CN1056206A - 具级联开关部件之切换装置 - Google Patents

Abstract

将二极管之第一电极连接到经由电容器予以转 接的输入信号源而其第二电极经由一输出电路连接 至一输出端。耦合至该二极管的偏压控制电路提供 第一操作方式及第二操作方式，在前一方式下，二极 管施以正向偏压，以将输入信号经由输出电路耦合至 输出端，在后一方式下，二极管之第一电极被直流隔 离，因而，二极管将输入信号之交流成分整流，并于这 样作时，产生反向偏压，以将二极管自行偏置于一种 非导通状态。

Description

本发明涉及信号切换装置，特别涉及那种采用级联开关部件的装置，以增强被转接高频信号分量断开时的衰减。

开关断开时由开关所提供的衰减（断开时衰减）为切换电路之一项重要的质量因数，特别是那些要予切换的信号含有显著份量的高频能量的应用场合更为如此。举例说吧，当在若干视频输入信号之间进行切换以供视频装置（例如，录象机，接收机，监视器，效应产生器（effectsgenesators）等）用时，重要的是应将未被选取的视频输入信号衰减至低于一最低值，以免与所选取的视频输入信号发生干扰。一般而言，要将非选择视频信号衰减至少60分贝且最好更多。由于例如寄生电容的存在，用传统式集成电路开关不易达到对视频频率的这种衰减度的。为此，已有人提出了用于改进集成电路开关之断开状态的衰减度的各种方法。下面两个实例中所说明的一项此种技术为将开关连接成串级，因而，使其断路状态的衰减为叠加的。

用于改良断开状态衰减的级联开关之第一实例系由NIGBORO-WICZ等人在名称为“视频信号源选择器”于1985年6月4日所颁布的美国专利第4，521，810中作了说明，在此种切换电路的一具体实施例中，一射极跟随器与CMOS式的集成电路开关串级连接，同时一箝位晶体管连接至此射极跟随器晶体管之基极及受到控制，以使CMOS开关开路时令射极跟随器不能操作。藉此种装置，则被切换的视频信号受到开关断电时即不能操作的射极跟随器电路及CMOS开关两者的双重衰减。

级联切换电路的第二实施例系由DEISS在1987年元月20日所颁布的美国专利第4，638，181号中作了说明，其名称为“信号源选择器”。在DEISS专利中所公开的一个具体实施例中，是将二极管开关与一CMOS集成电路开关串联连接。此种所包含之偏压电路系当CMOS开关闭合时将接通电流经由CMOS开关传至二极管开关。另外的偏压电路则当CMOS开关开断时将反向偏压加至二极管开关。为达最大断路状态衰减，DEISS建议采用PIN型二极管，因为，此种二极管呈现极低的结电容，因而，于二极管断电时，使寄生耦合作用减至最小。

级联视频开关的前述两项实例均提供了优异的衰减性能。可是，两项实例均比较复杂，它们都需要一箝位晶体管或反向偏压源，用以保持开关的断路状态。

本发明之目的在于提供利用二极管型式的开关，为将开关保持于断路状态而不需要一独立反向偏压源。

采用本发明之切换电路所包含之二极管，其第一电极由一隔直流电容器连接至待切换的输入信号源而其第二电极经由一输出电路连接至一输出端。一个偏压控制电路耦合至二极管的第一及第二电极，用以提供第一操作方式及第二操作方式，前者为要将输入信号耦合至输出端时令二极管施以正向偏压，后者则为提供二极管之第一电极的直流隔离。因而，使二极管将所加于其上的交流输入信号整流，并与此同时产生一反向偏压，用以断开二极管。

依据本发明之另一特色，输出电路包含一非相加型混合器。

依据本发明之再一特色，输出电路包含一放大器及一非相加型混合器。

兹将本发明例示在附图中，其中相同元件均由相同标号表示，在附图中：

图1为实施本发明开关之电路图。

图2为实施本发明之彩色电视接收机之部分为示意形式之方块图，包含图1开关之各项元件的典范元件数值以及包含用于所示及所描述之特定应用场合的开关的其它特征。

图1之切换电路包含用以接收待切换输入信号Si的输入端10及用以提供一切换后输出信号的输出端12。所提供的二极管14，其第一电极16（阴极）经由隔直流电容器20耦合至信号输入端10而其第二电极18（阳极）经由输出电路（30及40）耦合至输出端12。该输出电路包括放大器30与非相加混合器40的串级连接。放大器30包含一NPN晶体管Q1，此晶体管之基极连接至二极管14的第二电极（阳极）18，其射极经由射极电阻32耦合至一参考电位源（地线）以及其集电极经由集电极负载电阻34耦合至电源电压输入端25。正电源电压Vs供至电源端25。非相加型混合器40包含一对NPN晶体Q2及Q3，此对晶体管之集电极连接至电源端25，其射极连接至输出端12并经由电流源42耦合至地线。该电流源可实施为一电阻器或者可为偏置成作为电流源操作的晶体管。晶体管Q2的基极44系充当非相加型混合器40之一个输入并在晶体管Q1的集电极处连接至放大器30的输出。晶体管Q3的基极46作为非相加型混合器40的第二输入并连接至输入端50。在本发明之此项所述实例中，待切换的第二输入信号加至输入端50。

图1之其余元件包含供二极管14用的偏压控制电路，以提供第一操作方式及第二操作方式，在第一方式下，二极管14施以正向偏压，以将输入信号Si经由放大器30及非相加型混合器40耦合至输出端12，在第二方式下，二极管14的第一电极（阴极）16被直流隔离，因而，使二极管将经由隔直流电容器20所供应的输入信号Si之交流成分整流，并与此同时产生一反向偏压，此种反向偏压将二极管14“自行偏置”至一断路（不导通）状态。正如将予说明的，放大器30及非相加型混合器40响应二极管14之自偏压状态而造成对输入信号的进一步衰减。偏压控制电路包括耦合在电源端25与二极管14的第二电极（阳极）18之间的第一电阻器62以及与第一电极（阴极）16与本文所示为一接地点66之参考电位源之间的开关60串联耦合的第二电阻器64。

现描述图1切换电路的操作，首先，令控制开关60闭合，就此种状态而言，有一条直流路径存在于经由电阻器62，二极管14，电阻器64及开关60的电源端25与地线66之间。流通在此条路径中的电流具有两种效应。第一，它将二极管14施以正向偏压，因而，二极管14将输入信号Si的交流成分耦合至放大器30的晶体管Q1之基极。第二，电阻器62及64与二极管14形成一分压器对晶体管Q1之基极提供温度补偿的直流偏压，以使此晶体管施以供线性操作之用的偏压。温度补偿效应之产生乃因为晶体管Q1的基-射极结点电压Vbe之电压变化被二极管14之P-N结两端的相同电压变化所跟随着。因此，在此种操作方式下，二极管14充任（1）提供输入信号Si的交流成分耦合及（2）提供放大器30中晶体管Q1的Vbe温度补偿的双重功能。

放大器30放大经由二极管14所耦合的输入信号之交流成分。通过分别给定集电极与发射极负荷电阻器34与32之比值而使放大器30的增益确定为一良好近似值。这些电阻器配合加至晶体管Q1之基极的直流偏压亦决定了尚待在下面非相加型混合器级40之操作中考虑的一项因素的静态集电极电压。放大器30之最佳偏压状态为：所提供的输出信号电压系在加至端25的电源电压Vs及加至端50的偏压Vb所界定的范围以内。例证性地说，我们可这样选择放大器30的直流偏压，以使输出电压大约为电源电压Vs的四分之三同时可选择偏压Vb大约为电源电压Vs的二分之一。对本发明颇为重要的是非相加型混合器40的偏压Vb小于供放大器30用的电源电压Vs，并且系将放大器30偏置于Vs与Vb之间的一个固定值。例如，就12伏电源电压而言，可对放大器30施加9伏的固定偏压以及加至非相加型混合器40的偏压Vb可为6伏。

放大器30的输出（集电极Q1）处的放大后信号加至非相加型混合器40的晶体管Q2。所以，如前例所述，直流偏压低于晶体管Q2的晶体管Q3被关断以及晶体管Q2和电流源42起到一射极跟随器的作用，以便将放大后输出信号耦合至输出端12。

综上所述，因此，开关60之闭合系将二极管D1施以正向偏压，此举提供（1）将信号Si的交流成分耦合至放大器30及（2）产生放大器30的温度补偿直流偏压之双重功能。放大器30放大耦合信号并以直流电平提供输出电压，此输出电压将非相加型混合器40的晶体管Q3施以反向偏压并经由操作为射极跟随器之晶体管Q2耦合至输出端12。

现讨论图1切换电路在控制开关60被开断时的操作情况。在此情况下，不存在自二极管14之第一电极（阴极）16通至切换电路中的任何点的直流路径，二极管14之第一电极（阴极）16的直流隔离对前述电路操作具有若干显著影响。第一种影响为：此种情况能使二极管14将输入信号Si的交流成分整流并将整流后电压储存于电容器20上。当输入信号偏移值低于二极管14的阳极电压但却无放电路径，因而，使累积电荷将二极管14施以反向偏压时，电容器20即为通过电阻器62及二极管14的电流所充电，从而，对输入信号进行衰减。处于开路的开关60之第二种影响为电阻器62和64不再将放大器30的晶体管Q1施以供线性操作之用的偏压。取而代之，流经电阻器62的电流完全被转移至晶体管Q1的基极，此股电流有效过激励了晶体管Q1，使其处于或者至少接近饱和状态的非线性工作方式下。完全饱和并不重要。本发明视为重要的是改变晶体管Q1的直流偏压只要使其集电极电压减小至足以将非相加型混合器40中的晶体管Q2施以反向偏压的电平。该电平就是低于所加至端50之直流偏压Vb的任何电压。当此举发生时，晶体管Q2施以反向偏压以及晶体管Q3配合电源42作为一射极跟随器工作以将偏压信号Vb耦合至输出端12。因此，在此方式（开关60开断）下，输入信号Si被二极管14（它产生其关断电压将输入信号整流）及放大器30和非相加型混合器40等所衰减。

图2例示图1切换电路用于彩色电视接收中将两个彩色输入信号作选择性切换的应用。此图还表示了元件典范数值及电压。

图2之彩色电视接收机包含传统设计的调谐器及中频处理单元200，其输入端210用以接收射频调制视频输入信号以及其输出用以提供一基带解调视频输出信号。其它的基带复合视频输入信号则由辅助输入连接器212及214提供。SVHS（超VHS）输入连接器216之提供系用于接收分离亮度（SVHS-Y）及色度（SVHS-C）格式的基带视频输入信号。4位置选择器开关220之提供系用以将信号S1，AUX-1，AUX-2及SVHS-Y选择性地耦合至一梳状滤波器230的输入端222。调谐器200的频道选择以及开关220之信号选择均由一控制单元240所控制。梳状滤波器230系以亮度（Y）及色度（C）输出耦合至传统设计的视频处理及显示单元250，用以处理并显示彩色视频影像。梳状滤波器230是一种具有供色度信号用之射极跟随器输出级的滤波器。该输出级在核状滤波器230中由晶体管Q3及电流源42表示并且晶体管Q3的基极偏压大约为6伏。应知这些元件均与非相加型混合器40中所用元件相同。梳状滤波器230中有射极跟随器的优点在于省去了在SVHS色度开关280中对此种元件的需要，（如将要说明的）。

SVHS色度开关280对应于图1之开关并具有下列修改。首先，将一输入信号终端电阻器282设置在输入端10与地线之间。此种电阻器系以一种标准特性阻抗（75欧姆）终止SVHS连接器216所提供的SVHS色度信号。静电式放电（ESD）保护系由与电容器20串联连接的ESD保护电阻器284所提供。图1的电阻器64系由一对2.7K欧姆电阻器的串联连接所实施的，该电阻器系以其共用连接线经由一电容器（470微微法拉）旁路接地的。此种网路的功能系充当一低通滤波器，所提供的双重功能为（1）抑制来自开关60的杂音进入色度信号处理频道及（2）抑制色度信号进入开关60从而干扰可能被开关60所切换的其他信号。此项实施例中之另一项改变为将一裸线隔离电阻器（470欧姆）加在晶体管Q1的基极与二极管14的阳极之间，用以隔离与晶体管Q1相关的寄生电容，开关60则被控制器240所控制。

操作时，控制单元240选择显示信号的方法为控制开关220及60。例如，当选择视频信号S1，AUX-1或AUX-2时，控制单元240将对应选择信号传至开关220，同时发出禁止信号并传至开关60，令开关60开路。此种禁止信号即在SVHS色度信号路径中流动，（如前文说明的）。简单察看一下，在此种方式下，二极管将其本身的自偏压偏置至一种关断状态，对SVHS色度信号（如有的话）进行整流，将放大器30驱动至饱和（或接近饱和）状态以及非相加型混合器40选择梳状滤波器输出信号。当SVHS信号源216被控制单元240所选择时，开关220将SVHS亮度信号耦合至处理器250及将SVHS色度信号经由二极管14，放大器30及非相加型混合器40耦合至处理器250（如前面图1之说明中所述）。

Claims (8)

1、一种切换电路，包括：

二极管(14)，其第一电极(16)经由一隔直流电容器(20)连接至待切换的输入信号(Si)源，其第二电极(18)经由一输出电路(30，40)耦合至一输出端(12)，用以提供一切换后输出信号；其特征在于：

耦合至所述二极管(14)的第一(16)及第二(18)电极之偏压控制电路(62，64，60)，用于提供第一操作方式及第二操作方式，第一方式用以将二极管(14)施以正向偏压，以便将所述输入信号(Si)耦合至所述输出端(12)，第二方式用以提供二极管(14)之所述第一电极(16)的直流隔离，以使所述二极管(14)，将经所述电容器(20)所加至其上的所述输入信号(Si)之交流成分整流，并同时产生一反向偏置电压，用来将二极管(14)关断。

2、根据权利要求1所述之切换电路，其特征在于所述输出电路（30，40）包含一非相加型混合器（40）。

3、根据权利要求1所述之切换电路，其特征在于所述输出电路（30，40）包含一放大器（30）。

4、根据权利要求1所述之切换电路，其特征在于所述输出电路（30，40）包含按序级联连接的放大器（30）与非相加型混合器（40）。

5、根据权利要求4所述之切换电路，其特征在于，所述非相加型混合器（40）包含连接至所述放大器（30）之输出的输入（44）以及加有一偏压（Vb）的另一输入（46），该偏压小于加至所述放大器（30）的电源电压（Vs）以及所述放大器（30）施以偏压，以提供所述电源电压（Vs）与所述偏压（Vb）的数值中间之固定输出电压。

6、根据权利要求1所述之切换电路，其特征在于：所述第一操作方式中的所述二极管（14）为在所述输出电路（30，40）中的放大器（30）提供温度补偿直流偏压。

7、根据权利要求3所述之切换电路，其特征在于在所述第一操作方式下的所述二极管（14）为所述输出电路（30，40）中的所述放大器（30）提供温度补偿直流偏压。

8、根据权利要求4所述之切换电路，其特征在于所述第一操作方式下的所述二极管（14）为所述输出电路（30，40）中的所述放大器（30）供以温度补偿直流偏压。

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