Аналоговый N-канальный коммутатор широкополосных видеосигналов Советский патент 1990 года по МПК H03K17/60 

Изобретение относится к промышленности средств связи и может быть использовано при построении телевизионных камер, кодирующих устройств блоков камерного канала, студийных устройств коммутации и формирования телевизионных программ, устройств рир-проекции и электронного синтеза изображений,

Цель изобретения - уменьшение шумов коммутации, повышение быстродействия коммутатора и расширение динамического диапазона коммутируемых сигналов.

На фиг. 1 представлена структурная схема одного из каналов предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства и формирования импульсов, управляющих коммутирующими транзисторами.

Аналоговый N-канальный коммутатор в каждом из каналов содержит змиттерный повторитель 1 на транзисторе типа п-р-п, вход которого соединен с входом эмиттер- ного повторителя 2 на транзисторе типа р- п-р и образует вход канала. В каждый канал входят также диод 3, анод которого соеди- нен с эмиттером транзистора эмиттерного повторителя 1, а катод - с катодом диода 4 и генератором 5 тока, диод 6, катод которого соединен с эмиттером транзистора эмиттерного повторителя 2, а анод - с анодом диода 7 и генератором 8 тока. Анод диода 4 соединен с одним из выводов резистора 9, генератором Ютока, эмитте(эом коммутирующего транзистора 11 типа п-р-п и базой транзистора типа р-п-р эмиттерного повто- рителя 12, эмиттер которого соединен с одним из выводов уравнивающего резистора 13. Катод диода 7 соединен с другим выводом резистора 9, генератором 14 тока, эмиттером коммутирующего транзистора 15 типа р-п-р и базой транзистора типа п-р-п эммттерного повторителя 16, эмиттер которого соединен с одним из выводов уравнивающего резистора 17. Базы коммутирующих транзисторов 11 и 15 под- ключены к соответствующим выходам следящего устройства 18 управления, вход

управления которого подключен к источнику сигнала управления коммутацией канала, а вход слежения к точке соединения уравнивающих резисторов 13 и 17, образующей выход канала. Коллекторы транзисторов 1, 11 и 16 соединены с положительным полюсом источника питания, а коллекторы транзисторов 2, 12, 15 - с отрицательным.

Генераторы 5, 8, 10 и 14 токов могут быть выполнены на биполярных транзисторах типов п-р-п и р-п-р по схеме токостаби- лизирующего двухполюсника с резисторами в эмиттерных цепях, причем на базы транзисторов следует подавать постоянные напряжения смещения соответствующих полярностей.

Следящее устройство 18 управления может быть выполнено в виде объединенных по выходам ограничителя 19 сигнала сверху, ограничителя 20 сигнала снизу, генератора 21 стабильного тока, а также объединенных по выходам ограничителя 22 сигнала сверху, ограничителя 23 сигнала снизу и генератора 24 стабильного тока. К данным точкам объединения подключаются соответствующие выходы генератора 25 переключаемого тока и образуют выходы следящего устройства 18 управления, вход слежения которого образуют объединенные входы ограничителей 19, 20, 22 и 23, а вход управления является входом коммутации генератора 25 переключаемого тока.

Ограничители 19 и 22 сигнала сверху могут быть выполнены на транзисторах типа р-п-р, включенных по схеме с общим коллектором, подключаемым к отрицательному полюсу источника питания. Входом ограничителя в этом случае является база транзистора, а выходом - эмиттер, в цепь которого .может включаться резистор, обеспечивающий устойчивость на высоких частотах. Аналогично выполняются ограничители 20 и 23 сигнала снизу на транзисторах типа п-р-п.

Генераторы 21 и 24 стабильных токов могут быть выполнены по схеме токостаби- лизирующего двухполюсника на транзистоpax типа p-n-p с резисторами в эмиттерных цепях.

Генератор 25 переключаемого тока может быть выполнен в виде дифференциальг ного каскада на транзисторах типа п-р-п, работающего в режиме полного переключения тока (отсечки) с парафазным управляющим сигналом, подаваемым на базы транзисторов, для формирования которого может быть использована типовая схема переноса уровней вниз, также на базе дифференциального каскада на транзисторах типа р-п-р.

В том случае, когда необходимо реализовать 2-канальный коммутатор с обьедине- нием по выходу, можно использовать общее для них следящее устройство 18 управления, один из выходов которого подключен к базе транзистора 11 первого канала и к базе транзистора 15 второго канала, а второй выход - к базе транзистора 15 первого канала и к базе транзистора 11 второго канала.

Коммутатор работает следующим образом.

На вход видеосигнала первого канала коммутатора поступает сигнал UBXI, (фиг, 2, ломаная 26). На вход видеосигнала второго канала поступает сигнал ивх2 (фиг. 2, ломаная 27). На вход управления поступает сигнал управления коммутацией Uax.ynp. (диаграмма 28 на фиг. 2).

Генераторы 21 и 24 стабильного тока формируют постоянные токи величиной 1о, втекающие в соответствующие узлы схемы, а генератор 25 переключаемого тока формирует ток величиной 21о, вытекающий из того или иного узла в зависимости от логического уровня сигнала управления. Пусть этот уровень в исходный момент времени соответствует логической единице, а ток 21о при этом ответвляется из узла, к которому подключены базы коммутирующих транзисторов 11 и 15 первого и второго каналов. Тогда ток, рГавный разнице токов генераторов 24 и 25, т.е. 1о-21о -1о, протекает через ограничитель 23 сигнала снизу и определяет потенциал данного узла на уровне ивых.упр.2 Uaux-Uorp.cHH3y Uebix-Ues, так как напряжение ограничения в данном случае равно разнице потенциалов базы и эмиттера открытого транзистора ограничителя 23, если величиной падения напряжения на резисторе в цепи его эмиттера можно пренебречь. Ток другого выхода генератора 25 переключаемого тока в этот момент отсутствует, поэтому ток 1о генератора 21 стабильного тока протекает через ограничитель 19 сигнала сверху, а потенциал узла, к которому подключены базы коммутирующих транзисторов 11 и 15 первого 50 и второго каналов, определяется как

ивых.упр..+иогр.сверху ивых+ибэ.

При таких напряжениях на выходах следящего устройства 18 управления коммутирующие транзисторы 11 и 15 первого канала 55 открыты, транзисторы эмиттерных повторителей 12 и 16 закрыты, токи диодов 3 или 4, а также 6 или 7 (в зависимости от соотношения уровней выходного напряжения коммутатора и входного напряжения первого канала) отсутствуют, а генераторы 10 и 14 токов обеспечивают открытое состояние коммутирующих транзисторов 11 и 15 при любом соотношении входного и выходного напряжений. Таким образом, совокупность 5 состояний элементов первого канала соответствует тому, что его входной сигнал на выход коммутатора не поступает, т.е. этот канал закрыт. В то же время коммутирующие транзисторы 11 и 15 второго канала 10 закрыты, а все остальные элементы находятся в активном режиме работы, т.е. второй канал открыт, ивых- :ивх2, а любые изменения входного напряжения второго канала вследствие этого вызывают соответ- 15 ствующие изменения выходных напряжений следящего устройства 18 управления, что и характеризует принцип отслеживания. Если в какой-либо момент времени логический уровень сигнала управления ком- 0 мутацией каналов на диаграмме 28 изменяется на противоположный, то генератор 25 переключаемого тока формирует ток, вытекающий из узла, образованного в точке |;1одключения баз коммутирующих 5 транзисторов 11 и 15 первого и второго каналов,, включаются ограничители 20 и 22 и потенциал этого узла становится равным ивых.упр.1 ивых-ибэ, а потенциал другого узла ивых.упр.2 ивых+ибэ. Поэтому коммутиру- 0 ющие транзисторы 11 и 15 первого канала, закрыты, а сам канал открыт, и Uobix iJBx.l. Соответственно открыты коммутирующие транзисторы 11 и 15 второго канала, а сам он закрыт. Отслеживание уровней сигналов 5 управления всеми коммутирующими транзисторами производится относительно входного напряжения первого канала. Временная диаграмма сигнала управления ивых.упр.1 изображена ломаной 29 на фиг. 2, 0 а ивых.упр.2 - ломаной 30. Временная диаграмма выходного сигнала изображена ломаной 31.

При числе каналов, обьединенных по выходам, равном 3 и более, автономное сле- 5 дящее устройство 18 управления каждого канала производит отслеживание формируемых выходных сигналов относительно общего выходного напряжения, равного входному напряжению только одного канала, открытого в данный момент времени. При зтом источник сигналов управления коммутацией каналов должен выдавать в каждый текущий момент времени сигнал разрешения отпирания только одного канала.

При объединении каналов по входам эти сигналы разрешения могут быть выбраны произвольно, потенциал на выходе каж- дого открытого канала соответствует входному, а каждого закрытого равен потенциалу шины, к которой подключена рези- стивная нагрузка канала, т.е., как правило, нулевому потенциалу шины общий.

Размах сигналов управления коммутирующими транзисторами 11 и 15 равен 2U63 ,4В, что существенно меньше и динамического диапазона изменения коммутируемых видеосигналов, и размахов сигналов управ- ления ключевыми элементами в известных коммутаторах. Этим в значительной степени обеспечено повышение быстродействия предлагаемого устройства и расширение динамического диапазона коммутируемых сигналов по отношению к величинам напряжений питания.

Малый размах сигналов управления, одинаковые, близкие к линейным законы изменения их текущих значений в областях фронта и среза и симметрия схемы обеспечивают компенсацию шумов коммутации в выходном сигнале, т.е. резкое снижение их заметности на синтезируемом телевизионном изображении при однородном фоне, например, на начальном участке диаграммы 31. Использование предлагаемого коммутатора при построении телевизионных камер, кодирующих устройств, блоков камерного канала, студийных устройств коммутации и формирования телевизионных программ, устройств рир-проекции и электронного синтеза изображений и т.п. обеспечивает уменьшение шумов коммутации в 6-10 раз. т.е. до 2-3 мВ при длитель- ности менее 20 не; расширение полосы пропускания до 13-15 МГц или в 1.5-2 раза при неравномерности АЧХ менее 2%. уменьшение времени переключения до 30- 40 НС или в 2-3 раза; расширение динами- ческого диапазона коммутируемых широкополосных видеосигналов до ±ЗВ или в 2 раза при напряжениях питания ± б В.

Формула изобретения

1. Аналоговый N-канальный коммутатор широкополосных видеосигналов с объеди51015

20 25

30 35 40 45 50

5

нением по входу (или выходу), каждый канал которого содержит первый змиттерный повторитель на транзисторе типа п-р-п и первый диод, анод которого соединен с эмиттером этого транзистора, а катод - с первым генератором тока, второй змиттерный повторитель на транзисторе типа р-п-р и второй диод, катод которого соединен с эмиттером этого транзистора, а анод - с вторым генератором тока, а также коммутирующий транзистор типа п-р-п и резистор, коллекторы транзисторов первого и второго эмиттерных повторителей соединены с соответствующими полюсами источника питания, а вход второго эмиттерного повторителя является входом канала, о т- личающийся тем. что. с целью уменьшения шумов коммутации, повышения быстродействия коммутатора и расши- рения динам ическаго диапазона коммутируемых сигналов, в него введены третий и четвертый змиттерные повторители соответственно на транзисторах типов п-р-п и р-п-р с уравнивающими резисторами в цепях эмиттеров, третий и четвертый диоды, третий и четвертый генераторы токов, коммутирующий транзистор типа р-п-р и следящее устройство управления, причем катод третьего диода соединен с катодом первого, анод соединен с одним из выводов резистора, третьим генератором тока, эмиттером коммутирующего транзистора типа и базой транзистора четвертого эмиттерного повторителя, анод четвертого диода соединен с анодом второго, катод соединен с другим выводом резистора, четвертым генератором тока, эмиттером коммутирующего транзистора типа р-п-р и базой транзистора третьего эмиттерного повторителя, коллекторы коммутирующих транзисторов и транзисторов третьего и четвертого эмиттерных повторителей соединены с соответствующими полюсами источника питания, база транзистора первого эмиттерного повторителя соединена с базой второго, базы коммутирующих транзисторов соединены с соответствующими выходами следящего устройства управления, вход управления которого подключен к источнику сигнала управления коммутацией канала, а вход слежения - к точке соединения уравнивающих резисторов третьего и четвертого эмиттерных повторителей, образующей выход канала.

2. Коммутатор по п. 1. о т л и ч а ю щ и й- с я тем. что следящее устройство управления каждого из каналов выполнено в виде соответственно объединенных по выходам первого ограничителя сигнала сверху, первого эгоаничителя сигнала снизу и первого гене-.

ратора стабильного тока, второго ограничителя сигнала сверху, второго ограничителя сигнала снизу и второго генератора стабильного тока, а также генератора переключаемого тока, один из выходов которого соединен с выходом первого генератора стабильного тока и образует один из выходов следящего устройства управления, другой выход соединен с выходом второго генератора стабильного тока и образует другой выход следящего устройства управления, вход слежения которого образуют объединенные входы всех ограничителей сигналов сверху и снизу, а вход управления

является входом коммутации генератора переключаемого тока.

3. Коммутатор rion. 1, отличающий- с я тем, что содержит два объединенных по выходам канала с общим следящим устройством управления, один из выходов которого подключен к базе коммутирующего транзистора типа п-р-п первого канала и к базе коммутирующего транзистора типа р-п-р второго канала, а второй выход подключен к базе коммутирующего транзистора типа р-п-р первого канала и к базе коммутирующего транзистора типа п-р-п второго канала.

Изобретение относится к телевизионной технике и может быть использовано при построении телевизионных камер, кодирующих устройств, блоков камерного канала, студийных устройств коммутации и формировании телевизионных программ, устройств рир-проекции и электронного синтеза изображений. Цель изобретения - уменьшение шумов коммутации, повышение быстродействия коммутатора и расширение динамического диапазона коммутируемых сигналов. Коммутатор с объединением по входу или выходу содержит в каждом канале два эмиттерных повторителей 1, 2, два диода 3, 6, коммутирующий транзистор 11, резистор 9 и два генератора 5, 8 тока. Новым является введение в каждый канал следящей схемы 18 управления, а также второго коммутирующего транзистора 15, генераторов 10, 14 токов,эмиттерных повторителей 12, 16 и диодов 4, 7, которые образуют схему двухтактного транзисторно-диодного повторителя. Управление последним производится следящей схемой 18 управления, вход которой подключен к выходу коммутатора. Схема управления выполнена в виде двух групп объединенных по выходам ограничителей сигнала сверху и снизу и генератора стабильного тока, при этом элементы каждой группы соединены с соответствующими выходами генератора переключаемого тока. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

%

IHX.V№., JtifKjt

3029

irrircrz: ±itr -..

2G

3/

:X