CN201032727Y - 一种多路复用器 - Google Patents

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CN201032727Y CNU2006201571364U CN200620157136U CN201032727Y CN 201032727 Y CN201032727 Y CN 201032727Y CN U2006201571364 U CNU2006201571364 U CN U2006201571364U CN 200620157136 U CN200620157136 U CN 200620157136U CN 201032727 Y CN201032727 Y CN 201032727Y
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Abstract

一种多路复用器(1)，包括有M路高频输入信道(2)和N路高频输出信道(3)；N个路由控制输入(4)；用来负责接收所述控制输入(4)的控制信号的检测器(10)，该控制信号指示输入信道(2)与输出信道(3)之间所需的连接；负责对接收的信号进行译码并根据解码的控制信号产生开关控制信号(8)去选择性地连接输入信道(2)到输出信道(3)的解码器(11)，该多路复用器(1)集成在单个芯片上；本实用新型还公开了一种安装在印刷板电路上、由一对所述的多路复用器(1)组成的多路复用器设备，该两个多路复用器(1)分别位于印刷板电路的两面，并且其中一个多路复用器(1)相对另一个多路复用器(1)绕对角线旋转180°。

Description

一种多路复用器
技术领域
本实用新型涉及一种多路复用器，特别是一种可选择连接一个或多个输入信道到一个或多个输出信道的高频多路复用器。
背景技术
在一路或多路控制信号下，多路复用器可选择地连接输入信道到输出信道，例如：一个4∶2的多路复用器在送入的控制信号作用下可将4路输入信道选择连接到2路输出信道；控制信号一般通过外部电路传给多路复用器，其中输入信道和输出信道的数目可以是任意的，多路复用器可以选择连接较多的输入信道到较少的输出信道上，也可以反过来，多路复用器选择连接一个或多个输入信道到更多数量的输出信道上。
多路复用器通常用于计算机或其他电子设备内部，通过数据总线等方式将不同构件之间的信号进行路由，以减少所需连接器的数量；多路复用器还常用于通信网络来减少远距离传输的信道数量，从而降低成本。
理论上说，多路复用器可以连接任意个所选择的输入信道到任意个所选择的输出信道，但对于适于传输高频信号的多路复用器，随着频率的增加，就越难保持各信道间的相互隔离；如果各信道之间不能很好的隔离，信道之间就会产生相互干扰，由于随着频率的增加，信道之间的相互干扰会变得更加严重，因此对于频率超过100MHz的信号，良好的信道隔离将变得相当的困难。
现有的高频多路复用器通常由焊接在印制电路板的一组分离的元器件组成，由于元器件之间的信号通路紧邻或相互横跨，因此在连接各元器件时就会产生问题，而随着信道数量的增加，这个问题变得越来越严重。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题就是如何消除或减轻现有技术所存在的问题而提供一种可减少信道之间相互干扰的多路复用器。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：该多路复用器具有M路高频输入信道和N路高频输出信道，包括有：N个路由控制输入；用来负责接收所述控制输入的控制信号的检测器，该控制信号指示输入信道与输出信道之间所需的连接；负责对接收的信号进行译码并根据解码的控制信号产生开关控制信号去选择性地连接输入信道到输出信道的解码器，并且该多路复用器集成在单个芯片上。
本实用新型的优点在于通过把检测器和解码器集成到单个芯片上，信道之间的相互干扰问题就会减少，这是因为多路复用器所在印制电路板的信道路由要求被简化了。通过把每一信道的整个检测器/解码器功能集成在芯片的一个控制管脚上，PCB设计的复杂度被降低，也节省了成本，另外，这还减少了多路复用器所需的管脚数量，减小了芯片面积、封装和板子尺寸，从而进一步降低了成本。
本实用新型还提供了一种安装在印刷板电路上、由一对上述的多路复用器组成的多路复用器设备，该两个多路复用器分别位于印刷板电路的两面，并且其中一个多路复用器相对另一个多路复用器绕对角线旋转180°。
附图说明
图1为本实用新型的多路复用器实施例的示意图。
图2为图1中的一个局部细化示意图。
图3为图1中多路复用器的封装示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。
输入与输出信道之间的隔离是高频多路复用器设计的一个重要参数，集成电路间的耦合、集成电路的封装、封装后的芯片在电路板上的安装方式等都会产生串信道干扰。按照本实用新型的实施例设计的多路复用器，输入信道与输出信道之间的隔离将达到最大。特别基于这样的事实：集成电路的布图设计、封装选择和管脚分布成为集成电路设计的重要组成部分，在高频不稳定不影响性能的频带范围内将上述因素作为一个整体进行建模，按照本实用新型的实施例设计的多路复用器可工作至3GHz。因此，直至5GHz左右的多路复用器模型可确保多路复用器达到要求的器件参数和高频稳定性。其他重要参数包括宽带增益平坦性、输入输出阻抗、噪声和失真度，这些参数可以利用上述多路复用器模型进行设计而得到优化。
图1显示了按照本实用新型的一个实施例设计的、集成在单个芯片上的4∶2路高频多路复用器，该多路复用器1有四个高频输入2(分别标识为2a到2d)和2路高频输出3(分别标识为3a到3b)，多路复用器1有两个路由控制输入4(分别标识4a到4b)，路由控制输入4提供控制信号到检测器/解码器5，检测器/解码器5还有一个逻辑控制输入6，逻辑控制输入6允许高频输入2的逻辑翻转，详释如下：
检测器/解码器5适于检测在路由控制输入4上接收到的控制信号是单个或多个交流频率和/或直流电平，这些控制信号由外部电路提供给多路复用器1(图中未显示)并控制多路复用器。在图1所示的实施例中，路由控制线路4以直流电平和/或交流频率方式提供控制信号。
例如，对于每个管脚，检测器/译码器5适于探测一个直流电平和一个交流电平，如果探测到的直流电平小于等于14V，那它就对应逻辑低电平。如果直流电平大于等于15V的话，那它对应的则是逻辑高电平。交流信号可在22kHz附近的带通信号中测量，如果交流信号的峰值幅度大于等于300mVpp则对应于逻辑高电平。如果交流信号的峰值幅度小于等于100mVpp则对应于逻辑低电平。
熟练的技术人员可方便地设置探测/译码器5使之同步探测某个频率或其它频率的交流信号，探测/译码器5还进一步用来区分不同的输入值所对应的直流电平的范围，探测/译码器5探测的直流和交流信号可随时间而改变。
探测/译码器5通过上述方式可以接收到各条路由控制输入4上以多个直流或交流信号的有、无来体现的多比特控制信号。
提供给各个路由控制输入4的直流和交流信号也可用极性信号和音调信号来替代。输入缓冲开关7接收高频输入信号2，探测/译码器5根据路由控制输入4的控制信号产生开关控制信号8，由开关控制信号8控制输入缓冲开关7。开关控制信号8选择性地将高频输入信号切换到2路输出端9(分别标识为9a和9b)，输入缓冲开关7也预放大了高频输入信号，输出端9向HF输出3提供输出信号。
尽管存在其他路由控制输入信号，每个高频输出信道3都只需要一个路由控制输入4，这是因为每个路由控制输入4都携带有以直流和交流形式的多个控制信号。检测/解码器的功能特别适用于多路复用器的应用。由于控制信号由外部的路由控制输入4提供，图1所示的实施例可简单地扩展到任意个输入和输出。通过简单修改解码器还可适应输入与输出的其他组合。
还可以采用其他的交流信令，但可能需要通过修改探测/译码器5。本发明并不局限于某种特定的信令，图1所示的路由控制输入和信号的安排仅仅是一个范例。
由于探测/译码器5中每路输出信道3都集成了路由控制输入4，不再需要外部器件并缩小了空间、降低了元件成本，因此PCB的设计复杂度以及成本将大为降低。
由于输出端9提供了对HF输出信号的进一步放大及线性驱动能力，因此多路复用器在典型应用中不再需要额外的HF线性驱动，这样就减少了PCB板上的放大器件，进一部的降低了复杂度以及应用该多路复用器系统的成本。
如图2所示，显示了多路复用器中构成的更多细节，图1中的检测/解码器5被分成了检测器10和解码器11，检测器10由两个独立的检测器10a和10b组成，每个检测器各有一个路由控制输入4a和4b作为输入，检测器10a和10b分别检测路由控制输入的4a和4b的输入的控制信号，并把检测信号传输到解码器11。
检测器10a、10b均接收电平和交流信号的混合输入，每个检测器独立地检查直流电平是高于还是低于实际应用的门限(如14V)并检测交流信号是高于还是低于一个确定的幅度值或者是在一个可以接收的频率范围之内(如在22kHz时峰值≥300mVpp)。检测器同时还可以滤除其他有可能产生干扰的信号。
检测器10送到解码器11的控制信号是数字信号，并可能在多根控制线上。解码器11解码控制信号后产生期望得到的真值表。解码器11还有另外一个输入，即逻辑控制输入6，逻辑控制输入6用于翻转每个输出信道3的真值表，因此当逻辑控制6的逻辑状态转变的时候每个输出信道选择的输入信道2也相应改变。图1和图2所示的4∶2路的多路复用器的真值表如下图所示。
输出信道3a的真值表
AC4b DC4b 逻辑控制输入6 选择的输入信道
1 0 0 2a
0 0 0 2b
0 1 0 2c
1 1 0 2d
1 0 1 2d
0 0 1 2c
0 1 1 2b
1 1 1 2a
输出信道3b的真值表
AC4b DC4b 逻辑控制输入6 选择的输入信道
1 0 0 2a
0 0 0 2b
0 1 0 2c
1 1 0 2d
1 0 1 2d
0 0 1 2c
0 1 1 2b
1 1 1 2a
解码信号传输到接口12，接口12把该数字解码信号转变为适当的模拟电平以驱动输入缓冲开关7内的模拟开关，输入缓冲开关7所需的驱动电压由实际应用指定。
输入缓冲开关7在图1中显示为一个独立构件，实际上对于每一个2a到2d的HF输入各有一个独立的输入缓冲开关(分别标识为7a到7d)。根据从接口来的给各输入缓存开关的开关控制信号8，输入缓冲开关可将高频输入信号送到输出端9a或9b的任意一个或两个，开关控制信号8可以通过多条控制线传输到各个输入缓冲开关7上。
多路复用器1带有静电放电(ESD)保护电路，以防止内部构件发生损坏。静电放电保护电路连接到每一个输入信道2、输出信道3、路由控制输入4和逻辑控制输入6。
依照从接口12来的控制信号，输入缓冲开关7将高频输入2上的信号连接到第一输出端9a、第二输出端9b、或两个都不连接。如果某输入缓冲开关被安排为不将其输入信号送出到输出端，它可被设置为省电模式；在省电模式下，输入缓冲开关内未使用的信号电路部分被转变成零功耗静止态，这会关闭输入缓冲开关7的正常输入端和已切换的输出端，并打开作为替换的低功耗输入级以保持所需的输入阻抗与输入信道2相匹配。
若输入缓冲开关7需要将某输入信号送到输出端9，内部前置放大器先呈现与输入信道匹配的输入阻抗并以可接受的信噪比放大高频信号。在图1和图2中所示的实施例中，噪声性能可低于或等于15dB。每个输入缓冲开关7的输入阻抗均选为与高频输入信道2的特征阻抗(名义上是50欧姆)相匹配。
放大后的输入信号出现在两个开关缓冲端(在输入缓冲开关7内部)，根据从接口12来的开关控制信号8，上述端口中的两个、任一个都可以变为有效或无效，每个开关缓冲端都有一个与输出端9相连的输出，即每个输出端9都有一个连接到各个输入缓冲开关7的输入。如果输入缓冲开关7的输入信号不需转发到输出端9之一或两个，则该信号被一个或两个开关缓冲端堵塞。
输入缓冲开关受从接口12来的开关控制信号8的控制，因此最终被由检波器10检测到的控制信号控制。
多路复用器1的高频功能被设计成关于封装对角线对称。对于两个4∶2多路复用器，多路复用器1被设计成这一对多路复用器堆叠在PCB板的任何一面以具有小的形状系数。作为选项，输入2可以通过板子进行电气连接，当输入2以这种方式连接时，就成了一个4∶4的多路复用器，它与两个设备独立使用时有相同的真值表；若它们没有那么连接，就只是二个独立的4∶2多路复用器。
关于对角线对称的封装的优点在于，四边形封装的4∶2多路复用器的两个输出可在两条邻边上而四个输入可在另外两条邻边上，因此输入与输出的间隔最大，封装隔离效果也最大化。额外的优点是，以这种方法层叠多路复用器也有简单和高效的电路板布局。多路复用器四个输出信道的真值表与上面多路复用器的两个输出信道的真值表相同。因为在PCB板两面的复用器呈相对翻转布局，通过选择逻辑控制输入6的相反的逻辑状态就能重置相同的输入序列，此时的真值表为(表中3x_1，4x_1和3x_2，4x_2分别指PCB的两面)：
真值表，输出信道3a_1
AC4a_1 DC4a_1 逻辑控制输入6 选择的输入信道
1 0 0 2a
0 0 0 2b
0 1 0 2c
1 1 0 2d
真值表，输出信道3a_2
AC4a_2 DC4a_2 逻辑控制输入6 选择的输入信道
1 0 1 2a
0 0 1 2b
0 1 1 2c
1 1 1 2d
真值表，输出信道3b_1
AC4b_1 DC4b_1 逻辑控制输入6 选择的输入信道
1 0 0 2a
0 0 0 2b
0 1 0 2c
1 1 0 2d
真值表，输出信道3b_2
AC4b_2 DC4b_2 逻辑控制输入6 选择的输入信道
1 0 1 2a
0 0 1 2b
0 1 1 2c
1 1 1 2d
由于输出的应用相对独立，它们不必对称布局。本实施例中，由于只有二个输出，它们的最优管脚布局是对称的。
输出端9总是激活的，这是因为每一个输出端9总是由被选中的输入缓冲开关7驱动。每一个输出端接受来自四个输入缓冲开关7中处于工作状态的那一个的信号并且以适当的输出阻抗匹配(在本例中是75欧姆)和低失真(在本实施例中三阶交调失真(IP3)大约是16dBm)驱动与输出信道3相连的输出负载。
输出端9的输出晶体管的电流受一个低频率反馈环路控制，该低频率反馈环路通过与参考电流相比较使实际电流达到期望的大小，这使得在相对恶劣的电源条件下也能正常工作。输出端的通带内性能由负反馈确定，该负反馈还为各个输出端9提供从输入缓冲开关7的输出级看到的受控的输入阻抗，这样可减少输入缓冲开关7与输出端9间的关联。
参照图3，它概要地示出了多路复用器在图1和图2所示应用中输入和输出封装管脚的布局。对应的输入和输出使用同样的数字序号。输入和输出被安排成关于多路复用器的一个对角线20对称，这将保证，将其中一个多路复用器关于对角线20翻转180度后，两个多路复用器能堆叠在PCB的两面。这样可将输入2和输出3正确地串起来，在需要时输入也可通过PCB连接在一起。通过保证第一个多路复用器的逻辑控制输入6与第二个多路复用器的相应输入处于不同的逻辑电平，发送到输出级的输入信号就占用了其中一个多路复用器。这意味着，输入可以连接在一起并且仍然保证多路复用器的正确工作。
多路复用器1的右边和底边是输入信道2a到2d，与相关各个输入信道2相联系的有对应的电压地和电压源(例如G2a和V2a)，这些电压源和电压地提供电能给与输入信道2相联系的各个输入缓冲开关7。控制输入信号4a和4b分别在左边和顶边，关于对角线20镜像对称。逻辑控制输入6在顶边，左边的电压源V6和电压地G6给检测器10、解码器11和接口12提供电能。输出信道3a、3b和对应的电压地和电压源(例如G3a和V3a)分别在左边和顶边，也关于对角线20镜像对称。
虽然上面描述的发明以一个4∶2的多路复用器为实例，但对熟练的技术人员来说，可以显而易见地在多路复用器上实现任意多输入和输出。本发明中两个多路复用器层叠且输入相连的实例(一个器件的输入被反相)中，输入必须对称布局且必须是双数，否则的话输入和输出的数量只受封装的限制。
本发明的其他修改和应用在不超出权利要求的范围内对有熟练的技术人员来说显然很容易。

Claims (26)

1.一种多路复用器，具有M路高频输入信道和N路高频输出信道，包括有：
N个路由控制输入；
检测器，负责接收所述控制输入的控制信号，该控制信号指示所述的输入信道与所述的输出信道之间所需的连接；
解码器，负责对接收的信号进行译码，并根据解码的控制信号产生开关控制信号去选择性地连接所述的输入信道到所述的输出信道；
其特征在于，整个多路复用器集成在单个芯片上。
2.根据权利要求1所述的多路复用器，其特征在于其适于从所述的输入信道接收高达3GHz的输入信号，并输出高达3GHz的输出信号。
3.根据权利要求1所述的多路复用器，其特征在于其为一体封装，并且所述的输入信道和所述的输出信道关于封装对角线对称分布。
4.根据权利要求1所述的多路复用器，其特征在于所述的每一个输入信道都连接到一个输入缓冲开关，且作为开关控制信号的响应，每一个输入缓冲开关将与之相连的输入信道连接到一个或多个输出信道。
5.根据权利要求4所述的多路复用器，其特征在于所述的输入缓冲开关适于将输入信道从输出信道上断开，并作为对一个合适的开关控制信号的响应，工作在节能模式。
6.根据权利要求5所述的多路复用器，其特征在于所述的每一个输入缓冲开关适于在非节能模式下对输入信道的输入信号进行放大。
7.根据权利要求4至6中任一权利要求所述的多路复用器，其特征在于所述的每一个输入缓冲开关适于提供一个与输入信道的阻抗相匹配的输入阻抗给输入信道。
8.根据权利要求4至6中任一权利要求所述的多路复用器，其特征在于还包括有接口，以适于接收从译码器来的开关控制信号，并且产生合适的模拟电平去驱动每一个输入缓冲端的晶体管。
9.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的多路复用器，其特征在于还包括有逻辑控制输入，以适于根据从逻辑控制输入接收到的逻辑控制信号改变输入信道到输出信道的选择连接。
10.根据权利要求9所述的多路复用器，其特征在于其改变逻辑控制信号的状态可翻转输入信道到输出信道的连接顺序。
11.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的多路复用器，其特征在于所述的输入信道为偶数个。
12.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的多路复用器，其特征在于所述的输出信道为偶数个。
13.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的多路复用器，其特征在于所述的输入信道为4个，所述的输出信道为2个。
14.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的多路复用器，其特征在于所述的控制信号包括有直流电平。
15.根据权利要求14所述的多路复用器，其特征在于所述的检测器适于探测出所述的直流电平高于还是低于阈值电压。
16.根据权利要求14所述的多路复用器，其特征在于所述的检测器适于将所述的直流电平和具有一个范围的阈值相比较。
17.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的多路复用器，其特征在于所述的控制信号包含有交流电压信号。
18.根据权利要求17所述的多路复用器，其特征在于所述的检测器适于探测出所述的交流电压信号在一个预定的频率上是高于还是低于阈值振幅。
19.根据权利要求18所述的多路复用器，其特征在于所述的预定的频率包含一个预定的频段。
20.根据权利要求17所述的多路复用器，其特征在于所述的控制信号包含有多个交流电压信号。
21.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的多路复用器，其特征在于还包括有N个输出端，每一个输出端驱动一个相应的输出信道。
22.根据权利要求21所述的多路复用器，其特征在于每一个输入信道可以和所有的输出端连接，并且每一个输出端适于利用从一个输入信道得到的输入信号来驱动相应的输出信道。
23.根据权利要求21所述的多路复用器，其特征在于每一个输出端至少有一个输出晶体管，流经该晶体管的电流，通过与一个参考电流的比较，由一个低频反馈回路控制。
24.根据权利要求21所述的多路复用器，其特征在于每一个输出端适于提供一个与输出信道阻抗相匹配的一个输出阻抗给输出信道。
25.一种安装在印刷板电路上、由一对如权利要求3所述的多路复用器组成的多路复用器设备，其特征在于该两个多路复用器分别位于印刷板电路的两面，并且其中一个多路复用器相对另一个多路复用器绕对角线旋转180°。
26.根据权利要求25中所述的多路复用器设备，其特征在于该对多路复用器的输入通过印刷电路板相连，形成具有M个输入和2N个输出的多路复用器。
CNU2006201571364U 2005-11-01 2006-10-27 一种多路复用器 Expired - Fee Related CN201032727Y (zh)

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