Коммутатор напряжений

 

Изобретение относится к электронной коммутационной технике и может быть использовано в системах измерения и передачи аналоговой информации. Цель изобретения - расширение диапазона коммутируемых напряжений. В коммутатор напряжения (КН), содержащий в каждом канале ключевые элементы 1-4 с соответствующими блоками управления 9, 11, 13, 15, введены дополнительные ключевые элементы 5-8 с такими же блоками управления 10, 12, 14, 16, а также регуляторы 22-26 напряжения. общий для всех каналов регулятор 22 напряжения использует сигнал с выходной шины 21 КН и управляет величиной напряжения питания блоков управления, обеспечивающих работу основных ключевых элементов 1-4, а регуляторы 23-26 напряжения обеспечивают питание блоков управления ключевыми элементами 5-8 с учетом величины и знака входных аналоговых напряжений на входных шинах 17-20 каждого канала в отдельности. Благодаря использованию двух последовательно включенных ключевых элементов в каждом канале и независимому управлению каждым из них обеспечивается работа КМДП ключевых элементов 1-8 в расширенном диапазоне напряжений как в открытом, так и в закрытом состоянии. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 Н 03 К 17/687

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4354818/24-21 (22) 04.01.88 (46) 23.11.89. Бюл. )1 43 (72) Я.М. Великсон и И.И. Рыбкин (53) 621.382 (088.8) (56) Патент G lA 9 3866064, кл. Н 03 К 17/00, 11.02.75.

Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы, Справочное пособие.

M.: Радио и связь, 1985, с. 376, рис. 6.108.

2 (54) КОММУТАТОР НАПРЯЖЕНИЙ (57) Изобретение относится к электронной коммутационной технике и может быть использовано в системах измерения и передачи аналоговой информации. Цель изобретения — расширение диапазона коммутируемых напряжений. В коммутатор напряжения (КН), содержащий в каждом канале ключевые элементы 1-4 с соответствующими бло, ками управления 9, 11, 13, 15, вве1524168

10

55 дены дополнительные ключевые элементы 5-8 с такими же блоками управления 10, 12, 14, 16, а также регуляторы 22-26 напряжения. Общий для всех каналов регулятор 22 напряжения используют сигнал с выходной шины 21 КН и управляет величиной напряжения питания блоков управления обеспечивающих работу основных ключевых элементов 1-4, а регуляторы 23-26 напряжения обеспечивают питание блоков управления ключевыми элементами

Изобретение относится к электронной коммутационной технике и может быть использовано в системах измерения и передачи аналоговой информации.

Целью изобретения является расширение диапазона коммутируемых напряжений.

Поставленная цель достигается путем введения в каждый канал коммутатора дополнительного ключевого элемента с соответствующим блоком управления и регулятора напряжения, обеспечивающего питание блока управления, а также путем введения дополнительного регулятора напряжения, общего для всех каналов коммутатора, 35 который осуществляет питание уже имеющихся блоков управления ключевыми элементами. Благодаря использованию двух последовательно включенных ключеВых элементов в каждом канале> каж- 40 дый из которых управляет с входа либо с выхода канала, обеспечивается нормальная работа КМДП ключевых элементов в открытом и закрытом состояниях в большем диапазоне аналоговых 45 сигналов при одном и том же напряжении на клеммах питания.

На фиг.1, представлена функциональная схема коммутатора напряжений на примере четырех каналов передачи; на фиг.2 — принципиальные схемы блока

50 управления, регулятора напряжения и ключевого элемента.

Коммутатор напряжений содержит ключевые элементы 1-4, дополнительные ключевые элементы 5-8, блоки 916 управления, входные 17-20 и выходную 21 шины, регуляторы 22-26 напря5-8 с учетом величины и знака входных аналоговых напряжений на входных шинах 17-20 каждого канала в отдельности. Благодаря использованию двух последовательно включенных ключевых элементов в каждом канале и независимому управлению каждым из них обеспечивается работа КМДП ключевых элементов 1-8 в расширенном диапазоне напряжений как в открытом так и в закрытом состоянии. 2 з.п.

A-лы, 2 ил. жения, дешифратор 27 и адресные шины

28.

Блоки 9-16 управления содержат два КМДП-инвертора 29 и 30, два МДПтранзистора 31 и 32 и дополняющий

МДП-транзистор 33. Входы первых инверторов 29 подключены к управляющим шинам 34, которые соединены с соответствующими выходами дешифратора 27, КМДП-инверторы 29 и 30 и три пос" ледовательно соединенные МДП-транзисторы 31-33 включены между первой 35 и второй 36 шинами питания. Выход первого КМДП-инвертора 29 подключен к входу второго КМДП-инвертора 30, к затвору первого МДП-транзистора 31, исток которого подключен к второй шине 36 питания, и к первому выходу 37 блока управления. Выход второго КМДПинвертора 30 соединен с затворами второго МДП-транзистора 32 и дополняющего МДП-транзистора 33 и подключен к второму выходу 38 блока управления, Точка соединения дополняющего МДПтранзистора 33 и второго МДП-транзистора 32 подключена к третьему выходу

39 блока управления, а точка соедине- ния МДП-транзисторов 31 и 32 подключена к четвертому выходу 40 блока управления.

Ключевые элементы 1-4 и дополнительные ключевые элементы 5-8 содержат пару параллельно включенных МДПтранзисторов 41-42 разного типа прово.димости. Затвор МДП-транзистора 41 р-каналом подключен к первому выходу

37 блока управления, а подложка 43 того же МДП-транзистора - к третьему вь:ходу 39 блока управления, Затвор и подложка 43 МДП-транзистора 42 с иканалом подключены соответственно к

1524168 б второму 38 и четвертому 40 выходам тов 1-4 подключены к выходной шине блока управления„ 21 устройства.

Объединенные попарно токовые элект- Положительный 61 и отрицательный

Роды МДП транзисторов 41 и 42 являют-. 63 выходы регуляторов 23-26 напряже5 выходом 45 и входом 46 ключевого ния подключены соответственно k nepо вой 35 и второй 36 шинам питания

Регуляторы 22-26 напряжения содер- блоков управления дополнительными жат по пять резисторов 47-51, по кличевыи элементами того же канала па-шесть МДП-транзисторов, иэ которых 1О Редачи, а те же выходы Регулятора первые три 52-54 с р-каналом, а три 22 напряжений подключены и первой и другие 55-57 — с п-каналом, и по два второй шинам питания блоков управдиода 58-59. ления ключевыми элемен ами 1-4, Клемма 60 поло т положительного напряже- Коммутатор напряжений функциониния подключена к первым выводам пер- 15 руот следующим образом. вого 47 и т и второго 48 резисторов, ис- Когда коммутатор выключен, все току и подложке первого МДП-транзис- блоки 9-16 управления по шине 34 упто а 52 ст р, сток которого соединен с равления под нулевым сигналом.На вывторым выводом первого резистора 47, ходах 37 и 38 блоков управления при первым выводом третьего резистора 49 2Р этом присутствуют соответственно и положительным выходом 61 блока уп- единичный и нулевой сигналы, В реравления. Второй вывод второго резис- зультате ИЦП-транзисторы 41 н 42 тора 48 соединен с затвором первого ключевых элементов 1-8 закрыты.

МДП-транзистора 52 и стоком четверто- Напряжение на выходах 61 и 63 рего МДП-транзистора 55, затвор которо- 25 гуляторов напряжения при этом иэмего подключен к стоку второго 1ЩП- няются под воздействием входных сигтранэистора 53 и катоду первого дио- налов, подаваемых на входы 64. Однада 58. Клемма 62 отрицательного напря- ко напРЯжение питаниЯ междУ клеммажения подключена к первым выводам ми 60 и 62 остается постоянным, Рачетвертого 50 и пятого 51 резисторов, 3Р бота РегулЯтора напрЯжениЯ сводитсЯ истоку и подложке пятого 56 МДП-тран- к тому, чтобы в зависимости от везистора, сток которого соединен с вто- личины и знака коммУтиРУемого напРЯрыми выводами третьего 49 и четверто- жениЯ, подаваемого на входы 64, фоРго 50 резисторов и отрицательным вы- мировать на выходах 61 и 63 несимходом 63 блока управления. Второй метричные напряжения, которые слувывод пятого резистора 51 соединен с жат напРЯжением питаниЯ Р улЯторов затвором пятого МДП транзистора 56 напряжения и необходимы для отпирания и стоком третьего МДП транзистора 54, и запиРаниЯ МЦП-тРанзистоРов 41 и 42 затвор которого подключен к стоку ключевых элементов, шестого МДП транзистора 57 и аноду 4р Так, если на вход 64 подается нувторого диода 59. левой сигнал или сигнал любой полнрЗатворы второго 53 и шестого 57 ности, меньший по абсолютной величиМДП-транзисторов, анод первого и не, чем пороговые напряжения МДПкатод второго диодов подключены к транзисторов регулятора напряжения, входу 64 регулятора напряжений. Ис- 45 то на выходах 61 и 63 формируютсЯ токи и подложки второго 53, третьего равные по амплитуде раэнополярные

54, четвертого 55 и шестого 57 МДП- напряжения, равные напряжениям на транзисторов подключены к общей ши- клеммах 60 и 62. По мере роста поло.не 65. житепьного напряжения на входе 64 открываются МДП-транзисторы 55 и 52, пер. Входные шины 17-20 подключены вый резистор 47 шунтируется сопротивк входам 46 соответствующих дополни- лением открытого канала МДП-транзистельных кличевых элементов 5-8 и тора 52. Напряжение положительной повходам 64 регуляторов напряжения лярности на положительном выходе 61 соответствуищего канала передачи.

55 при этом увеличивается а напряжение

В

Ключевые 1-4 и дополнительные ключе- отрицательной полярности на отрицавые 5-8 элементы в каждом канале тельном выходе 63 ио абсолютной. вепередачи соединены последователь- личине уменьшается. В обратном напно, причем выходы 45 ключевых элемея- равлении изменяится напряжения на

1524) 68 выходах 61 и 63 при подаче па вход

64 напряжения отрицательной полярности. Такая работа регулятора напряжения обуг".овлена тем, что для хорошей работы и режиме ключа МДП-транзисторов 41 v. 42 ключевого элемента при коммутации положительного напряжения требуется подавать более высокое положительное напряжение на затвор ИДП- fp транзистора с и-каналом н меньше по абсолютной величине отрицательное напряжение на затвор ИДП-транзистор с р-каналом. Эта же несимметричность выходных напряжений на выходах 6! 15 и 63 обеспечивает наилучший режим для запирания )Щ1-транзисторов 41 и

42 ключевых элементов н закрытом состоянии.

При подаче управляющего сигнала 20 от дешиЬратора 27, например, на первый канал по шине 34 управления переключаются инверторы 29 и 30 блоков и 10 управления„ Па выходах 37-40 указанных блоков управления формируются сигналы, открывающие ключевые элементы 1 и 5. ПРичем величина напряжений на выходах 37-40 определяется величиной и знаком коммутируемого сигнала на входной шине 17 первого кана- 30 ла. Напряжение на выходной шине 21 устройства при этом соответствует сигналу на входной шине 17 первогс канала, и блоки управления 9 и 10 работают в близких режимах.

Блоки 1 — 16 управления вырабатывают при этом сигналы »а своих выходах

37-40, которые запирают МДП-транзисторы 41 и 42 ключевых элементов 2-4 и 6-8. В силу того, что напряжения на 40 входных шинах 18-20 закрытых каналов могут существенно отличаться, в том чииле и по знаку, от напряжения на входной шине 17 открытого канала, необходимо обеспечить надежное закрытие 45 дополнительных ключевых элементов 6-8 с помощью соответствующих блоков 12, 14 и 16 управленнн. Поэтому данные блоки управления используют в качестве напряжения питания напряжения, вырабатываемые регуляторами 24-26 ряжений с учетом значений сигналов, поступающих на их входы 64 с соответ» ствующих входных шин 18-20. В силу этого независимо от соотношений сигналов на входных шинах 17-20 ключевые элементы 6-8 всегда закрыты, так как каждый из них запирается напряжениями на выходах 37-40 своего собстненного блока управления с учетом значения коммутируемого напряжения на входной шине f9-20 только своего канала °

Таким образом, каждый канал передачи может коммутировать аналоговые сигналы н расширенном диапазоне Напряжений, и при этом гарантируется закрытое состояние всех других каналов коммутатора.

Ф о р м у л а и з о б р е т е и и я

1. Коммутатор напряжений, содержащий в каждом канале блок управления и ключевой элемент, состоящий из двух параллельно включенных МДП-транзисторов разного типа проводимости„ затворы и подложки которых в качестве управляющих электродов подключены к соответствующим выходам блока управления этого же канала, а объединенные попарно токовые электроды тех же транзисторов являются входом и выходом ключевого элемента, выходы ключевых элементов всех каналов подключены к выходной шине устройства, а управляющие шины блоков управления подключены к ныхоцам дешиАратора, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона коммутируемых напряжений, н каждый канал введены дополнительный ключевой элемент с блоков управления, идентичный уже имеющимся, и регулятор напряжений, вход которого подключен к входной шине и к входу дополнительного ключевого элемента того же канала, а положительный и отрицательный выходы которого подключены соответственно к первой и второй нинам питания введенного блока управления, выходы которого подключены к затворам и подложкам МДП-транзисторов дополнительных ключевых элементов, выходы которых соединены с входами ключевых элементов того же канала, управляющие шины блоков управления в каждом канале объединены, а выходная шина устройства соединена с нходом ннеденного дополнительного регулятора напряжения, общего для всех каналов, выходы которого подключены к соответствующим шинам питания блоков управления ключевыми элементами„.

2. Коммутатор по и.1, о т л и ч аю шийся тем, что блок управления

9 15241 содержит два КМДП-инвертора, два МДПтранзистора и дополняющий МДП-транзистор, вход первого КМДП-инвертора подключен к шине управления, а выход .к входу второго КМДП-инвертора, затвору первого МДП-транзистора и к первому выходу блока управления, выход второго КИДП-инвертора подключен к затворам второго и дополняющего 14ЩПтранзисторов и к второму выходу блоI ка управления, КМДП-инверторы и три последовательно соединенных МДП-тран зистора включены между первой и второй шинами питания, причем точка соединения второго и цополнительного ИДП транзисторов подключена.к третьему выходу блока управления, а точка соедпие" ния первого и второго МДП-,транзисторов подключена к четвертому выходу блока управления, 3, Коммутатор по п.1, î r л и ч аю шийся тем, что регулятор напря1 жения содержит пять резисторов, два 2 диода и шесть МДП-транзисторов, из которых первые три с р-каналом, а три другие — дополняющие, причем исток и подложка первого МДП-транзистора соединены с первыми выводами пер- ( вого и второго резисторов и подключены к клемме положительного напряжеб8 1О ния, сток того wee транзистора соединен с вторым выводом первого резисто ра, первым выводом третьего резистора и подключен к положительному выходу блока управления, второй вывод второго резистора соединен с затвором первого МДП-транзистора и стоком четвертого МДП-транзистора, затвор которого подключен к стоку второго

МДП-транзистора и катоду первого ди-, ода, исток и подложка пятого ИЦИтранзистора подключены к первым выводам четвертого и пятого МДП-транзисторов и к клемме отрицательного напряжения, сток того же транзистора соединен с вторыми выводами третьего н четвертого резисторов и подключен к отрицательному выходу блока управления, второй вывод пятого резистора соединен с затвором пятого МДПтранзистора и стоком третьего ИДПтранзистора, затвор которого подключен к стоку шестого МДП-транзистора и аноду второго диода, истоки и подложки второго, третьего, четвертого и шестого МДП-транзисторов подключены к общей шине, а затворы второго и шестого МДП-транзисторов, анод первого и катод второго диодов подключены к входу регулятора иапряже" пия.