Многоканальный коммутатор аналоговых сигналов

 

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 соединены 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.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

: СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

З(5П .Н 03 К 17 60

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABT0PCHQMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

fI0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ. И ОТКРЫТИЙ (21) 3398611/18-.21 (22) 18:.02.82 (46) 07..08.83. Бюл..9 29 (72) В.A.Áðàãèí, Н.С.Прокофьев, A.Â.Марчуков и A.П.шевьев (53) 621.382(088.8) (56) 1. Патент Великобритании

У 1081534, кл. H 3 Т, опублик . 1967.

2, Авторское свидетельство СССР

389627к кл. Н 03 K 17/56, 1971 °

3. Авторское свидетельство СССР 9 801250, кл. Н 03 К 17/00, 1979

:(прототип>. (54)(57) 1. МНОГОКАНАЛЬНЫЙ КОММУТАТОР АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ, содержащий в каждом канале коммутирующий МОПтранзистор, сток которого является коммутируемым входом коммутатора, а подложка соединена с положительной клеммой "плавающего" источника питания, и многоканальное устройство гальванической развязки, входы каналов которого являются управлякщими входами коммутатора, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью упрощения коммутатора и повышения его помехозащищенности, в нега введен де шифратор, а в каждый канал коммутатора введены два управляющих NOIIтранзистора, затворы которых соеди-4иены с соответствующим выходом де шифратора, сток первого транзистора

69ISUGO А соединен с подложкой и отрицательной клеммой "плавающего" источника питания,-исток соединен с затвором коммутирующего транзистора данного канала и стоком второго управляющего транзистора, исток которого соединен с подложкой и положительной клеммой "плавающего" источника питания, источники коммутирующих транзисторов соединены с общей клеммой "пла-, вающего". источника питания и являют.— ся выходом коммутатора, входы дешиф ратора.соединены с выходами соответ ствующих каналов устройства г льванйческой развязки, а шины питания уст-:, ройства гальванической развязки и дешифратора соединены соответствен- @

O но с положительной и отрицательной клеммами"плавающего" источника питания.

С:

2 ° Коммутатор по п. 1, о т л ич а ю шийся тем;чтЬ 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 пи ания.

1034183

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 помехоэащищенности 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 L 1).

Данный коммутатор имеет сравнительно небольшую погрешность, высокое быстродействие и легко изготовляется в интегральном виде, однако для него свойственна. моду-. ляция сопротивления канала в за-. висимости от величины входного сигнала, что вносит значительную погрешность в работу. коммутатора.

Эффект модуляции сбйротивления 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 P2), 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 многоканальное устройство гальванической развязки, вхОды каналов которого являются. управляющими входами коммутатора (3) .

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

t которых равно числу каналов коммутатора.

Цель изобретения — повышение помехоэащищенности и упрощение коммутатора.

Укаэанная цель достигается тем, что в 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 каждый канал коммутатора введены два управляющих МОП-транзистора, затворы которых соединены с соответствующим выходом дешифратора, сток первого транзистора соединен с подложкой и, отрицательной клеммой "плавающего" источника питания, исток соединен с затвором коммутирующего транзистора данного канала и стоком второго управляющего транзистора, исток которого соединен с подложкой и положительной клеммой "плавающего" источника питания, истоки коммутирующих 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 гальс.-..нической развязки и дешифратора оединены соответственно с положительной и отрицательной клеммами "плавающего" ис- . точника питания.

В одной иэ 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 и й 2 раэ, и jog>N, и где М - число коммутируемых каналов коммутатора, n - число управляющих входов коммутатора и М связано с и зависимостью Н = 2 или и и = 1og N что значительно уменьшает число -оптронов в устройстве гальванической .

1034183 развязки и, следовательно, во столько же раз уменьшает параэитную емкость между цепями управления и коммутируемыми 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 раз- 30 вязки.

Устройство содержит коммутирующий

МОП-транзистор 1, коммутируемые входы 2 коммутатора, "плавающий" источник 3 питания (изолизованный от кор- д пуса), выход 4 коммутатора, первые 5 и вторые б управляющие,МОП-транзис.торы, дешифратор 7, многоканальное устройство 8 гальванической развязки, управляющие входы 9 коммутатора 2О общую клемму 10, светодиоды 11, резисторы 12, фотодиоды 13 и резисторы 14.

Коммутатор аналоговых сигналов (фиг. 1). содержит B K83KgoM Hs Й

Йалов коммутирующий Р— канальный

МОП-.транзистор 1 обогащенного типа, сток которого является коммутируемым входом 2 коммутатора, а исток соединен с клеммой, являющейся средней (нулевой потенциал) точкой "плавающего" источника 3 питания, которая одновременно служит выходом 4 коммутатора, подложка соединена с положительной клеммой источника 3 питания (+Е), а затвор соединен с .истоком первого управляющего МОПтранзистора 5 и стоком второго управляющего МОП-транзистора б, транзистор 5 -является и-канальным, а транзистор б - -канальным МОП-тран- 4Q зистором обогащенного типа. Затворы транзисторов 5 и б соединены с соответствующим выходом дешифратора 7; сток транзистора 5 соединен с подложкой и отрицательной клеммой источ- 45 ника 3 питания (-E) а исток транзистора б соединен с подложкой и 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 гальва-. нической развязки (фиг. 2) содержит в каждом канале светодиод 11, анод которого служит соответствующим уп- равляющим входом 9 коммутатора, а катод через резистор 12 соединен с общей клеммой 10, и фотодиод 13, анод которого соединен с отрицатель- 60 ной клеммой источника 3 питания (-E)> катод является выходом соответствующего канала устройства 8 гальванической развязки и через реэистор 14 соединен с положительной клеммой

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

При необходимости типы проводимости каналов МОП-транзисторов 1, 5 и б могут быть изменены на противоположные, при этом одновременно должна быть изменена полярность источников 3 питания. Устройство 8 . гальванической развязки может быть выполнено на основе фототранзисторных оптронов или оптронов с усилителями-формирователями на выходе.

Функционирование предлагаемого многоканального коммутатора аналоговых сигналов осуществляется. следующим образом.

Допустим, в исходном состоянии сигналы на управляющих входах 9 отсутствуют. При этом íà всех выходах дешифратора 7 имеется потенциал отрицательного уровня, который поддерживает транзисторы 6 в открытом состоянии, а транзисторы 5 — в закрытом, благодаря чему коммутирукйие транзисторы 1 закрыты, что соответствует не- проводящему состоянию каналов комму- татора. При подаче на.управляющие входы 9 комбинации сигналов высоко.го уровня, соответствующей номеру включаемого канала, через светодиоды 11, на которые поданы данные сиг.— налы, начинает проходить ток, вырабатываемое ими световое излучение переводит оптически связанные с ними фотодиоды 13 в состояиие с высокой проводимостью в соответствии с входной комбинацией сигналов, в результате чего напряжение на их .катодах уменьшается до низкого уровня. Уменьшение напряжения .на катодах фотодиодов 13 соответствует подаче сигналов "1" на связанные с ними входы дешифратора 7, в результате чего на одном из выходов дешифратора 7 появ-. ляется положительный сигнал высокого уровня, который переводит транзистор 5 в открытое состояние, а транзистор б - в закрытое. Включение транзистора 5 и выключение транзистора б обеспечивают подачу на затвор коммутирующего транзистора 1 отрицательного потенциала, который переводит транзистор 1 во включенное состояние, и коммутируемый:вход 2 оказывается подключенным к выходу 4, т.е, происходит включение определенного канала коммутатора. При снятии сигналов высокого уровня с управляющих входов 9 схема возвращается в первоначальное состояние.

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

1034183

ВНИИПИ Заказ 5643/59 Тираж 936 Подписное филиал ППП "Патент", r.jæãîðîä,óë.nðoåêòíà8,4 самого, так и информационно-измерительной система, в которую он входит, Так, например, введение такого коммутатора s систему внутриреакторного контроля атомной электростанции позволяет увеличить помехозашищенность, что равносильно повышению точности измерений таких параметров ядерного реактора, как температура внутри активной зоны, давление и т.д. Это в свою очередь позволяет уменьшить запасы до критического состояния реактора, что приводит к уменьшению себестоимости производимой. АЭС электроэнергии.