МНОГОКАНАЛЬНОЕ АНАЛОГОВОЕ КОММУТАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО С ОДНИМ ВЫХОДОМ Российский патент 1996 года по МПК H03K17/00 

Изобретение относится к многоканальному входу для аналогового коммутационного устройства с одним выходом, а точнее к аналоговому коммутационному устройству, предназначенному для предотвращения появления на выходной ступени нежелательного входного сигнала от линий схемы, подсоединенных к невыбранному переключателю характерного свойства, когда в различных электронных и/или электрических изделиях используется выбор одного переключателя характерного свойства из их большого количества.

Известен многоканальный коммутатор (см. а.с. N1497737, кл. Н03К 17/693, 1987), содержащий N ключевых элементов, общую нагрузку, один выход, причем каждый ключевой элемент содержит операционный усилитель, МДП-транзистор и три резистора.

Известен также многоканальный переключатель напряжения (см. а. с. N932614, кл.Н03К 17/00, 1975), содержащий N управляемых ключевых элементов, N входов, N шин управления, 1 выход, общий для всех каналов операционный усилитель.

Однако для известных схем характерно наличие перекрестных помех.

Наиболее близким к заявленному устройству является обычный многоканальный ввод для аналогового коммутационного устройства с одним выходом, представленный на рис. 1.

Во-первых, полагается, что первый переключатель S1 в избирательном коммутационном блоке 4 выбран выходным сигналом логического контроллера 5. Когда аналоговый выходной сигнал поступает из первого входа 1N1 входной ступени 1, первый дифференциальный усилитель А1 в дифференциальном усилительном блоке 2 получает поступивший аналоговый входной сигнал у его неинвертирующей клеммы и усиливает его, создавая усиленный сигнал к выходной ступени 8 через общую нагрузочную ступень 3, подсоединенную к выходу первого дифференциального усилителя A1. Однако при выборе первого переключателя S1, если другой аналоговый входной сигнал также подается ко второму входу 1N2, когда аналоговый входной сигнал был подан к первому входу 1N1, другой аналоговый входной сигнал подается к неинвертирующей клемме первого дифференциального усилителя A1 через резисторы RB1 и RB2 смещения резисторного блока 6 и таким образом появляется на выходной ступени 8 через общую нагрузочную ступень 3. Это означает, что когда аналоговый входной сигнал не подается к первому входу 1N1, а второй аналоговый входной сигнал подается ко второму входу 1N2, этот второй аналоговый входной сигнал появляется у выхода через линии схемы, подсоединенные к невыбранному переключателю характерного свойства, и дифференциальный усилитель, подсоединенный к выбранному переключателю характерного свойства. В результате могут иметь место перекрестные помехи.

На рис.1 среди неразъясненных позиционных обозначений "Vref₁" обозначает базовый источник напряжения для дифференциального усиливающего блока 2, "Ri1" внутренний резистор базового источника напряжения, "I" - источник тока в качестве источника смещения для дифференциального усиливающего блока 2, "RB1 RB5" резисторы цепи смещения с первого по пятый, "A1 A5" - дифференциальные усилители с первого по пятый, "S1 S5" переключатели с первого по пятый и "1N1 1N5" входные клеммы с первой по пятую.

Цель настоящего изобретения заключается в создании невосприимчиво к перекрестным помехам многоканального входа для аналогового коммутационного устройства с одним выходом, имеющего дополнительно выполненный второй источник базового напряжения и второй избирательный коммутационный блок, подсоединенный между дифференциальным усилительным блоком и первым и вторым источниками напряжения для подачи смещающего напряжения к дифференциальному усилительному блоку, тем самым при коммутационной операции второго избирательного коммутационного блока обеспечивается электрическая изоляция соединительного пути между каждым из невыбранных входов и задействованным дифференциальным усилителем и предотвращается наличие перекрестных помех на выходной ступени.

Для достижения цели согласно настоящему изобретению создан невосприимчивый к перекрестным помехам многоканальный вход для аналогового коммутационного устройства с одним выходом, содержащий входную ступень 1, имеющую N входов для пpиема различных аналоговых входных сигналов, дифференциальный усилительный блок 2, соединенный с входной ступенью, и N дифференциальных усилителей для усиления полученных аналоговых входных сигналов, общую нагрузку 3, подсоединенную к выходу дифференциального усилительного блока 2 и предназначенную для выдачи выходного сигнала через выходную ступень 8, первый избирательный коммутационный блок 4, подсоединенный к дифференциальному усилительному блоку для выполнения коммутационной операции, так что только один из дифференциальных усилителей может быть задействован и обеспечивает пропускание соответствующего аналогового входного сигнала из принятых аналоговых входных сигналов через задействованный дифференциальный усилитель, передающий его к выходной ступени, первый источник опорного напряжения (Vref₁, предназначенный для подачи первого базового смещающего напряжения к дифференциальному усилительному блоку, логический контроллер 5 для управления первым избирательным коммутационным блоком его выходным сигналом, источник постоянного тока, представляющий собой блок резисторов смещения 6;
второй источник опорного напряжения (Vref₂) для подачи смещающего напряжения к дифференциальному усилительному блоку;
второй избирательный коммутационный блок 7, подсоединенный между первым и вторым источниками опорного напряжения (Vref₁, Vref₂) и дифференциальным усилительным блоком 2 и имеющий 2N коммутационных пар для выполнения коммутационной операции, так чтобы каждое смещающее напряжение от первого и второго источников опорного напряжения избирательно подавалось к соответствующим дифференциальным усилителям в соответствии с выходным сигналом логического контроллера.

Предпочтительно, чтобы потенциальный уровень второго источника базового напряжения был таким же, что и у первого источника опорного напряжения.

Согласно другой реализации настоящего изобретения, невосприимчивый к перекрестным помехам многоканальный вход для аналогового коммутационного устройства с одним выходом создается таким образом, что, когда любой из дифференциальных усилителей задействован посредством первого избирательного коммутационного блока 4, один переключатель из пары переключателей второго избирательного коммутационного блока 7, подсоединенный к задействованному дифференциальному усилителю, включается для электрического соединения с первым источником опорного напряжения (Vref₁), а другой переключатель этой пары выключается, чтобы не быть электрически подсоединенным ко второму источнику опорного напряжения (Vref₂), в то время как один переключатель каждой пары переключателей второго избирательного переключающего блока 7, подсоединенного к соответствующим незадействованным дифференциальным усилителям, выключается, чтобы не быть электрически подсоединенным к первому источнику опорного напряжения (Vref₁), а другой переключатель каждой из пар переключателей включается, чтобы быть электрически подсоединенным ко второму источнику опорного напряжения (Vref₂).

Согласно еще одной реализации осуществления настоящего изобретения, создан невосприимчивый к перекрестным помехам многоканальный вход для аналогового коммутационного устройства с одним выходом, так что один переключатель каждой пары переключателей во втором избирательном коммутационном блоке 7 содержит первый переключающий транзистор (Q₂₂), коллектор которого подсоединен к первому источнику опорного напряжения (Vref₂), его база подсоединена к коллектору и его эмиттер подсоединен к дифференциальному усилительному блоку 2, а второй переключающий транзистор (Q₂₂) имеет коллектор, подсоединенный к базе первого переключающего транзистора (Q₂₂), его эмиттер заземлен через резистор, а его база подсоединена к логическому контроллеру 5.

Согласно еще одной реализации настоящего изобретения, создан невосприимчивый к перекрестным помехам многоканальный вход для аналогового коммутационного устройства с одним выходом, так что другой переключатель каждой пары переключателей во втором избирательном коммутационном блоке содержит третий переключающий транзистор (Q₂₄), коллектор которого соединен со вторым источником опорного напряжения (Vref₂), его база cоединена с коллектором и его эмиттер соединен с дифференциальным усилительным блоком 2, а четвертый переключающий транзистор (Q₂₅) имеет коллектор, подсоединенный к базе третьего переключающего транзистора (Q₂₄), его эмиттер заземлен через резистор, а его база соединена с логическим контроллером.

Созданный согласно настоящему изобретению, упомянутый многоканальный вход для аналогового коммутационного устройства с одним выходом позволяет избежать появления нежелательного входного сигнала на выходной ступени через задействованный дифференциальный усилитель.

На фиг.1 представлена известная схема многоканального входа для аналогового коммутационного устройства с одним выходом (прототип), на фиг.2 - подробная схема устройства согласно фиг.1; на фиг.3 схема осуществления многоканального входа для аналогового коммутационного устройства с одним входом, выполненная согласно настоящему изобретению, на фиг.4 подробная схема устройства согласно фиг.3, на фиг.5 график для сравнения эксплуатационных характеристик аналогового коммутационного устройства согласно настоящему изобретению с обычным аналоговым устройством.

Устройство работает следующим образом.

Если обратиться к рис.3, то общая конфигурация аналогового коммутационного устройства согласно настоящему изобретению аналогична конфигурации обычной аналоговой коммутационной цепи, за исключением выполнения двух источников опорного напряжения Vref₁ и Vref₂ и второго избирательного коммутационного блока 7, который избирательно управляет подачей смещающего напряжения к соответствующим дифференциальным усилителям A1, A2, A3, A4 и A5.

Далее будет разъяснена коммутационная операция второго избирательного коммутационного блока 7 посредством выходного сигнала логического контроллера 5. Из пары переключателей S11 и S12, подсоединенных к первому дифференциальному усилителю A1, переключатель S11, подсоединенный к первому источнику Vref₁ опорного напряжения, замкнут, а переключатель S12, подсоединенный ко второму источнику Vref₂ опорного напряжения, отсечен и одновременно переключатели S21, S31, S41 и S51, подсоединенные к первому источнику Vref₁ опорного напряжения, остальных пар переключателей S12 и S22, S31 и S32, S41 и S42, S51 и S52 отсечены, в то время как переключатели S22, S32, S42 и S52, которые соответствующим образом подсоединены ко второму источнику Vref₂ опорного напряжения, включены.

Между тем, когда аналоговый входной сигнал поступает к неинвертирующей клемме первого дифференциального усилителя A1 через первый вход 1N1 входной ступени 1, первый дифференциальный усилитель A1 усиливает поданный входной сигнал, передаваемый к выходной ступени 8 через общую нагрузку 3. Одновременно, когда другой аналоговый входной сигнал подается ко второму входу 1N2, аналогичный сигнал не подается к неинвертирующей клемме первого дифференциального усилителя A1 ввиду отсутствия электрического соединения между ними, поскольку в паре переключателей S21 и S22, подсоединенной ко второму дифференциальному усилителю A2, переключатель S21, подсоединенный к первому источнику Vref₁ опорного напряжения, отсечен, а переключатель S22, подсоединенный ко второму источнику Vref₂ базового напряжения, включен.

На рис. 4, на котором представлено аналоговое коммутационное устройство согласно настоящему изобретению, транзисторы Q22 Q41 образуют второй избирательный коммутационный блок 7, а резисторы R3 R22 представляют собой резисторы смещающей цепи для дифференциального усилительного блока 2.

Кроме того, пара переключателей S11 и S12, подсоединенная к первому дифференциальному усилителю A1, состоит из переключающих транзисторов Q22 - Q25, а пара переключателей S21 и S22, подсоединенная ко второму усилителю A2, состоит из переключающих транзисторов Q26 Q29, в то время как пара переключателей S31 и S32, подсоединенная к третьему дифференциальному усилителю A3, состоит из переключающих транзисторов Q30 Q33, а пара переключателей S41 и S42, подсоединенная к четвертому дифференциальному усилителю A4, состоит из переключающих транзисторов Q34 и Q37. Кроме того, пара переключателей S51 и S52, подсоединенная к пятому дифференциальному усилителю A5, состоит из переключающих транзисторов Q38 Q41.

Далее будет подробно представлена работа устройства согласно настоящему изобретению со ссылкой на рис.4.

Первый дифференциальный усилитель A1 приводится в активное состояние, когда третий переключающий транзистор Q3, соответствующий переключателю S1 первого избирательного коммутационного блока 4, показанного на рис.3, включается согласно выходному сигналу логического контроллера 5. То есть ток от источника 1 постоянного тока течет на эмиттеры усилительных транзисторов Q1 и Q2, образующих первый дифференциальный усилитель A1. В то же время осуществляется запитывание смещающим напряжением от первого источника Vref₁ опорного напряжения первого дифференциального усилителя A1, к которому подсоединена пара переключателей S11 и S12 согласно рис.3, при этом переключатель S11 замкнут, а переключатель S12 отсечен согласно выходному сигналу логического контроллера 5, то есть переключающие транзисторы Q24 и Q25 согласно рис. 3 выключены. Остальные дифференциальные усилители A2 A5 запитываются смещающим напряжением от второго источника Vref₂ опорного напряжения, поскольку соответствующие пары переключателей S21 и S22, S31 и S32, S41 и S42, S51 и S52, подсоединенные к соответствующим дифференциальным усилителям A2 A5, выполняют коммутационную операцию, противоположную операции пары переключателей S11 и S12, подсоединенной к первому дифференциальному усилителю A1. То есть, когда переключающие транзисторы Q28, Q29, Q32, Q33, Q36, Q37, Q40, Q41 включаются, переключающие транзисторы Q26, Q27, Q30, Q31, Q34, Q35, Q38 и Q39 выключаются. Здесь, если аналоговый входной сигнал подается к первому входу 1N1 входной ступени (рис.1), такой же сигнал появляется на выходной ступени через базу усилительного транзистора Q2, образующего первый дифференциальный усилитель A1. Кроме того, даже если другой аналоговый сигнал подается ко второму входу 1N2, этот другой входной сигнал не может находиться в выходной ступени 8, поскольку путь передачи сигнала блокируется, так что база усилительного транзистора Q2 не получает поданный другой входной сигнал ко второму входу 1N2. В результате это предотвращает появление нежелательного входного сигнала на выходной ступени 8. А именно, задействованный дифференциальный усилитель подсоединен к первому источнику Vref₁ опорного напряжения, в то время как остальные дифференциальные усилители, то есть незадействованные дифференциальные усилители, подсоединены ко второму источнику Vref₂ опорного напряжения, так что нежелательный входной сигнал не подается на задействованный дифференциальный усилитель, при этом предотвращается генерация перекрестных помех, которая вычисляется по отношению резистора цепи смещения каждого из входов и внутреннего резистора базового напряжения посредством уравнения (1) перекрестных помех, что разъяснено выше.

Кроме того, аналоговое коммутационное устройство согласно настоящему изобретению позволяет избежать пульсационного шума вследствие изменения смещающего напряжения при включении или выключении переключателя, при этом напряжение от второго источника базового напряжения непрерывно подводится к дифференциальному усилителю, подсоединенному к каждому невыбранному вводу, посредством первого избирательного коммутационного блока, чтобы при этом сохранить заданное приводное напряжение для дифференциального усилителя. То есть на входе, который не выбран первым избирательным коммутационным блоком 4, соединительный переключатель между первым источником Vref₁ опорного напряжения и дифференциальным усилителем, подсоединенным к невыбранному входу, отсекается. Таким образом, смещающее напряжение от второго источника базового напряжения не подается к выбранному дифференциальному усилителю, если соединительный переключатель между вторым источником Vref₂ опорного напряжения и выбранным дифференциальным усилителем отсекается, как и в аналоговом коммутационном устройстве согласно настоящему изобретению.

Название: многоканальное аналоговое коммутационное устройство с одним выходом. Использование: устройство относится к многоканальному входу для аналогового коммутационного устройства с одним выходом, предназначенному для предотвращения на выходной ступени нежелательного выходного сигнала. Устройство содержит: входную ступень 1 с N входами (1N1 - 1Nn), дифференциальный усилительный блок 2, нагрузку 3, два избирательных коммутационных блока 4, 7, логический контроллер 5, блок резисторов смещения 6, выходную ступень 8. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Многоканальное аналоговое коммутационное устройство с одним выходом, содержащее входную ступень, имеющую N входов для приема различных аналоговых входных сигналов, дифференциальный усилительный блок, подсоединенный к входной ступени и имеющий N дифференциальных усилителей, первый избирательный коммутационный блок, подсоединенный к дифференциальному усилительному блоку, первый источник опорного напряжения, блок резисторов смещения, логический контроллер, выход которого подключен к входу первого избирательного коммутационного блока, источник постоянного тока, соединенный через первый избирательный коммутационный блок с дифференциальным усилительным блоком, общую нагрузку, подсоединенную к выходам дифференциального усилительного блока и к выходной ступни, отличающееся тем, что дополнительно содержит второй источник опорного напряжения, второй избирательный коммутационный блок, который включен между первым и вторым источниками опорного напряжения и дифференциальным усилительным блоком, содержащий 2N переключателей, каждый из пары которых подключен через соответствующий резистор блока резисторов смещения к одному из двух источников опорного напряжения соответственно. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что потенциальный уровень второго источника опорного напряжения аналогичен уровню первого источника опорного напряжения. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что переключатель из одной пары указанного второго избирательного коммутационного блока содержит первый ключевой транзистор, коллектор которого подключен к указанному первому источнику опорного напряжения через резисторы R₁ и R₃, база соединена с коллектором, а эмиттер соединен с входом дифференциального усилителя, и второй ключевой транзистор, коллектор которого соединен с базой указанного первого ключевого транзистора, эмиттер заземлен через резистор R₅, а его база соединена с логическим контроллером. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что другой переключатель из одной пары переключателей указанного второго избирательного коммутационного блока содержит третий ключевой транзистор, коллектор которого соединен с вторым источником опорного напряжения через резисторы R₂ и R₄, база соединена с коллектором, а эмиттер соединен с входом дифференциального усилителя, и четвертый ключевой транзистор коллектор которого соединен с базой указанного третьего ключевого транзистора, эмиттер заземлен через резистор R₆, а база соединена с логическим контроллером. 5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что другой переключатель из одной пары переключателей указанного второго избирательного коммутационного блока содержит третий ключевой транзистор, коллектор которого соединен с вторым источником опорного напряжения через резисторы R₂ и R₄, база соединена с коллектором, а эмиттер соединен с входом дифференциального усилителя, и четвертый ключевой транзистор, коллектор которого соединен с базой указанного третьего ключевого транзистора, эмиттер заземлен через резистор R₆, а база соединена с логическим контроллером.