CS123391A3 - Switching circuit with switching sections in a cascade - Google Patents

Description

- i -

Spínací obvod se spínacími sekcemi v kaskádě

Oblast techniky

Vynález se týká zapojení prospínání signálu a zejménazapojení takového druhu, které používá v kaskádě uspořádanéspínací sekce pro větší zeslabení spínaných vysokofrekvenčníchsignálových složek v rozpojeném stavu spínacího zapojení.

Dosavadní stav techniky

Zeslabení, které dává spínač, když je v rozepnutém stavu,je důležitým údajem při hodnocení spínacího obvodu zejménav těch aplikacích, u nichž spínaný signál obsahuje značnémnožství vysokofrekvenční energie. Přepíná—li se napříkladmezi více obrazovými vstupními signály pro televizní přístroj,například videomagnetofony, přijímače, monitory či generáto-ry efektů, je důležité, aby obrazový vstupní signál, kterýnebyl vybrán, byl zeslaben na minimální úroveň, aby nedochá-zelo k interferenci se zvoleným obrazovým vstupním signálem.Obecně řečeno je žádoucí zeslabit nezvolený obrazový signálalespoň o 60 dB a s výhodou ještě více. Takových úrovní zesla-bení na obrazových kmitočtech se běžnými spínači na bázi in-tegrovaných obvodů nedosahuje snadno, například v důsledkupřítomnosti parazitních kapacit. Z těchto důvodů byly navr-ženy různé způsoby zeslabení signálu odpojeného spínči nabázi integrovaných obvodů. Jednou takovou používanou techni- kou, popsanou v následujících dvou příkladech, je zapojeníspínačů do kaskády, takže se zeslabení jednotlivých roz-pojených stupňů sečítají.

Prvním příkladem kaskádního zapojení spínačů pro vět-ší zeslabení v rozepnutém stavu spínače je zapojení, po-psané Nigborowiczem a spol. v US patentu č. 4 521 810, na-zvaném “Volič obrazového zdroje” a vydaném 4. června 1985·

Ve zvláštním příkladném provedení tohoto spínacího obvoduje emitorový sledovač zapojen do kaskády se spínačem na bá-zi, .integrovaného obvodu typu CMOS a svorkovací tranzistorje připojen k bázi tranzistoru emitorového sledovače a ří-zen pro zablokování emitorového sledovače v době, kdy je spínač.CMOS rozepnutý. Takto je spínaný obrazový signál při ro-zepnutém spínači zeslaben jak zablokovaným obvodem emitoro—vého sledovače, tak rozpojeným spínačem CMOS.

Druhý příklad kaskádně zapojených spínacích obvodů jepopsán Deissem v US patentu č. 4 638 181, nazvaném “Voličsignálového zdroje", který byl vydán 20. ledna 1987· Vezvláštním příkladném provedení popsaném v Deissově patentuje diodový spínač zapojen v sérii se spínačem na bázi in-tegrovaného obvodu CMOS. Obvod zahrnuje obvod předpětí,přivádějící spínací proud přes spínač CMOS k diodovému spí-nači v době, kdy je spínač CMOS sepnutý. Další předpětovýobvod přivádí předpětí opačné polarity k diodovému spínači - 3 - v době, kdy je spínač CMOS rozepnutý. Pro maximální zeslabe-ní v rozevřeném stavu doporučuje Deiss použití pin-rdiody,poněvadž diody tohoto typu vykazují velmi nízkou přechode-vou kapacitu a takto minimalizují parazitní vazbu v době, kdy dioda nevede. Předcházející dva příklady kaskádních obrazových spína-čů dávají vynikající zeslabení. Obě tato příkladná provede-ní spínačů jsou však relativně složitá, poněvadž vyžadujísvorkovaci tranzistor nebo napěíový zdroj pro předpětí opač-né polarity pro udržení rozpojeného stavu spínače.

Tento vynález je zamýšlen zejména pro opatření spínačetypu používajícího diodu, v němž se však nevyžaduje odděle-ný zdroj předpětí opačné polarity pro udržení spínače v ro-zepnutém stavu.

Podstata vynálezu

Spínací obvod zahrnuje podle vynálezu diodu, jejíž prvníelektroda je připojena přes kondenzátor, blokující stejnosměr-ný signál, ke zdroji spínaného vstupního signálu a jejíž dru-há elektroda je přes výstupní obvod připojena k výstupní svorce. Řídicí obvod předpětí je připojen k první a druhé elek-trod^ diody pro zajištění prvního pracovního režimu pro vy-tvoření předpětí v propustném směru na diodě tehdy, mají-libýt vstupní signály přivedeny k výstupní svorce, a pro za- jištění stejnosměrného odizolování první elektrody diodytak, že dioda usměrňuje střídavý vstupní signál k ní přive-dený a takto vytváří předpětí opačné polarity pro rozepnu-tí diody.

Dalším aspektem tohoto vynálezu je, že výstupní obvodobsahuje neaditivní směšovač.

Ještě dalším aspektem tohoto vynálezu je, že výstupníobvod zahrnuje zesilovač a neaditivní směšovač Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále podrobněji popsán podle přiloženýchvýkresů, kde na obr. 1 je znázorněno schéma spínače podlevynálezu a na obr. 2 je blokové schéma, 'částečně provedenéjako schéma zapojení barevného televizního přijímače podlevynálezu, zahrnující příkladné hodnoty prvků zapojení spí-nače podle obr. 1 a zahrnující další rysy spínače pro znázorně né a popsané příkladné provedení. r Příklady provedeni vynálezu

Spínací obvod podle obr. 1 zahrnuje vstupní svorku 10pro příjem spínaného vstupního signálu Si, a výstupní svorku12 pro zajištění spínaného výstupního signálu. Je zde i dio-da l4, jejíž první elektroda, katoda l6, je spojena přesblokovací kondenzátor 20 k signálové vstupní svorce IQ, a - 5 - jejíž druhá elektroda, anoda 18, je přes výstupní obvod,tvořený kaskádním zapojením zesilovače 30 a neaditivníhosměšovače 40, připojena k výstupní svorce 12. Zesilovač 30obsahuje NPN tranzistor Q1, jehož báze je spojena s anodou,18 diody 14, jehož emitor je přes emitorový rezistor 32připojen ke zdroji referenčního potenciálu, což je zde zem-ní svorka, a jehož kolektor je přes zatěžovací rezistor 34kolektoru připojen ke vstupní svorce 25 napájecího napětí.Kladné napájecí napětí Vs je přivedeno k napájecí svorce 25.Neaditivní směšovač 40 obsahuje dvojici NPN tranzistorů Q2a 03« jejichž kolektory jspu připojeny k napájecí svorce 25a jejichž emitory jsou připojeny k výstupní svorce 12 a spo-jeny se zemá'přes proudový zdroj 42. Proudový zdroj 42 můžebýt realizován jako rezistor nebo jako tranzistor, opatřenýpředpětím tak, aby pracoval jako proudový zdroj. Báze 44tranzistoru 02 slouží jako jeden vstup neaditivního směšovače40 aje připojena k výstupu zesilovače 30 na kolektor tranzis-toru Ql. Báze 46 tranzistoru Q3 slouží jako druhý vstup neadi-tivního směšovače 40 a je připojena ke vstupní svorce 50. V tomto příkladném provedení vynálezu je stejnpsměrné před-pětí Vb přivedeno ke vstupní svorce 50 · V dalším příkladnémprovedení, o němž bude pojednáno dále, se druhý spínaný vstup-ní signál přivádí ke vstupní svorce 50

Zbývající prvky z obr. 1 zahrnují obvod řízení předpětípro diodu 1,4 pro zajištění prvního pracovního režimu, v němž - 6 - je dioda 14 opatřena předpětím v propustném směru pro při-vedení vstupního signálu Si k výstupní svorce 12 přes zesilo-vač 30 a neaditivní směšovač 40, a pro zajištění druhého pra-covního režimu, v němž je katoda 16 diody 14 stejnosměrně od-izolována, takže dioda 14 usměrňuje střídavou složku vstupní-ho signálu Si, přiváděnou přes blokovací kondenzátor 20, čímžse vytváří předpětí opačné polarity pro diodu 14, která roze-píná či-li dostává se do nevodivého stavu. Jak bude vysvětleno,zesilovač 30 a neaditivní směšovač 40 zajišťují další zeslabe-ní vstupního signálu v odezvu na stav předpětí, do něhož sedioda- 14 sama dostala. Obvod řízení předpětí obsahuje prvnírezistor 62, zapojený mezi napájecí svorku 22 asnodu 18 dio-dy 14, a druhý rezistor 64, zapojený do serie se spínačem 60mezi ^katodu 16 a zdroj referenčního potenciálu, což je zde zemní bod 66. Činnost spínacího obvodu z obr. 1 bude popsána nejdřívepro případ, kdy je řídicí spínač 60 sepnutý. Za této podmín-ky existuje mezi napájecí svorkou 25 a zemním bodem 66 stej-nosměrná dráha přes rezistory 62, diodu l4, rezistor 64 a spí-nač 60. Proudový tok po této dráze má dva účinky. Jednak ote-vírá diodu 14 tím, že na ní vytváří předpětí v průchodném směru,takže dioda 14 přivádí střídavou složku vstupního signálu Sik bázi tranzistoru 21 zesilovače 32,» jednak rezistory 62 a 64vytváejí s diodou 14 dělič potenciálu, který zajišíuje teplotněkompenzované stejnosměrné předpětí na bázi tranzj&oru Q.1, což - 7 - uvádí tranzistor Q1 do oblasti lineární činnosti.. Teplotněkompenzační účinek se dostavuje proto, poněvadž napěťovézměny napětí Vbe přechodu báze - emitor tranzistorujsou doprovázeny podobnými změnami napětí na P-Ň přechodudiody 14. Odtud v tomto pracovním režimu má dioda 14 dvojífunkci : jednak provádí propojení střídavé složky vstupníhosignálu Si, jednak zajišťuje teplotní kompenzaci napětí ν^θtranzistoru zesilovače iq.

Zesilovač 30 zesiluje střídavou složku vstupního signáluSi přivedenou přes diodu l4. Zesílení zesilovače 30 je dá-no, s dostatečnou přesností, poměrem odporů zatěžovacího re-zistoru 34 kolektoru a zatěžovacího rezistoru 32 emitoru. Ty-to rezistory, ve spojení se stejnosměrným předpětím přilože-ným na bázi tranzistoru Ql, také určují klidové napětí kolek-toru, což je faktor, který bude uvažován v činnosti následu-jícího stupně, kterým je neaditivní směšovač 40. Výhodný stavpředpětí pro zesilovač 30 je takový, který zajistí napětívýstupního signálu v rozsahu, určeném napájecím napětím Vspřivedeným ke svorce 25. a předpětím Vb, přivedeným ke svorce50 ♦ Příkladně lze zvolit stejnosměrné předpětí pro zesilovač30 takové, aby výstupní napětí dosahovalo asi tříčtvrtinovéhodnoty napájecího napětí Vs a předpětí Vb lze zvolit takové,aby dosahovalo asi poloviční hodnoty napájecího napětí Vs.

Pro vynález je důležité, aby předpětí Vb pro neaditivní směšo vač 40 bylo qienší než napájecí napětí Vs pro zesilovač JO a 8 aby předpětí zesilovače 30 mělo klidovou hodnotu mezi hodnotou napájecího napětí Vs a předpětí Vb. Na příklad mů-že být při napájecím napětí Vs = 12V přiloženo předpětí za-jišíu jící klidové výstupní napětí 9V a předpětí Vb, přivádě-né k neaditivnímu směšovači 40, může mít hodnotu 6V.

Zesílený signál na výstupu zesilovače 30. to jest na ko-lektoru tranzistoru Q1, se přivádí k tranzistoru Q2 neadi—tivního směšovače 40. Tranzistor Q3. jehož stejnosměrné před-pětí je menší než u tranzistoru Q2, jak bylo vysvětleno vý-še, je proto odpojen a tranzistor Q2 a proudový zdroj 42 pra-cují jako emitorový sledovač pro přivedení zesíleného výstup-ního signálu k výstupní svorce 12.

Krátce shrnuto, sepnutím spínače 60 dojde k vytvoření, ji y předpětí na diodě l4, které otevře, a ta zajištuje funkci,a to otevírá cestu střídavé složce vstupního signálu Si kzesilovači JO, a současně generuje teplotně kompenzované stejnosměrné předpětí pro zesilovač JO. Zesilovač 30 zesilujepřivedený signál a zajišťuje výstupní napětí na stejnosměrnéúrovni, které vytváří předpětí opačné polarity pro tranzistor21 ne aditivního šměšovače 40, a je připojen k výstupní svor-ce 12 přes tranzistor Q2. pracující jako emitorový sledovač. Činnost spínacího proudu z obr. 1 bude dále probrána propřípad, kdy je řídicí spínač 60 rozpenut. Za těchto podmí-nek neexistuje stejnosměrná dráha od katody 16 diody 14 k jakémukoliv bodu spínacího obvodu. Stejnosměrná izolacekatody 16 diody 14 má řadu význačných účinků na dříve popsa-nou činnost obvodu. Prvním účinkem je, že jeho stav umožňu-je, aby dioda 14 usměrnila střídavou složku vstupního sig-náu Si a uchovávala usměrněné napětí na kondenzátoru 20 ♦Kondenzátor 20 se nabíjí proudem tekoucím přes rezistory62 a diodu l4, když jsou odchylky vstupiního signálu nižšínež anodové napětí diody l4, ale není zde vybíjecí dráha atak akumulovaný náboj vytvoří na diodě 14 předpětí opačnépolarity a tím zeslabuje vstupní signál. Druhým účinkem roz-pojení spínače 60 je, že rezistory 62 a 64 už nevytvářejípředpětí pro tranzistor £1 zesilovače 30 pro jeho činnostv lineární oblasti. Namísto toho je proud, tekoucí rezisto-rem 62, zcela odkloněn do báze tranzistoru Q1 a tento proudúčinně přebudí tranzistor 01 do nelineárního režimu, v němžje tranzistor Q1 saturován nebo je alespoň blízko své satu-race. Plná saturace není podstatná. Pro tento vynález je dů-ležité pouze to, aby se stejnosměrné předpětí tranzistoruQ1 změnilo natolik, aby došlo k poklesu napětí na kolektoruna úroveň, dostačující k vytvoření předpětí opačné polarityna tranzistoru Q2 neaditivního směšovače 40. Tato úroveňpředstavuje jakékoliv napětí menší než stejnosměrné předpě-tí Vb, přivedené ke svorce JO. Když k tomuto dojde, je natranzistoru 02 předpětí opačné polarity a tranzistor 03 pra-cuje v součinnosti s proudovým zdrojem 42 jako emitorový sle 10 dovač pro přivedení signálu předpětí Vb k výstupní svorce12. Odtud v tomto pracovním režimu, to jest jestliže je spí-nač 60 rozepnut, je vstupní signál Si zeslaben diodou 14,která generuje své blokovací napětí usměrňováním vstupníhosignálu, a zesilovačem 30 a^neaditivním směšovačem 40.

Obr. 2 znázorňuje ppužití spínacího obvodu z obr. 1pro selektivní spínání dvou barvonosných vstupních signálův barevném televizním přijímači. Tento obrázek rovněž znázor-ňuje příkladné hodnoty prvků a napětí .

Barevný televizní xxgxá± přijímač z obr. 2 zahrnujejednotku 200 tuneru a mezifrekvenčního zpracování signáluběžné konstrukce,, mající vstupní svorku 210 pro příjem vysokofrekvenčního modulovaného obrazového vstupního signálu a vý-stup pro zajištění demodulovaného obrazového výstupního sig-nálu v základním pásmu. Další složené obrazové vstupní sig-nály v základním pásmu jsou zajištěny prostřednictvím přídav-ných vstupních konektorů 212 a 214. Pro příjem obrazovéhovstupního signálu v základním pásmu, a to v odděleném jaso-vém formátu jako signál SVHS-Y a barvonosném formátu jakosignál SVHS-C, je zajištěn vstupní konektor 2l6 Super VHS.

Pro selektivní připojeni signálů Sl, AUX-1, AUX-2 a SVHS—Yke vstupu 222 hřebenového filtru 230 je zajištěn čtyřpoloho—vý volič 220* Volba kanálu projjednotku 200 tuneru a mezifrek-venčního zpracování signálu a volba signálu čtyřpolohovýmvoličem 220 je řízena řídicí jednotkou 240. Hřebenový filtr 11 230 má jasový výstup Y a barvonosný výstup C připojeny kjednotce 250 zpracování a zobrazení obrazového signálu běž-né konstrukce pro zpracování a zobrazení barevných obrazo- vých signálů. Hřebenový filtr 230 je typu majícího výstup-ní stupen s emitorovým sledovačem pro barvonosný signál. Ten-to stupeň je v hřebenovém filtru 230 představován tranzisto-rem Q3 a proudovým zdrojem 42, přičemž na bázi tranzistoru32 je předpětí asi 6V. Je třeba poznamenat, že tyto prvkyjsou identické s těmi, které byly použity v ne aditivním smě-šovači 40 ♦ Výhodné je, že přítomnost emitorového sledovačeve hřebenovém filtru 230 eliminuje potřebu tohoto prvku vbarvonosném spínači 280 Super VHS, jak bude nyní popsáno.

Barvonosný spínač 280 Super VHS odpovídá spínači z obr.ls následujícími modifikacemi. Mezi vstupní svorkou 10 a zemíje zapojen přizpůsobovací rezistor 282 vstupního signálu.Tento rezistor 282 uzavírá barvonosný signál SVHS přivedenýz konektoru 216 VHS standartní charakteristikou impedancí75 ohmů. Ochrana proti elektrostatickému výboji je zajištěnaochranným rezistorem 284 zapojeným do serie s kondenzátorem20. Rezistor 64 z obr. 1 je realizován sériovým zapojenímdvojice rezistorů, hodnota jejichž odporu je 2,7 kiloohmů,přičemž jejich společná svorka je přes kondenzátor 470 pPpřipojena k zemi. Tento obvod pracuje jako dolní propust,zajištující dvojí funkci, a to potlačení šumu ze spínače 60, 12 aby se tento nedostal do pracovního kanálu barvonosnéhosignálu, a potlačení barvonosných signálů, aby se nedostalydo spínače 60 a aby takto neinterferovaly s jinými signály,které by mohly být sepnuty spínačem 60. Další změnou v tom-to příkladném provedeni je zahrnutí neizolovaného rezistoru470 ohmů mezi bázi tranzistoru Q1 a anodu diody 14 pro izo-laci parazitních kapacit souvisejících s tranzistorem Q1.Spínač 60 je řízen řídicí jednotkou 240. V činnosti řídicí jednotka 240 volí signály pro zobraze-ní řídicími spínači 220 a 60. Například při volbě obrazovýchsignálů Sl, AUX-1 nebo AUX-2 vyšle řídicí jednotka 240 od-povídající signály volby ke spínači 220 a současně vyšleblokovací signál ke spínači 60, který rozpojí spínač 60. Toznemožní tok signálu ve dráze barvonosného signálu Super VHS,jak bylo dříve vysvětleno. Krátce shrnuto, v tomto režimu sidioda sama vytvoří předpětí, kterým se uzavře, a to usměrně-ním barvonosného signálu Super VHS, je-li nějaký přítomen,zesilovač 30 je přiveden k saturaci nebo do saturace a neadi—tivní směšovač 40 zvolí výstupní signál hřebenového filtru.Když je řídicí jednotkou 240 zvolen ze vstupního konektoru216 zdroj signálu Super VHS, spínač 220 přivede jasový signálSuper VHS k procesoru 250 a barvonosný signál Super VHS jepřivedenk procesoru 250 přes diodu 14, zesilovač 30 a neadi—tivní směšovač 40. jak bylo dříve vysvětleno v popise obr.l.

Claims (8)

P A T E N TO 42 žS

1. Spínací obvod, přes blokovací

ho signálu a svou anodou přes výstupní obvod s výstupnísvorkou pro zajištění spínaného výstupního signálu, v y-značující se tím, že ke katodě (l6) a ano-dě (18) diody (l4) je připojen obvod (62, 64, 6θ) ří-zení předpětí pro připojení vstupního signálu (Si) k vý-stupní svorce (12), přičemž spínací obvod má druhý pracov-ní režim pro zajištění stejnosměrného odizolování katody(l6) diody (l4), kdy dioda (l4) usměrňuje střídavou slož-ku vstupního signálu (Si) na ni přicházejícího přes kon-denzátor (20), čímž generuje předpětí obrácené polaritypro uvedení diody (l4) do nevodivého stavu. yznačující se4θ) zahrnuje neaditivní smě- yznačující se4θ) zahrnuje zesilovač (30). yznačující se 4θ) zahrnuje v kaskádním zesilovač (30) a neaditivní

2. Spxnacx obvod podle bodu 1, vtím, že výstupní obvod (30,šovač (40).

3. Spínací obvod podle bodu 1, vt í m, že výstupní obvod (30,

4. Spínací obvod podle bodu 1, vtím, že výstupní obvod (30,zapojení ve jmenovaném pořadísměšovač (4o). - 14

- 5· Spínací obvod podle bodu 4,vyznačuj ící setím, že neaditivní směšovač (4θ) zahrnuje první vstup(44), připojený k výstupu zesilovače (30) a druhý vstup(46), k němuž je přivedeno předpětí (Vb), které je men-ší než napájecí napětí(Vs) přivedené k zesilovači (30) ,přičemž zesilovač (30) je opatřen předpětím pro zajiště-ní klidového výstupního napětí, jehož hodnota, je mezihodnotami napájecího napětí (Vs) a předpětí (Vb).

6. Spínací obvod podle bodu 1, vyznačující set í m, že dioda (l4) v prvním pracovním režimu zajišťujeteplotně kompenzované stejnosměrné předpětí pro zesilovač(30) ve výstupním obvodě (30, 4o).

7· Spínací obvod podle bodu 3, vyznačující set í m, že dioda (l4) v prvním pracovním režimu zajišťujeteplotně kompenzované stejnosměrné předpětí pro zesilovač(30) ve výstupním obvodu (30, 4θ).

8» Spínací obvod podle bodu 4,vyznačující set ím, že dioda (l4) v prvním pracovním režimu zajišíujeteplotně kompenzované stejnosměrné předpětí pro zesilovač(30) ve výstupním obvodu (30, 4θ).