Многоканальный коммутатор аналоговых сигналов Советский патент 1984 года по МПК H03K17/04 

Изобретение относится к автомати ке, измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в многоканальных системах сбора информации, Известен многоканальный коммута,тор с компенсацией нелинейности, со держащий в каждом канале ключевой э мент, входы которых являются входам устройства, и общий для всех канало усилитель, к неинвертйрующему входу которого присоединены выходы ключев элементов, выход соединен с выходом устройства и через компенсирующий ключевой элемент с инвертирующим входом с 1 Наиболее близким к предлагаемому является многоканальный коммутатор с компенсацией нелинейности, содержащий в каждом канале первой ступени коммутатора ключевой элемент, входы которых являются входами устройства а выходы через ключевые элементы вто рой ступени коммутатора соединены с выходом устройства и первым входом сравнивающего усилителя, второй вход сравнивающего усилителя соединен с источником смещения, а выход через цепи суммирования - с управляющими входами ключевых элементов и23. Однако известные устройства характеризуются недостаточно высокой точностью. Целью изобретения является повышение точности устройства. Поставленная цель достигается тем, что в многоканальный коммутатор аналоговых сигналов, содержащий в каждом канале ключевые элементы, входы которых подключены к входам устройства, и общий для всех каналов сравнивающий усилите5;ь, введены управляек№1й частотозависимьй аттенюатор, управляемый фильтр, формирователь и по числу каналов полосовые фильтры, первые и вторые дополнитель ные ключи, вспомогательные ключи и буферньй усилитель, вход которого подключен к выходам ключевых элементов, выход подключен к выходу устрой ства и через управляемый частотозависимый аттенюатор к первому входу сравнивающего усилителя, второй вход сравнивающего усилителя через вспомо гательные ключи подключен , к входам устройства соответственно, а выход через соединенные последовательно уп равляемый фильтр и первые дополнительные ключи - к управляющим входам ключевых элементов соответственно входы формирователя через полосовые фильтры подключены к выходу устройства, выходы - к управляющим входам управляемого фильтра, управляющие входы формирователя подключены к управляющим входам устройства, регулирующий вход устройства подключен к дополнительному управляющему входу формирователя и управля зщему входу управляемого частотозависимого аттенюатора, вход смещения через вторые дополнительные ключи подключен к управляювц входам ключевых элементов соответственно. На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройства. Предлагаемое устройство содержит в каждом канале ключевые элементы 1, входы 2 которых являются входами устройства, а выходы 3 соединены с входом 4 буферного усилителя 5, выход 6 буферного усилителя 5 соединен с выходом устройства и через управляемый частотозависимый аттенюатор 7 с первым входом 8 сравнивающего усилителя 9, второй вход 10 сравнивающего усилителя 9 через вспомогательные ключи 11 соединен с входами устройства соответственно, а выход 12 через управляемый фильтр 13 и первые дополнительные ключи 14 - с управляющими входами 15 ключевых элементов 1 соответственно; формирователь 16, входы 17которого через полосовые фильтры 18соединены с выходом устройства, выходы 19 с управляющими входами 20 управляемого фильтра 13, управлякяцие входы 21 формирователя 16 являются управляющими входами устройства, регулирующий вход 22 устройства соеди- ней с дополнительным управляющим входом 23 формирователя 16 и управляющим входом 24 управляемого частотозависимого аттенюатора 7; вход смещения 25 через вторые дополнительные ключи 26 соединен с управляющими входами 15 ключевых элементов 1 соответственно. Устройство работает следующим образом. На входы 2 ключевых элементов 1 поступают входные аналоговые сигналы. Для включения какого-либо канала с соответствующего ключевого элемента 1 снимается запирающее напряжение смещения, поступающее на управляющие входы 15 ключевых элементов 1 с вхо да смещения 25 через соответствующие вторые дополнительные ключи 26, и че рез соответствующий первьй дополнительный ключ 14 с выхода 12 сравнивающего усилителя 9 через управляемый фильтр 3 подается отпирающее управляющее напряжение. При этом все остальные первые дополнительные ключи 14 разомкнуты, а вторые дополнительные ключи 26 замкнуты, что ,обеспечивает запирание ключевых элементов 1 в отключенных каналах. Чере открытый ключевой элемент напряжени с входа 2 выбранного канала поступае на вход 4 буферного усилителя 5 и с выхода 6 буферного усилителя 5 - на выход устройства 6Ш вх к S где и„, - выходное напряжение устрой выл К|. - коэффициент передачи ключе вого элемента 1 выбранного канала; К - коэффициент передачи буфер ного усилителя. Выходное напряжение через управля емый частотозависимый аттенюатор. 7 поступает на первый вход 8 сравнивающего усилителя 9 б где Uj - напряжение на первом входе 8 сравнивающего усилителя 9 К- - коэффициент передачи управг ляемого частотозависимого аттенюатора при заданном напряжении на его управляющем входе 24. На второй вход 10 сравнивающего усилителя 9 подается входное напряжение с выбранного канала через соответствующий замкнутьй вспомогател ный ключ 11. Остальные вспомогательные ключи 11 разомкнуты Un UavK где Us - напряжение на втором входе 10 сравнивающего усилителя 9; К,, - коэффициент передачи вспом гательного ключа. Параметры управляемого частоте- . зависимого аттенюатора 7 выбираются таким образом, чтобы в возможно более широком диапазоне частот выполнялось условие к KS «. где К, - коэффициент передачи ключевого элемента 1 при отсутствии управляющего напряжения на входе 15; к, К, максимальный коэффигде К циент передачи ключевого элемента 1 при полном размахе управляющего напряжения на управляющем входе 15 и соответствующей полярности;коэффициент передачи управляемого частотозависимого аттенюатора при напряжении на регулирующем входе устройства 22, соответствующем режиму работы ключевого элемента 1 без добавочного ослабления входного сигнала. При выполнении условия (3), с учетом (1) и (2) и и 11 . При равенстве напряжений на входах 8 и 10 сравнивающего усилителя 9 напряжение, поступающее на управляющий вход 15 открытого ключевого элемента 1 У,пр (Ui- Us) К с., о, где коэффициент усиления сравнивакмцего усилителя 9; - коэффициент передачи управляемого фильтра 13. При изменении К и К в диапазоне входных сигналов и дестабилизирзпощих воздействий условие (3) перестает выполняться, и появляющееся на входах 8 и 10 сравнивающего усилителя 9 напряжение рассогласования после усиления в К.раз и фильтрации управляемым фильтром 13 через соответствующий первый дополнительный ключ 14 вводится в управляющий вход 15 ключевого элемента 1 в соответствующей фазе, изменяя его коэффициент передачи таким образом, чтобы восстановить выполнение условия (3). В результате нелинейность ключевого элемента 1 компенсируется. При этом коэффициент передачи устройства К стабилизируется на уровне. К К Kg при К р 1 Глубина дифференциальной обратной связи (ДОС), определяемая произведением К у, изменяется в диапазоне частот и амплитуд входного сигнала путем управления формой амплитудночастотной характеристики (АЧХ) управ ляемого фильтра 13. Напряжения управ ления поступают на входы 20 управляемого фильтра 13 с выходов 19 формирователя 16. На входы 17 формирователя 16 через полосовые фильтры 18 подается выходной сигнал устройства содержащий информацию о текущей амплитуде и спектре выходного сигнала На управляющие входы 21 подаются управляющие напряжения, соответствующие номеру выбранного канала, благодаря чему вводится информация об ожидаемом амплитудно-частотном спект ре сигнала в выбранном канале. На до полнительный управляющий вход 23 фор мирователя 16 и на управляющий вход 24 управляемого частотозависимого аттенюатора 7 поступает напряжение с регулирующего входа 22 устройства При этом за счет регулировки Kj, уста навливается, как это следует из (4), , коэффициент передачи К устройства в целом, т.е. ключевой элемент 1 выполняет функции коммутатора и аттенюатора входных сигналов одновременно. Аттенюация входного сигнала необходима в тех случаях, когда динамический диапазон амплитуды сигнала в каком-либо из каналов превышает динамический диапазон ключевого элемента или последующих усилителей. Совмещение функций ключа и аттенюатора в одном ключевом элементе 1 расширяет функциональные возможности устройства. Формирователь 16 вырабатывает управляющие сигналы, которые изменяют АЧХ управляемого фильтра 13 таким образом, чтобы глубина ДОС была оптимальна в диапазоне частот и амплитуд входных сигналов. Снижение глубины ДОС при малых амплитудах сигналов снижает шумы, вносимые сравнивающим усилителем. Снижение ДОС на высоких частотах снижает шумы и общую нелинейность устройства в диапазоне частот, где из-за возрастания влияния нелинейности вспомогательного ключа 11 и наличия фазовых сдвигов снижается эффективность обратной связи. Таким образом, характеристики устройства адаптируются к ожидаемому и текущему амплитудно-частотному спектру сигнала. Число учитьгеаемых параметров и соответственно число полосовых фильтров, степень сложности формирователя и управляемого фильтра определяются на основе компромисса между необходимой точностью и сложностью реализации устройства. Сохранение точности устройства при относительно больших падениях напряжения на ключевых элементах позволяет работать на буферный усилитель, имеющий входное сопротивление, согласованное по шумам с сопротивлением источника сигнала, что повьшает чувствительность устройства, а следовательно, и его точность. Применение предлагаемого устройства в составе системы сбора телеметрической информации позволяет получить заданные точностные характеристики.

МНОГОКАНАЛЬНЫЙ КОММУТАТОР АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ, содержащий в каждом канале ключевые элементы, входы которых подключены к входам устройства, общий для всех каналов сравнивакяций усилитель, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности, в него введены управляемый частотозависимый аттенюатор, управляемый фильтр, формирователь и по числу каналов полосовые фильтры, первые и вторые дополнительные ключи, вспомогательные ключи и буферный усилитель. zi вход которого подключен к выходам ключевых элементов, выход подключен к выходу устройства и через управляемый частотозависимый аттенюатор к первому входу сравнивающего усилителя, второй вход которого через вспо могательные ключи подключен к входам- устройства соответственно, а выход через соединенные последовательно управляемьй фильтр и первые дополнительные ключи - к управляющим входам ключевых элементов соответственно, входы формирователя через полосовые фильтры подключены -к выходу устройства, выходы - к управляющим входам управляемого фильтра, управляющие входы формирователя подключены к уп(Л равлякнцим входам устройства, регулирующий вход устройства подключен к дополнительному управляющему входу формирователя и управляющему входу управляемого частотозависимого аттенюатора, вход смещения через вторые о со СП дополнительные ключи подключен к управляющим входам ключевых элементов соответственно. 4 О о