CS207276B1

CS207276B1 - Connection of the analogue multiplexer

Info

Publication number: CS207276B1
Application number: CS250879A
Authority: CS
Inventors: Kamil Verba
Original assignee: Kamil Verba
Priority date: 1979-04-12
Filing date: 1979-04-12
Publication date: 1981-07-31

Description

(54) Zapojení analogového multiplexeru(54) Analog multiplexer connection

Vynález se týká zapojení analogového multiplexeru, opatřené alespoň dvěma vstupy a jedním výstupem a obsahující operační zesilovač s neinvertujícím a invertujícím vstupem a výstupem a dále výstupem, řídicí obvod spínačů s alespoň dvěma výstupy, alespoň dva spínače, každý opatřený vstupem, výstupem a řídicím vstupem připojeným k jemu příslušnému výstupu řídicího obvodu spínačů, alespoň dva zpětnovazební a alespoň dva vstupní odpory, jakož i společný vodič.The invention relates to an analog multiplexer circuit having at least two inputs and one output and comprising an operational amplifier with a non-inverting and inverting input and output and an output, a switch control circuit with at least two outputs, at least two switches each provided with an input, output and control input connected to its respective switch control circuit output, at least two feedback and at least two input resistors, as well as a common conductor.

Multiplexer pro analogové signály je zpravidla součástí zařízení měřicích ústředen, kde se různé vstupní elektrické analogové signály přepínají například automaticky nebo dálkově z místa obsluhy zařízení do jednoho měřicího bodu.The multiplexer for analog signals is usually part of the control panel equipment, where the various input electrical analog signals are switched, for example, automatically or remotely from the point of operation of the device to a single measuring point.

Je známa celá řada řešení multiplexerů. Nejjednodušším řešením je multiplexer obsahující mechanický přepínač, jehož prostřednictvím jsou přiváděné elektrické signály přepínány do jednoho měřicího místa. Tento multiplexer je sice přesný, ale na závadu je omezená rychlost přepínání a v neposlední řadě také jeho mechanická nespolehlivost. V některých aplikacích je na závadu také jeho nevhodnost k dálkovému ovládám a ovládání pomocí elektrického signálu vůbec.Many multiplexer solutions are known. The simplest solution is a multiplexer containing a mechanical switch, by means of which the supplied electrical signals are switched to one measuring point. This multiplexer is accurate, but the failure is limited speed of switching and last but not least its mechanical unreliability. In some applications, it is also a malfunction that it is unsuitable for remote control and electric signal control at all.

V dalším známém řešení multiplexeru je použito elektromechanického přepínače, ovšem jeho nevýhodou, obdobně jako u multiplexerů s mechanickým přepínačem, je omezená rychlost přepínání a značná mechanická nespolehlivost.In another known multiplexer solution, an electromechanical switch is used, but its disadvantage, as in the case of mechanical switch multiplexers, is the limited switching speed and considerable mechanical unreliability.

Proto se zejména pro účely rychlého přepínání používají multiplexery s polovodičovými přepínači. Jsou to zpravidla zapojení, kde tyto polovodičové spínače pouze nahrazují mechanické nebo elektromechanické spínače. Nevýhodou těchto známých zapojení multiplexerů je, že se nepříznivě projevují reálné vlastnosti použitých polovodičových spínačů, především napěťový ofset a nelinearita odporu spínače v sepnutém stavu. Jsou známa také zapojení analogových multiplexerů s operačním zesilovačem, která alespoň částečně tuto nevýhodu odstraňují. Zapojení využívají sčítacího zesilovače s operačním zesilovačem, přičemž do každého vstupu sčítacího zesilovače je vřazen elektronický spínač. V jednom takovém známém zapojení se jako spínačů používá tranzistorů řízených elektrickým polem a v sérii se zpětnovazebním odporem sčítacího zesilovače je vřazen kompenzační tranzistor řízený elektrickým polem, který je v sepnutém stavu. Tranzistory je však nutno vybírat s ohledem na stejný odpor v sepnutém stavu, což je značně pracné. Nevýhody časově a teplotní nestability, napěťového ofsetu a nelinearity odporu v sepnutém stavu jsou však zachovány. Jiné známé zapojení využívá jako přesného spínače jednocestný usměrňovač s operačním zesilovačem,Therefore, especially for fast switching purposes, multiplexers with semiconductor switches are used. These are generally wiring where these semiconductor switches merely replace mechanical or electromechanical switches. The disadvantage of these known multiplexer circuits is that the real properties of the semiconductor switches used, in particular the voltage offset and the non-linearity of the switch resistance in the closed state, are adversely affected. It is also known to connect analog multiplexers with an operational amplifier which at least partially overcome this disadvantage. The wiring uses an addition amplifier with an operational amplifier, with an electronic switch integrated in each input of the addition amplifier. In one such known circuit, electric field-controlled transistors are used as switches, and an electric-field-compensated transistor that is in the closed state is included in series with the feedback amplifier of the addition amplifier. However, the transistors have to be selected with respect to the same on-state resistance, which is very laborious. However, the disadvantages of time and temperature instability, voltage offset and non-linearity of the resistance in the closed state are preserved. Another known circuit uses a one-way rectifier with an operational amplifier as a precision switch,

207 278 přičemž se pomocí dalších obvodů posouvá převodní charakteristika usměrňovače tak, aby usměrňovač buď signál vedl nebo nevedl. Zapojení umožňuje přepínat signály pouze jedné polarity. Další známé zapojení používá k připojování vstupu sčítacího zesilovače k budicímu signálu tak zvaného přesného analogového spínače s operačním zesilovačem. Přesný analogový spínač je tvořen operačním zesilovačem v invertujícím uspořádání. Pomocí dvou polovodičových spínačů vřazených do přímé větve zpětnovazební smyčky lze volit buď nulový, nebo po přepnutí polovodičových spínačů, nenulový přenos. Tímto je potlačen vliv polovodičových spínačů na zanedbatelnou míru. Poslední dvě uvedená zapojení mají vysokou přesnost. Vysoké přesnosti je však dosaženo za cenu vysokých nákladů, protože pro sepnutí jednoho signálu je zapotřebí jeden operační zesilovač, přesné odpory, diody nebo polovodičové spínače.207 278 wherein the rectifier conversion characteristic is shifted by other circuits so that the rectifier either conducts the signal or does not. Connection allows to switch signals of only one polarity. Another known circuit is used to connect the summing amplifier input to the excitation signal of a so-called precision analog switch with an operational amplifier. The precision analog switch is formed by an operational amplifier in an inverting configuration. By means of two semiconductor switches integrated into the direct loop of the feedback loop, non-zero transmission can be selected, or after switching the semiconductor switches. This suppresses the influence of the semiconductor switches to a negligible extent. The latter two connections have high accuracy. However, high precision is achieved at the expense of high cost because one operational amplifier, precision resistors, diodes, or semiconductor switches are required to switch one signal.

Uvedené nevýhody a nedostatky odstraňuje zapojení analogového multiplexeru opatřeného alespoň dvěma vstupy a jedním výstupem a obsahující operační zesilovač s neinvertujícím a invertujícím vstupem a dále výstupem, řídicí obvod spínačů s alespoň dvěma výstupy, alespoň dva spínače, každý opatřený vstupem, výstupem a řídicím vstupem připojený k jemu příslušnému výstupu řídicího obvodu spínačů, alespoň dva zpětnovazební a alespoň dva vstupní odpory, jakož i společný vodič, podle vynálezu, jehož podstatou je, že neinvertující vstup operačního zesilovače je připojen ke společnému vodiči, výstup operačního zesilovače je připojen k výstupu zapojení a přes sériové kombinace vstupních a zpětnovazebních odporů k jednotlivým vstupům zapojení, přičemž mezi zpětnovazební odpory a vstupní odpory každé sériové kombinace je připojen vstup jí příslušného spínače, když výstup každého spínače je připojen k invertujícímu vstupu operačního zesilovače.These disadvantages and drawbacks are eliminated by connecting an analog multiplexer provided with at least two inputs and one output and comprising an operational amplifier with a non-inverting and inverting input and an output, a switch control circuit with at least two outputs, at least two switches each provided with an input, output and control input connected to to its respective switch control circuit output, at least two feedback and at least two input resistors, as well as a common conductor according to the invention, the principle being that the non-inverting input of the operational amplifier is connected to a common conductor a combination of input and feedback resistors to each wiring input, wherein the input of its respective switch is connected between the feedback resistors and the input resistors of each series combination when the output of each switch e is connected to the inverting input of the operational amplifier.

Výhodou zapojení analogového multiplexeru podle vynálezu je praktické potlačení nepříznivých reálných vlastností polovodičových spínacích prvků, zejména pokud jde o napěťový ofset, časovou teplotní nestabilitu, jakož i odpor spínače v sepnutém stavu, a to vše za relativně nízké pořizovací náklady. Další nevýhodou zapojení podle vynálezu je možnost volit pro každý vstupní signál individuální zesílení.The advantage of connecting the analog multiplexer according to the invention is the practical suppression of the unfavorable real properties of the semiconductor switching elements, especially in terms of voltage offset, time thermal instability, and switch resistance in the closed state, all at a relatively low purchase cost. Another disadvantage of the wiring according to the invention is the possibility to select an individual gain for each input signal.

Příkladné provedení zapojení analogového multiplexeru podle vynálezu je znázorněno na výkrese.An exemplary embodiment of an analog multiplexer circuit according to the invention is shown in the drawing.

Zapojení zahrnuje především alespoň dva vstupy 1,2 a výstup 3, všechny se společným vodičem 4. Počet vstupů 1,2 zapojení je prakticky neomezený a je určen pouze požadavkem na počet blíže neznázoměných přenosových cest, za kterých má být přiváděný elektrický signál přepínán do jediného měřicího bodu. Zapojení obsahuje operační zesilovač 5. Dalším prvkem zapojení je řídicí obvod 6. Počet řídicích výstupů řídicího obvodu 6 odpovídá počtu vstupů 1, 2 zapojení a tím také počtu řízených spínačů 7,8 nebo počtu kombinací odporů 9, 10 Či 11, 12. Řídicí výstupy řídicího obvodu 6 jsou připojeny k jim příslušným řídicím vstupům spínačů 7, 8. Každá sériová kombinace odporů 9, 10 či 11,12 je v zásadě tvořena jednak zpětnovazebním odporem 10 či 12, jednak vstupním odporem 9 či 11. Jak vyplývá z předchozího, jsou sériové kombinace odporů 9, 10 či 11, 12 nejméně dvě. Neinvertující vstup operačního zesilovače 5 je připojen ke společnému vodiči 4. Výstup operačního zesilovače 5 je připojen jednak k výstupu 3 zapojení, jednak přes sériové kombinace odporů 9,10 a 11,12 k jednotlivým vstupůmThe wiring comprises mainly at least two inputs 1,2 and output 3, all with a common conductor 4. The number of wiring inputs 1,2 is practically unlimited and is determined only by the requirement for the number of transmission paths (not shown) which are to be switched. measuring point. The circuit includes an operational amplifier 5. Another circuit element is the control circuit 6. The number of control outputs of the control circuit 6 corresponds to the number of inputs 1, 2 of the circuit and thus the number of controlled switches 7,8 or the number of resistor combinations 9, 10 or 11, 12. Each series combination of resistors 9, 10 or 11, 12 consists essentially of a feedback resistor 10 or 12, and an input resistor 9 or 11, respectively. a series combination of resistors 9, 10 or 11, 12 of at least two. The non-inverting input of the operational amplifier 5 is connected to the common conductor 4. The output of the operational amplifier 5 is connected both to the output 3 of the wiring and through the serial combinations of resistors 9, 10 and 11, 12 to the individual inputs.

1,2 zapojení. Přitom mezi zpětnovazební odpor 10 či 12 a vstupní odpor 9 či 11 každé jejich sériové kombinace je připojen vstup příslušného spínače či 8. Výstup každého spínače 7,8 je pak připojen k invertujícímu vstupu operačního zesilovače 5.1,2 wiring. The input of the respective switch 8 is connected between the feedback resistor 10 or 12 and the input resistor 9 or 11 of each series combination thereof. The output of each switch 7,8 is then connected to the inverting input of the operational amplifier 5.

Analogový multiplexer je osazen diferenčním operačním zesilovačem 5, který pracuje v invertujícím uspořádání, to je s paralelní napěťovou zápornou zpětnou vazbou. Vstupní napětí se přivádějí proti společnému vodiči 4 na příslušný vstup 1 či 2 zapojení, to je na vstupní odpor 9 či 11 příslušné sériové kombinace odporů 9,10 či 11,12. Při provozu multiplexeru je neznázorněným elektrickým řídicím signálem z výstupu řídicího obvodu 6 sepnut pouze jediný zvolený spínač 7 či 8. Tím je přes příslušný vstupní odpor 9 či 11 přivedeno příslušné vstupní napětí na invertující vstup operačního zesilovače 5. Současně je přes příslušný zpětnovazební odpor 10 či 12, ke kterému je sepnutý spínač 7 či 8 připojen, zavedena záporná zpětná vazba. Výstupní napětí se odebírá z výstupu 3 zapojení proti společnému vodiči 4. Je-li tedy sepnut n-tý spínač 7,8 a všechny ostatní spínače 7, rozpojeny, je výstupní napětí íUnThe analog multiplexer is equipped with a differential operational amplifier 5, which operates in an inverting arrangement, i.e. with parallel voltage negative feedback. The input voltages are applied against the common conductor 4 to the respective input 1 or 2 of the wiring, i.e. to the input resistor 9 or 11 of the respective series combination of resistors 9, 10 or 11, 12. In multiplexer operation, only a single selected switch 7 or 8 is switched from the control circuit 6 output (not shown), thereby providing a corresponding input voltage to the inverting input of the operational amplifier 5 via the respective input resistor 9 or 11. 12, to which the closed switch 7 or 8 is connected, negative feedback is introduced. The output voltage is taken from the output 3 of the wiring against the common conductor 4. Thus, if the n-th switch 7,8 is closed and all other switches 7 are open, the output voltage is Un

Uo = ~ -5— u_n ,Uo = ~ -5— u _n

Kin kde u—_n značí vstupné napětí n-tého vstupu 1, 2, R_2n n-tý zpětnovazební odpor 10, 12, R_ln n-tý vstupní odpor 9,11 a n je z oboru přirozených čísel až N a značí pořadové číslo vstupu 1,2, případně příslušného spínače 7, 8 nebo příslušné sériové kombinace odporů 9,10 či 11,12.Kin where u— _n denotes the input voltage of nth input 1, 2, R _2n n th feedback resistance 10, 12, R _ln n th input resistance 9,11 an is from the range of natural numbers up to N and denotes the serial number of the input 1,2 or the respective switch 7, 8 or the corresponding series of resistors 9,10 or 11,12.

Ostatní nevyužitá napětí, která jsou přes ostattíí sériové kombinace zpětnovazebních a vstupních odporů 10, 12 a 9, 11 přivedena k výstupu 3 zapojení, nemají na činnost multiplexeru prakticky vliv, protože výstup operačního zesilovače 5 představuje tvrdý zdroj napětí. Volbou poměru R_2n/R_ln je možno nastavit pro každý vstup 1, zapojení individuální zesílení.The other unused voltages that are applied to the output 3 via the other combinations of the feedback and input resistors 10, 12 and 9, 11 do not practically affect the multiplexer operation, since the output of the operational amplifier 5 represents a hard voltage source. By selecting the ratio R _2n / R _ln it is possible to set individual gain for each input 1, wiring.

• Zapojení analogového multiplexeru podle vynálezu lze aplikovat všude tam, kde je třeba rychle a přesně přepínat elektrické signály do jednoho měřicího bodu. Zapojení může nalézt uplatnění především v systémech s časovým slučováním přenosových cest jako bezkontaktní komutátor.The analog multiplexer circuit according to the invention can be applied wherever it is necessary to quickly and accurately switch electrical signals to one measuring point. The connection can find application especially in systems with time merging of transmission paths as a contactless commutator.

Claims

SUBJECT

OF THE INVENTION

Analog multiplexer wiring, provided with at least two inputs and one output and comprising an opamp with non-inverting and inverting input and output and output, a switch control circuit with at least two outputs, at least two switches, each having an input, output and control input connected to it at least two feedback and at least two input resistors as well as a common conductor, characterized in that the non-inverting input of the operational amplifier (5) is connected to a common conductor (4), the output of the operational amplifier (5) is connected to output (3) wiring and through series combinations of input and feedback resistors (9, 10 or 11, 12) to individual inputs (1,

2) wiring, wherein the input of its respective switch (7, 8) is connected between the feedback resistors (12, 10) and the input resistors (11, 9) of each series combination when the output of each switch (7, 8) is connected to an inverting input operational amplifiers (5).