была вдохновлена шведским дизайном. но был основан на принципе заново открытой ссылки. В 1945 году аналогичная конструкция шведского Televerket была установлена в Швеции, что позволило увеличить мощность коммутатора модели A204. Из-за Второй мировой войны с 1950-х годов в Соединенных Штатах было проложено несколько миллионов городских линий 1XB.
В 1950 году шведская компания Ericsson разработала собственные версии систем 1XB и A204 для международного рынка. В начале 1960-х годов продажи линейных переключателей компании превышали продажи их вращающейся системы с 500 переключателями, если судить по количеству линий. Переключение с поперечными балками быстро распространилось по всему миру, заменив более ранние разработки, такие как системы Strowger (пошаговая инструкция) и Panel, в более крупных установках в США, переход от полностью электромеханических При введении в действие они постепенно дорабатывались, чтобы иметь полный электронный контроль и различные функции вызова, включая короткий код и быстрый набор. В Великобритании компания Plessey произвела ряд переключающих перекладин TXK, но их широкое распространение на почтовом отделении Великобритании началось позже, чем в других странах, и затем этому препятствовало параллельное развитие. TXE герконовых реле и систем электронного обмена, поэтому они никогда не обеспечивали большое количество подключений клиентов, хотя и добились некоторого успеха в качестве обмена тандемным переключателем.
Поперечные переключатели используют матрицы переключения, составленные из двумерного массива контактов, упорядоченных в формате x-y. Эти коммутационные матрицы управляются серией горизонтальных планок, расположенных над контактами. Каждая такая полоса выбора может быть повернута вверх или вниз с помощью электромагнитов, чтобы обеспечить доступ к двум уровням матрицы. Второй набор вертикальных удерживающих стержней установлен под прямым углом к первому (отсюда и название «перекладина») и также управляется электромагнитами. На отдельных стержнях есть подпружиненные пальцы из проволоки, которые позволяют удерживающим стержням управлять контактами под стержнями. Когда выбирающий, а затем удерживающий электромагниты работают последовательно для перемещения стержней, они захватывают один из пружинных пальцев, чтобы замкнуть контакты под точкой пересечения двух стержней. Затем это устанавливает соединение через коммутатор как часть настройки пути вызова через коммутатор. После подключения магнит выбора затем освобождается, чтобы он мог использовать другие пальцы для других подключений, в то время как удерживающий магнит остается под напряжением на время вызова для поддержания соединения. В Великобритании интерфейс коммутации с перекрестной панелью именовался переключателем TXK или TXC (коммутационная панель телефонной станции).
100-точечный шестипроводной поперечный переключатель Western Electric типа B Однако поперечный переключатель Bell System типа B 1960-х годов был произведен в самом большом количестве. Большинство из них были переключателями на 200 точек, с двадцатью вертикалями и десятью уровнями по три провода. Каждая полоса выбора имеет десять пальцев, так что любая из десяти цепей, назначенных на десять вертикалей, может подключаться к любому из двух уровней. Пять полос выбора, каждая из которых может вращаться вверх или вниз, означают выбор из десяти ссылок на следующий этап переключения. Каждая точка пересечения в этой конкретной модели соединяла шесть проводов. Вертикальные аномальные контакты рядом с удерживающими магнитами выровнены вдоль нижней части переключателя. Они выполняют логические функции и функции памяти, а полоса удержания удерживает их в активном положении, пока установлено соединение. Горизонтальные отклонения от нормы по бокам переключателя активируются горизонтальными полосами, когда магниты-бабочки вращают их. Это происходит только во время установки соединения, так как бабочки только тогда получают энергию.
Поперечный переключатель Western Electric последней модели 
Задняя часть типа C Большинство переключателей Bell System были сделаны для подключения трех проводов, включая наконечник и кольцо сбалансированной пары цепь и гильза для управления. Многие соединили шесть проводов, либо для двух отдельных цепей, либо для четырехпроводной цепи или другого сложного соединения. Миниатюрная перекладина Bell System Type C 1970-х годов была похожа, но пальцы выступали вперед со спины, а избранные стержни держали лопасти для их перемещения. У большинства типа C было двенадцать уровней; это были менее распространенные десятиуровневые. Минибар Northern Electric, используемый в коммутаторе SP1, был аналогичен, но даже меньше. ITT Pentaconta Multiswitch той же эпохи обычно имел 22 вертикали, 26 уровней и от шести до двенадцати проводов. Поперечные переключатели Ericsson иногда имели всего пять вертикалей.
Для использования в контрольно-измерительных приборах James Cunningham, Son and Company изготовили высокоскоростные, очень долговечные поперечные переключатели с физически небольшими механическими частями, что позволило ускорить работу чем телефонные перекрестные переключатели. Многие из их переключателей имели механическую логическую функцию И, как в телефонных коммутационных переключателях, но другие модели имели отдельные реле (по одной катушке на точку коммутации) в матричных массивах, соединяющих контакты реле с шинами [x] и [y]. Эти последние типы были эквивалентны отдельным реле; не было встроенной логической функции И. Переключатели на перекладине Cunningham имели контакты из драгоценных металлов, способные обрабатывать милливольтные сигналы.
Ранние перекрестные коммутаторы были разделены на исходящую и оконечную стороны, в то время как более поздние и известные канадские и американские коммутаторы SP1 и 5XB коммутаторы не было. Когда пользователь взял телефонную трубку телефон, образовавшаяся линейная петля, задействовавшая линейную ретрансляцию пользователя, заставила коммутатор подключить телефон пользователя к исходному отправителю, который вернул пользователю тональный сигнал готовности. Затем отправитель записал набранные цифры и передал их исходному маркеру, который выбрал исходящую магистраль и задействовал различные ступени переключающего переключателя для подключения к ней вызывающего пользователя. Затем исходный маркер передает отправителю требования к завершению вызова по внешней линии (тип импульса, сопротивление магистрали и т. Д.) И сведения о вызываемой стороне и освобождает ее. Затем отправитель ретранслирует эту информацию завершающему отправителю (который может находиться на той же или на другой бирже). Затем этот отправитель использовал маркер завершения для подключения вызывающего пользователя через выбранную входящую магистраль к вызываемому пользователю и заставлял набор управляющих реле отправлять сигнал вызова на телефон вызываемого пользователя и возвращать сигнал вызова вызывающему абоненту.
Сам перекрестный переключатель был прост: конструкция обмена перенесла все логическое принятие решений на общие элементы управления, которые были очень надежными, как наборы реле. Критерии проектирования предусматривали только два часа простоя для обслуживания каждые сорок лет, что было большим улучшением по сравнению с более ранними электромеханическими системами. Концепция дизайна АТС допускала постепенные обновления, поскольку элементы управления можно было заменять отдельно от элементов переключения вызовов. Минимальный размер перекрестной телефонной станции был сравнительно большим, но в городских районах с большой установленной пропускной способностью телефонная станция занимала меньше места, чем другие обменные технологии эквивалентной мощности. По этой причине они, как правило, были первыми переключателями, которые заменялись цифровыми системами , которые были еще меньше и надежнее.
Существовало два принципа переключения перекладины. Ранний метод был основан на принципе селектора и использовал переключатели в качестве функциональной замены для Strowger или шаговых переключателей. Управление было распределено на сами переключатели. Установление вызова происходило поэтапно по мере набора последовательных цифр. При использовании принципа селектора каждый переключатель мог обрабатывать только свою часть одного вызова за раз. Каждый движущийся контакт массива был умножен на соответствующие точки пересечения на других переключателях с селектором в следующем наборе переключателей. Таким образом, обмен с сотней коммутаторов 10 × 10 в пять этапов может иметь только двадцать текущих разговоров. Распределенное управление означало, что не было общей точки отказа, но также означало, что этап настройки длился десять секунд или около того, чтобы звонящий набрал требуемый номер. С точки зрения занятости этот сравнительно длинный интервал снижает пропускную способность коммутатора.
Банджо-проводка 100-контактного шестипроводного переключателя системы Bell типа B Начиная с переключателя 1XB, более поздний и более распространенный метод был основан на принципе соединения, и переключатели использовались в качестве точки пересечения. Каждый подвижный контакт был соединен с другими контактами на том же уровне более простыми проводами типа «банджо», соединенными с одним из входов переключателя на следующем этапе. Коммутатор мог обрабатывать свою часть из такого количества вызовов, сколько у него было уровней или вертикалей. Таким образом, обмен с сорока коммутаторами 10 × 10 в четыре этапа может иметь сто разговоров в процессе. Принцип связи был более эффективным, но требовал более сложной системы управления для поиска незанятых каналов через коммутационную матрицу.
. Это означало общий контроль, как описано выше: все цифры записывались, затем передается на общее управляющее оборудование, маркер , для установления вызова на всех отдельных ступенях переключения одновременно. Система перекладин, управляемая маркером, имела очень уязвимый центральный орган управления; это неизменно защищалось дублированными маркерами. Большим преимуществом было то, что занятость управления на переключателях составляла порядка одной секунды или меньше, что соответствует задержкам срабатывания и отпускания якоря X-затем-Y переключателей. Единственным недостатком общего контроля была необходимость обеспечить достаточное количество цифровых регистраторов, чтобы иметь дело с максимальным прогнозируемым уровнем исходящего трафика на АТС.
В конструкции Plessey TXK 1 или 5005 использовалась промежуточная форма, в которой свободный путь отмечался через коммутационную матрицу распределенной логикой, а затем закрывался сразу.
Межсетевые коммутаторы остаются коммерческими только в нескольких телефонных сетях. Сохранившиеся объекты находятся в музеях, таких как Музей связи в Сиэтле, Вашингтон, и Музей науки в Лондоне.
Полупроводниковые реализации поперечных переключателей обычно состоят из набора входных усилителей или ретаймеров, подключенных к серии металлических пластин или шин внутри полупроводникового устройства. Аналогичный набор металлизации или планок подключается к выходным усилителям или ретимерам. В каждой точке пересечения стержней реализован проходной транзистор, который соединяет стержни. Когда проходной транзистор включен, вход соединен с выходом.
По мере совершенствования компьютерных технологий перекрестные переключатели нашли применение в таких системах, как многоступенчатые сети межсоединений, которые соединяют различные блоки обработки в параллельном процессоре с унифицированным доступом к памяти. в массив элементов памяти.
Стандартная проблема при использовании перекрестных переключателей - это установка точек пересечения. В классическом приложении для телефонии с перекрестными панелями точки пересечения закрываются и открываются, когда телефонные звонки приходят и уходят. В асинхронном режиме передачи или в приложениях с коммутацией пакетов точки пересечения должны быть созданы и разорваны на каждом интервале принятия решения. В высокоскоростных коммутаторах настройки всех точек пересечения должны быть определены, а затем установлены миллионы или миллиарды раз в секунду. Одним из подходов к быстрому принятию этих решений является использование арбитра волнового фронта.
