CN103560772B - 一种低电阻的信号切换电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低电阻的信号切换电路，其包括：第一电压跟随器、第二电压跟随器、第一光控继电器、第二光控继电器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第一晶体管、第一二极管、第一电容器、第二电容器、第三电容器、第四电容器、第三运算放大器、第四运算放大器、第五运算放大器、第一电源和基准电源。本发明的信号切换电路能够避免其内部的其他电路装置与外接的工作电路相互干扰，避免使用模拟开关作为信号切换元件，使导通电阻大幅下降，达到了毫欧的级别，而且本发明的信号切换电路工作时的信号切换速度快、使用寿命高。

Description

一种低电阻的信号切换电路

技术领域

本发明涉及一种低电阻的信号切换电路。

背景技术

在电路应用时，经常会遇到外部信号和内部信号的切换问题，即当有外部的信号输入时，电路自动切换到外部信号；当信号去掉时，电路又自动返回到内部的信号输入状态。比较典型的技术案例是内置MIC和外置MIC的切换。

目前信号切换大体有一下几种方案：

1、通过机械式的切换结构进行切换。比如MIC的插口，当有外部的MIC插头插入时，插口内的弹片与原来的接触点断开，与插入的插头连接，这样完成了信号的切换。

2、手动切换，通过单刀双掷的开关或开关组进行内外信号的切换。

3、使用继电器进行切换，继电器充当了单刀双掷开关进行内外信号的切换。

4、使用模拟开关进行切换，模拟开关充当了单刀双掷的开关。

上述几种方案都各自有缺点

1、第一种机械式的切换结构，机构的寿命有限，切换速度低，而且在切换机构内会引入不必要的噪声干扰，不可以进行数字化控制，且接点容易氧化。

2、第二种采用单刀双掷的开关或开关组进行切换，同样会出现第一种方案所存在的问题。

3、第三种方案，解决了数字化控制的问题，但是电路的体积增大，切换速度不是很快，接点同样容易氧化。

4、第四种方案，解决了前三种方案所存在的问题，但又引来了新的问题。典型的模拟开关CD4053其最小导通电阻也有80欧左右，比较高端的模拟开关MAX4887的导通电阻也在5欧左右，导通电阻较大，在通信线路上使用会严重影响通信距离。

发明内容

本发明提供了一种低电阻的信号切换电路，其特征在于，该信号切换电路包括：第一电压跟随器、第二电压跟随器、第一光控继电器、第二光控继电器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第一晶体管、第一二极管、第一电容器、第二电容器、第三电容器、第四电容器、第三运算放大器、第四运算放大器、第五运算放大器、第一电源和基准电源。

其中第一电压跟随器由第一运算放大器构成，第二电压跟随器由第二运算放大器构成，该第一电压跟随器和第二电压跟随器的正输入端分别接收输入信号，第一电压跟随器和第二电压跟随器的负输入端分别连接各自的输出端，该第一光控继电器中的继电器的输入端连接所述第一电压跟随器的输出端，该第二光控继电器中的继电器的输入端连接所述第二电压跟随器的输出端，所述第一光控继电器中的发光二极管的阴极接地，所述第一光控继电器中的发光二极管的阳极连接第一电阻的一端，该第一电阻的另一端连接第一晶体管的集电极，该第一晶体管的发射极接第一电源，该第一晶体管的基极分别连接第二电阻的一端和第一电容器的一端，该第二电阻的另一端和第一电容器的另一端分别连接至第四电阻的一端，该第四电阻的另一端连接所述第二光控继电器中的发光二极管的阳极，所述第二光控继电器中的发光二极管的阴极接地，所述第一电压跟随器的输出端还连接第一二极管的阳极，该第一二极管的阴极连接第三电阻的一端，该第三电阻的另一端分别连接第四电容器的一端和第三运算放大器的正输入端，该第四电容器的另一端接地，该第三运算放大器的负输入端分别连接第九电阻的一端和第十电阻的一端，该第九电阻的另一端接地，该第十电阻的另一端连接该第三运算放大器的输出端，所述第三运算放大器的输出端还连接第五电阻的一端，该第五电阻的另一端分别连接第六电阻的一端和第二电容器的一端，该第六电阻的另一端分别连接第三电容器的一端和第四运算放大器的正输入端，该第三电容器的另一端接地，该第四运算放大器的负输入端分别连接第七电阻的一端和第八电阻的一端，该第七电阻的另一端接地，该第八电阻的另一端连接所述第四运算放大器的输出端，所述第二电容器的另一端也连接所述第四运算放大器的输出端，所述第四运算放大器的输出端还连接至第五运算放大器的正输入端，该第五运算放大器的负输入端连接基准电源，该第五运算放大器的输出端分别连接所述第二电阻的另一端和所述第一电容器的另一端。

优选的，所述第一晶体管是PNP晶体管。

优选的，第一电源的电压为5.0V，第一电阻的阻值为330欧姆，第二电阻的阻值为4.7千欧姆，第三电阻的阻值为10千欧姆，第四电阻的阻值为330欧姆，第五电阻的阻值为10千欧姆，第六电阻的阻值为10千欧姆，第七电阻的阻值为10千欧姆，第八电阻的阻值为51千欧姆，第九电阻的阻值为10千欧姆，第十电阻的阻值为51千欧姆，第一电容器的电容值为0.1uF，第二电容器的电容值为2.2uF，第三电容器的电容值为1uF，第四电容器的电容值为1uF，基准电压为2.5V。

本发明的低电阻的信号切换电路采用信号隔离装置，将所述信号切换电路中的其他电路装置与外接的工作电路进行隔离，避免相互干扰；另外，避免使用模拟开关作为信号切换元件，使导通电阻大幅下降，达到了毫欧的级别，而且本发明的信号切换电路工作时的信号切换速度快、使用寿命高。

附图说明

图1是本发明的低电阻的信号切换电路的原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一种低电阻的信号切换电路包括：第一电压跟随器F1、第二电压跟随器F2、第一光控继电器ORL1、第二光控继电器ORL2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第一晶体管Q1、第一二极管D1、第一电容器C1、第二电容器C2、第三电容器C3、第四电容器C4、第三运算放大器OP3、第四运算放大器OP4、第五运算放大器OP5、第一电源Vcc和基准电源。

其中第一电压跟随器F1由第一运算放大器构成，第二电压跟随器F2由第二运算放大器构成，该第一电压跟随器F1和第二电压跟随器F2的正输入端分别接收输入信号SIG1和SIG2，第一电压跟随器F1和第二电压跟随器F2的负输入端分别连接各自的输出端，该第一光控继电器ORL1中的继电器的输入端连接所述第一电压跟随器F1的输出端，该第二光控继电器ORL2中的继电器的输入端连接所述第二电压跟随器F2的输出端，所述第一光控继电器ORL1中的发光二极管的阴极接地，所述第一光控继电器ORL1中的发光二极管的阳极连接第一电阻R1的一端，该第一电阻R1的另一端连接第一晶体管Q1的集电极，该第一晶体管Q1的发射极接第一电源Vcc，该第一晶体管Q1的基极分别连接第二电阻R2的一端和第一电容器C1的一端，该第二电阻R2的另一端和第一电容器C1的另一端分别连接至第四电阻R4的一端，该第四电阻R4的另一端连接所述第二光控继电器ORL2中的发光二极管的阳极，所述第二光控继电器ORL2中的发光二极管的阴极接地，所述第一电压跟随器F1的输出端还连接第一二极管D1的阳极，该第一二极管D1的阴极连接第三电阻R3的一端，该第三电阻R3的另一端分别连接第四电容器C4的一端和第三运算放大器OP3的正输入端，该第四电容器C4的另一端接地，该第三运算放大器OP3的负输入端分别连接第九电阻R9的一端和第十电阻R10的一端，该第九电阻R9的另一端接地，该第十电阻R10的另一端连接该第三运算放大器OP3的输出端，所述第三运算放大器OP3的输出端还连接第五电阻R5的一端，该第五电阻R5的另一端分别连接第六电阻R6的一端和第二电容器C2的一端，该第六电阻R6的另一端分别连接第三电容器C3的一端和第四运算放大器OP4的正输入端，该第三电容器C3的另一端接地，该第四运算放大器OP4的负输入端分别连接第七电阻R7的一端和第八电阻R8的一端，该第七电阻R7的另一端接地，该第八电阻R8的另一端连接所述第四运算放大器OP4的输出端，所述第二电容器C2的另一端也连接所述第四运算放大器OP4的输出端，所述第四运算放大器OP4的输出端还连接至第五运算放大器OP5的正输入端，该第五运算放大器OP5的负输入端连接基准电源，该第五运算放大器OP5的输出端分别连接所述第二电阻R2的所述另一端和所述第一电容器C1的所述另一端。

在本发明的信号切换电路中，第一晶体管Q1采用PNP晶体管。

在本发明的信号切换电路中，由第一电压跟随器F1和第二电压跟随器F2构成了信号隔离装置；由第一光控继电器ORL1、第二光控继电器ORL2、第一电阻R1、第二电阻R2、第四电阻R4、第一晶体管Q1和第一电容器C1构成了信号切换装置；由第三运算放大器OP3、第四电容器C4、第一二极管D1、第三电阻R3，第九电阻R9和第十电阻R10构成了低通滤波放大装置；由第四运算放大器OP4、第五电阻R5、第六电阻R6，第七电阻R7、第八电阻R8、第二电容器C2和第三电容器C3构成了多阶滤波放大装置；由第五运算放大器OP5和基准电源构成了状态比较装置。

下面简要说明本发明的低电阻的信号切换电源的工作过程。

首先，外部信号SIG1和内部信号SIG2输入到所述信号隔离装置中，其中外部信号SIG1输入到第一电压跟随器F1的正输入端，内部信号SIG2输入到第二电压跟随器F2的正输入端，然后进入到所述信号切换装置中进行信号切换和输出。由图1所示，所述信号切换装置中的第一光控继电器ORL1和第二光控继电器ORL2受同一控制信号的控制，该控制信号可以采用单独的控制信号，也可以使用外部信号SIG1或内部信号SIG2作为控制信号。本发明以使用外部信号SIG1作为控制信号来继续描述本发明的信号切换电路的工作过程。当第一光控继电器ORL1处于断开状态时，该外部信号SIG1经由第一电压跟随器F1输出到所述低通滤波放大装置中以进行第一次滤波和放大，所述第一二极管D1对负半周期的信号进行滤除，所述第三运算放大器OP3将较小的正半周期的信号放大到一个适用的值；经过滤波和放大后的信号输出到所述多阶滤波放大装置中以进行第二次滤波和放大。该外部信号SIG1经过两级滤波和放大后，形成一个近似直流的信号，并且输出到所述状态比较装置中，与由基准电源提供的基准电压进行比较，当该近似直流的信号高于所述基准电压时，所述状态比较装置输出高电平；当该近似直流的信号低于所述基准电压时，所述状态比较装置输出低电平；当无外部信号SIG1输入，致使无近似直流的信号输出时，所述状态比较装置输出零电平，即低电平。所述状态比较装置输出的控制信号进入到所述信号切换装置中。如图1所示，当该控制信号为高电平时，第二光控继电器ORL2闭合导通，则内部信号SIG2经由第二光控继电器ORL2输出，而此时第一晶体管Q1的基极和发射极之间的电压未达到使该晶体管Q1导通的最小电压，所以该晶体管Q1处于截止状态，继而第一光控继电器ORL1处于断开状态，外部信号SIG1被阻断。当该控制信号为低电平时，第二光控继电器ORL2断开，内部信号SIG2被阻断，而此时第一晶体管Q1的基极和发射极之间的电压达到使该晶体管Q1导通的最小电压，所以该晶体管Q1导通，继而第一光控继电器ORL1闭合导通，外部信号SIG1经由第一光控继电器ORL1输出。

在本发明的由第一晶体管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容器C1组成的反相电路中，与该第二电阻R2并联的第一电容器C1能够提高该第一晶体管Q1的开关速度。当控制信号为高电平时，由于第一电容器C1的充电作用，控制信号在与第一晶体管Q1的基极之间形成一个短暂的瞬间短路，这样相当于瞬间短路掉第二电阻R2，加速了第一晶体管Q1的关闭；当控制信号为低电平时，该第一电容器C1被反向充电，瞬间短路掉第二电阻R2，加速了第一晶体管Q1的开启。

上面以第一电压跟随器F1的正输入端接收外部信号SIG1，第二电压跟随器F2的正输入端接收内部信号SIG2为例来进行说明，但是本领域的技术人员都知道，也可以由第一电压跟随器F1的正输入端接收内部信号SIG2，第二电压跟随器F2的正输入端接收外部信号SIG1来进行工作。

本发明所采用的各自元器件的参数值可以根据具体的应用来确定，这里举例说明一组在实践中使用的元器件的值，第一电源Vcc为5.0V，第一电阻R1的阻值为330欧姆，第二电阻R2的阻值为4.7千欧姆，第三电阻R3的阻值为10千欧姆，第四电阻R4的阻值为330欧姆，第五电阻R5的阻值为10千欧姆，第六电阻R6的阻值为10千欧姆，第七电阻R7的阻值为10千欧姆，第八电阻R8的阻值为51千欧姆，第九电阻R9的阻值为10千欧姆，第十电阻R10的阻值为51千欧姆，第一电容器C1的电容值为0.1uF，第二电容器C2的电容值为2.2uF，第三电容器C3的电容值为1uF，第四电容器C4的电容值为1uF，基准电压为2.5V。

有益效果：

本发明的低电阻的信号切换电路采用信号隔离装置，将所述信号切换电路中的其他电路装置与外接的工作电路进行隔离，避免相互干扰；另外，避免使用模拟开关作为信号切换元件，使导通电阻大幅下降，达到了毫欧的级别，而且本发明的信号切换电路工作时的信号切换速度快、使用寿命高。

本领域技术人员将理解本发明可以以本文中所述的那些以外的、没有偏离本发明的精神和本质特性的特定形式来执行。因此，所有方面的上述实施方式应当被解释为例示的而不是限制性的。本发明的范围应当由所附权利要求书和它们的法律等同物来确定，而不是由上述描述来确定，并且所有落入所附权利要求书的含义和等同范围之内的改变都将包括进来。

对于本领域技术人员来说显而易见的是，在所附权利要求书中没有显示地互相引用的权利要求可以组合起来，作为本发明的示例性实施方式，或者被包括而在提交本申请之后通过之后的修改而成为新权利要求。

本发明的方式

以用于执行本发明的最佳方式已经描述了各种实施方式。

工业应用性

如根据上述描述所显而易见的，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以对本发明做出各种修改和变型，而不偏离本发明的精神或范围。因此，旨在本发明覆盖落入所附权利要求书和它们的等同物的范围之内的修改例和变型。

Claims (3)

1.一种低电阻的信号切换电路，其特征在于，该信号切换电路包括：第一电压跟随器、第二电压跟随器、第一光控继电器、第二光控继电器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第一晶体管、第一二极管、第一电容器、第二电容器、第三电容器、第四电容器、第三运算放大器、第四运算放大器、第五运算放大器、第一电源和基准电源，

其中第一电压跟随器由第一运算放大器构成，第二电压跟随器由第二运算放大器构成，该第一电压跟随器和第二电压跟随器的正输入端分别接收输入信号，第一电压跟随器和第二电压跟随器的负输入端分别连接各自的输出端，该第一光控继电器中的继电器的输入端连接所述第一电压跟随器的输出端，该第二光控继电器中的继电器的输入端连接所述第二电压跟随器的输出端，所述第一光控继电器中的发光二极管的阴极接地，所述第一光控继电器中的发光二极管的阳极连接第一电阻的一端，该第一电阻的另一端连接第一晶体管的集电极，该第一晶体管的发射极接第一电源，该第一晶体管的基极分别连接第二电阻的一端和第一电容器的一端，该第二电阻的另一端和第一电容器的另一端分别连接至第四电阻的一端，该第四电阻的另一端连接所述第二光控继电器中的发光二极管的阳极，所述第二光控继电器中的发光二极管的阴极接地，所述第一电压跟随器的输出端还连接第一二极管的阳极，该第一二极管的阴极连接第三电阻的一端，该第三电阻的另一端分别连接第四电容器的一端和第三运算放大器的正输入端，该第四电容器的另一端接地，该第三运算放大器的负输入端分别连接第九电阻的一端和第十电阻的一端，该第九电阻的另一端接地，该第十电阻的另一端连接该第三运算放大器的输出端，所述第三运算放大器的输出端还连接第五电阻的一端，该第五电阻的另一端分别连接第六电阻的一端和第二电容器的一端，该第六电阻的另一端分别连接第三电容器的一端和第四运算放大器的正输入端，该第三电容器的另一端接地，该第四运算放大器的负输入端分别连接第七电阻的一端和第八电阻的一端，该第七电阻的另一端接地，该第八电阻的另一端连接所述第四运算放大器的输出端，所述第二电容器的另一端也连接所述第四运算放大器的输出端，所述第四运算放大器的输出端还连接至第五运算放大器的正输入端，该第五运算放大器的负输入端连接基准电源，该第五运算放大器的输出端分别连接所述第二电阻的所述另一端和所述第一电容器的所述另一端。

2.根据权利要求1所述的低电阻的信号切换电路，其特征在于所述第一晶体管是PNP晶体管。

3.根据权利要求1所述的低电阻的信号切换电路，其特征在于第一电源为5.0V，第一电阻的阻值为330欧姆，第二电阻的阻值为4.7千欧姆，第三电阻的阻值为10千欧姆，第四电阻的阻值为330欧姆，第五电阻的阻值为10千欧姆，第六电阻的阻值为10千欧姆，第七电阻的阻值为10千欧姆，第八电阻的阻值为51千欧姆，第九电阻的阻值为10千欧姆，第十电阻的阻值为51千欧姆，第一电容器的电容值为0.1uF，第二电容器的电容值为2.2uF，第三电容器的电容值为1uF，第四电容器的电容值为1uF，基准电压为2.5V。