ПЕРЕКЛЮЧАЮЩАЯ СХЕМА Российский патент 1998 года по МПК H03K17/00 

Настоящее изобретение касается устройства переключения сигнала и, в частности, устройства типа с использованием каскадных переключающих секций для усиления аттенюации выключения высокочастотных компонентов сигнала, подлежащих переключению.

Аттенюация, создаваемая переключателем, когда переключатель выключается /аттенюация "выключенного состояния"/, является важной степенью достоинства переключающей схемы и, в частности, в применениях, где переключаемый сигнал содержит значительные количества высокочастотной энергии. Например, при переключении нескольких входных видеосигналов для телевизионного устройства /например, видеомагнитофоны, телевизоры, мониторы, генераторы эффектов и т. д. /, важно, чтобы входной видеосигнал, который не выбран, был ослаблен ниже минимального уровня, чтобы избежать помех для выбранного входного видеосигнала. Вообще говоря, необходимо ослаблять невыбранный видеосигнал по крайней мере на 60 дБ и предпочтительно больше. Такие уровни ослабления на видеочастотах не легче достигаются с помощью традиционных переключателей на интегральных схемах по причине, например, присутствия паразитных емкостей. По этой причине предложено много разных способов для усиления аттенюации при выключении переключателей на интегральных схемах. Один такой способ, описанный в нижеследующих двух примерах, состоит в соединении переключателей по каскадной схеме, так что их аттенюации выключения складываются.

Первый пример каскадирования переключателей для повышения аттенюации выключения описан в патенте США N 4.521.810 на имя Нигборович и др., под названием Селектор источника видеосигналов, который выдан 4 июня 1985 г. В специальном варианте реализации этой переключающей схемы эмиттерный повторитель соединен по каскадной схеме с переключателем на интегральной схеме типа CMOS /КМОП-структура/, и транзистор привязки соединен с базой транзистора эмиттерного повторителя и управляется для обесточивания эмиттерного повторителя, когда переключатель CMO разомкнут. С помощью этого средства переключаемый видеосигнал ослабляется в результате обесточенной цепи эмиттерного повторителя и в результате переключателя CMOS, когда переключатель включен /разомкнут/.

Второй пример каскадных переключающих схем описан в патенте США N 4.638.181 на имя Дейса, под названием Селектор источника сигналов, который был выдан 20 января 1987 г. В специальном варианте реализации, описанном в патенте Дейса, диодный переключатель соединен последовательно с переключателем на интегральной схеме CMOS. Схема включает в себя схему смещения, которая посылает ток включения через переключатель CMOS на диодный переключатель, когда переключатель CMOS замкнут. Другая цепь смещения посылает обратное смещение на диодный переключатель, когда переключатель CMOS разомкнут. В отношении максимального ослабления выключения Дейс рекомендует использовать диод p-i-n типа, так как такие диоды показывают очень низкую емкость перехода, и это снижает паразитное соединение, когда диод разомкнут.

Вышеприведенные два примера каскадных переключателей видеосигналов показывают отличные характеристики аттенюации. Однако оба примера являются относительно сложными, требуют транзистора привязки или источника напряжения обратного смещения для поддерживания выключенного состояния переключателя.

Настоящее изобретение направлено, прежде всего, на создание переключателя типа, в котором используется диод, и отдельный источник обратного смещения не требуется для поддерживания переключателя в разомкнутом состоянии.

Переключающая схема, выполненная согласно изобретению, включает в себя диод, имеющий первый электрод, соединенный через разделительный конденсатор постоянного тока с источником входного сигнала, подлежащего переключению, и имеющий второй электрод, соединенный через выходную цепь с выходным выводом. Цепь управления смещением соединена с первым и вторым электродами диода для образования первого рабочего режима для прямого смещения диода, когда входные сигналы должны быть соединены с выходным выводом, и второго рабочего режима, для образования изоляции постоянного тока первого электрода диода, так что диод выпрямляет входной сигнал переменного тока, поданный на него, и при выполнении этого генерирует обратное смещение для выключения диода.

В соответствии с дальнейшим отличительным признаком изобретения выходная цепь содержит неаддитивный смеситель.

В соответствии с еще одним отличительным признаком изобретения выходная цепь содержит усилитель и неаддитивный смеситель.

Изобретение иллюстрировано на прилагаемых чертежах, где одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями, на которых:
фиг. 1 - схема переключателя согласно изобретению,
фиг. 2 - блок-схема, частично в схематичном виде, цветного телевизора с реализацией изобретения, включающаяю в себя иллюстративные величины элементов в отношении элементов переключателя на фиг. 1 и включающая в себя дальнейшие отличительные признаки переключателя для специфического применения, которое показано и описано.

Переключающая схема на фиг. 1 включает в себя входной вывод 10 для приема переключаемого входного сигнала S1 и выходной вывод 12 для образования переключенного выходного сигнала. Диод 14, предусмотренный в схеме, имеет первый электрод 16 /катод/, соединенный через разделительный конденсатор 20 постоянного тока с входным выводом 10 сигнала, и имеет второй электрод 18 /анод/, соединенный через выходную цепь /30 и 40/ с выходным выводом 12. Выходная цепь содержит каскадное соединение усилителя 30 и неаддитивного смесителя 40. Усилитель 30 содержит NPN-транзистор Q1, который имеет базовый электрод, соединенный со вторым электродом /анодом/ 18 диода 14, имеет эмиттерный электрод, соединенный с источником опорного потенциала /земля/ через эмиттерный резистор 32, и имеет коллекторный электрод, соединенный со входным выводом 25 питающего напряжения через коллекторный резистор 34 нагрузки. Положительное питающее напряжение V_s подается на питающий вывод 25. Неаддитивный смеситель 40 содержит пару NPN-транзисторов Q2 и Q3, имеющих свои коллекторные электроды, соединенные с питающим выводом 25, и имеющих свои эмиттерные электроды, соединенные с выходным выводом 12 и соединенные с землей через источник тока 42. Источник тока может быть реализован как резистор, или может быть транзистором, смещенным для функционирования как источник тока. Базовый электрод 44 транзистора Q2 служит в качестве одного входа неаддитивного смесителя 40 и соединен с выходом усилителя 30 на коллекторе транзистора Q1. Базовый электрод 46 транзистора Q3 служит в качестве второго входа неаддитивного смесителя 40 и соединен со входным выводом 50. В этом примере согласно изобретению смещающее напряжение V_b постоянного тока подается на вывод 50. В другом примере, описываемом ниже, подлежащий переключению второй входной сигнал подается на входной вывод 50.

Остальные элементы на фиг. 1 представляют собой схему управления смещением для диода 14 для образования первого рабочего режима, при котором диод 14 имеет прямое смещение для соединения входного сигнала Si с выходным выводом 12 через усилитель 30 и неаддитивный смеситель 40, и для образования второго рабочего режима, при котором первый электрод /катод/ 16 диода 14 изолирован постоянным током, так что диод выпрямляет компонент переменного тока входного сигнала Si, поданного через разделительный конденсатор 20 постоянного тока, и при выполнении этого генерирует напряжение обратного смещения, которое "автоматически смещает" диод 14 в разомкнутое /OFF/ состояние /непроводящее/. Как будет пояснено ниже, усилитель 30 и неаддитивный смеситель 40 производят дальнейшее ослабление входного сигнала в ответ на состояние автоматического смещения диода 14. Схема управления смещением содержит первый резистор 62, соединенный между питающим выводом 25 и вторым электродом /анодом/ 18 диода 14, и второй резистор 64, соединенный последовательно с переключателем 60 между первым электродом /катодом/ 16 и источником опорного потенциала, показанного здесь как точка заземления 66.

Функционирование переключающей схемы на фиг. 1 сначала описывается для случая, когда переключатель 60 управления замкнут. Для этого условия траектория постоянного тока существует между питающим выводом 25 и заземлением 66 через резисторы 62, диод 14, резистор 64 и переключатель 60. Поток тока в этой траектории имеет два действия. Во-первых, он смещает прямо диод 14, и тем самым диод 14 соединяет компонент переменного тока входного сигнала Si с базой транзистора Q1 усилителя 30. Во-вторых, резисторы 62 и 64 и диод 14 образуют делитель потенциала, который обеспечивает температурную компенсацию смещения постоянного тока относительно базы транзистора Q1, что смещает транзистор для линейного функционирования. Эффект температурной компенсации приводит к тому, что изменения в напряжении напряжения V_be переходов база-эмиттер транзистора Q1 сопровождаются аналогичными изменениями напряжения на концах P-11 перехода диода 14. Соответственно, в этом режиме работы диод 14 служит для выполнения двух функций /1/ образования соединения компонента переменного тока входного сигнала Si и /2/ образование температурной компенсации V_be транзистора Q1 в усилителе 30.

Усилитель 30 усиливает компонент переменного тока входного сигнала, соединенного через диод 14. Усиление усилителя 30 выражается с хорошей аппроксимацией как отношение коллекторного и эмиттерного резисторов нагрузки 34 и 32 соответственно. Резисторы при логическом умножении со смещением постоянного тока, приложенного к базе транзистора Q1, также определяют статическое коллекторное напряжение, которое является фактором, который должен учитываться в работе следующей стадии неаддитивного смесителя 40. Предпочитаемое условие смещения для усилителя 30 является таким, которое обеспечивает напряжение выходного сигнала, т.е. в диапазоне, определяемом питающим напряжение V_s, поданным на вывод 25, и напряжением смещения V_b, поданном на вывод 50. Иллюстративно, можно выбрать смещение постоянного тока для усилителя 30 таким образом, что выходное напряжение составляет примерно три четверти питающего напряжения V_s, и напряжение V_b может быть выбрано примерно в половину питающего напряжения V_s. Для настоящего изобретения важно, что напряжение смещения V_b для неаддитивного смесителя 40 меньше, чем питающее напряжение V_s, для усилителя 30, и что усилитель 30 смещен относительно статического уровня между V_s и V_b. Например, при источнике питания 12 вольт усилитель 30 может быть смещен для образования статического выходного напряжения 9 вольт, и V_b смещения, поданное на неаддитивный смеситель 40, может быть 6 вольт.

Усиленный сигнал на выходе /коллекторе Q1/ усилителя 30 подается на транзистор Q2 неаддитивного смесителя 40. Транзистор Q3, смещаемый постоянным током при более низком напряжении, чем транзистор Q2, как пояснено выше, поэтому размыкается, и транзистор Q2 и источник тока 42 функционируют как эмиттерный повторитель для соединения усиленного выходного сигнала с выходным выводом 12.

Обобщая кратко вышесказанное, замыкание переключателя 60 производит прямое смещение диода 14, который тогда выполняет две функции /1/ соединения компонента переменного тока сигнала Si с усилителем 30, и /2/ генерирование напряжения смещения постоянного тока температурной компенсации для усилителя 30. Усилитель 30 усиливает соединенный сигнал и образует выходное напряжение на уровне постоянного тока, которое производит обратное смещение транзистора Q3 неаддитивного смесителя 40, и соединяется с выходным выводом 12 через транзистор Q2, функционирующий как эмиттерный повторитель.

Функционирование переключающего тока на фиг. 1 будет теперь описываться для случая, когда переключатель 60 управления РАЗОМКНУТ. Для этого случая условия нет траектории постоянного тока от первого электрода /катода/ 16 диода 14 к любой точке в переключающей схеме. Изоляция постоянного тока первого электрода /катода/ 16 диода 14 имеет ряд значительных эффектов на функционирование схемы, описанное ранее. Первый эффект в том, что его состояние дает возможность диоду 14 выпрямлять компонент переменного тока входного сигнала Si и накапливать выпрямленное напряжение на конденсаторе 20. Конденсатор 20 заряжается потоком тока через резисторы 62 и диод 14, когда отклонения входного сигнала ниже, чем анодное напряжение диода 14, но нет траектории разряда, и таким образом накопленный заряд обратно смещает диод 14, тем самым ослабляя входной сигнал. Второй эффект разомкнутого переключателя 60 в том, что резисторы 62 и 64 больше не смещают транзистор Q1 усилителя 30 для линейного функционирования. Вместо этого поток тока через резистор 62 полностью отводится на базу транзистора Q1, и этот ток эффективно перевозбуждает транзистор Q1 в нелинейный режим, при котором транзистор находится в или почти в состоянии насыщения. Полное насыщение не является существенным. Для настоящего изобретения важно, чтобы смещение постоянного тока для транзистора Q1 лишь изменялось достаточно для снижения коллекторного напряжения до уровня, достаточного для обратного смещения транзистора Q2 в неаддитивном смесителе 40. Этот уровень является любым напряжением ниже напряжения V_b смещения постоянного тока, поданного на вывод 50. Когда это происходит, транзистор Q2 смещается обратно, и транзистор Q3 функционирует в режиме логического умножения с источником тока 42 как эмиттерный повторитель для соединения V_b сигнала смещения с выходным выводом 12. Соответственно в этом режиме /переключатель 60 разомкнут/ выходной сигнал Si ослабляется диодом 14 /который генерирует свое напряжение выключения путем выпрямления входного сигнала/ и усилителем 30 и неаддитивным смесителем 40.

На фиг. 2 показано применение переключающей схемы фиг. 1 для селективного переключения двух входных сигналов цветности в цветном телевизоре. Эта фигура также показывает иллюстративные величины элементов и напряжений.

Цветной телевизор на фиг. 2 включает в себя тюнер и блок 200 обработки IF /промежуточных частот/ обычной конструкции, имеющий входной вывод 210 для приема входного видеосигнала, модулированного по RF /опорной частоте/, и выход для образования демодулированного выходного видеосигнала группового спектра. Другие входные видеосигналы, составляющие групповой спектр, образованы вспомогательными входными соединителями 212 и 214. Предусмотрен входной соединитель 216 SVHS /высший бытовой видеомагнитофон/ для приема входного видеосигнала группового спектра в формате разделенных яркости /SVHS-Y/ и цветности /SVHS-C/. Предусмотрен четырехпозиционный селекторный переключатель 220 для селективного соединения сигналов S1, AUX1, AUX2 и SVHS-Y со входом 222 гребенчатого фильтра 230. Выбор канала для тюнера 200 и выбор сигнала переключателем 220 управляется управляющим блоком 240. Гребенчатый фильтр 230 имеет выходы яркости /Y/ и цветности /C/, соединенные с блоком 250 дисплея и обработки видеосигналов обычной конструкции для обработки и визуализации цветных видеоизображений. Гребенчатый фильтр 230 является типом, имеющим выходной каскад эмиттерного повторителя для сигнала цветности. Этот каскад представлен в гребенчатом фильтре 230 транзистором Q3 и источником тока 42 с базой транзистора Q3, смещаемого примерно при 6 вольтах. Следует отметить, что эти элементы идентичны тем, которые используются в неаддитивном смесителе 40. Преимущество в том, что присутствие эмиттерного повторителя в гребенчатом фильтре 230 устраняет необходимость в этом элементе в переключателе 280 цветности SVHS, что теперь будет описываться.

Переключатель цветности 280 VSHS соответствует переключателю на фиг. 1 со следующими модификациями. Во-первых, нагрузочный резистор 282 входного сигнала предусмотрен между входным выводом 10 и заземлением. Этот резистор нагружает сигнал цветности SVHS, образуемый соединителем 216 SVHS при стандартном характеристичном импедансе /75 Ом/. Защита электростатического разряда /E. S.D/ образована резистором 284 защиты E.S.D, соединенным последовательно с конденсатором 20. Резистор 64 на фиг. 1 выполнен путем последовательного соединения двух резисторов по 2,7 кОм, имеющие общее их соединение путем шунтирования с землей посредством конденсатора /470 пикофарад/. Эта схема функционирует как фильтр нижних частот, который выполняет двойную функцию /1/ подавления шума от переключателя 60 от входа канала обработки сигнала цветности, и /2/ подавления сигналов цветности от входа переключателя 60, и тем самым препятствуя другим сигналам, которые могут переключаться переключателем 60. Другая модификация в этом варианте реализации состоит во включении резистора 470 Ом с обнаженной изоляцией между базой транзистора Q1 и анодом диода 14 для изоляции паразитных емкостей, связанных с транзистором Q1. Переключатель 60 управляется контроллером 240.

При функционировании управляющий блок 240 выбирает сигналы для дисплея путем управления переключателями 220 и 60. Например, когда выбираются видеосигналы S1, AUX-1 или AUX-2, управляющий блок 240 посылает соответствующие сигналы выборки на переключатель 220 и одновременно посылает ингибирующий сигнал на переключатель 60, который размыкает переключатель 60. Это прекращает поток сигнала в траектории сигнала цветности SVHS, как сказано ранее. Говоря кратко, в этом режиме диод автоматически сам смещается в выключенное состояние в результате выпрямления сигнала цветности SVHS /если он присутствует/, усилитель 30 возбуждается до насыщения /или почти насыщения, и неаддитивный смеситель 40 выбирает выходной сигнал гребенчатого фильтра. Когда источник 216 сигнала SVHS выбран посредством управляющего блока 240, переключатель 220 соединяет сигнал яркости SVHS с процессором 250, и сигнал цветности SVHS соединяется с процессором 250 через диод 14, усилитель 30 и неаддитивный смеситель 40, как пояснено ранее в описании фиг. 1.

Изобретение касается устройства переключения сигнала для усиления аттенюации выключения высокочастотных компонентов сигнала, подлежащих переключению. Переключающее устройство содержит диод (Д) (14), первый электрод (16) которого через конденсатор (20) соединен с источником входного сигнала. Второй электрод (18) Д (14) соединен через усилитель (30), а в развитии изобретения дополнительно и последовательно с усилителем У (30) через неаддитивный смеситель (НС) (40) с выходной клеммой. Схема управления смещением, соединенная с Д (14), выполнена на последовательно соединенных переключателе (60), первом резисторе (64), Д (14), втором резисторе (62). Эта схема управления образует первый рабочий режим, при котором в Д (14) происходит прямое смещение для соединения входного сигнала с выходной клеммой через Y (30) и НС (40). При втором рабочем режиме первый электрод (16) Д (14) изолируется постоянным током так, что Д (14) выпрямляет компонент переменного тока входного сигнала. Технический результат: переключение осуществляется без дополнительного источника обратного смещения для Д (14) для поддерживания переключателя в разомкнутом состоянии. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Переключающее устройство, содержащее диод, первый электрод которого соединен с первым выводом первого резистора и второй электрод которого соединен через второй резистор с источником питания, конденсатор, усилитель, выход которого соединен с выходной клеммой, и источник входного сигнала, отличающееся тем, что в него введен переключатель, первый вывод которого соединен с общей шиной, второй вывод которого соединен со вторым выводом указанного первого резистора, первый вывод которого соединен через указанный конденсатор с источником входного сигнала, причем второй электрод диода соединен со входом усилителя. 2. Переключающее устройство по п.1, отличающееся тем, что выход усилителя соединен с выходной клеммой через неаддитивный смеситель. 3. Переключающее устройство по п.2, отличающееся тем, что указанный неаддитивный смеситель содержит первый и второй транзисторы, причем база первого транзистора является входом неаддитивного смесителя, база второго транзистора является входом напряжения смещения, коллекторы первого и второго транзисторов соединены с шиной питания, а эмиттеры соединены с выходом неаддитивного смесителя и через источник тока с общей шиной.