Многоканальный коммутатор

 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к коммутационной электронной технике. Технический результат, заключающийся в повышении помехоустойчивости и уменьшении потерь сигнала при коммутации, достигается путем того, что в многоканальный коммутатор введены дополнительный операционный усилитель, второй резистор и конденсатор, общие для всех каналов, а в каждый канал коммутатора введены соединительная линия, выполненная в виде эквивалентных третьего, четвертого и пятого резисторов, и линия задержки управляющего сигнала, установленная между управляющей шиной канала и управляющим входом первого ключа, причем третий резистор установлен между входной шиной канала и входом первого ключа, вход второго ключа соединен через четвертый резистор с общей шиной канала. 1 ил.

Изобретение относится к коммутационной электронной технике, и может быть использовано, например, при построении систем контроля, управления или измерения.

Известен многоканальный переключатель напряжений по авторскому свидетельству 932614 МКИ Н 03 К 17/00, содержащий общий для всех каналов операционный усилитель, управляемый коммутирующий элемент в каждом канале коммутации, причем инвертирующий вход операционного усилителя соединен с общей шиной источников коммутируемых напряжений. Это устройство обеспечивает точность передачи коммутируемого сигнала только при оговоренных условиях и не учитывает влияние соединительной линии между источником сигнала и переключателем, и вследствие этого, обладает низким качеством.

Известен многоканальный коммутатор по авторскому свидетельству 1476603 МКИ Н 03 К 17/00, содержащий в каждом канале операционный усилитель, делитель напряжения, элемент задержки, первый, второй, третий и четвертый ключи, конденсатор, подключенный к точке соединения первого и четвертого ключей, работающих в противофазе, а также общий для всех каналов повторитель напряжения.

Однако известное техническое решение также не учитывает влияние соединительной линии между источником сигнала и коммутатором, что снижает его помехоустойчивость и качество, и сложно в изготовлении.

Наиболее близок к предлагаемому техническому решению электронный переключатель напряжений по авторскому свидетельству 1045386 МКИ Н 03 К 17/00, содержащий общие для всех каналов усилитель постоянного тока, выполненный на операционном усилителе, и резистор, а каждый канал выполнен в виде двух ключей, первый из которых включен между входной шиной канала и неинвертирующим входом операционного усилителя, а второй - между входной шиной канала и выходной шиной устройства, при этом управляющие входы ключей соединены с управляющей шиной канала, а резистор включен между выходом операционного усилителя и выходной шиной устройства.

Однако данное известное устройство имеет ограниченные возможности, так как обеспечивает точность передачи коммутируемого сигнала только при известном сопротивлении нагрузки и не учитывает влияние соединительной линии между источником сигнала и коммутатором, что значительно снижает его помехоустойчивость.

Создание изобретения направлено на повышение помехоустойчивости и уменьшение потерь сигнала при коммутации путем устранения влияния соединительной линии между источником сигнала и коммутатором. Для этого в многоканальный коммутатор, содержащий общие для всех каналов операционный усилитель и резистор, каждый канал которого выполнен в виде двух ключей, первый из которых включен между входной шиной канала и неинвертирующим входом операционного усилителя, а управляющий вход второго ключа соединен с управляющей шиной канала, введены дополнительный операционный усилитель, второй резистор и конденсатор, общие для всех каналов, при этом в каждый канал коммутатора введена соединительная линия, выполненная в виде эквивалентных сопротивлению ее проводов третьего, четвертого и пятого резисторов. Далее в каждый канал введена линия задержки управляющего сигнала, установленная между управляющей шиной канала и управляющим входом первого ключа, причем третий резистор установлен между входной шиной канала и входом первого ключа, а вход второго ключа соединен через четвертый резистор с общей шиной канала, которая подключена через пятый резистор к инвертирующему входу дополнительного операционного усилителя. При этом выходы вторых ключей каждого канала подключены через первый резистор к неинвертирующему входу дополнительного операционного усилителя и общей шине коммутатора и соединены через второй резистор с выходом дополнительного операционного усилителя, к которому подключен конденсатор, соединенный с общей шиной коммутатора. Причем инвертирующий вход операционного усилителя соединен с его выходом, являющимся выходом коммутатора.

На чертеже представлена структурная схема многоканального коммутатора.

Многоканальный коммутатор содержит общие для всех каналов 1 операционный усилитель 2, дополнительный операционный усилитель 3,первый 4 и второй 5 резисторы и конденсатор 6, а каждый канал 1 коммутатора выполнен из первого 7 и второго 8 ключей, линии задержки 9 управляющего сигнала и соединительной линии, выполненной в виде эквивалентных третьего 10, четвертого 11 и пятого 12 резисторов. Каждый канал 1 коммутатора имеет входную шину, общую шину и управляющую шину (см. чертеж). В каждом канале 1 первый ключ 7 включен между входной шиной канала 1 и неинвертирующим входом операционного усилителя 2, причем вход первого ключа 7 подключен к входной шине через третий резистор 10. Вход второго ключа 8 каждого канала 1 соединен через четвертый резистор 11 с общей шиной канала 1, которая подключена через пятый резистор 12 к неинвертирующему входу дополнительного операционного усилителя 3. Управляющая шина каждого канала 1 подключена к управляющим входам второго ключа 8 непосредственно, а первого ключа 7 - через линию задержки 9 управляющего сигнала. Выходы вторых ключей 8 каждого канала 1 подключены через первый резистор 4 к неинвертирующему входу дополнительного операционного усилителя 3 и общей шине коммутатора и соединены через второй резистор 5 с выходом дополнительного операционного усилителя 3, к которому подключен конденсатор 6, соединенный с общей шиной коммутатора. Инвертирующий вход операционного усилителя 2 соединен с его выходом, являющимся выходом многоканального коммутатора.

Многоканальный коммутатор работает следующим образом.

К входным шинам и общим шинам каждого канала подсоединены соответствующие входные сигналы, которые необходимо в произвольном порядке коммутировать с выходом коммутатора.

Под действием управляющего сигнала, подаваемого на управляющую шину какого-либо канала 1, включается второй ключ 8 этого канала, который соединяет цепь обратной связи между общей шиной канала и общей шиной коммутатора. Первый резистор 4 защищает дополнительный операционный усилитель 3 от перенапряжения при обрыве соединительной линии. При этом потенциалы общей шины канала и общей шины коммутатора выравниваются при замыкании второго ключа 8 благодаря обратной связи в дополнительном операционном усилителе 3. Из-за малых токов на инвертирующем входе дополнительного операционного усилителя 3 потери сигнала на пятом резисторе 12 пренебрежимо малы, в такой же степени мала и разность потенциалов между общей шиной канала 1 и общей шиной коммутатора. Разность потенциалов между общей шиной канала 1 и общей шиной коммутатора компенсируется противофазным сигналом, генерируемым дополнительным операционным усилителем 3. Амплитуда этого сигнала ограничивается напряжением питания дополнительного операционного усилителя 3.Второй резистор 5 и конденсатор 6 служат для предотвращения возбуждения дополнительного операционного усилителя 3 при большой емкости соединительной линии. Сигнал с управляющей шины канала поступает также на вход линии задержки 9 этого канала 1, которая через время Δt, равное времени срабатывания второго ключа 8 и времени переходных процессов в дополнительном операционном усилителе 3, передает его на управляющий вход первого ключа 7, который, срабатывая, подключает входную шину канала 1 к неинвертирующему входу операционного усилителя 2. Так как входное сопротивление операционного усилителя 2 стремится к бесконечности, то сигнал канала 1 не ослабляется на третьем резисторе 10 и проходит на выходную шину коммутатора без ослабления.

Аналогично происходит работа в других N каналах. В качестве ключей предполагается использовать твердотельные реле на полевых транзисторах, которые обладают повышенной надежностью.

Формула изобретения

Многоканальный коммутатор, содержащий общие для всех каналов операционный усилитель и резистор, каждый канал коммутатора выполнен в виде двух ключей, первый из которых включен между входной шиной канала и неинвертирующим входом операционного усилителя, а управляющий вход второго ключа соединен с управляющей шиной канала, отличающийся тем, что в него введены дополнительный операционный усилитель, второй резистор и конденсатор, общие для всех каналов, а в каждый канал коммутатора введены соединительная линия, выполненная в виде эквивалентных третьего, четвертого и пятого резисторов, и линия задержки управляющего сигнала, установленная между управляющей шиной канала и управляющим входом первого ключа, причем третий резистор установлен между входной шиной канала и входом первого ключа, вход второго ключа соединен через четвертый резистор с общей шиной канала, которая подключена через пятый резистор к инвертирующему входу дополнительного операционного усилителя, при этом выходы вторых ключей каждого канала подключены через первый резистор к неинвертирующему входу дополнительного операционного усилителя и общей шине коммутатора и соединены через второй резистор с выходом дополнительного операционного усилителя, к которому подключен конденсатор, соединенный с общей шиной коммутатора, причем инвертирующий вход операционного усилителя соединен с его выходом, являющимся выходом коммутатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1