Многоканальный коммутатор аналоговых сигналов Советский патент 1983 года по МПК H03K17/693 

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к электронной коммутации аналоговых сигналов, и может быть использовано в информационно-измерительных системах.

Основные требования, предъявляемые к многоканальным коммутаторам аналоговых сигналов информациойноизмерительных систем, состоят в малой величине погрешности (единицы микровольт), высоком быстродействии (тысячи каналов в секунду),большой помехозащищенности и реализуемости методами интегральной технологии.

Известен коммутатор аналоговых сигналов, содержащий в коммутирующем канале МОП-транзистор, сток которого соединен с входной шиной, а исток - с выходной, резистор, который включен между затвором и истоком и управляющий ключ f1.

Данный коммутатор имеет сравнительно небольшую погрешность, высокое быстродействие и легко изготовляется в интегральном виде, однако для него свойственна; моду-, ляция сопротивления . канала в зависимости от величины входного сигнала, ч-то вносит значитель- ную пагрешнбсть в работу коммутатора

Эффект модуляции ссзпротивления канала отсутствует в коммутаторе аналоговых сигналов, содержащем в коммутирующем канале МОП-транзистор, сток которого .соединен с входной шиной, а исток соединен с выходной Шиной и через операционный усилитель соединен с затвором транзистора, который через управляющий ключевой элемент соединен- с источником смещения .

Однако.такой коммутатор не выдерживает больших напряжений помехи, что делает его неудовлетворительным в отношении помехозащищенности.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является многоканальный коммутатор аналоговых сигналов, содержащий в каждом канале коммутирующий МОП-транзистор, сток которого является коммутируемым . входом коммутатора, а подложка соединена с положительной клеммой плавающего источника питания, и многока нальное устройство гальванической раз:вязки, входы каналов которого являются управляющими входами коммутатора

Недостатком указанного коммутатора является малая помехозащищенность вследствие сравнительно большой величины паразитной емкости между управляющими и коммутируемыми цепями. Паразитная емкость обусловлена межэлектродными емкостями оптронов {емкость между входом и выходом оптрона ) . Эта емкость пропорциональна числу оптронов, количество

которых равно числу каналов коммутатора.

Цель изобретения - повышение помехозащищенности и упрощение коммутатора.

Указанная цель достигается тем, что ч. многоканальный коммутатор аналоговых сигналов, содержащий в каждом канале коммутирующий МОП-транзистор, сток которого является коммутируемым входом коммутатора, а подложка соединена с положительной клеммой плавающего источника питания, и многоканальное устройство гальванической развязки, входы каналов которого являются управляющими входами коммутатора, введен дешифратор, а в каждь й1 канал коммутатора введены два управляющих МОП-транзистора, затворы которых соединены с соответствующим выходом дешифратора, сток первого транзистора соединен с подложкой и . отрицательной клеммой плавакхцего источника питания. Исток соединен с затвором коммутируквдего транзистора данного канала и стоком второго управляющего транзистора, исток которого соединен с подложкой и положительной клеммой плавающего источника питания, истоки коммутируквдих транзиторов соединены с общей клеммой плавающего источника питания и являются выходом коммутатора, входы дешифратора соединены с выходами соответствующих каналов устройства гальванической развязки, а шины питания устройства гальр :.нической развязки и дешифратора соединены соответственно с положите-льной и отрицательной клеммами плавающего источника питания.

В одной из возможных реализаций многоканальное устройство гальванической развязки содержит в каждом канале оптрон, анод светодиода которого является входом канала, катод через резистор соединен с общей клеммой, анод фотодиода соединен с положительной клеммой плавающего источника питания, катод фотодиода является выходом канала и через резистор соединен с отрицательной клеммой плавающего источника питания.

Предлагаемое выполнение схемы многоканального коммутатора аналоговых сигналов позволяет сократить число входов устройства гальванической развязки в

N N 2

раз.

logjN,

п

п

где N - число коммутируемых кангшов

коммутатора, п - число управляющих входов

коммутатора и N связано с п

зависимостью N 2 или

п logaN,

что значительно уменьшает число оптронов в устройстве гальванической .

развязки и, следовательно, во столько же раз уменьшает паразитную емкость между цепями управления и кoммyтиpye ttJMи цепями и увеличивает сопротивление гальванической развязки, что повышает помехозащищенность коммутатора.

На фиг. 1 изображена схема многоканального коммутатора аналоговых сигналов; на фиг. 2 - вариант выполнения устройства гальванической развязки.

Устройство содержит коммутирующий МОП-транзистор 1, коквиутируеьые входы 2 коммутатора, плав;акадий источник 3 питания (изолизованный от корпуса), выход 4-коммутатора, первые 5 и вторые 6 управляющие.МОП-транзисторы, дешифратор 7, многоканальное устройство 8 гальванической развязки, управляющие входы 9 коммутатора, общую клемму 10, свёт.одиоды 11, резисторы 12, фотодиоды 13 и резисторы 14.

Коммутатор аналоговых сигналов (фиг. 1). содержит в каждом из N каАалов коммутирукяций Р - канальный МОПгттранзистор 1 обогащенного типа, сток которого является коммутируемым входом 2 KONwyTaTopa, а исток соединен с клеммой, являющейся средней нулевой потенциал .точкой плаваквдего источника 3 питания, которая одноврёменнб служит выходом 4 коммутатораJ подложка соединена с положительной клеммой источника 3 питания (+Е), а затвор соединен с -ИСТОКОМ первого управляющего МОП- . транзистора 5 и стоком второго управлянвдего МОП-транзистора 6, транзистор 5 является и-канальным, а транзистор б - р-канальным МОП-транзистором обогащенного типа. Затворы транзисторов 5 и б соединены с соответствующим выходом дешифратора 7, сток транзистора 5 соединен с подложкой и отрицательной клеммой источника 3 питания (-Е), а исток транзистора б соединен с подложкой к положительной клеммой источника 3 питания (+Е) . Входы дешифратора 7 соединены с выходами Многоканального устройства 8 гальванической развязки, входы которого являются управляющими входами 9 коммутатора.

Многоканальное устройство 8 гальванической развязки (фиг. 2) содержит в каждом канале светодиод 11, анод которого служит соответствующим управляющим входом 9 коммутатора, а катод через резистор 12-соединен с общей клеммЬй 10, и фотодиод 13, анод которого соединен с отрицательной клеммой источника 3 питания ( -Е)1 катод является выходом соответствующего канала устройства 8 гальванической развязки и через резистор 14 соединен с положительной клеммой

источника 3 питания (+Е)7. светодиод 11 оптически связан с фотодиодом 13, образуя в совокупности с ним фотодиодный оптрон.

При необходимости типы проводимости каналов МОП-транзисторов 1, 5 и 6 мюгут быть изменены на противоположные, при этом одновременно должна быть изменена полярность источников 3 питания. Устройство 8 .

10 гальванической развязки может быть выполнено на основе фототранзисторных оптронов или оптронов с усилителями-формирователями на выходе.

Функционирование предлагаемого многоканального коммутатора аналого15вых сигналов осуществляется следующим образом. .

Допустимг в исходном состоянии сигналы на управляющих входах 9 отсутствуют. При этом на всех выходах

0 дешифратора 7 имеется потенциал отрицательного уровня, который поддерживает транзисторы 6 в открытом состоянии, а транзисторы 5 - в закрытом, благодаря чему ком1| тируквдие транзис5торы 1 закрыты, что соответствует непроводящему состоянию- каналов коммутатора. При подаче на управляющие входы 9 комбинации сигналов высокого уровня,, соответствующей номеру

0 включаемого канала, через светодиоды 11, на KOTot He поданы данные сигналы, начинает проходить ток, вырабатываемое ими световое и-злучение переводит оптически связанйые с ними

5 фотодиоды 13 в состояние;-с высокой проводимостью в соответствии с входной комбинацией сигналов, в результате чего напряжени е на их -катодах уменьшается до низкого уровня. Умень 0шение напряжения на катодах фотодиодов 13 соответствует подаче сигналов 1 на связанные о ними входы дешифратора 7, в результате чего на одном из выходов дешифратора 7 появляется положительный сигнал высоко5го уровня, который переводит транзистор 5 в открытое состояние, а транзистор 6 - в закрытое. Включение транзистора 5 и выключение транзистора 6 обеспечивают подачу на зат0вор коммутирующего транзистора 1 отрицательного потенциала, который переводит транзистор I во включенное срстряние, и коммутируемый вход 2 .оказьшается -подктаоченным к выходу 4,

5 т.е. происходит включение определенного канала коммутатора. При снятии сигналов высокого уровня с управляющих входов 9 схема возвращается в первоначальное состояние.

0

Аналогичным образом может быть включен любой канал коммутатора.Выполнение коммутатора согласно предлагаемой схеме позволяет снизить ; паразитную проходную емкость и увеличить помехозаадищейность как его

5

1. МНОГОКАНАЛЬНЫЙ КОММУТАТОР АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ, содержащий в каждом канале коммут.ирующий МОПтранзистор, сток, которого является коммутируемым входом коммутатора, а подложка соединена с положительной клеммой плавающего источника питания, и многоканальное устройство гальванической развязки, входу каналов которого являются управляющими входами коммутатора, отличающ и и с я тем, что, с целью упрощения коммутатора и повышения его помехозащищенности, в него введен де шифратор, а в каждый канал коммутатора введены два управляющих МОП-, транзистора, затворы которых соеди- нены с соответствующим выходом де-« шифратора, сток первог.о транзистора соединен с подложкой и отрицательной клеммой плавающего источника питания, исток соединен с затвором коммутирующего транзистора данного канала и стоком второго управлякадего транзистора, исток которого соединен с подложкой и положительной клеммой плавающего источника питания, истояники коммутирующих транзнсторов соединены с общей клеммой нла-, Бающего источника питания и являются выходом коммутатора, входы дешиф ратора соединены с выходами соответЬ ствующих каналов устройства грльванйческой развязки, а шины питания уст ройства гальванической развязки и а € дешифратора соединены соответственно с положительной и отрицательной клеммамиш1аваквцего источника пи(Л тания. 2, Коммутатор по п. 1, о т л ич а ю щ и и с я многоканальное устройство гальванической развязки содержит в каждом канале оптрон, анод светодиода которого является входом канала, катод через резистор 00 соединен с общей клеммой, анод фото4 дирда соединен с положительной клемыой плавающего источника питания, .катод фотодиода является выходом эо :лэ канала и через резистор соединен с отрицательной клеммой плавающего источника питания.