Электронный коммутатор Советский патент 1989 года по МПК H03K17/687 

п«

п« п«

-.

; nn- tl-rrrnr

О)

ел

со ;о

Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано в качестве коммутатора аналоговых сигналов в системах измерения и контроля. Целью изобретения является повышение точности. Цель достигается путем введения в устройство четвертого КМДП-ключа 33, четвертого 39 и пятого 40 разделительных и второго 41 накопительного конденсаторов и двух дополнительных шин смещения-привязки 31 и развязки 32. Устройство содержит, кроме того, входные шины 2,3, выходную шину 4, управляющие шины 5-7, шины питания 8-10, КМДП-ключи 11-13, четыре диода 19-22, резисторы 23,25,28,29,34-38, разделительные конденсаторы 24,27,30,39,40, накопительные конденсаторы 26 и 41. Благодаря тому, что третий 30 и четвертый 39 разделительные конденсаторы заряжаются через соответственно третий 28 и пятый 34 резисторы с большой постоянной времени, величина помехи на выходе от источника напряжения смещения и самого коммутируемого сигнала значительно снижается, а помеха, содержащаяся в напряжении источника смещения, дополнительно компенсируется за счет идентичности цепей заряда накопительных конденсаторов. Включенные между дополнительными шинами привязки 31 и развязки 32 девятый резистор 38 и пятый разделительный конденсатор 40 образуют при этом фильтр нижних частот, обеспечивающий снижение уровня помех в общей точке накопительных конденсаторов. 1 ил.

LW

Нунпа ик/ча

315065ре диода 19-22, резисторы 23, 25, 28, 29, 34-38, разделительные конденсаторы 2А, 27, 30, 39, 40, накопительные конденсаторы 26 и 41. Бла- годаря тому, что третий 30 и четвертый 39 разделительные конденсаторы заряжаются через соответственно третий 28 и пятьш 34 резистог- с большой постоянной времени, величина по- ю мехи на выходе от источника напряжения смещения и самого коммутируемого сигнала значительно снижается.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в качестве аналогового коммутатора в системах измерения и контроля.

Цель изобретения - повышение точности коммутации.

Поставленная цель достигается путем введения в устройство дополнительно четвертого КВДП-ключа, двух разделительных, одного накопительного конденсаторов и двух дополнительных шин смещения. При этом величина помех значительно уменьшается благодаря тому, что третий и четвертый раздедительные конденсаторы заряжа- ются через соответственно третий и пятый резисторы с большой постоянной времени, а помеха, содержащаяся в напряжении источника смещения, при идентичности конденсаторов и цепей их заряда полностью компенсируется при встречном включении конденсаторов вторым КЩП-кпючом. Включенные между дополнительными шинами смещения девятьй резистор и пятый раз- делительньй конденсатор образуют при этом фильтр нижних частот, благодаря чему напряжение в общей точке накопительных конденсаторов также свободно от помех.

На чертеже приведена функциональная схема электронного коммутатора.

Электронный коммутатор 1 содержит первую 2 и вторую 3 входные, выходную 4, первую 5, вторую 6, третью 7 управляющие, нулевую 8 шины, две шины 9 и 10 питания, первый 11, второй 12, третий 13 КМДП-ключи, каждый из которых снабжен входным 14, выходным 15, управляющим 16 выводами, первьм 17, вторым 18 выводами питания, четыре диода 19-22, включенные попара помеха, содержащаяся в напряжении источника смещения, дополнительно компенсируется за счет идентичности цепей заряда накопительных конденсаторов. Включенные между дополнитель- шинами привязки 31 и развязки 32 девятый резистор 38 и пятьй разделительный конденсатор 40 образуют при этом фильтр нижних частот, обеспечивающий снижение уровня помех в обшей точке накопительных конденсаторов. 1 ил.

но (19 и 20, 21 и 22) последовательно согласно между выводами питания 20 первого 11 и второго 12 КМ/Д11-ключей Причем общая точка первой пары (19 и 20) диодов объединена с управляющим выводом 16 первого К1-Щ11--ключа 11 и первым выводом первого резис- 25 тора 23 и через первьм разделительный конденсатор 24 подключена к первой управляющей шине 5. Общая точка второй пары (21 и 22) диодов объединена с управляюш 1М выводом 16 30 второго КМДП-ключа 12, через второй резистор 25 подключена к первым выводам 17 питания КМДП-ключей и к первому выводу первого накопительного конденсатора 26, а через второй раз35 делительный конденсатор 27 - к второй управляющей шине 6. Первая входная шина 2 через третий резистор 28 соединена с входным выводом 14 первого КМДП-ключа 11, выходной вывод 15

40 которого объединен с входным выводом 14 второго КМДП-ключа 12 и через включенные последовательно четвертый резистор 29 и третий разделительный конденсатор 30 соединен с выходной 5. шиной 4 и входным выводом третьего K ДП-ключa 13, выводы 17 и 18 питания которого подключены к шинам 9 и 10 питания. Нулевая шина 8 подключена к выходному выводу 15 третьего 0 КМДП-ключа 13, управляющий вьшод 16 которого подключен к третьей управляющей шине 7. Устройство содержит также шину 3 1 привязки и шину 32 развязки,чет- ,вертый КМДП-ключ 33,пятьй 34, шестой г 35, седьмой 36, восьмой 37 и девятый 38 резисторы, четвертьй 39 и пятьй 40 разделительные и второй 41 нако- пительньй конденсаторы. Выьоды 17, 18 питания и упраапяющий вывод 16

четвертого КМДП-ключа 33 объединены с соответствующими выводами первого КЩП-ключа, вторая входная шина 3 через пятьй резистор 34 соединена с входным выводом 14 четвертого КЩП ключа 33, выходной вывод 15 которого объединен с выходным выводом 15 второго КЦЦП-ключа 12 и через вкпючен-, ные последовательно шестой резистор 35 и четвертый разделительный конденсатор 39 соединен с нулевой шиной 8. Второй вывод 18 питания четвертого К ЩП-ключа 33 соединен с вторыми выводами питания первого 11 и второго 12 Ю-ЩП-ключей и через второй накопительный конденсатор 41 подключен к второму выводу первого накопительного конденсатора 26. Первьм 26 и второй 41 накопительные конденсаторы зашунтированы седьмым 36 и восьмым 37 резисторами соответственно, их общая точка подключена через де- вятьй резистор 38 к iiniae 31 привязки и через пятьш разделительный конденсатор 40 - к шине 32 развязки

Устройство коммутации содержит, кроме-того, источник 42 напряже шя смещения, включенньй между нулевой 8 и второй входной 3 ппи .амн, источник 43 коммутируемого напряжения, включенный меж;4у вxoдны D шинапи 2 и 3, источники 44 и 45 питания, включенные между нулевой иппюй 8 и шина- ми 9 и 10 питания, объединенными с 1Ш1нами питания устройства 46 управления, управляющие выходы 47 и 48 которого подключены к управляюпцш шинам 5 и 6 через токосграничиваюш 1е резисторы 49 и 50, а управляющий выход 51 подключен к управляющей шин 7 непосредственно. Шинь; развязки 32 и нулевая В соединены токоограни- чивающим резистором 52. Резистор 53 нагрузки включен между выходной 4 и нулевой 8 шинами.

Устройство 46 управления содержит включенные последовательно генератор 54 импульсов и инвертор 55

Каждый КМДП-ключ содержит пару дополняющих МДП-транзисторов, включенных параллельно,и инвертор. Ключ проводит, когда на управляющий вывод подается сигнал высокого уровня.

Электронный коммутатор 1 работает следующим образом.

Генератор 54 импульсов в устройстве 46 управления вырабатывает короткие повторяющиеся положительные

0

5

прямоугольные импульсы, которые поступают на управляющий выход 48 и че- через инвертор 55 - на управляющие выходы 47 и 51. Указанные импульсы проходят на управляющий вывод 16 КВДП-ключа 13 непосредственно, и на управляющие выводы 16 КНЦП-ключей 11, 12, 33 - через соответствующие резисторы 49 и 50 и разделительные конденсаторы 24 и 27. При зтом положительные импульсы напряжения (высокий уровень) открывают К Щ11-ключи, а отрицательные (низкий уровень) - закрьшают.

В отсутствие управляющих импульсов КЩП-ключи 11, 33, 13 открыты, а ЮЩП-ключ 12 закрыт. Конденсатор 30 заряжается до постоянной составляющей напряжения на первой входной шине 2 относительно нулевой шины 8 по цепи, содержащей элементы 2, 28, 11, 29, 30, 13, 8. Конденсатор 39 заряжается до постоянной составляющей напряжения на второй входной шине 3 относительно нулевой шины 8 по цепи содержащей элементы 3, 34, 33, 35, 39 и 8.

Вследствие большой постоянной времени -зтих цепей, содержаниях резисторы 28 и 34 с большим сопротивлением и конденсаторы 30 и 39 значительной емкости, помехи, содержащиеся в напряжениях на входных uBinax 2 и 3 относительно нулевой шины 8 ослабляются. На выходной шине 4 напряжение относительно нулевой шины 8 фиксируется открытым КМДП-ключом 13 на уровне, близком к нулю.

На время появления управляющих импульсов все КМДП-ключи изменяют свои состояния на противоположные. Открывающийся Ю- ДП-ключ 12 подключает к резистору 53 нагрузки за яженные с (до соответствующих напряжений) конденсаторы 30, 39. В течение времени действия управляющих импульсов напряжение на выходной шине 4 равно разности напряжений на конденсаторах 39 и 30, отрицательно относительно нулевой шины 8 и пропорционально напряжению между входными шинами 3 и 2. Это напряжение медленно спадает по мере разряда конденсаторов 30, 39 через резистор 53 нагрузки.

Таким образом, на резисторе 53 нагрузки формируется импульс напряжения, привязанньй к потенш1алу ну0

5

0

0

5

левой шины 8, причем амплитуда этог импульса пропорциональна напряжению источника 43 коммутируемого напряжения. Помехи, содержащиеся в напряжениях источников 42 и 43, отфильтрованы, а помехи, содержащиеся в напряжении источника 42 смещения, еще и скомпенсированы за счет встреного включения идентичных конденсаторов 30 и 39. I

Для нормальной работы КМДП-ключе

11, 12, 13, 33 необходимо, чтобы, во-:первых, между выводами 17, 18 их питания имелось напряжение, обеспечивающее их работоспособность, и во-вторых, потенциалы, приложенные к их входным 14 и выходным 15 выводам, не выходили из интервала между потенциалами выводов 17 и 18 питани Эти условия выполняются. КЩП-ключ 13 работает в почти стандартных условиях с тем отличием, что потенциалы его выводов 17 и 18 питания задаются разнополярными (относитель но нулевой шины 8) напряжениями источников 44 и 45 соответственно поэтому он может коммутировать изменяющее полярность относительно нулевой шины 8 напряжение, не превосход щее (по модулю) напряжение источник 44 или,45 соответственно. Напряжени питания КМДП-ключей 11, 12, 33 формруется из управляющих ими импульсов следующим образом. Потенциал общей точки конденсаторов 26, 41, резисторов 36, 37 привязывается к постоянному потенциалу второй входной шины 3 при помощи шины 31 привязки; при этом резистор 38 и конденсатор 40 образуют фильтр низких частот, ослабляющий в указанной общей точке пмехи, содержащиеся в напряжении источника 42. Управляющие импульсы поступают через конденсаторы 24, 27 в общие точки вьшрямительных диодов 1 20 и 21, 22, соответственно, а такж через ко1оденсатор 40 в общую точку накопительных конденсаторов 26, 41. Диоды вьшрямпяют поступающие импульсы, в результате чего накопительные конденсаторы 26, 41 заряжаются до напряжений, разнополярных относително их средне точки; соотношение меду напряжениями на конденсаторах зависит от отношения их емкости и отношения сопротивлений шунтирующих их резисторов 36, 37. Напряжение между выводами 17, 18 питания КМДП

8

0

5

0

5 Q

5

0

5

0

5

ключей 11, 12, 33 может достигать амплитуды напряжения управляющих импульсов. Эти ключи могут коммутировать изменяющее полярность (относительно шины 31 привязки) напряжение при условии, что потенциалы входного 14 и выходного 15 их выводов не выходят за потенциалы выводов 17 и 18 питания. При этом напряжение источника 42 смещения (определяющее потенциал шины привязки) может во много раз превышать допустимое напряжение питания КМДП-ключей.

Резисторы 29 и 35 задают определенное состояние КМДП-ключей 11, 12, 33 в отсутствие управляющих импульсов при включении источников 44 и 45 пи тания. Резисторы 29, 35 ограничивают токи через р-п-переходы подложка-ка- Ha. i КМД11--транзисторов КМДП-ключей 11, 12, 33 во время включения источ НИКОВ 42 и 43 при выключеннь Х источниках 44 и 45.

Таким образом, из управляющих импульсов формируется напряжение питания ключей 11, 12, 33, причем смещение этого напряжения относительно нулевой шины 8 определяется напря- -кением, поданным на imiHy 31 привязг.и относительно ши}1ы 8, Резистор 38, конденсатор 40 обесттечивают фильг рацию напряжения привязки, что на не сколько порядков ослабляет проложде-- ние помехи, содержащейся в напряжении источника 42 смещения, на конденсаторы 30 и 39 и далее на выходную шину 4„

Предлагаемое устройство имеет высокую помехоустойчивость по отношению к помехам в напряжениях источников смещения 42 и коммутируемого 43 благодаря, во-первых, наличию конденсатора 39 и цепи его заряда (элементы 34, 33, 35), а также особому включению КТ ЩП-ключа 12, обеспечивающего последовательное подключение к нагрузочному резистору 53 конденсаторов 30 и 39, при котором помехи, накопившиеся на них, взаимно компенсируются. Бо-вторых, благодаря наличию элементов 31, 38, 40, 32 привязки, которые обеспечивают не только привязку напряжений питания (на выходах 17 и 18) КМ.Щ1-ключей 11, 12, 33 к 1Г:,окному напряжению относительно нулевой шины 8, но VI исключение возможное гл проникновения помех на выходную Linny ч с выводов 17 и 18 питания этих клк)Ч1. п через р-п-переход),1 подложка-капа ч их

КМДП-транзисторов. Это повышает точность устройства.

Формула изобретения

Электронный коммутатор, содержащий девять резисторов, первый, второй и третий разделител1 ные и первый накопительный конденсаторы, две входных, выходную, три управляющих, нулевую шины, две шины питания, первьт, второй и третий КМДП-ключи, каждый из которых снабжен входным, выходным, управляющим выводами и двумя выводами питания, четыре диода, включенные попарно последовательно согласно между выводами питания первого и второго КМДП-ключей, причем общая точка первой пары диодов объединена с управляющим выводом первого КН/ДП-ключа и пррвым выводом первого резистора и через первый разделительный конденсатор подключена к первой управляющей шине, общая точка второй пары диодов объединена с управляющим выводом второго КВД11-ключа, через второй резистор подключена к первым выводам питания КМД11-ключей и к первому выводу первого накопительного конденсатора, а через второй разделительный конденсатор - к второй управляющей шине, первая входная шина через третий резистор соединена с входным выводом первого КМДП-ключа, выходной вывод которого объединен с входным выводом второго КМДП-ключа и через включенные последовательно четвертый резистор и третий разделитель

ныи ко)|денсат(ф соединен с 1и.1ход(ои шиной и входным выводом трепзСГ о КМПП-ключа, ВЫВОД. питания которог о подключены к щинам питания, нулепля шина подключена к выходному выводу третьего К11ДП-ключа, управляющий вывод которого подключен к третьей управляющей шине, о т :i и ч а ю - щ и и с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены шина привязки и шина развязки, четвертьй КМДП-ключ, четвертый и пятьо разделительные и второй накопительньп конденсаторы, причем выводы питания и управляющий вывод четвертого КМШ1-ключа объединены с соответствующими выводами первого КОДП-ключа, вторая входная шина через пятый резистор соединена с входным выводом четвертого КМДП- ключа, выходной вывод которого объединен с выходным выводом второго КМДП-ключа и через включенные последовательно шестой резистор и четвертый разделительный конденсатор соединен с нулевой щиной, второй вывод питания четвертого КМДП-ключа соединен с вторыми выводами питания первого и второго KHEni-ключей и через второй накопительный конденсатор подключен к второму выводу первого накопительного конденсатора, первый и второй накопительные конденсаторы зашунтированы седьмым и восьмым резисторами соответственно, их общая точка подключена через девятый резистор к шине привязки и через пя- тьй разделительный конденсатор - к шине развязки.