CS233353B1

CS233353B1 - Differential Analog Multiplexer Connection

Info

Publication number: CS233353B1
Application number: CS30881A
Authority: CS
Inventors: Kamil Vrba
Original assignee: Kamil Vrba
Priority date: 1981-01-16
Filing date: 1981-01-16
Publication date: 1985-03-14

Abstract

Vynález ae týká zapojeni rozdílového analogového nultiplexu. Podstatou vynálezu je, žo k neinvertujíoímu vstupu operačního zesilovače jsou přes řldiolm obvode· řízené aplnača připojeny odporové děliče, k jejichž vstupům ae přikládá vstupní napětí, od ktorého ae odečítá vstupní napětí, přiváděné obdobný· způsobe· k invertujícímu vstupu operačního zesilovače. Vynález je a výhodou možno využit v aěřicíoh přístrojích či měřicích ústřednách, a to zejména pro dálkové či automatické ovládáni.The invention relates to the connection of a differential analog nulliplex. The essence of the invention is that resistive dividers are connected to the non-inverting input of an operational amplifier via a controlled amplifier circuit, to whose inputs the input voltage is applied, from which the input voltage is subtracted, fed in a similar manner to the inverting input of the operational amplifier. The invention can be advantageously used in measuring instruments or measuring centers, especially for remote or automatic control.

Description

Vynález se týká zapojeni rozdílového analogového multiplexeru, tvořeného operačním zesilovačem, k jehož invertu jí čímu vstupu jsou připojeny první vstupy prvního až N—tého spínače prvního až N—tého odporového déliče invertu— jícího vstupu, kde N je počet invertujících vstupů zapojení, druhý vstup každého n—tého spínače n—tého odporového děli·» če invertujícího vstupu, kde n je přirozené číslo v rozme·· zi od 1 do Jí, je spojen s prvním vývodem vstupního odporu a s prvním vývodem zpětnovazebního odporu a—tého odporového děliče invertujíeí&e vstupu, řídicí vstup každého n—tého spínač· n—tého odporového děliče invertujícího vstupu je připojen k n-tému výstupu prvního řídicího obvodu, druhé vývody zpětnovazebních odporů prvního až N—tého odporového děliče invertujícího vstupu jsou připojeny k výstupu operačního zesilovače a druhý vývod vstupního odporu každého a—tého odporového děliče invertujícího vstupu je spojen s n—tým invertujícím vstupem zapojení.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a differential analog multiplexer circuit comprising an operational amplifier, the inverting of which is connected to the first inputs of the first to N-th switch of the first to N-th resistive divider of the inverting input. of each nth switch of the nth inverting input divider, where n is a natural number in the range of 1 to J, is connected to the first input resistor terminal and the first feedback resistor terminal of the inverting input divider & e , the control input of each n-th switch of the n-th inverting input divider is connected to the n-th output of the first control circuit, the second feedback resistor terminals of the first to N-th inverting input divider are connected to the operational amplifier output and the second input resistance The 0-th resistive divider of the inverting input is coupled to the n-th inverting input of the wiring.

Multiplexer pro analogové signály je zpravidla součástí zařízení měřicích ústředen, kdo se různé vstupní elektric* ké analogové signály přepínají například automaticky nebo dálkově z místa obsluhy zařízení do jednoho měřicího bodu·A multiplexer for analog signals is usually part of the control panel equipment, which switches various input electrical analog signals, for example, automatically or remotely from the point of operation of the device to one measuring point.

V některých aplikacích je vhodné, aby multiplexer mimo základní funkce, to je přepínání několika signálů do jednoho měřicího bodu, současně prováděl rozdíl dvou zvolených vstup- 2 233 353 nich napětí. Takový multiplexer je pak znám pod názvem rozdílový analogový multiplexer.In some applications, it is desirable that the multiplexer outside of the basic functions, that is, switching several signals to a single measuring point, simultaneously make the difference of the two selected inputs - 2 233 353 them of voltage. Such a multiplexer is then known as a differential analog multiplexer.

Rozdílový analogový multiplexer lze řešit několika způsoby. Nejednodušším řešením je rozdílový multiplexer obsahující standartní rozdílový zesilovač, například osazený operačním zesilovačem, který má k invertujíčímu a neinver— tujícímu vstupu připojeny mechanické přepínače, jejichž prostřednictvím jsou přiváděná elektrická signály podle požadavků přepínány k invertujícímu či neinvertujícímu vstupu.Differential analog multiplexer can be solved in several ways. The simplest solution is a differential multiplexer comprising a standard differential amplifier, for example fitted with an operational amplifier, which has mechanical switches connected to the inverting and non-inverting input, through which the supplied electrical signals are switched to the inverting or non-inverting input as required.

Nevýhodou tohoto řešení je omezená rychlost přepínání a v neposlední řadě taká mechanická nespolehlivost tohoto typu rozdílového multiplexeru. V některých aplikacích je je— iThe disadvantage of this solution is the limited switching speed and, last but not least, such mechanical unreliability of this type of differential multiplexer. In some applications it is - i

ho nevýhodou taká to, že není vhodný k dálkovému ovládání a k ovládání pomocí elektrického signálu vůbec.its disadvantage is that it is not suitable for remote control and control by electric signal at all.

V dalším známém řešení rozdílového multiplexeru jsou použity elektromechanické přepínače realizované řadou relé. Nevýhodou tohoto řešení obdobně jako u rozdílových multiplexerů s mechanickými přepínači, je omezená rychlost přepínání a značná mechanická nespolehlivost.In another known differential multiplexer solution, electromechanical switches implemented by a series of relays are used. The disadvantage of this solution, as with differential multiplexers with mechanical switches, is the limited switching speed and considerable mechanical unreliability.

Proto se zejména pro účely rychlého a spolehlivého přepínání používají rozdílové multiplexery s polovodičovými přepínači. Jsou to zpravidla zapojení, kde mechanické neboTherefore, especially for fast and reliable switching purposes, differential multiplexers with semiconductor switches are used. They are usually wiring where mechanical or

- 3 233 353 elektromechanické přepínače jsou přímo nahrazeny polovodičovými přepínači.- 3 233 353 electromechanical switches are directly replaced by semiconductor switches.

Nevýhodou těchto známých zapojení rozdílových multiplexerů je, že se nepříznivě projevují reálné vlastnosti použitých polovodičových spínačů, především nenulový odpor spínače v sepnutém stavu a nelineární závislost tohoto odporu na protékajícím proudu a na okolní teplotě. Vzhledem k zapojení těchto multiplexerů je nutno odpor spínače považovat za součást odporové sítě multiplexeru, což vede k nepřesnosti a nestabilitě nastaveného přenosu multiplexeru.The disadvantage of these known differential multiplexer circuits is that the real properties of the semiconductor switches used are unfavorable, in particular the non-zero resistance of the switch in the closed state and the non-linear dependence of this resistance on the flowing current and ambient temperature. Due to the connection of these multiplexers, the resistance of the switch must be considered as part of the multiplexer resistor network, which leads to inaccuracy and instability of the set multiplexer transmission.

Tyto nevýhody do značné míry odstraňuje zapojení rozdílového analogového multiplexeru podle vynálezu, jehož podstatou je, že k neinvertujícímu vstupu operačního zesilovače jsou připojeny první vstupy spínačů prvního až. M-tého odporového děliče neinvertujícího vstupu, kde M je počet neinvertujících vstupů zapojení, druhý vstup každého m-tého spínače m-tého odporového děliče neinvertujícího vstupu, kde m je přirozené číslo v rozmezí od 1 do M, je spojen vždy s prvním vývodem vstupního odporu a s prvním vývodem zpětnovazebního odporu m—tého odporového děliče neinvertujícího vstupu, řídicí vstup každého m-tého spínače φ-tého odporového děliče neinvertujícího vstupu je připojen vždy k m—tému výstupu druhého řídicího obvodu, druhé vývody zpětnovazebních odporů prvního až M-tého odporového děliče jsou spojeny seThese disadvantages are largely eliminated by the circuit of the differential analog multiplexer according to the invention, which is based on the fact that the first inputs of the switches 1 to 4 are connected to the non-inverting input of the operational amplifier. M-th non-inverting input divider, where M is the number of non-inverting wiring inputs, the second input of each m-th non-inverting input m-switch, where m is a natural number between 1 and M, is always connected to the first input terminal the first input of the m-th resistor non-inverting input resistance feedback terminal, the control input of each m-th non-inverting input m-th switch of the non-inverting input is always connected to the second output circuit of the second control circuit; are associated with

233 383 společným vodičom, přičemž druhý' vývod vstupního Odporu každého n-tého odporového děliče jo spojen vždy ⁸ n-tým noinvortujíeím vstupom zapojení·233 383 with the common conductor, the second input of the Resistance of each nth resistive divider is always connected by ⁸ nth noninvorting input of the connection ·

Výhodou zapojení rozdílového analogového multiplexeru podle vynálezu je praktické potlačení nepři znivých reálných vlastností polovodičových spínacích prvků, zejména pokud jde o nenulový odpor spínače v sepnutém stavu a nelineární závislost tohoto odporu aa protékajícím proudu a na okolní teplotě·The advantage of connecting the differential analog multiplexer according to the invention is the practical suppression of the unfavorable real properties of the semiconductor switching elements, especially with regard to the non-zero resistance of the switch in the closed state and the non-linear dependence of this resistance aa current and ambient temperature.

Příkladné provedení zapojení rozdílového analogového multiplexeru podle vynálezu je znázorněno aa výkrese·An exemplary embodiment of a differential analog multiplexer circuit according to the invention is shown in the drawing.

Zapojení rozdílového analogového multiplexeru Je tvořeno operačním zesilovačem 1, k jehož invortujícímu vstupu jsou připojeny první vstupy prvního až lf-tého spínače 811 až SIM prvního až M-tého odporového děliče DII až DUT, kdo lf je počet iavertujících vstupů zapojení· Druhý vstup každého n-tého spínače Sjfen—tého odporového děliče Plh invertuj ícího vstupu, kde n je přirozené číslo v rozmezí od 1 do N, je spojen vždy s prvním vývodem vstupního odporu Rln a s prvním vývodem zpětnovazebního odporu R2n n—tého odporového děliče Din invertujícího vstupu· §ídicí vstup každé— oDifferential analog multiplexer wiring It consists of an operational amplifier 1, whose inverting input is connected to the first inputs of the first to lf-th switches 811 to SIM of the first to M-th resistive divider DII to DUT, who lf is the number of inverting wiring inputs. The inverting input plh, where n is a natural number between 1 and N, is always connected to the first input resistor terminal R1n and the first feedback resistor terminal R2n of the nth resistor input inverse input. control input each

ho n—tého spínače 8In n-tého odporového děliče Din invertujícího vstupu je připojen k n-tému výstupu prvního ř/dicíhoof the nth switch 8In of the nth resistor divider of the inverting input is connected to the nth output of the first control /

233 3S3 obvodu 2. Druhé vývody zpětnovazebních odporů R21 až R2N prvního až N—tého odporového děliče DII až DIN invertují» čího vstupu Jsou připojeny k výstupu operačního zesilovače i a druhý vývod vstupního odporu Rln každého n-tého odporového děliče Din invertujícího vstupu je spojen vždy s n-tým invertujícín vstupem ln zapojení. K ne invertují čímu vstupu operačního zesilovače χ Jeou připojeny první vstupy spínačů SNI až SNM prvního až M-tého odporového děliče D21 až D2M neinvertujícího vstqpu, kde M je počet neinvertujících vstupů zapejepí. Druhý vstup každého m—tého spínače §gm m-tého odporového děliče D2m neinvertujícího vstupu, kde m je přirozené číslo v rozmezí od 1 do M, je spojen vždy s prvním vývodem vstupního odporu R3m a s prvním vývodem zpětnovazebního odporu R4m m-tého odporového děliče D2m neinvertujícího vstupu. $ídicí vstup každého* m-tého spínače SHm m-tého odporového děliče D2m neinvertujícího vstupu je připojen vždy k m-témm výstupu druhého řídicího obvodu 2· Druhé vývody zpětnovazebních odporů R4l až R^M prvního až M—tého odporového děliče D21 až D2M jsou spojeny ee společným vodičem k. Druhý vývod vstupního odporu R3m každého m-tého odporového děliče D2m je spojen s m-tým neinvertujícím vstupem 2m zapojení.233 3S3 circuit 2. The second terminals of the feedback resistors R21 to R2N of the first to N —the resistive input divider DII to DIN are connected to the output of the operational amplifier i and the second input resistor output Rln of each nth resistive divider of the inverting input is always connected. with n-team inverting input ln wiring. The first inputs of the switches SN1 to SNM of the first to M-th resistive divider D21 to D2M of the non-inverting input, where M is the number of non-inverting inputs, are connected to not. The second input of each m-th switch of the m-th resistor divider D2m of the non-inverting input, where m is a natural number between 1 and M, is always connected to the first input of R3m resistor and the first feedback resistor R4m of the m-th resistor D2m non-inverting input. The control input of each * m-th switch SHm of the m-th resistive divider D2m of the non-inverting input is always connected to the m-th output of the second control circuit 2 · The second feedback resistors R4l to R ^ M of the first to M-th resistive divider D21 to D2M The second input resistor R3m of each m-th resistive divider D2m is connected to the m-th non-inverting 2m wiring input.

V činnosti je rozdílový analogový multiplexer podle vynálezu osazen diferenčním operačním zesilovačem 1, kterýIn operation, the differential analog multiplexer according to the invention is fitted with a differential operational amplifier 1, which:

233 3S3 pracuje v rozdílové· uspořádání· Vstupní napití, které ná být v konečném výsledku odečteno, se přivádí proti společnému vodiči 4 na příslušný invertující vstup 11 až 1N zapojení, to je na druhý vývod vstupního odporu »11 až R1N příslušného odporového dšliče PII až DIK invertujícího vstupu· Vstupní napétí, od kterého se v konečném výsledku odečítá, ee pak přivádí proti epoločnénu vodiči 4 na příslušný neinvertující vstup 21 až 2M zapojení, to je na druhý vývod vstupního odporu »31 až R3M příslušného odporového dšliče P21 až D2M neinvertujiciho vstupu· Při provozu rozdílového multiplexeru je neznázornšným elektrickým řídicím signálem z výstupu prvního řídicího obvodu _2 spínačů Sil až SIN prvního až N—tého odporového dšliče PII až DIN invertujícího vstupu sepnut pouze jediný zvolený spínač Sin n-tého odporového dšliče Pln invertujícího vstupu a současné je jiným neznázorněným řídicím signálem z výstupu druhého řídicího obvodu 2 spínačů SNI až SNM prvního až M—tého odporového dšliče P21 až P2M neinvertujiciho vetupu sepnut pouze jediný zvolený spínač SNm m—tého odporového dšliče P2m neinvertujícího vstupu. Výstupní napští se odbírá z výstupu £ zapojení proti společnému vodiči 4. Jsou-li tedy sepnuty pouze n-tý spínač Sin n-tého odporového dšliče Din invertujícího vstupu a m-tý spínač SNm m-tého odporového dšliče D2m neinvertujícího vstupu a všechny ostatní spínače ze skupiny spínačů Sil až SIN prvního až N-tého odporového dšliče Pil f$ž gJN233 3S3 works in a differential arrangement · The input voltage, which is ultimately to be subtracted, is applied against the common conductor 4 to the respective inverting input 11 to 1N circuit, i.e. to the second output of the input resistor »11 to R1N DIK of the inverting input · The input voltage, which is ultimately subtracted, is then applied to the non-inverting input 21 to 2M wiring to the non-inverting input 21 to 2M, i.e. to the second output of the input resistor »31 to R3M of the non-inverting input P21 to D2M When operating the differential multiplexer, only the selected selected switch Sin of the nth resistive tester Pln of the inverting input and the current inverting input is closed by a not shown electrical control signal from the output of the first control circuit 2 of the switches S1 to SIN of the first to Nth resistor. only one control switch SNm to the non-inverting input P1 to P2M of the non-inverting resistance P1 to P2M of the non-inverting resistive switch P1 to P2M of the non-inverting resist switch P1 to P2M of another input circuit is not shown. The output voltage is withdrawn from the output wiring against the common conductor 4. Thus, if only the nth switch Sin of the nth resistive tester Din of the inverting input and the mth switch SNm of the mth resistor D2m of the noninverting input and all other switches are closed. from the group of switches S1 to SIN of the first to N th resistive tester Pil f ž gJN

233 3S3 invertujícího vstupu a SNI až SNM prvního až M—tého odporového děliče P21 až P2M neinvertujíčího vstupu jsou rozpojeny, je výstupní napětí233 3S3 inverting input and SNI to SNM of the first to M — th resistive divider P21 to P2M of the non-inverting input are open, the output voltage is

R2nR2n

SinHall

S4mS4m

R3m+ S4m u2m —R3m + S4m u2m

R2nR2n

Sin uln kde uG značí napětí na výstupu 2. zapojení, uln značí vstupní napětí n-tého invertujícího vstupu ln zapojení, Sin značí hodnotu vstupního odporu Sin n-tého odporového děliče Pln invertujícího vstupu, S2n značí hodnotu zpětnovazebního odporu R2n n-tého odporového děliče Pln invertujícího vstupu* kde n je přirozené číslo v rozmezí od 1 do N, u2m značí vstupní napětí m-tého neinvertují čího vstupu 2m. S3m značí hodnotu vstupního odporu R3m m—tého odporového děliče P2m neinvertují čího vstupu a S4m značí hodnotu zpětnovazebního odpo>ru S4m m—tého odporového děliče P2m neinvertujícího vstupu, kde m je přirozené číslo v rozmezí od 1 do M.Sin uln where uG denotes voltage at output 2 of wiring, uln denotes input voltage of n th inverting input ln wiring, Sin denotes input resistance value Sin n th resistive divider Pln inverting input, S2n denotes feedback value R2n n th resistive divider Fully inverting input * where n is a natural number ranging from 1 to N, u2m denotes the input voltage of the m-th non-inverting input 2m. S3m denotes the input resistance value R3m of the m-th resistive divider P2m of the non-inverting input and S4m denotes the feedback resistor value S4m of the m th resistive divider P2m of the non-inverting input, where m is a natural number between 1 and M.

Ostatní nevyužitá napětí, která jsou připojena k invertuj ícím vstupům 11 až IN zapojená, jsou přes ostatní odporové děliče Pil až DIN invertujícího vstupu přivedena k výstupu £ zapojení· Protože výstup operačního zesilovače 1 představuje tvrdý zdroj napětí, nemají tato nevyužitá napětí na činnost Zapojení prakticky vliv. Ostatní nevyužitá napětí, která jsou připojena k neinvertují cím vstupům 21 až 2M se také neuplatní.The other unused voltages that are connected to the inverting inputs 11 to IN are connected through the other resistive divider P1 to DIN of the inverting input to the wiring output. Since the output of the operational amplifier 1 is a hard voltage source, these unused voltages do not influence. Other unused voltages that are connected to non-inverting inputs 21 to 2M also do not apply.

233 353233 353

Zvolí-li se příkladněIf selected by example

SŽS . K&ffi „ _kRln R3m kde Rln značí hodnotu vstupního odporu Rln n-tého odporového děliče Din invertují čího vstupu, R2n značí hodnotu zpětnovazebního odporu R2n n-tého odporového děliče Plh invertujíčího vstupu, kde n je přirozené číslo v rozmezí od 1 do N, R3m značí hodnotu vstupního odporu R3a a—tého odporového děliče Dga neinvertujíeího vstupu, Rěa značí hodnotu zpětnovazebního odporu R4a a-tého odporového děliče D2a neinvertujíeího vstupu, kde a js přirozené číslo v rozmezí od 1 do M a k značí absolutní hodnotu přenosu rozdílového multiplexeru uO u2m — uln kde uO je napětí na výstupu 2 zapojení, Uln značí vstupní napětí n-tého invertu jícího vstupu a u2a značí vstupní napětí a-tého neinvertujíeího vstupu 2a, přičemž η je přirozené číslo v rozsahu od 1 do N a a je přirozené čísle v rozsahu od 1 do M, lze z předcházejícího pro napětí uO na výsťw pu 2 zapojení prostým aitaetickým úkonem odvodit uO β k ( u2m - ul n).SŽS. K & ffi _"to Rln R 3m wherein Rln represents the value of the input resistance Rln nth resistive divider Din inverted Whose input R2n represents a value of the feedback resistor R2n nth resistive divider PLH inverting input, wherein n is an integer ranging from 1 to N, R 3m denotes the value of the input resistance R3a and - of the resistive divider Dga of the non-inverting input, Raa denotes the value of the feedback resistor R4a of the a-th resistive divider D2a of the non-inverting input, uln where u0 is the voltage at the output 2 of the wiring, Uln denotes the input voltage of the nth inverting input and u2a denotes the input voltage of the a-th noninverting input 2a, where η is a natural number ranging from 1 to N and a is a natural number ranging from 1 to M, it is possible to connect from the previous one for a voltage uO to to derive uO β k (u2m - ul n).

Právě nevyužívané Invertující vstupy 11 až IN zapojeníCurrently unused Inverting inputs 11 to IN connection

233 3S3 jeou přes odpovídající odporové dělič· DII až DIN invertujícího vstupu připojeny přímo na výstup operačního zesilovače 1. Každý nevyužívaný invertující vstup 11 až IN zapojení se proto jeví jako zdroj o napětí daném výstupním napětím zapojení e vnitřním odporem daným odpovídajícím odporovým děličem DII až DIN. V řadě aplikací však tato okolnost není na závadu.233 3S3 are connected directly to the output of operational amplifier 1 through the corresponding resistive divider · DII to DIN of the inverting input. Therefore, any unused inverting input 11 to IN of the circuit appears as a voltage source given by the circuit output voltage and internal resistance given by the corresponding resistor divider . However, in many applications this is not a problem.

Zapojení rozdílového analogového multiplexeru podle vy nálezu^ lze aplikovat- všude tam, kde je třeba rychle a přesně přepínat elektrické signály do jednoho měřicího bodu, přičemž je současně nutno provést rozdíl dvou zvolených vstupních napětí. Napojení je především vhodné pro dálkové či automatické ovládání a je ho proto možno použít v měřicích přístrojích či. měřicích ústřednách.The circuit of the differential analog multiplexer according to the invention can be applied wherever it is necessary to quickly and accurately switch electrical signals to one measuring point, while simultaneously making a difference of the two selected input voltages. The connection is especially suitable for remote or automatic control and can therefore be used in measuring instruments or. measuring exchanges.

Claims

Connection of differential analog multiplexer, formed by operational amplifier, to whose inverting input are connected first inputs of first to N th switch of beer to N th resistive divider of inverting input, where N is the number of inverting connection inputs, second input of each n th switch n- The nth resistive input divider, where n is a natural number between 1 and N, is associated only with the first input resistive input and the first feedback resistor output of the nth inverted input divider, the control input of each nth nth resistive switch the inverting input splitter is connected to the n-th output of the first control circuit, the second feedback resistor terminals of the first to N th resistive input divider are connected to the output of the opamp and the second input resistor output of each nth resistive divider is inverted is connected to the n-th inverting input of the wiring, characterized in that the non-inverting input of the operational amplifier (1) is connected to the first switch inputs (SNE to SNM) of the first to M th resistive divider (D21 to D2M). M is the number of non-inverting wiring inputs, the second input of each m-th switch (SNm) of the m-th resistive divider (D2m) of the non-inverting input, where m is a natural number ranging from 1 to M ) and the first outlet

- 11 233 3S3 feedback resistance (n4m) of the m-th non-inverting m-th resistor divider (D2m), the control input of each m-th non-inverting m-th resistor divider (SNm) (D2m) is always connected to the m-th output of the second circuit (3), the second feedback resistor terminals (r41 to RUM) of the first to Mth resistive divider (D21 to D2M) are connected to a common wire (4), the second input resistor (R3m) of each m-th resistive divider ( D2m) is always connected to the α-non-inverting input (2m).