DE19603090A1

DE19603090A1 - Programmierbarer Meßverstärker

Info

Publication number: DE19603090A1
Application number: DE19603090A
Authority: DE
Inventors: Thomas F Uhling; Keith C Griggs
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 1995-02-03
Filing date: 1996-01-29
Publication date: 1996-08-08
Anticipated expiration: 2016-01-30
Also published as: DE19603090C2; FR2730364B1; GB2297655A; US5600278A; GB9602297D0; US5654669A; FR2730364A1; GB2297655B; JPH08274556A

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf elektronische Son den und andere Meßverstärkerschaltungen, die verwendet wer den können, um analoge Signale über eine große Bandbreite von Frequenzen mit einer geringen Verzerrung zu übertragen, und insbesondere auf einen solchen Verstärker, der program mierbar ist.

Auf dem Gebiet von Meßverstärkern, beispielsweise Verstär kern für elektronische Testsonden, Oszilloskope und andere Geräte, besteht die primäre Anforderung darin, daß die Ver stärker analoge Signale über eine große Bandbreite von Fre quenzen mit einer geringen Verzerrung handhaben müssen. Ver stärker, die für ein Multiplexen verwendet werden können, sind selten oder auf dem Gebiet nicht existent, da üblicher weise angenommen wird, daß das Multiplexen mit der primären Anforderung unvereinbar ist. D.h., daß das Multiplexen übli cherweise mit dem Verlust zumindest einer bestimmten Signal wiedergabetreue und Bandbreite als Gegenleistung für die Fähigkeit, viele Signale gleichzeitig oder abwechselnd zu handhaben, zugeordnet ist.

Es ist gut bekannt, daß ein Verstärker hergestellt werden kann, indem ein "Emitter-Paar" miteinander verbunden wird. Derartige Verstärker sind üblicherweise in einer bipolaren Technologie realisiert, indem die Emitter von zwei Bipolar- Transistoren verbunden sind. Wenn das Emitter-Paar durch ei nen Widerstand, der häufig als R_E bezeichnet wird, mit der geringen oder der Masse-Spannung verbunden ist, die Kollek toren der Transistoren durch Widerstände mit der hohen Span nung verbunden sind, die Eingabe an die Basen der Transisto ren geliefert wird, und die Ausgabe von den Kollektoren ent nommen wird, ist der Verstärker als ein Differentialverstär ker bekannt. Wenn der Widerstand R_E durch einen dritten Transistor ersetzt wird, der eine Stromversorgungs-Vorspan nung der ersten zwei Transistoren liefert, ist der Verstär ker als ein Operationsverstärker oder op-amp (op-amp = operational amplifier) bekannt. Es ist ferner gut bekannt, bei derartigen Verstärkern eine Rückkopplung zu verwenden, indem der Ausgangs-Kollektor mit der Eingangs-Basis des gleichen Transistors verbunden wird. Die Rückkopplung redu ziert die Verstärkung des Verstärkers, erhöht jedoch die Bandbreite, über der eine geringe Verzerrung möglich ist.

Obwohl Operationsverstärker mit einer Rückkopplung gewöhn lich als Verstärker verwendet werden, wurde im allgemeinen angenommen, daß sich dieselben nicht für ein Multiplexen eignen. Das Multiplexen erfordert ein positives Schalten; d. h., daß eine Schaltung, die ein(geschaltet) ist, positiv ein(geschaltet) sein muß, und eine Schaltung, die aus(ge schaltet) ist, positiv aus(geschaltet) sein muß, ungeachtet dessen, welche Streusignale an deren Eingängen und Ausgängen gesehen werden. Da die Funktion von Operationsverstärkern primär durch die Vorspannung bestimmt ist, die durch die Masse- und Leistungs-Versorgung geliefert wird, d. h. die relativen Spannungen, die an die Emitter und Kollektoren angelegt werden, können Streusignale, die durch die Masse- und Leistungsversorgungs-Anschlüsse zugeführt werden, den Ein- oder Aus-Zustand derartiger Verstärker ändern. Da das Multiplexen von Natur aus erfordert, daß viele gleichartige benachbarte Schaltungen mit der gleichen Masse und Lei stungsversorgung verbunden sind, scheint es, daß Rückkopp lungsoperationsverstärker mit dem Multiplexen nicht kompati bel sind. Ferner tendiert genau das, was Rückkopplungsopera tionsverstärker für eine geringe Verzerrung über eine große Bandbreite nützlich macht, die Rückkopplung, auch dazu, die selben anfällig dafür zu machen, durch Streusignale an deren Ausgängen beeinflußt zu werden. Da es in der Natur des Mul tiplexens liegt, daß Signale von einem Multiplexkanal an dem Ausgang benachbarter Multiplexkanäle erscheinen, scheinen Rückkopplungsoperationsverstärker auch aus diesem Grund als nicht kompatibel mit dem Multiplexen.

Aus den oben genannten Gründen war die Meßtechnik bis heute im wesentlichen auf Einkanalsysteme begrenzt. Wenn Voraus setzungen mehr als einen Kanal erforderten, wurde eine An zahl von unabhängigen Schaltungen, d. h. eine Anzahl von Ein kanalsystemen, einfach nebeneinander plaziert. Dies ist auf wendig, da jeder Kanal ein getrennter hochentwickelter Meß verstärker ist.

Als elektronische Systeme mehr und mehr komplex wurden, mit immer höheren Anzahlen von Elementen, beispielsweise An schlußstiften auf Schaltungsgehäusen, wurde es entweder sehr zeitverbrauchend, sehr aufwendig oder beides, um bekannte Schaltungsgehäuse im wesentlichen mit einer Einkanalmeßaus rüstung zu prüfen. Folglich ist ein Meßverstärker, der eine Multiplexfähigkeit mit einer geringen Verzerrung über eine große Bandbreite liefert, hoch erwünscht.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Meßver stärker zu schaffen, der über eine große Bandbreite mit ei ner geringen Verzerrung für einen Multiplexbetrieb geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch einen Meßverstärker gemäß Anspruch 1 gelöst.

Die Erfindung löst das oben genannte Problem durch das Schaffen eines programmierbaren Operationsverstärkers mit einer Rückkopplung. Die Emitter von zwei Transistoren sind verbunden, um ein Emitter-Paar zu bilden. Der Eingang zu dem Verstärker ist mit der Basis eines Transistors verbunden, der hierin als der Eingangstransistor bezeichnet wird, wäh rend die Kollektor/Basis-Verbindung des anderen Transistors, der hierin als der Ausgangstransistor bezeichnet wird, die Rückkopplung und die Ausgabe liefert. Ein zusätzlicher Tran sistor in der Rückkopplungsschleife, der hierin als der Aus gangtreibertransistor bezeichnet werden wird, kann den Ver stärkerausgang treiben, um eine zusätzliche Verstärkung zu liefern.

Die Programmierbarkeit wird vorzugsweise durch einen Strom quellentransistor geliefert, der zwischen die Niedriglei stungsversorgung und das Emitter-Paar geschaltet ist, und einen Latch, der mit der Basis des Stromquellentransistors verbunden ist. Dieser Latch/Stromquellentransistor spannt das Emitter-Paar vor, um den Verstärker ein oder aus zu schalten. Außerdem wird das Emitter-Paar durch eine separate Vorspannungsschaltung auf eine gesteuerte Spannung getrie ben, wenn der Verstärker aus ist. Der Latch kann durch viele unterschiedliche Eingangsgeräte programmiert werden, wobei diese Programmierung jedoch vorzugsweise mittels eines Com puters durchgeführt wird.

Der reine Verstärker gemäß der Erfindung liefert einen pro grammierbaren EIN/AUS-Kanal, der auf eine Vielzahl von Arten verwendet werden kann. Vorzugsweise sind der Verstärker und die Anwendungen aufintegrierten Schaltungschips realisiert.

Bei vielleicht der einfachsten Anwendung liefert der Ver stärker eine Ausgangsstufe, die programmiert sein kann, um entweder an oder aus zu sein. Vorzugsweise treibt bei dieser Anwendung eine programmierbare Ausgangdeaktivierungsschal tung den Ausgang des Verstärkers auf einen Zustand, in dem derselbe elektrisch als eine Leerlaufschaltung erscheint, wenn der Verstärker programmiert ist, um aus zu sein. Die Ausgangdeaktivierungsschaltung ist vorzugsweise mit dem Kno ten zwischen dem Kollektor des Ausgangstransistors und der Basis des Ausgangtreibertransistors verbunden.

Bei einer weiteren Anwendung können von zwei bis zu mehreren hundert derartiger Kanäle kombiniert sein, um einen einfa chen Multiplexer zu bilden, der jeden der zwei bis zu mehre ren hundert Eingänge mit einem einzelnen Ausgang verbinden kann. In diesem Fall ist für jeden Kanal ein getrennter Ein gangstransistor vorgesehen, während ein Multi-Emitter-Tran sistor den Ausgangstransistor für mehrere Kanäle liefern kann. Wenn mehr als etwa zehn Kanäle erforderlich sind, kön nen mehrere Multi-Emitter-Ausgangstransistoren verwendet sein, wobei die Kollektoren aller Ausgangstransistoren mit einander verbunden sind, und wobei die Basen aller Ausgangs transistoren miteinander verbunden sind.

Die Vorspannung jedes Kanals, sowohl für die geringe und die Masse-Spannung als auch die hohe Spannung, die durch die Leistungsversorgung geliefert wird, geschieht vorzugsweise über getrennte Vorspannungsschaltungen. Die Emitter-Paar- Vorspannung für jeden Kanal wird durch eine getrennte Latch/Stromquellen-Transistor-Kombination gesteuert. Vor zugsweise ist jeder aktive Kanal getrennt auf Masse bezogen, um einen genauen wiederholbaren Vorspannungspegel für jeden Kanal zu liefern. Vorzugsweise ist der Kollektor jedes Ein gangstransistors durch eine getrennte Vorspannungsschaltung mit der Leistungsversorgung verbunden. Die Latches können durch einen Computer programmiert sein, um einen program mierbaren Multiplexerverstärker mit einer hohen Bandbreite und einer geringen Verzerrung zu liefern.

Bei einer Mehr-Ausgangs-Anwendung der Erfindung kann ein Eingang mit zwei oder mehr der Verstärkern gemäß der Erfin dung verbunden sein, wobei jeder der Verstärker einen ge trennten Ausgang aufweist. Eine Mehr-Ausgangs-Schaltung ge mäß dieser Anwendung kann programmiert sein, um einen ein zelnen Eingang mit einem beliebigen mehrerer Ausgänge zu verbinden. Durch das Kombinieren der einfachen Multiplexer anwendung mit der Mehr-Ausgangs-Anwendung kann ein komplexer Multiplexer hergestellt werden, der in der Lage ist, irgend einen von zwei bis zu mehreren hundert Eingänge mit einem oder beiden der zwei Ausgänge oder einem oder vielen von mehreren Ausgängen zu verbinden.

Bei einer andersartigen Analyse weist der Multiplexverstär ker zwei Abschnitte auf: einen Schaltabschnitt und einen Rückkopplungsabschnitt. Ein Schaltabschnitt ist für jeden Eingang und für jeden Ausgang vorgesehen. Der Rückkopplungs abschnitt ist für alle Ausgänge gemeinsam. Dieser Entwurf ermöglicht eine hohe Dichte von Multiplexschaltern, während noch eine hohe Signalunversehrtheit und eine große Bandbrei te geliefert wird.

Bei einer weiteren Anwendung des schaltbaren Verstärkers ge mäß der Erfindung können mehrere derartige Verstärker, von denen jeder eine unterschiedliche Verstärkung aufweist, kom biniert werden, um eine Schaltung mit wählbarer Verstärkung zu schaffen. Die unterschiedlichen Verstärkungen werden vor zugsweise durch eine unterschiedliche Spannungsteilerschal tung in der Ausgangsschleife jedes Verstärkers geliefert. Wie bei der einfachen Multiplexeranwendung sind alle Ver stärker mit einem gemeinsamen Ausgang verbunden. Die Ver stärkung des gemeinsamen Ausgangs ist durch das Einschalten des Verstärkers mit der gewünschten Verstärkung und das Aus schalten der anderen Verstärker programmierbar.

Bei einer weiteren Anwendung des programmierbaren Verstär kers können mehrere Verstärker kombiniert sein, um eine Schaltung mit wählbarer Dämpfung zu schaffen. Die unter schiedlichen Dämpfungen werden vorzugsweise durch eine un terschiedliche Spannungsteilerschaltung, die zwischen einen gemeinsamen Eingang zu der Schaltung und jeden der Eingänge der programmierbaren Verstärker eingefügt ist, geliefert.

Aus dem obigen wird offensichtlich, daß viele weitere neu artige Schaltungen durch das Kombinieren einer oder mehrerer der obigen Schaltung gebildet werden können. Jedes dieser Kombinationen ergibt eine Verstärkerschaltung mit hoher Bandbreite und geringer Verzerrung, die bei Meßanwendungen nützlich ist.

Die Erfindung liefert einen programmierbaren Verstärker mit folgenden Merkmalen: einem Verstärkereingang und einem Ver stärkerausgang; einem ersten Verstärkerkanal zwischen dem Eingang und dem Ausgang, wobei der erste Verstärkerkanal ei nen Eingangstransistor-Emitter und einen ersten Ausgangs transistor-Emitter aufweist, wobei der Eingangstransistor- Emitter und der erste Ausgangstransistor-Emitter miteinander verbunden sind, um ein erstes Emitter-Paar zu bilden; einer Auswahleinrichtung zum Auswählen, ob der erste Verstärkerka nal aktiviert werden soll; und einer Aktivierungseinrich tung, die auf die Auswahleinrichtung anspricht, um den Ver stärkerkanal zu aktivieren, derart, daß ein Signal, das an den Eingang angelegt wird, von dem Verstärkereingang durch den ersten Verstärkerkanal zu dem Verstärkerausgang geleitet wird, wenn der Verstärker ausgewählt ist, um aktiviert zu sein, und um den Verstärker zu deaktivieren, derart, daß ein Signal, das an den Eingang angelegt wird, nicht durch den Kanal zu dem Ausgang geleitet wird, wenn der Verstärker nicht ausgewählt ist, um aktiviert zu sein. Vorzugsweise weist die Aktivierungseinrichtung eine Stromquelle und eine Schalteinrichtung auf, die auf die Auswahleinrichtung an spricht, um die Stromquelle mit dem Emitter-Paar zu verbin den. Vorzugsweise weist die Schalteinrichtung einen Transi stor und einen Latch auf. Vorzugsweise weist der Verstärker ferner eine Deaktivierungseinrichtung auf, um den Ausgang in einen Zustand zu plazieren, in dem derselbe elektrisch als eine Leerlaufschaltung erscheint, wenn der Verstärker ausge wählt ist, um aus zu sein. Vorzugsweise weist der Verstärker ferner eine Emitter-Spannungssteuereinrichtung auf, um das Emitter-Paar auf eine gesteuerte Abschaltspannung zu trei ben, wenn der Verstärker nicht aktiviert ist. Vorzugsweise weist der Verstärker ferner einen zweiten Verstärkerkanal zwischen dem Eingang und dem Ausgang auf, wobei der zweite Verstärkerkanal einen zweiten Eingangstransistor-Emitter und einen zweiten Ausgangstransistor-Emitter aufweist, wobei der zweite Eingangstransistor-Emitter und der zweite Ausgangs transistor-Emitter miteinander verbunden sind, um ein zwei tes Emitter-Paar zu bilden; und wobei: die Auswahleinrich tung ferner eine Einrichtung zum Auswählen von zumindest ei nem der Kanäle aufweist; und die Aktivierungseinrichtung ei ne Einrichtung zum Aktivieren des ausgewählten Kanals und zum Deaktivieren des Kanals, der nicht ausgewählt ist, auf weist. Vorzugsweise weist der Verstärkereingang einen ersten Eingang auf, der mit dem ersten Verstärkerkanal verbunden ist, und einen zweiten Eingang, der mit dem zweiten Verstär kerkanal verbunden ist, wobei die Auswahleinrichtung eine Einrichtung aufweist, um einen der Eingänge auszuwählen, und wobei die Aktivierungseinrichtung eine Einrichtung aufweist, um den Kanal zu aktivieren, der mit dem ausgewählten Eingang verbunden ist, wodurch der Verstärker den ausgewählten des ersten und des zweiten Eingangs mit dem Ausgang elektrisch verbindet. Vorzugsweise weist der erste Verstärkerkanal fer ner eine erste Verstärkungseinrichtung mit einer ersten Ver stärkung auf, weist der zweite Verstärkerkanal ferner eine zweite Verstärkungseinrichtung mit einer zweiten Verstärkung auf, weist die Auswahleinrichtung eine Verstärkungsauswahl einrichtung zum Auswählen einer ersten Verstärkung oder ei ner zweiten Verstärkung auf, und weist die Aktivierungsein richtung eine Einrichtung zum Aktivieren des einen der Kanä le, der die ausgewählte Verstärkung aufweist, auf.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verstär ker geschaffen, der folgende Merkmale aufweist: einen Ver stärkereingang und einen Verstärkerausgang; einen ersten Verstärkerkanal, der einen ersten Eingangstransistor-Emitter und einen ersten Ausgangstransistor-Emitter aufweist, wobei der erste Eingangstransistor-Emitter und der erste Ausgangs transistor-Emitter miteinander verbunden sind, um ein erstes Emitter-Paar zu bilden; einen zweiten Verstärkerkanal, der einen zweiten Eingangstransistor-Emitter und einen zweiten Ausgangstransistor-Emitter aufweist, wobei der zweite Ein gangstransistor-Emitter und der zweite Ausgangstransistor- Emitter miteinander verbunden sind, um ein zweites Emitter- Paar zu bilden; eine Auswahleinrichtung zum Auswählen von einem des ersten und des zweiten Verstärkerkanals; und eine Aktivierungseinrichtung, die auf die Auswahleinrichtung an spricht, um den ausgewählten Verstärkerkanal zu aktivieren, derart, daß ein Signal, das an den Eingang angelegt wird, von dem Verstärkereingang durch den ausgewählten Verstärker kanal zu dem Verstärkerausgang geleitet wird. Vorzugsweise weist die Aktivierungseinrichtung eine Stromquelle und eine Schalteinrichtung auf, die auf die Auswahleinrichtung an spricht, um die Stromquelle mit dem ausgewählten Emitter- Paar zu verbinden, wobei die Schalteinrichtung einen Transi stor und einen Latch aufweist. Vorzugsweise weist der erste Verstärkerkanal einen ersten Emitter/Basis-Übergang auf, weist der zweite Verstärkerkanal einen zweiten Emitter/Ba sis-Übergang auf, und weist der Verstärker ferner eine erste Vorspannungseinrichtung auf, die mit dem ersten Emitter-Paar verbunden ist, um sicherzustellen, daß der erste Emitter/Ba sis-Übergang aus-gehalten ist, wenn der erste Kanal nicht ausgewählt ist, und eine zweite Vorspannungseinrichtung, die mit dem zweiten Emitter-Paar verbunden ist, um sicherzustel len, daß der zweite Emitter/Basis-Übergang aus-gehalten ist, wenn der zweite Kanal nicht ausgewählt ist. Vorzugsweise weist der Verstärker ferner eine Emitter-Spannungs-Steuer einrichtung zum Treiben des ersten Emitter-Paars auf eine gesteuerte Abschaltspannung, wenn der erste Verstärkerkanal nicht aktiviert ist, und zum Treiben des zweiten Emitter- Paars auf eine gesteuerte Abschaltspannung, wenn der zweite Verstärkerkanal nicht ausgewählt ist, auf.

Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung einen Mul tiplexverstärker mit folgenden Merkmalen: einer Mehrzahl von Eingängen; zumindest einem Ausgang; einer Mehrzahl von Ver stärkerschaltabschnitten, von denen jeder eine Schaltein richtung zum Aktivieren und Deaktivieren des Verstärker schaltabschnitts aufweist; einen Verstärkerrückkopplungsab schnitt; wobei einer der Verstärkerschaltabschnitte für je den der Eingänge existiert, wobei der Verstärkerschaltab schnitt zwischen seinen entsprechenden Eingang und den Aus gang geschaltet ist, und wobei der Verstärkerrückkopplungs abschnitt der Mehrzahl von Verstärkerschaltabschnitten ge meinsam ist und mit dem Ausgang verbunden ist. Vorzugsweise existiert eine Mehrzahl der Ausgänge, existieren I × O der Verstärkerschaltabschnitte, wobei I die Anzahl der Eingänge und O die Anzahl der Ausgänge ist, und existiert einer der Verstärkerrückkopplungsabschnitte für jeden der Ausgänge, wobei ein unterschiedlicher der Verstärkerschaltabschnitte zwischen jeden der Eingänge und jeden der Ausgänge geschal tet ist.

Die Erfindung liefert nicht nur eine programmierbare Ver stärkersonde mit einer hohen Bandbreite und einer hohen Si gnalunversehrtheit, sondern der Verstärker und seine Anwen dungen können ferner in kompakten, relativ wenig aufwendi gen, integrierten Schaltungschips implementiert sein, da der Verstärker keine großen Kondensatoren verwendet.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm des bevorzugten Ausführungs beispiels eines programmierbaren Verstärkers gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Schaltungsdiagramm einer programmierbaren Aus gangsstufe unter Verwendung einer Variation des programmierbaren Verstärkers von Fig. 1;

Fig. 3 ein Schaltungsdiagramm der Ausgangsdeaktivierungs schaltung, die in der programmierbaren Ausgangsstu fe von Fig. 2 verwendet ist;

Fig. 4 ein Schaltungsdiagramm eines einfachen Multiplexers unter Verwendung von achtzehn der programmierbaren Verstärker gemäß der Erfindung;

Fig. 5 ein Schaltungsdiagramm einer Ausgangsstufe mit wählbarer Verstärkung unter Verwendung von drei programmierbaren Verstärkern gemäß der Erfindung;

Fig. 6 ein Schaltungsblockdiagramm eines integrierten Schaltungschips des "X"-Typs unter Verwendung von zwei der einfachen Multiplexer von Fig. 4 und zwei der Ausgangsstufen mit wählbarer Verstärkung von Fig. 5 in einer Mehr-Ausgangs-Anwendung, wodurch ein komplexer Multiplexer gebildet ist;

Fig. 7 ein Schaltungsdiagramm des Multiplexers, bei dem die Ausgangsdeaktivierungsschaltung von Fig. 3 mit dem einfachen Multiplexer von Fig. 4 kombiniert ist;

Fig. 8 ein Schaltungsblockdiagramm eines integrierten Schaltungschips des "Y"-Typs unter Verwendung von sechs der Multiplexer von Fig. 7 und zwei der pro grammierbaren Ausgangsstufen von Fig. 2;

Fig. 9 ein Schaltungsblockdiagramm, das die Verwendung von fünf der integrierten Schaltungschips des "Y"-Typs von Fig. 8 zeigt, um einen 208-auf-2-Multiplexer zu bilden;

Fig. 10 ein Schaltungsblockdiagramm eines Sondensystems un ter Verwendung zahlreicher Anwendungen des program mierbaren Verstärkers gemäß der Erfindung und

Fig. 11 ein Schaltungsdiagramm einer Anwendung mit wählba rer Dämpfung des Verstärkers gemäß der Erfindung.

1. Übersicht

Fig. 1 zeigt das bevorzugte Ausführungsbeispiel eines Ver stärkers 100 gemäß der Erfindung. Es sollte offensichtlich sein, daß das spezifische System, das in den Figuren gezeigt und hierin beschrieben ist, exemplarischen Zwecken dient. D.h., daß dasselbe dazu bestimmt ist, bevorzugte Beispiele der Erfindung zu zeigen, derart, daß Fachleute dieselbe vollständig verstehen und realisieren können. Dasselbe ist nicht dazu bestimmt, die Erfindung auf die spezifischen Bei spiele zu begrenzen, die hierin beschrieben und gezeigt sind.

In dieser Offenbarung bedeutet der Ausdruck "elektrisch ver bunden", wenn er für zwei elektrische Elemente verwendet ist, beispielsweise einen Eingang und einen Ausgang, daß ein elektrisches Signal, beispielsweise eine Spannung, ein Strom, ein analoges Signal oder ein digitales Signal, von einem Element zu dem anderen laufen wird. Dies unterscheidet sich von einer physikalischen Verbindung durch elektrische Komponenten. Ein Eingang und ein Ausgang können beispiels weise durch Drähte, Verstärker, Transistoren, Widerstände oder andere elektrische Komponenten physikalisch verbunden sein, wobei jedoch kein Signal von dem Eingang zu dem Aus gang laufen wird, da eine oder mehrere der Schalt- oder Ver stärkungs-Komponenten aus sein können. In diesem Fall sind der Eingang und der Ausgang nicht "elektrisch verbunden". In dieser Offenbarung bedeutet "Verstärker" eine elektronische Schaltung, die Signale überträgt, üblicherweise unter Verän derung der Amplitude, ohne eine signifikante Verzerrung, und schließt 1 : 1-Verstärker ebenso wie negative Verstärker ein, nicht nur Verstärker mit einer positiven Verstärkung.

Der Verstärker 100 weist einen Eingangstransistor 102, einen Ausgangstransistor 104 und einen Ausgangtreibertransistor 118 auf. Die Emitter 106 und 108 der zwei Transistoren sind verbunden, um ein Emitter-Paar 110 zu bilden. Der Eingang 112 des Verstärkers 100 ist mit der Basis des Transistors 102 verbunden, während eine Rückkopplungsschaltung 114 zwi schen den Kollektor und die Basis des Transistors 104 ge schaltet ist. Der Ausgang 116 des Verstärkers ist mit der Basis des Ausgangstransistors 104 und dem Kollektor des Aus gangtreibertransistors 118 in der Rückkopplungsschleife 114 verbunden, wobei dieser Transistor 118 den Verstärkerausgang 116 treibt, um eine zusätzliche Verstärkung zu liefern. Ein Knoten 119, der mit dem Kollektor des Ausgangstransistors 108 und der Basis des Ausgangtreibertransistors 118 verbun den ist, ist durch einen Widerstand 115 mit Masse verbunden. Der Kollektor des Transistors 118 ist mit einer Leistungs quelle von +1,35 Volt verbunden.

Es sei bemerkt, daß in dieser Offenbarung Spannungsquellen als eine Linie gezeigt sind, wobei die Spannung neben die selbe geschrieben ist, wie bei 117. Eine Sondenleistungs versorgung 1024 (Fig. 10) liefert Spannungen von +6,0 Volt, +1,35 Volt und -3,0 Volt. Jeder der integrierten Schaltungs chips (IC-Chips; IC = integrated circuit), die nachfolgend erläutert werden, besitzt ferner eine Chip-interne Schal tung, die -1,44 Volt erzeugt. Andere dazwischenliegende Spannungen werden auf eine herkömmliche Art und Weise erhal ten, indem eine oder mehrere Dioden plaziert werden, die passend die Spannung zwischen der Leitung, die die "hohe" oder die "tiefe" Spannung trägt, und dem Abschnitt der Schaltung, an dem die dazwischenliegende Leistungsquelle ge zeigt ist, dämpfen.

Die Programmierbarkeit wird durch eine Verstärkeraktivie rungseinrichtung 120 und eine Auswahleinrichtung 1043, 1044 (Fig. 10) geliefert. Die Aktivierungseinrichtung 120 weist eine Stromquelle 125, eine Schalteinrichtung 177, die einen Transistor 122 und einen programmierbaren Latch 124 auf weist, und einen Widerstand 126 auf. Der Kollektor des Tran sistors 122 ist mit dem Emitter-Paar 110 verbunden, während der Emitter desselben durch den Widerstand 126 mit der Lei stungsquelle von -3,0 Volt verbunden ist. Der Ausgang des Latches 124 ist mit der Basis des Transistors 122 verbunden. Der Latch 124 ist über eine Datenleitung 127 und eine Takt leitung 128 mit einer Programmiereinrichtung 1021 (Fig. 10) verbunden. Wie ebenfalls detaillierter nachfolgend gezeigt wird, ist der Latch 124 einer einer Reihe von Latches, die zusammen ein Schieberegister bilden. Unter Verwendung einer Eingabevorrichtung 1041 (Fig. 10), beispielsweise einer Ta statur 1042 oder einer Wählscheibe 1045, wählt ein Benutzer einen oder mehrere Verstärker aus, die aktiviert werden sol len. Die Auswahl mit der Eingabevorrichtung 1041 bewirkt, daß die Programmiereinrichtung 1121, die einen Mikroprozes sor 1025 und einen Speicher 1026 aufweist, eine Reihe von Bits durch die Latches, beispielsweise 124, taktet, um die selben zu programmieren. Wenn der Latch 124 mit einer logi schen "1" programmiert ist, wird sein Ausgang hoch und der Transistor 122 schaltet ein, um das Emitter-Paar 110 mit der niedrigen Leistungsversorgung zu verbinden, wobei sowohl die niedrige Versorgungsspannung zu den Basis-Emitter-Übergängen der Transistoren 102 und 104, um dieselben einzuschalten, als auch die Stromquelle 125, um dieselben mit Leistung zu versorgen, vorgesehen ist, was den Verstärker 100 aktiviert. Wenn der Latch 124 mit einer logischen "0" programmiert ist, bleibt sein Ausgang tief, und der Transistor 122 bleibt aus, wobei der Verstärker 100 in dem deaktivierten Zustand gehal ten wird. Wie detaillierter nachfolgend erörtert wird, ist jede Bank von Latches separat geerdet, um einen stabilen und genauen Vorspannungspegel für die Aktivierungseinrichtung 120 sicherzustellen. In dieser Offenbarung ist Masse durch ein Dreieck, wie bei 129, angezeigt.

Der Verstärker 100 liefert folglich einen "Kanal" 111 von dem Eingang 112 zu dem Ausgang 116, der programmiert werden kann, um AN oder AUS zu sein. Wenn der Verstärker 100 AUS ist, haben Signale, die auf dem Eingang 112 plaziert werden, keine Wirkung auf den Ausgang 116. Wenn der Verstärker 100 AN ist, werden Signale, die auf dem Eingang 112 plaziert werden, mit einer geringen Verzerrung für Bandbreiten vom Gleichsignalbetrieb (DC-Betrieb; DC = direct current = Gleichstrom) bis zum Gigahertz-Bereich zu dem Ausgang 116 übertragen. Dieser elementare Verstärker kann verwendet wer den, um einen einzelnen Kanal (Fig. 2) zu liefern, der pro grammiert werden kann, um entweder in einem AN- oder einem hochohmigen, im wesentlichen stromlosen AUS-Zustand zu sein, der für externe Schaltungen im wesentlichen als eine Leer laufschaltung erscheint, um einen Mehrkanal-Multiplexer (Fig. 4) zu liefern, um eine Ausgangsstufe mit wählbarer Verstärkung (Fig. 5) zu liefern, um eine Eingangsstufe mit wählbaren Dämpfungskanälen (Fig. 11) zu liefern, und um vie le weitere Ein- und Mehr-Kanal-Vorrichtungen zu liefern.

Wie wiederum in Fig. 1 zu sehen ist, ist das Emitter-Paar 110 ferner mit einer AUS-Zustand-Vorspannungsschaltung 140 verbunden, die einen Transistor 142 und einen Widerstand 144 aufweist. Der Kollektor und die Basis des Transistors 142 sind mit dem Emitter-Paar 110 verbunden, während der Emitter mit Masse verbunden ist. Wie in der Technik bekannt ist, wirkt der Transistor 142 in diese Konfiguration als eine Diode, bei der die Kathode mit Masse verbunden ist. Das Emitter-Paar 110 ist ferner durch einen Widerstand 144 mit der Spannungsversorgung von +1,35 Volt verbunden. Die AUS- Zustand-Vorspannungsschaltung 140 treibt das Emitter-Paar 110 auf eine gesteuerte Abschaltspannung, wenn der Verstär ker 100 nicht aktiviert ist, und unterstützt ferner die Re duzierung der Kopplung zwischen benachbarten Verstärkern, d. h. benachbarten Kanälen. Vorzugsweise beträgt die gesteu erte Abschaltspannung etwa 0,75 Volt, welche die Basis/Emit ter-Übergänge der Transistoren 102 und 104 rückwärts vor spannt, wenn der Latch 124 aus ist.

Der Verstärker 100 weist ferner eine Leistungsversorgungs- Vorspannungsschaltung 150 auf. Der Kollektor des Transistors 102 ist mit Masse verbunden. Wie nachfolgend zu sehen ist, weist jeder Kanal von Mehrkanal-Vorrichtungen eine getrennte Leistungsversorgungs-Vorspannung auf. Jeder Ausgangskanal weist seine eigene getrennte Leistungsquelle auf, d. h. eine getrennte Verbindung zu der Leistungsversorgung für den Chip, wobei diese Leistungsquelle Leistung zu diesem Kanal von dem Eingang zu dem Ausgang liefert. Dies verhindert, daß benachbarte Kanäle über die Leistungsversorgung "sprechen". Folglich liefert dies eine Isolierung, wenn der Kanal aus ist.

Der Verstärker 100 weist ferner eine Vorspannungsschaltung 170 auf, die einen Transistor 172 und einen Widerstand 174 aufweist. Der Kollektor des Transistors 172 ist mit dem Emitter des Ausgangtreibertransistors 118 verbunden, während der Emitter desselben durch den Widerstand 174 mit der Lei stungsquelle von -3,0 Volt verbunden ist. Die Basis des Transistors 172 ist mit einer Leistungsquelle von +1,5 Volt verbunden. Die Vorspannungsschaltung 170 liefert einen Strom zu dem Ausgangtreibertransistor 118, derart, daß der Transi stor einschaltet, wenn der Rest der Schaltung 100 einschal tet, und abschaltet, wenn der Rest der Schaltung 100 ab schaltet.

Vorzugsweise sind alle Transistoren in dieser Schaltung und in den anderen Schaltungen dieser Offenbarung bipolare NPN- Transistoren. Der Latch 124, und die anderen Latches, die nachfolgend erläutert werden, können jede Vorrichtung sein, die einen Ausgang aufweist, der in einem von zwei Zuständen verriegelt sein kann: einem "tiefen" oder logischen "0"-Zu stand, der bei diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise etwa -2,6 Volt beträgt, und einem "hohen" oder logischen "1"-Zu stand, der bei diesem Ausführungsbeispiel etwa +1,0 Volt be trägt. Die Typen und Werte der anderen elektronischen Kompo nenten hängen von der Anwendung ab, wobei nachfolgend Bei spiele gegeben werden.

Nachfolgend werden mehrere bevorzugte; Ausführungsbeispiele des Verstärkers gemäß der Erfindung erläutert, wobei danach, in Fig. 10, gezeigt wird, wie diese Ausführungsbeispiele in ein Sondensystem 1000 integriert sein können. Diese bevor zugten Ausführungsbeispiele des Verstärkers sind auf inte grierten Schaltungschips realisiert. Dies ermöglicht es, daß große Anzahlen von Kanälen in einem kleinen Gehäuse plaziert werden, beispielsweise einem Hand-Sondenkörper. Es ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung, daß der Entwurf des elemen taren Verstärkers ermöglicht, daß mehrere Verstärker ohne eine Kopplung zwischen den Verstärkern sehr nahe beieinander plaziert werden, und noch die hohe Bandbreite und die gerin ge Verzerrung liefern, die für Meßverstärker erforderlich sind. Folglich führt der Entwurf des Verstärkers zu der Fä higkeit, viele derartige Verstärker in eine integrierte Schaltung aufzunehmen und liefert folglich eine neue Dimen sion bei der Instrumentierung.

2. Detaillierte Beschreibung der Anwendungen des Verstärkers

In Fig. 2 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer pro grammierbaren Ausgangsstufe 200, die in der Sonde 1000 ver wendet ist, gezeigt. Die Schaltung 200 weist eine Ausgangs deaktivierungsschaltung 201, einen Eingang 202, einen Aus gang 204, Latches YPAON, YPAOF und YPAL, Transistoren 210 bis 219, einen Kondensator 220, Widerstände 226 bis 237 und Dioden 240 und 241 auf. Der Eingang 200 ist mit der Basis des Transistors 210 verbunden. Der Kollektor des Transistors 210 ist mit einer Leistungsquelle von +1,35 Volt verbunden, während der Emitter durch Widerstände 226 und 227, die seri ell verbunden sind, mit dem Emitter des Transistors 211 ver bunden ist. Die Basis des Transistors 211 ist mit dem Aus gang 204 verbunden, während der Emitter mit einem Knoten 270 verbunden ist, welcher äquivalent zu dem Knoten 119 in der Schaltung von Fig. 1 ist. Ein Knoten 268 zwischen den Wider ständen 226 und 227 ist mit den Kollektoren der Transistoren 212 und 213, der Basis des Transistors 212 und durch einen Widerstand 228 mit einer Leistungsquelle von +1,35 Volt ver bunden. Der Emitter des Transistors 212 ist mit Masse ver bunden. Der Emitter des Transistors 213 ist durch einen Wi derstand 229 mit der Leistungsversorgung von -3,0 Volt ver bunden. Die Basis des Transistors 213 ist mit dem Ausgang des Latches YPAON verbunden. Die Latches YAON, YAOF und YAL sind mit einer seriellen Datenleitung 250, die direkt von einem Latch YA18 (Fig. 7) kommt, jedoch letztendlich von der Programmiereinrichtung 1121, verbunden. Die Latches YAON und YAOF liefern Signale VLATCHON und VLATCHOFF zu der Ausgangs deaktivierungsschaltung 201. Die Ausgangsdeaktivierungs schaltung 201 ist ferner mit einer Leistungsquelle von +1,35 Volt, der Leistungsquelle von +6,0 Volt und der Leistungs quelle von -3,0 Volt verbunden. Dieselbe liefert eine Span nung VOFF von etwa 0,1 Volt an ihrem Ausgang 285 und einen Strom IOFF von etwa 0,5 Milliampere an ihrem Ausgang 286. Die Leitung 285 ist durch den Kondensator 220 mit Masse und durch einen Widerstand 230 mit dem Knoten 270 verbunden. Der Kondensator 220 und der Widerstand 230 liefern eine Hochfre quenzkompensation für den Verstärker. Die Leitung 286 ist mit der Basis des Transistors 214 verbunden. Die Basis des Transistors 214 ist durch einen Widerstand 231 mit der Lei stungsversorgung von +6,0 Volt verbunden. Der Kollektor des Transistors 214 ist mit der Kathode einer Diode 240 verbun den, während die Anode der Diode mit der Leistungsquelle von +6,0 Volt verbunden ist. Der Emitter des Transistors 214 ist durch einen Widerstand 232 mit dem Knoten 270 verbunden. Der Knoten 270 ist mit dem Kollektor des Transistors 211 und der Basis des Transistors 215 verbunden, welcher eine ähnliche Funktion durchführt wie der Transistor 118 in Fig. 1, mit der Ausnahme, daß sein AUS-Zustand enger durch die Schaltung 280 gesteuert wird. Der Kollektor des Transistors 215 ist mit einer Leistungsquelle von +1,35 Volt verbunden, während sein Emitter mit dem Ausgang 204 und der Basis des Transi stors 211 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 216 ist mit dem Ausgang 204 verbunden, der Emitter desselben ist durch einen Widerstand 238 mit der Leistungsquelle von -3,0 Volt verbunden, während die Basis desselben durch einen Wi derstand 233 mit dem Emitter des Transistors 217 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 217 ist mit Masse verbun den, seine Basis ist mit dem Kollektor des Transistors 218, durch einen Widerstand 234 mit Masse und mit der Kathode ei ner Diode 241 verbunden, während die Anode desselben mit der Basis des Transistors 218 und durch einen Widerstand 235 mit dem Emitter des Transistors 219 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 219 ist durch einen Widerstand 236 mit Masse verbunden, während sein Kollektor mit Masse verbunden ist. Die Basis des Transistors 219 ist mit dem Ausgang des Lat ches YPAL verbunden.

Vorzugsweise weist der Kondensator 220 einen Wert von 0,2 Pikofarad auf, während die Widerstände 226 bis 238 die Werte 20 Ohm, 20 Ohm, 1,9 Kiloohm, 125 Ohm, 500 Ohm, 14 Kiloohm, 2,0 Kiloohm, 250 Ohm, 14 Kiloohm, 7 Kiloohm, 14 Kiloohm, 7 Kiloohm bzw. 250 Ohm aufweisen. Die Latches sind mit Be zeichnungen bezeichnet, beispielsweise YPAON, YPAOF und YPAL, die deren relative Position in der Schaltung und in einem Schieberegister 297 anzeigen, welches ein Teil des Sondensystems von Fig. 10 ist. Diese Bezeichnungen werden detailliert in Verbindung mit Fig. 10 erklärt.

Fig. 3 zeigt ein detailliertes Schaltungsdiagramm der Aus gangsdeaktivierungsschaltung 201, die einen Teil des Ver stärkers 200 (Fig. 2) bildet. Diese Schaltung liefert einen Strom IOFF an ihrem Ausgang 286 und eine Spannung VOFF an ihrem Ausgang 285, als Reaktion auf Signale VLATCHON und VLATCHOFF, die auf ihren Eingängen 302 bzw. 303 plaziert werden. Die Ausgangsdeaktivierungsschaltung 201 weist Tran sistoren 310 bis 318, Widerstände 320 bis 329 und Dioden 330 bis 333 auf. Der Transistor 312 ist ein Zwei-Emitter-Tran sistor. Der Eingang 303 ist mit den Basen von Transistoren 310 und 311 verbunden. Der Eingang 302 ist mit der Basis des Transistors 312 verbunden. Die Emitter der Transistoren 310 und 311 sind mit einem der Emitter des Transistors 312 und durch Widerstände 320 bzw. 321 mit der Leistungsquelle von -3,0 Volt verbunden. Der Kollektor des Transistors 312 ist mit Masse verbunden. Die Kollektoren der Transistoren 310 und 311 sind durch einen Widerstand 322 verbunden. Der Kol lektor des Transistors 310 ist ferner mit dem Emitter eines Transistors 313 und durch einen Widerstand 323 mit Masse verbunden, während der Kollektor des Transistors 311 ferner mit dem Emitter eines Transistors 314 verbunden ist. Die Ba sen der Transistoren 313 und 314 sind mit Masse verbunden. Der Kollektor des Transistors 314 ist mit dem Ausgang 285 verbunden. Der Kollektor des Transistors 313 ist mit dem Emitter eines Transistors 317 verbunden. Die Basis des Tran sistors 317 ist durch einen Widerstand 325 mit Masse, durch eine Diode 333, deren Kathode mit dem Kollektor verbunden ist, mit dem Kollektor desselben, durch eine Diode 332, de ren Anode mit der Leistungsquelle verbunden ist, mit einer Leistungsquelle von +1,35 Volt, und durch einen Widerstand 327 mit der Leistungsquelle von +6,0 Volt verbunden. Der Kollektor des Transistors 317 ist ferner mit dem Ausgang 286 verbunden. Der Emitter des Transistors 315 ist durch eine Serienschaltung einer Diode 330 und eines Widerstands 324 mit Masse verbunden, wobei die Anode der Diode mit dem Emit ter verbunden ist. Der Emitter des Transistors 316 ist durch einen Widerstand 329 mit Masse und mit der Anode einer Diode 331 verbunden, während die Kathode desselben mit dem Ausgang 285 verbunden ist. Die Basen der Transistoren 315 und 316 sind durch eine Serienschaltung von Widerständen 326 und 328 mit der Leistungsquelle von +6,0 Volt verbunden. Ein Knoten 340 zwischen den Widerständen 326 und 328 ist mit der Basis eines Transistors 318 verbunden. Der Emitter des Transistors 318 ist mit der Leistungsquelle von +6,0 Volt verbunden. Der Emitter des Transistors 318 ist mit dem Kollektor des Tran sistors 316 verbunden. Vorzugsweise weisen die Widerstände 320 bis 329 die Werte 1,1 Kiloohm, 5,0 Kiloohm, 32,5 Kilo ohm, 32,5 Kiloohm, 2,0 Kiloohm, 97,5 Kiloohm, 40,0 Kiloohm, 65 Kiloohm, 40,0 Kiloohm bzw. 32,5 Kiloohm auf. Die Aus gangsdeaktivierungsschaltung liefert eine Spannung VOFF von etwa 0,1 Volt an dem Ausgang 286 und einen Strom IOFF von etwa 0,5 Milliampere an ihrem Ausgang 286.

Die Verstärkerschaltung 200 weist im wesentlichen einen Rückkopplungsoperationsverstärker 275 auf, der eine Rück kopplungsschleife 276, eine programmierbare AUS-Schaltung 280 und eine Vorspannungsschaltung 290 aufweist. Der Ver stärker 200 unterscheidet sich von dem elementaren Verstär ker 100 dahingehend, daß er die Widerstände 226 und 227 auf weist, die zwischen das Emitter-Paar 205 und 206 geschaltet sind, daß die Vorspannungsschaltung 290 komplexer als die Schaltung 170 in Fig. 1 und programmierbar ist, und daß der selbe die programmierbare AUS-Schaltung 280 aufweist. Die Widerstände 226 und 227 reduzieren die Schleifenverstärkung des Verstärkers 275. Die Vorspannungsschaltung 290 ist äqui valent zu der Schaltung 170; d. h., daß die Vorspannungs schaltung 170 eine allgemeine Darstellung einer Vorspan nungsschaltung ist, während die Schaltung 290 eine tatsäch liche Implementierung einer derartigen Schaltung ist. Die Schaltung 290 liefert einen Vorspannungsstrom zu dem Emitter des Transistors 215, wenn YPAL tief ist, und liefert keinen Strom, wenn YPAL hoch ist, so daß der Transistor 215 ab schaltet und der Ausgang deaktiviert wird.

Die Funktion der programmierbaren AUS-Schaltung 280 besteht in Verbindung mit der Vorspannungsschaltung 290 darin, den Transistor 214 aus zu halten, wenn der Verstärker 275 aus ist. Bei einer typischen Verwendung der programmierbaren Ausgangsschaltung 200, beispielsweise der Anwendung, die in den Fig. 8 und 9 gezeigt ist, sieht der Ausgang 204 aufgrund der Ausgaben von anderen Schaltungen Spannungen, die priori tätisch mit einer Sondenkopf-Ausgabeleitung, beispielsweise 924, verkettet sind (daisy chained). Ohne die Schaltung 280 würde, wenn der Transistor 213 aus ist, d. h., wenn der Ver stärker 275 aus ist, der Knoten 270 auf näherungsweise +2,1 Volt ansteigen, was in Verbindung mit bestimmten Spannungen, die an dem Ausgang 204 erscheinen können, den Transistor 215 einschalten könnte. Der Strom IOFF, der an die Basis des Transistors 214 angelegt ist, hält diesen Transistor aus und stellt sicher, daß kein Strom zu oder; von dem Ausgang 204 durch den Verstärker fließt. Wenn der Transistor 214 aus ist, wäre der Knoten 270 schwebend (float). Die Spannung VOFF, die durch die Ausgangsdeaktivierungsschaltung 201 er zeugt wird, hält den Knoten 270 auf etwa 0,1 Volt, was zu sammen mit der Vorspannung, die durch die Vorspannungsschal tung 290 geliefert wird, wenn der Latch YPAL eingeschaltet ist, den Transistor 215 für alle vernünftigen Spannungen, die an dem Ausgang 204 erscheinen können, ausgeschaltet hält. Die Kombination von IOFF und VOFF hat zur Folge, daß der Ausgang 204 jeder Schaltung, die mit demselben verbunden ist, als eine Leerlaufschaltung erscheint. Folglich liefert die Schaltung 200 einen einzelnen Kanal 251, der program mierbar ist, um entweder in einem EIN-Zustand zu sein, in dem derselbe über eine große Bandbreite von Frequenzen Si gnale, die an den Eingang 202 angelegt werden, mit einer geringen Verzerrung zu dem Ausgang 204 überträgt, oder in einem AUS-Zustand zu sein, in dem der Ausgang 204 in einem hochohmigen, stromlosen Zustand ist, der einer Leerlauf schaltung gleicht. Wie nachfolgend zu sehen ist, ermöglicht es dieses Merkmal, daß viele IC-Chips prioritätisch mit dem Sondenausgang verkettet werden, was die Anzahl von Kanälen stark erhöht, die unter Verwendung von genau zwei kundenspe zifischen IC-Chips in einem Sondensystem plaziert werden können.

Fig. 4 zeigt ein detailliertes Schaltungsdiagramm eines ein fachen Multiplexerverstärkers 400, der achtzehn Rückkopp lungsoperationsverstärker 402 ähnlich dem Verstärker 100 von Fig. 1 verwendet, um irgendeinen von achtzehn Eingängen 403 mit einem einzelnen Ausgang 404 zu verbinden. Der Multi plexerverstärker (muxamp) 400 ist als ein Teil einer inte grierten Schaltung eines "X"-Typs (ICX) 401 (Fig. 6) reali siert. Der Multiplexerverstärker 400 weist achtzehn Eingänge 403, Transistoren 406, 407, 408, 410, 412 und 414, Latches XA1 bis XA18, Dioden 451 und 454, Widerstände 416, 418 und 460 bis 466, einen Kondensator 470 und den Ausgang 404 auf. Die Transistoren 408 und 428 sind Neun-Emitter-Transistoren. Vorzugsweise weisen die Widerstände 416, 418 und 460 bis 466 die Werte 100 Ohm, 88 Ohm, 125 Ohm, 2 Kiloohm, 500 Ohm, 2,3 Kiloohm, 1 Kiloohm, 200 Ohm bzw. 1,8 Kiloohm auf. Der Kon densator 470 weist vorzugsweise einen Wert von 0,2 Pikofarad auf.

Jeder der achtzehn Operationsverstärker 402 weist zwei Tran sistoren, beispielsweise 407 und 408, auf, deren Emitter, beispielsweise 481 und 482, verbunden sind, um ein Emitter- Paar 480 zu bilden. Bei der gezeigten Realisierung ist der Transistor 408 ein Neun-Emitter-Transistor, so daß derselbe als der zweite Transistor für die ersten neun der Differen tialverstärker wirkt, während ein zweiter Neun-Emitter-Tran sistor 428 als der zweite Transistor für die letzten neun der Differentialverstärker wirkt. Ein Ausgangtreiber- und Rückkopplungs-Abschnitt 455 liefert den Ausgangtreiber und die Rückkopplung für alle achtzehn Operationsverstärker 402. Wie aus dem folgenden offensichtlich wird, definiert jeder dieser achtzehn Operationsverstärker 402 einen getrennten Multiplexerkanal.

Der Eingang In1 403 ist mit der Basis des Transistors 407 verbunden und ferner über die Diode 451 geerdet, deren Anode mit Masse verbunden ist. Bei dieser Konfiguration schützt die Diode 451 gegen übermäßige negative Spannungen, die an den Eingang In1 angelegt werden. Die Diode 451 beginnt ein zuschalten, wenn die negative Spannung an dem Eingang etwa -0,7 Volt erreicht. Ein Schutz gegen positive Spannungsab weichungen wird durch den Kollektor/Basis-Übergang des Tran sistors 407 geliefert, der, wie es in der Technik bekannt ist, im wesentlichen eine Diode ist. Der Kollektor des Tran sistors 407 ist mit Masse verbunden.

Die getrennte Vorspannung jedes Kanals, d. h. die getrennte Verbindung jedes Kanals mit der Leistungsversorgung, verhin dert, daß benachbarte Kanäle über die Leistungsversorgung "sprechen". Folglich liefert dieselbe eine Isolierung, wenn der Kanal ausgeschaltet ist. Das Emitter-Paar 480 ist mit dem Kollektor des Transistors 406 verbunden. Die Basis des Transistors 406 ist mit dem Ausgang des Latches XA1 verbun den. Eine Datenleitung 450 liefert das Datensignal zu einem Schieberegister 497, das die Latches XA1 bis XA18 aufweist. Ferner wird ein Taktsignal geliefert, um den Latch zu tak ten, wie es in der Technik bekannt ist. Die Latches XA1 bis XA18 sind ferner mit Masse verbunden, um für jeden Steuer schalter, beispielsweise den, der den Latch XA1 und den Transistor 406 aufweist, einen genauen wiederholbaren Vor spannungspegel zu erzeugen. Es sei bemerkt, daß, da jede Bank von Latches, beispielsweise XA1 bis XA18, einem Aus gang, beispielsweise 404, oder bezüglich des Chips 401 einem Ausgang 502, zugeordnet ist, und jeder Ausgang eine getrenn te Leistungsquelle und Masse aufweist, jeder aktive Kanal getrennt mit Leistung versorgt und geerdet ist, wodurch die aktiven Kanäle voneinander isoliert sind. Der Emitter des Transistors 406 ist durch den Widerstand 460 mit der Lei stungsquelle von -3,0 Volt verbunden. Wenn der Latch XA1 hoch wird, schaltet er den Transistor 406 ein, was eine Stromquelle für die Operationsverstärkerschaltung 402 lie fert, die durch den ersten Emitter des Transistors 408 ver läuft und den Transistor 407 einschließt, wobei dieser Ope rationsverstärker aktiviert wird und folglich der Kanal 1 des "A"-Multiplexers 400 des ICX 401 (Fig. 6) eingeschaltet wird. Dies verbindet den Eingang, der diesem Kanal zugeord net ist, mit dem Ausgang 404 des Multiplexerverstärkers 400 und schließlich mit dem ausgewählten Ausgang 1029 oder 1030 der Sonde 1000 (Fig. 10).

Wie wiederum in Fig. 4 zu sehen ist, ist die Schaltung 405 zwischen einem Eingang In18 und dem letzten Emitter des Transistors 428 in Struktur und Funktion identisch wie die Schaltung zwischen dem Eingang In1 und dem ersten Emitter des Transistors 406, mit der Ausnahme, daß der Latch XA18 sich an einer unterschiedlichen Position in dem Schieberegi ster von Latches befindet und folglich die Funktion dersel ben durch das Bit an dieser Position bestimmt wird. Die erstgenannte Schaltung definiert den ersten Kanal 490, der dem "A"-Abschnitt-Multiplexer 400 zugeordnet ist, während die letztgenannte Schaltung den achtzehnten Kanal 440, der dem "A"-Abschnitt-Multiplexer 400 zugeordnet ist, definiert. In gleicher Weise existiert eine gleichartige Schaltung zwi schen jedem der anderen Eingänge In2 bis In17 und dem ent sprechenden Emitter, wobei jede derselben einen Multiplexer kanal definiert. Jede dieser Schaltungen weist einen Emit ter-Paar-Verstärker auf, einschließlich eines Eingangstran sistor-Emitters 481, 443, eines Ausgangstransistor-Emitters 482, 444, die ein Emitter-Paar 480, 442 bilden; eine Akti vierungseinrichtung 445, einschließlich einer Stromquelle, beispielsweise 474; und eine Schalteinrichtung 477, die ei nen Transistor, beispielsweise 406, und einen Latch, bei spielsweise XA1, aufweist. Die Schalteinrichtung 477 verbin det die Stromquelle 474 mit dem Verstärker 480, um den Ver stärker zu aktivieren, wenn eine logische "1" über die Da tenleitung 450 in den Latch XA1 geschoben wird und der Latch hoch wird, um den Transistor 406 zu aktivieren.

Die Kollektoren der Transistoren 408 und 428 sind mit der Basis des Transistors 410, durch den Widerstand 463 mit ei ner Leistungsquelle von +6,0 Volt und durch den Widerstand 462 und den Kondensator 470, die seriell verbunden sind, mit Masse verbunden. Der Kollektor des Transistors 410 ist mit einer Leistungsquelle von +2,0 Volt verbunden, während der Emitter desselben mit der Basis des Transistors 412 und durch den Widerstand 464 mit dem Ausgang 404 des Multiple xerverstärkers verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 412 ist mit der Leistungsquelle von +1,35 Volt verbunden, während der Emitter desselben mit dem Ausgang 404 verbunden ist. Der Ausgang 404 ist ferner durch den Widerstand 416 mit den Basen der Transistoren 408 und 428 verbunden, um eine Rückkopplung zu liefern. Die Basen der Transistoren 408 und 428 sind ferner durch den Widerstand 418 mit Masse und durch den Widerstand 466 mit dem Offset-Spannungseingang 492 ver bunden. Die Offset-Spannung wird von einem Kalibrierungs- Steuermodul 1022 (Fig. 10) zugeführt und liefert eine Ein richtung zum Abstimmen der Multiplexerverstärkerschaltung 400 zu Kalibrierungszwecken.

Der Multiplexerverstärker 400 kann theoretisch als einen 18 : 1-Multiplexer 453 und einen Ausgangtreiberverstärker 455 einschließend betrachtet werden. Er weist ferner achtzehn Leistungsversorgungs-Vorspannungsschaltungen 477, eine für jede der achtzehn Verstärkerschaltungen, beispielsweise 402, und eine Vorspannungsschaltung 471 auf. Die Leistungsversor gungs-Vorspannungsschaltungen, beispielsweise 449, und die Vorspannungsschaltung 471 sind die gleichen wie die Schal tungen 150 bzw. 170 in Fig. 1, und werden folglich nicht er neut erläutert. Die Ausgangtreiberschaltung 450 weist zwei Ausgangtreibertransistoren 410 und 412 auf, die mit einem Vorspannungswiderstand 464 verbunden sind. Dieselbe weist ferner einen Spannungsteiler auf, der die Widerstände 416 und 418 aufweist, welcher dem Multiplexerverstärker 400 eine Gesamtverstärkung von 2,1 liefert, und sie weist die Off set-Spannungseinstellungsschaltung, die oben genannt wurde, auf. Der Widerstand 462 und der Kondensator 470 liefern, wie der Widerstand 230 und der Kondensator 220 in Fig. 2, eine Hochfrequenzkompensation für den Verstärker 400. Folglich liefert der Multiplexerverstärker 400 durch das Kombinieren von achtzehn Operationsverstärkern gemäß der Erfindung einen einfachen Achtzehn-Kanal-Multiplexer, der ein ausgewähltes der Signale, die an den achtzehn Eingängen 403 eingegeben werden, über eine große Bandbreite von Frequenzen mit einer geringen Verzerrung zu seinem Ausgang 404 überträgt.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des programmierbaren Ver stärkers gemäß der Erfindung ist in Fig. 5 gezeigt. Bei die sem Ausführungsbeispiel sind drei programmierbare Verstärker 524, 525 und 526, von denen jeder eine unterschiedliche Ver stärkung aufweist, kombiniert, um eine Schaltung 500 mit wählbarer Verstärkung zu liefern. Die Schaltung 500 mit wählbarer Verstärkung weist einen Eingang 501, einen Ausgang 502, Transistoren 510 bis 523, Latches XGA1 bis XGA3, Wider stände 532 bis 547 und Kondensatoren 552 und 554 auf. Die Basen der Transistoren 510, 511 und 512 sind mit dem Aus gangsstufeneingang 501 verbunden, während die Kollektoren derselben mit einer Leistungsquelle von +1,35 Volt verbunden sind. Der Emitter des Transistors 510 ist durch eine Reihen schaltung von Widerständen 540 und 546 mit dem Emitter des Transistors 515 verbunden. Der Knoten 560 zwischen den Wi derständen ist mit dem Kollektor des Transistors 516 verbun den. Der Emitter des Transistors 511 ist mit dem Emitter des Transistors 514 und mit dem Kollektor des Transistors 515 verbunden. Der Emitter des Transistors 512 ist mit dem Emit ter des Transistors 513 und mit dem Kollektor des Transi stors 518 verbunden. Jeder der Kollektoren der Transistoren 513, 514 und 515 ist durch einen Widerstand 545 mit der Lei stungsquelle von +6,0 Volt und mit der Basis des Ausgangs transistors 522 verbunden. Die Emitter der Transistoren 516 bis 518 sind durch einen Widerstand 541 mit der Leistungs quelle von -3,0 Volt verbunden. Die Ausgänge der Latches XGA1, XGA2 und XGA3 sind mit den Basen der Transistoren 516, 517 bzw. 518 verbunden, und sind ferner über eine Leitung 574 mit der Basis des entsprechenden Transistors in der ent sprechenden Auslösevorrichtungs-Ausgangsstufe 602 (Fig. 6) verbunden. Jeder Latch ist seriell entlang der Schieberegi ster-Datenleitung 450 verschaltet, welche unmittelbar von dem Latch XGB3 und letztendlich von der Programmiereinrich tung 1121 (Fig. 10) kommt, wobei dieselbe, nachdem sie die Latches XGA1, XGA2 und XGA3 durchlaufen hat, zu dem Latch einer Temperaturpufferschaltung (nicht gezeigt) in dem ICX- Chip verläuft. Wie oben erläutert wurde, weist jeder Latch ferner einen Takteingang auf und ist geerdet. Gleichartig zu den Schaltungen, die den Latches in Fig. 1 zugeordnet sind, liefert jeder Latch/Transistor, beispielsweise XGA2/517, ei ne schaltbare Stromquelle für den zugeordneten Operations verstärker, beispielsweise den, der die Transistoren 511 und 513 aufweist, wobei diese Stromquelle durch den Latch ein- und ausgeschaltet werden kann, um zu steuern, welcher der Verstärker 524, 525 oder 526 das auf der Leitung 501 einge gebene Signal überträgt.

Jeder Knoten 560, 561 und 562 zwischen den Emitter-Paaren der drei Differentialverstärker ist durch einen Widerstand, beispielsweise 543, mit der Leistungsquelle von +1,35 Volt verbunden, und ist mit dem Kollektor und der Basis eines Transistors, beispielsweise 520, verbunden, dessen Emitter mit Masse verbunden ist, wobei in dieser Konfiguration der Transistor, beispielsweise 520, als eine Diode wirkt. Diese Schaltung stellt sicher, daß der Basis/Emitter-Übergang der Transistoren, beispielsweise 511 und 514, umgekehrt vorge spannt ist, wenn der entsprechende Latch, beispielsweise XGA2, ausgeschaltet ist, so daß diese Transistoren ausge schaltet bleiben. Außerdem bewirkt diese Anordnung, daß die Dioden, beispielsweise 520, einschalten, wenn der Latch, beispielsweise XGA2, aus ist, und den Knoten mit Masse ver binden, was verhindert, daß irgendein Signal durch den ent sprechenden Operationsverstärker gekoppelt wird.

Der Kollektor des Transistors 522 ist mit einer Leistungs versorgung von +1,35 Volt verbunden, während der Emitter desselben mit dem Ausgang 502 verbunden ist. Die Basis des Transistors 515 ist durch einen Widerstand 536 mit dem Aus gang 502 und durch einen Widerstand 537 mit Masse verbunden. Die Basis des Transistors 514 ist durch einen Widerstand 534 mit dem Ausgang 502 und durch einen Widerstand 535 mit Masse verbunden. Die Basis des Transistors 513 ist durch einen Wi derstand 532 mit dem Ausgang 502 und durch einen Widerstand 533 mit Masse verbunden. Jedes dieser Paare von Widerstän den, beispielsweise 532 und 533, liefert einen Spannungstei ler, der die Verstärkung des entsprechenden Verstärkers, beispielsweise 524, bestimmt.

Die Basis des Transistors 513 ist ferner durch die Reihen schaltung eines Kondensators 552 und eines Widerstands 539 mit Masse und durch die Reihenschaltung eines Kondensators 554 und eines Widerstands 538 mit Masse verbunden. Diese Schaltung 587 liefert eine Kabelkompensation für den Opera tionsverstärker 524.

Der Kollektor des Transistors 523 ist mit dem Ausgangsknoten 542 verbunden, während der Emitter desselben durch einen Wi derstand 547 mit der Leistungsquelle von -3,0 Volt verbunden ist. Die Basis desselben ist mit einer Leistungsquelle von -1,44 Volt verbunden. Diese Vorspannungsschaltung ist die gleiche wie die Schaltung 170 in Fig. 1 und führt die glei che Funktion durch.

Aus dem obigen ist zu sehen, daß die Ausgangsstufe 500 mit wählbarer Verstärkung drei programmierbare Operationsver stärker 524, 525, 526 aufweist, die einen Ausgangtreiber transistor 522 gemeinsam verwenden. Beispielsweise weist der programmierbare Verstärker 525 Transistoren 511, 514 und 517, einen Latch XGA2, Widerstände 534, 535, 541 und 543 und eine Diode 520 zusammen mit dem Ausgangstransistor 522 auf. Die Rückkopplung, die dies zu einem Rückkopplungsverstärker 525 macht, ist durch den Widerstand 534 und den Knoten 578 geliefert, während die Spannungsteilung, die die Verstärkung des Verstärkers 525 bestimmt, durch die Widerstände 534 und 535 geliefert wird. Die Programmierbarkeit wird durch die Aktivierungseinrichtung 498 geliefert, welche die gleiche ist wie die Aktivierungseinrichtung 120 in Fig. 1. Bei spielsweise wird der Verstärker 525 durch die Daten program miert, die dem Schieberegister, das den Latch XGA2 aufweist, zugeführt werden. Wenn der Latch XGA2 eine logische "0" hält, sind der Latch und der programmierbare Verstärker 525 programmiert, um AUS zu sein, und wenn der Latch XGA2 eine logische "1" hält, sind der Latch und der programmierbare Verstärker 525 programmiert, um EIN zu sein. In gleicher Weise bestimmt der Latch XGA1, ob der Verstärker 524 EIN oder AUS ist, während der Latch XGA3 bestimmt, ob der Ver stärker 526 EIN oder AUS ist.

Vorzugsweise weisen die Widerstände 532 bis 547 die Werte 125 Ohm, 105 Ohm, 125 Ohm, 105 Ohm, 90 Ohm, 1,1 Kiloohm, 420 Ohm, 1,5 Kiloohm, 20 Ohm, 125 Ohm, 2 Kiloohm, 2 Kiloohm, 2 Kiloohm, 2,7 Kiloohm, 20 Ohm bzw. 100 Ohm auf. Vorzugswei se sind die Kondensatoren 552 und 554 1 Pikofarad bzw. 6 Pi kofarad. Diese Werte haben eine Verstärkung von 2,2 mit ei ner Kabelkompensation für den Verstärker 524, eine Verstär kung von 2,2 für den Verstärker 525 und eine Verstärkung von 1,1 für den Verstärker 526 zur Folge. Folglich hat die Kom bination der drei programmierbaren Verstärker gemäß der Er findung, von denen jeder eine unterschiedliche Spannungstei lerschaltung aufweist, eine wählbare Verstärkungsschaltung 500 zur Folge, die für eine große Bandbreite von Frequenzen eine Signaleingabe auf der Leitung 501 mit einer geringen Verzerrung und der gewählten Verstärkung zu dem Ausgang 502 überträgt, und ferner mit einer Kabelkompensation, wenn der Verstärker 524 gewählt ist.

Fig. 6 zeigt ein Schaltungsblockdiagramm der integrierten Schaltung 401 des Typs "X", die abgekürzt auch als eine ICX-Schaltung bezeichnet werden soll. Die ICX 401 weist achtzehn Eingänge 601 auf, die mit jedem von zwei Kanälen verbunden sind, welche mit Kanal "A" und Kanal "B" bezeich net sind. Die beiden Kanäle "A" und "B" sind identisch und aus einem Multiplexerverstärker 400 aufgebaut, der identisch zu dem Multiplexerverstärker 400 in Fig. 4 ist, und einer Ausgangsstufe 500 mit wählbarer Verstärkung, die identisch zu der Schaltung 500 mit wählbarer Verstärkung in Fig. 5 ist. Einige Komponenten der Multiplexerverstärker 400 und der Schaltung mit wählbarer Verstärkung 500 sind zur Verein fachung der Bezugnahme in dem Kanal "A" gezeigt, beispiels weise entsprechen die Knoten 577, 578 und 579 den gleichen Bezugszeichen in Fig. 5. Es sollte jedoch bemerkt werden, daß die Transistoren 408 und 428 in Fig. 4 sowohl einen Teil des Multiplexers 454 als auch des Ausgangtreiberverstärkers 455 bilden, obwohl es nicht möglich ist, dies in der Be schriftung von Fig. 6 zu zeigen. Jeder der Kanäle "A" und "B" weist ferner eine Auslösevorrichtung-Ausgangsstufe, bei spielsweise 602, auf. Die Auslösevorrichtungs-Ausgangsstufe 602 ist dieselbe wie die Ausgangsstufe 500 mit wählbarer Verstärkung, mit der Ausnahme, daß dieselbe die Kabelkompen sations-Kondensatoren und -Widerstände nicht aufweist, da in den Anwendungen, in denen lange Kabel, die mit den Ausgangs stufen verbunden sind, verwendet werden, die Auslösevorrich tungs-Ausgangsstufen nicht verwendet werden; ferner weist dieselbe die Latches XGA1 bis XGA3 nicht auf, sondern ver wendet statt dessen die Signale von den Latches XGA1 bis XGA3 in der Ausgangsstufe 500 über eine Leitung 610. Da der Ein gang der Auslösevorrichtungs-Ausgangsstufe 602 mit dem Ein gang 501 der Ausgangsstufe 500 mit wählbarer Verstärkung verbunden ist, wann immer ein Multiplexerkanal, beispiels weise der Kanal, der dem Eingang In6 zugeordnet ist, in der Ausgangsstufe 500 mit wählbarer Verstärkung ausgewählt ist, wird der entsprechende Kanal, beispielsweise Kanal 6, für die Auslösevorrichtungs-Ausgangsstufe 602 ausgewählt. Die Verwendung der Ausgabe der Latches XGA1 bis XGA3 durch die Auslösevorrichtungs-Ausgangsstufe 602 beseitigt drei Latches in jedem Kanal "A" und "B" und stellt sicher, daß die Ver stärkung für die Auslösevorrichtungs-Ausgangsstufe 602 die gleiche wie für die Ausgangsstufe 500 mit wählbarer Verstär kung sein wird.

Wie oben erwähnt wurde, ist jeder ICX-Chip-Eingang 601 so wohl mit dem Kanal "A" als auch mit dem Kanal "B" verbunden.

In jedem Kanal wird die Ausgabe 404 des Multiplexerverstär kers 400 die Eingabe 501 der Ausgangsstufe 500 mit wählbarer Verstärkung und der Auslösevorrichtungs-Ausgangsstufe 602. Folglich ist der ICX-Chip 401 ein Mehr-Ausgang-Beispiel der Erfindung, bei dem ein Chip-Eingang 601, beispielsweise In6, gemäß der Erfindung mit zwei Operationsverstärkern verbunden sein kann, d. h. dem Operationsverstärker, der dem sechsten Emitter des Transistors 408 in Fig. 4 zugeordnet ist, und dem entsprechenden Operationsverstärker in dem Kanal "B", wobei jeder der Verstärker einen getrennten Ausgang auf weist, d. h. den Ausgang XOUTA für den Kanal "A" und den Aus gang XOUTB für den Kanal "B". Der ICX-Chip 401 kann program miert sein, um einen einzelnen Eingang mit einem beliebigen der mehreren Ausgänge XOUTA und XOUTB zu verbinden. Allge meiner gesprochen kann der ICX-Chip 401 programmiert sein, um einen beliebigen seiner achtzehn Eingänge 601 mit einem oder beiden seiner zwei Ausgänge XOUTA oder XOUTB zu verbin den. Folglich liefert der ICX-Chip 401 durch das Kombinieren mehrerer der einfachen Multiplexerschaltungen 400 und der Ausgangsschaltungen 500 mit wählbarer Verstärkung einen kom plexen Multiplexer 680 mit wählbaren Eingängen, wählbaren Ausgängen und einer wählbaren Verstärkung, bei dem Signale mit einer geringen Verzerrung über eine große Bandbreite von Frequenzen übertragen werden.

Bezugnehmend auf die Fig. 1, 4 und 6 und bei einer Analyse des komplexen Multiplexers 680 auf eine andere Art und Wei se, weist der elementare Multiplexerverstärker 100 zwei Ab schnitte auf: einen Schaltabschnitt 121 und einen Rückkopp lungsabschnitt 114. Wie aus den Fig. 4 und 6 zu sehen ist, ist für jeden Eingang 601 und für jeden Ausgang 502 und 632 ein Schaltabschnitt 421 vorgesehen. D.h., daß, wenn I die Anzahl der Eingänge 601 und O die Anzahl der Ausgänge 502 und 632 ist, die Anzahl der Schaltabschnitte 421 gleich I × O ist, oder sechsunddreißig bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 6. Es existiert ein unterschiedlicher Schaltabschnitt 421, der zwischen jeden Eingang und jeden Ausgang geschaltet ist. Dies ist der fundamentale Grund, warum ein beliebiger der Eingänge mit einem beliebigen der Ausgänge verbunden werden kann, und warum die Programmierung für dieses einfach erreicht werden kann. Andererseits ist der Rückkopplungsab schnitt 455 allen Schaltabschnitten, die jeden Ausgang ver binden, gemeinsam. Dies ermöglicht es, daß der Rückkopp lungsabschnitt relativ hoch entwickelt ist, ohne die Kom plexität der Schaltung übermäßig zu multiplizieren. Dieser Entwurf ermöglicht eine hohe Dichte von Multiplexschaltern, während noch eine hohe Signalunversehrtheit und eine große Bandbreite geliefert wird.

Fig. 7 zeigt einen Multiplexerverstärker 700, wie er in ei ner integrierten Schaltung 802 des Typs "Y" (Fig. 8) reali siert ist. Der Multiplexerverstärker 700 weist eine Kombina tion der Schaltungen auf, die vorher erläutert wurden. Der selbe weist eine programmierbare AUS-Schaltung 780 auf, die identisch zu der programmierbaren AUS-Schaltung 280 von Fig. 2 ist, mit der Ausnahme, daß sich die Latches YAON und YAOF in einem unterschiedlichen Schieberegister 297 befinden und folglich eine Verbindung zu einer unterschiedlichen Daten leitung 250 herstellen. Derselbe weist eine Ausgangsdeakti vierungsschaltung 201 auf, die identisch zu der Ausgangsde aktivierungsschaltung in den Fig. 2 und 3 ist. Der Multi plexerverstärker 700 weist ferner eine Vorspannungsschaltung 705 auf, die identisch zu der Vorspannungsschaltung 290 in Fig. 2 ist, mit der Ausnahme, daß der Latch YAL wiederum ein Teil des Schieberegisters 297 ist und eine Verbindung zu ei ner unterschiedlichen Datenleitung 250 herstellt. Derselbe weist ferner eine Kabelkompensationsschaltung 710 auf, die identisch zu der Kabelkompensationsschaltung 587 in Fig. 5 ist, mit der Ausnahme, daß die Werte der Widerstände 753 und 745 350 Ohm bzw. 1,5 Kiloohm sind, und daß die Werte der Kondensatoren 752 und 744 1,4 Pikofarad bzw. 6,7 Pikofarad betragen. Der Rest der Schaltung 700 ist identisch zu dem Multiplexer 454 und dem Ausgangtreiberverstärker 455 in Fig. 4, ohne die Hochfrequenz-Kompensationselemente 470 und 462, die in der Schaltung 780 eingeschlossen sind, mit der Aus nahme, daß wiederum die Latches YA1 bis YA18 in dem Schiebe register 297 sind und eine Verbindung zu der Datenleitung 250 herstellen, und daß die Werte der Widerstände 726 und 727 60 Ohm bzw. 180 Ohm betragen. Der einzige weitere Unter schied besteht darin, daß die Eingänge 702 von einer Chip internen Eingangsteilerschaltung 862 (Fig. 8) stammen, die nachfolgend erläutert wird. Die weiteren Einzelheiten der Komponenten der Schaltung 700 werden nicht wiederum erläu tert, da sie bereits vorher abgedeckt sind. Durch das Kombi nieren von achtzehn Operationsverstärkern gemäß der Erfin dung plus der programmierbaren AUS-Schaltung 780 liefert der Multiplexerverstärker 700 einen Multiplexer mit achtzehn Ka nälen 790, welcher ein ausgewähltes von Signalen, die an den achtzehn Eingängen 70 eingegeben werden, mit einer geringen Verzerrung über eine große Bandbreite von Frequenzen zu sei nem Ausgang 704 überträgt, wobei, wenn alle Kanäle des Mul tiplexers 754 aus sind, derselbe einen hochohmigen stromlo sen Zustand auf dem Ausgang 704 schafft, der für externe Schaltungen wie eine Leerlaufschaltung aussieht.

Fig. 8 zeigt ein Schaltungsblockdiagramm der integrierten Schaltung 802 des Typs "Y", die der Kürze halber als eine ICY-Schaltung bezeichnet werden soll. Die ICY 802 weist 54 Eingänge 860 auf, die jeweils mit einer 1/20-Eingangsteiler schaltung, beispielsweise 862, verbunden sind. Jeder Ein gangsteiler, beispielsweise 862, verbindet mit jedem von zwei Kanälen, die wiederum mit Kanal "A" und "B" bezeichnet sind. Beide Kanäle "A" und "B" sind identisch, weshalb nur der Kanal "A" erläutert wird. Der Kanal "A" weist einen 54 : 1-Multiplexer 810 und eine programmierbare Ausgangsstufe 200, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, auf. Der 54 : 1-Multiple xer 810 weist drei 18 : 1-Multiplexer 700, 820 und 822 auf, von denen jeder identisch zu dem Multiplexer 700, der in Fig. 7 gezeigt ist, ist. Wiederum sind zur Vereinfachung der Bezugnahme einige Komponenten des Multiplexerverstärkers 700 in dem Kanal "A" gezeigt. Wiederum sollte bemerkt werden, daß die Neun-Emitter-Transistoren 706 und 728 in Fig. 7 ei nen Teil sowohl des Multiplexers 754 als auch des Ausgang treiberverstärkers 755 bilden, obwohl es nicht möglich ist, dies in der Darstellung von Fig. 8 zu zeigen. In diesem Fall weist der Ausgangtreiberverstärker 755 die programmierbare AUS-Schaltung 780 auf.

Wie oben gezeigt wurde, ist jeder ICY-Chip-Eingang 702 nach dem Eingangsteiler sowohl mit dem Kanal "A" als auch dem Ka nal "B" verbunden. In jedem Kanal ist der Ausgang 704 des Multiplexerverstärkers 700 prioritätisch mit den Ausgängen der anderen Multiplexerverstärker 820 und 822 verkettet, um den Ausgang 870 des 54 : 1-Multiplexers 810 zu bilden, welcher der Eingang zu der programmierbaren Ausgangsstufe 200 wird. Folglich ist der ICY-Chip 802 ein Mehr-Ausgang-Ausführungs beispiel der Erfindung, bei dem ein Chip-Eingang 860 mit zwei Operationsverstärkern gemäß der Erfindung verbunden sein kann, wobei jeder der Verstärker einen getrennten Aus gang aufweist, d. h. den Ausgang YOUTA für den Kanal "A" und den Ausgang YOUTB für den Kanal "B". Der ICY-Chip 802 kann programmiert sein, um einen einzelnen Eingang mit einem be liebigen der Mehrzahl von Ausgängen zu verbinden. Allgemei ner gesprochen kann der ICY-Chip 802 programmiert sein, um einen beliebigen seiner 54 Eingänge 860 mit einem oder bei den seiner zwei Ausgänge YOUTA oder YOUTB zu verbinden. Folglich liefert der ICY-Chip 802 durch das Kombinieren meh rerer der einfachen Multiplexerschaltungen 700 und der pro grammierbaren Ausgangsstufen 200 einen komplexen Multiplexer mit wählbaren Eingängen und wählbaren Ausgängen, bei dem Si gnale von einem beliebigen der Eingänge 860 mit einer gerin gen Verzerrung über eine große Bandbreite von Frequenzen zu einem der Ausgänge YOUTA und YOUTB übertragen werden, und liefert, wenn kein Kanal von einem der Multiplexer 810 oder 811 ausgewählt ist, einen hochohmigen stromlosen Zustand auf dem entsprechenden Ausgang YOUTA bzw. YOUTB, der für eine externe Schaltung wie eine Leerlaufschaltung erscheint.

Es ist ein Merkmal der Erfindung, daß eine große Anzahl von Multiplexerverstärkern 700 prioritätisch miteinander verket tet werden kann, um einen Chip mit einer großen Anzahl von Kanälen zu erzeugen. Bei dem ICY-Chip 802 sind drei darge stellt, die prioritätisch miteinander verkettet sind, wobei jedoch eine größere Anzahl auf diese Art und Weise kombi niert sein könnte. Beispielsweise könnte ein Chip mit 126 Kanälen hergestellt werden, indem sieben Multiplexerverstär ker 700 pro Kanal kombiniert werden. Dies ist möglich, da jeder Multiplexerverstärker 700 eine programmierbare AUS- Schaltung 780 aufweist, die die Vorspannungen an seiner Aus gangtreiberschaltung 755 steuert. Folglich erscheint der Ausgang 704 beispielsweise als eine Leerlaufschaltung, wenn kein Kanal des Multiplexerverstärkers 700 ausgewählt ist, und wird folglich das Signal von entweder dem Multiplexer verstärker 820 oder 822 nicht stören, wenn einer der Kanäle in diesen Multiplexerverstärkern ausgewählt ist. Genauso wird ein Signal von einem ausgewählten Kanal in dem Multi plexerverstärker 820 oder 822 den Ausgangtreiberverstärker 755 in dem Multiplexerverstärker 700 nicht einschalten.

Fig. 9 zeigt ein Halbblock-Schaltungsdiagramm einer PQFP- Sonde 900 mit 208 Anschlußstiften (PQFP = plastic quad flat pack = quadratisches flaches Kunststoffgehäuse), dessen grundsätzliche Komponenten vier ICY-Chips 802 sind. Die Ver schaltung jedes Chips 802 in der Sondenschaltung 900 ist identisch, so daß nur eine derselben erläutert wird. Die Sonde 900 weist einen Sondenkopf 903 und Koaxialkabel 905 und 906 auf. Der Sondenkopf 903 weist einen Speicher 910, die vier ICY-Chips 802, zweihundertacht Sondeneingänge 915, zweihundertacht Eingangswiderstände 917, acht Ausgangswider stände, beispielsweise 920 und 921, 50-Ohm-"Koaxial"-Mikro streifenleiter 924 und 925 und Mikrostreifenleiter-Ab schluß-Widerstände 927 und 928 auf.

Der Speicher 910 ist durch ein Leitungskabel 940, vorzugs weise eine serielle Schnittstellenverbindung, mit einer Ka librierungs-Steuerschaltung 1022 (Fig. 10) verbunden. Der integrierte Schaltungschip 802 ist über ein Datenkabel 250, vorzugsweise ebenfalls eine serielle Schnittstellenverbin dung, mit einer Kanalauswahl-Programmiereinrichtung 1021 verbunden. Jeder der Chips 802 ist seriell über die Daten leitung 250 mit dem nächsten Chip verbunden. Diese serielle Verbindung über die Datenleitung 250 überträgt Daten sequen tiell durch die Latches, beispielsweise YA1, in den ICY- Chips 802, weshalb die Latches effektiv ein Schieberegister 297 (Fig. 7) bilden. Jeder der Sondeneingänge 915 ist durch einen Widerstand 917 mit einem der Eingänge 860 des ICY- Chips 802 verbunden. Wie oben erläutert wurde, weist jeder der ICY-Chips 802 einen "A"-Kanal-Ausgang YOUTA und einen "B"-Kanal-Ausgang YOUTB auf. Jeder der "A"-Kanal-Ausgänge ist durch einen Widerstand, beispielsweise 920, mit dem Mi krostreifen 924 verbunden, und jeder der "B"-Kanal-Ausgänge ist durch einen Widerstand 921 mit dem Mikrostreifen 925 verbunden. Die Mikrostreifen 924 und 925 sind über Abschluß widerstände 927 bzw. 928 mit Masse und mit Koaxialkabeln 905 bzw. 906 verbunden. Die Widerstände 917 sind vorzugsweise 150-Ohm-Widerstände, die in die gedruckte Schaltungsplatine des Sondenkopfs 903 eingebettet sind. Die Widerstände 921, 922, 927 und 928 betragen vorzugsweise 50 Ohm.

Es ist ein Merkmal der Erfindung, daß die Ausgänge der Chips 802 entlang eines Mikrostreifens einfach prioritätisch ver kettet sind. Dies ist möglich, da jeder der Ausgänge YOUTA und YOUTB jedes Chips 802 intern mit einer programmierbaren Ausgangsstufe 200 (Fig. 2) verbunden ist, die, wenn alle Ka näle in dem Chip deaktiviert sind, den Ausgang in einem hochohmigen stromlosen Zustand hält, der als eine Leerlauf schaltung erscheint. Folglich stört der Ausgang ein Signal von einem beliebigen anderen Ausgang, der auf dem Mikro streifen 924 oder 925 prioritätisch verkettet ist, nicht. In gleicher Weise wird ein Signal, das durch einen der Ausgänge der anderen ICY-Chips, von denen ein Eingang ausgewählt ist, auf dem Mikrostreifen plaziert ist, den Ausgangtreibertran sistor 215 in der Ausgangsstufe 200 nicht einschalten. Eine große Anzahl von ICY-Chips, praktisch von einem bis zu etwa einem Dutzend, kann prioritätisch verkettet sein, um Sonden köpfe mit ausreichend Eingängen herzustellen, um jedes ver fügbare Schaltungsgehäuse zu handhaben. Wenn die Anzahl von gewünschten Eingängen nicht durch vierundfünfzig teilbar ist, werden einige Chipeingänge einfach nicht verbunden. Beispielsweise sind bei dem gezeigten Sondenkopf 903 208 Sondeneingänge angepaßt, in dem die letzten zwei Eingänge auf jedem Chip nicht verbunden sind. Folglich liefert der Sondenkopf 903 durch das Kombinieren mehrerer der ICY-Chips 802 einen komplexen Multiplexer mit wählbaren Eingängen und wählbaren Ausgängen, bei dem Signale von einem beliebigen der Eingänge 915 mit einer geringen Verzerrung über eine große Bandbreite von Frequenzen zu einem der Ausgänge 905 oder 906 übertragen werden, und liefert einen hochohmigen stromlosen Zustand an den Ausgängen 905 und 906, der exter nen Schaltungen wie eine Leerlaufschaltung erscheint, wenn kein Kanal des Sondenkopfs 903 ausgewählt ist.

Fig. 10 zeigt ein Sondensystem 1000, das alle Schaltungen, die vorher beschrieben wurden, einschließt. Das Sondensystem 1000 weist drei PQFP-Sonden 1002, 901 und 1004 auf, von de nen jede einen Sondenkopf, beispielsweise 903, und zwei Ko axialkabel, beispielsweise 905 und 906, aufweist. Jeder der Sondenköpfe 1005, 903 und 1006 weist eine spezifische Anzahl von Eingängen auf; der Sondenkopf 1005 weist zweihundert vierzig Eingänge 1007 auf, der Sondenkopf 903 weist zweihun dertacht Eingänge 915 auf, und der Sondenkopf 1008 weist einhundertsechzig Eingänge 1008 auf. Jeder Sondenkopf 1005, 903 und 1006 ist mechanisch in einem Probenkörper (nicht ge zeigt) eingeschlossen, wobei dieser Probenkörper entworfen ist, um einfach in einer Hand gehalten zu werden, und um oh ne weiteres mechanisch mit einem spezifischen, quadrati schen, flachen Kunststoffgehäuse (PQFP) (nicht gezeigt) ge koppelt zu werden. Wie bezugnehmend auf Fig. 9 erläutert wurde, weist der Sondenkopf 903 vier ICY-Chips 802 auf, de ren "A"-Kanal-Ausgänge mit dem Koaxialkabel 905 verbunden sind, und deren "B"-Kanal-Ausgänge mit dem Koaxialkabel 906 verbunden sind. In gleicher Weise weist jeder der anderen Sondenköpfe 1005 und 1006 eine geeignete Anzahl von ICY- Chips 802 auf, deren "A"-Kanal-Ausgänge prioritätisch mit dem "A"-Kanal-Sondenkopf-Ausgang OUTA verkettet sind, und deren "B"-Kanal-Ausgänge mit dem Sondenkopfausgang OUTB prioritätisch verkettet sind.

Das exemplarische Sondensystem 1000 weist ferner eine Uni versal-Einpunktsonde 1010 auf, die neun Sondenspitzen 1012 und einen Schaltungsbaustein 1014 aufweist. Jede Sonden spitze 1012 ist mit dem Baustein 1014 über eines von 50- Ohm-Koaxialkabeln 1015 verbunden. Die Universalsonde 1010 kann verwendet werden, um Schaltungen zu prüfen, für die kein spezifischer Sondenkopf verfügbar ist. Der Baustein 1014 weist im wesentlichen einen ICX-Chip 401 auf, wobei geeignete 50-Ohm-Widerstände mit dessen Eingängen und Aus gängen verbunden sind, und wobei der "A"-Kanal-Ausgang XOUTA desselben, der "B"-Kanal-Ausgang XOUTB desselben, der "A"- Ausgang TRIGA der Auslösevorrichtungs-Ausgangsstufe dessel ben, und der "B"-Ausgang TRIGB der Auslösevorrichtungs-Aus gangsstufe desselben mit Bausteinausgängen 1016, 1017, 1018 bzw. 1019 verbunden sind. Die Auslösevorrichtungs-Ausgänge sind bei dieser Anwendung nicht verwendet, während die Aus gänge 1016 und 1017 jedoch mit Koaxialkabeln 1080 bzw. 1081 verbunden sind.

Das Sondensystem 1000 weist ferner eine gedruckte Schal tungsplatine (PCB; PCB = printed circuit board) 1020 auf, die in einen logischen Analysator 1033 paßt, der entworfen ist, um eine Schnittstelle zu der Sonde herzustellen, wobei dieser logische Analysator in der Technik manchmal als ein "Grundgerät" (main frame) bezeichnet wird. Die PCB 1020 ent hält eine Kanalauswahl-Programmiereinrichtungsschaltung 1021, eine Kalibrierungs-Steuerschaltung 1022, eine Offset- Steuerschaltung 1023 und eine Sondenleistungsschaltung 1024, wobei diese Schaltungen einen Mikroprozessor 1025 und einen demselben zugeordneten Speicher 1026 gemeinsam verwenden; beispielsweise weist die Kanalauswahl-Programmiereinrichtung 1021 den Speicher 1026 und den Mikroprozessor 1025 auf, da hingehend, daß die Kanalauswahlsoftware, die in dem Speicher 1026 gespeichert ist, durch den Mikroprozessor 1025 verwen det wird, um Ausgangssignale zu liefern, die bewirken, daß die Programmiereinrichtung 1021 Daten auf den Datenleitungen 250 und 450 ausgibt, welche ein Teil eines Kabels 1060 sind. Die Kanalauswahl-Programmiereinrichtung 1021 weist vorzugs weise ein feldprogrammierbares Gatterarray auf, das program miert ist, um mit dem Mikroprozessor 1025 und dem Speicher 1026 zu interagieren, um eine Reihe von Bits zu den Schiebe registern 297 und 497 auszugeben, welche die Latches aufwei sen, die in den Fig. 1, 2, 4, 5 und 7 gezeigt sind. Wie oben erläutert wurde, werden diese Daten durch die Latches in Chips ICX 802 und ICY 401 geschoben, um dieselben zu pro grammieren, um die ausgewählten Eingänge mit den ausgewähl ten Ausgängen zu verbinden, um die Verstärker mit ausgewähl ter Verstärkung zu aktivieren, und um die programmierbaren AUS-Schaltungen in den Ausgangsstufen 200 ein- und auszu schalten. Der Mikroprozessor 1025 und der Speicher 1026 be finden sich nicht auf der PCB 1020, sondern in dem Grundge rät 1033, weshalb dieselben umgeben von einer gestrichelten Linie gezeigt sind. Die verschiedenen Schaltungen 1021 bis 1026 auf der PCB 1020 weisen weitere elektrische Elemente und Zwischenverbindungen auf, die für Fachleute aus der obi gen und der folgenden Beschreibung offensichtlich sind.

Die PCB 1020 weist ferner einen Multiplexer 1027 zweiter Ebene auf. Der Multiplexer 1027 ist im wesentlichen ein ICX-Chip 401, wobei geeignete 50-Ohm-Widerstände mit dessen Eingängen und Ausgängen verbunden sind. Jedes der Koaxial kabel, beispielsweise 905, 906, 1080 und 1081, von den Son den 1002, 901, 1004 und 1010 ist mit einem der acht Eingänge 1055 des Multiplexers 1027 zweiter Ebene verbunden, welche den ersten acht Eingängen des ICX-Chips 401 ent 21404 00070 552 001000280000000200012000285912129300040 0002019603090 00004 21285sprechen. Die Ausgänge XOUTA und XOUTB des Chips 401 sind mit den Sonden systemausgängen 1029 bzw. 1030 verbunden. Folglich kann der Multiplexer 1027 zweiter Ebene über die Leitung 450, die ein Teil des Kabels 1060 ist, programmiert sein, um einen belie bigen seiner acht Eingänge mit einem oder beiden der Sonden ausgänge 1029 und 1030 zu verbinden.

Außerdem weist das Sondensystem 1000 eine Einrichtung 1040 zum Eingeben von Steuersignalen auf, beispielsweise zum pro grammieren des Multiplexers 1027 zweiter Ebene, der Sonden köpfe 1005, 903 und 1006 und der Universalsonde 1010. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Einrichtung 1040 Wählscheiben 1041 und eine Tastatur 1042 auf, obwohl beinahe jeder Mechanismus zum Erzeugen elektrischer Steuer signale verwendet sein kann. Bei dem bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel befinden sich die Wählscheiben 1041 auf der Vorderseite des logischen Analysators 1033, wobei die Tasta tur die Tastatur einer Computer-Workstation ist; der Ein fachheit halber sind dieselben jedoch auf einer gemeinsamen Steuersignal-Eingabeeinrichtung 1040 gezeigt. Bei dem bevor zugten Ausführungsbeispiel weisen die Mehrzahl von Wähl scheiben 1045 zusammen mit der Kanalauswahl-Programmierein richtung 1021 eine Auswahleinrichtung 1043 zum Auswählen von einem der Sondeneingänge 1007, 915, 1008, 1012 und einem der Sondenausgänge 1029 oder 1030 auf, während eine Wählscheibe 1046 zusammen mit der Kanalauswahl-Programmiereinrichtung 1021 eine Verstärkungsauswahleinrichtung 1044 zum Auswählen einer einer Mehrzahl von möglichen Verstärkungen für Signa le, die von dem ausgewählten Eingang zu dem ausgewählten Ausgang übertragen werden, aufweist.

Die Ausgänge 1029, 1030 des Multiplexers 1027 zweiter Ebene sind über 50-Ohm-Mikrostreifen-"Koaxialleitungen" ("coax′s") 1049 mit einem Testgerät, beispielsweise einem Oszilloskop 1050, verbunden. Die Steuer-PCB 1020 ist über ein Mehrlei tungskabel 1060 mit den Sondenköpfen 1005, 903, 1006, der Universalsonde 1010 und dem Multiplexer 1027 zweiter Ebene verbunden. Das Mehrleitungskabel 1060 weist herkömmliche Leistungsleitungen, eine serielle Schnittstelle, einschließ lich Datenleitungen 250 und 450, Taktleitungen, Koaxialkabel 905, 906, 1080, 1081, usw., und weitere Leitungen auf.

Die Bezeichnungen, beispielsweise YPAON, YPAOF und YPAL, die in der obigen Erläuterung für die Latches verwendet wurden, zeigen deren relative Position in den Schaltungen an, und insbesondere den Schieberegistern 297 und 497, die ein Teil der ICY- und ICX-Chips 802 bzw. 401 sind. Der erste der zwei Buchstaben vor dem "A" oder "B" zeigt die integrierte Schal tung an, in der sich der Latch befindet: wenn der erste Buchstabe ein "X" ist, befindet sich der Latch in dem ICX- Chip (Fig. 6), während, wenn der erste Buchstabe ein "Y" ist, sich der Latch in dem ICY-Chip (Fig. 8) befindet. Wenn sich vor "A" oder "B" kein weiterer Buchstabe befindet, be findet sich der Latch in einem Multiplexerverstärker (Fig. 4 und 6); wenn sich vor "A" oder "B" ein "G" befindet, befin det sich derselbe in einer Ausgangsschaltung mit wählbarer Verstärkung (Fig. 5), und, wenn ein "P" existiert, bedeutet dies, daß sich der Latch in einer programmierbaren Ausgangs schaltung (Fig. 2) befindet. Der Buchstabe "A" oder "B" zeigt an, ob sich der Latch in dem Kanal "A" oder dem Kanal "B" befindet; wenn das letzte Symbol ein Zahlenzeichen ist, zeigt dies an, welches das Latch in einer Reihe von Latches ist, die an dem Schaltungsort, der durch die ersten Buchsta ben gegeben ist, eine gleichartige Funktion aufweisen, bei spielsweise zeigt XA2 das zweite Latch in dem ICX-Multiple xerverstärker in dem Kanal "A" an; wenn das letzte Symbol ein Buchstabe ist oder Buchstaben sind, zeigt dies ein spe zifisches Latch mit einer spezifischen Funktion an, bei spielsweise "ON" (Ausgangdeaktivierung ein) oder "OF" (Aus gangdeaktivierung aus) oder "L" (für die Vorspannungspegel steuerung), beispielsweise zeigt der Latch YAL den Vorspan nungssteuerlatch in dem "A"-Kanal-Multiplexerverstärker des ICY-Chips an.

Die Sonde 1000 ist wie folgt programmiert. Es sei angenom men, daß der Sondenkopf 903 derart programmiert ist, daß der Eingang oder die Eingänge 915, die mit dem Ausgang 1029 und dem Ausgang 1030 verbunden werden sollen, durch Drehen der Wählscheibe 1045 oder durch Eingeben der Informationen mit tels der Tastatur 1042 ausgewählt sind. Die Eingabeeinrich tung 1040 spricht durch das Liefern elektrischer Signale zu der Kanalauswahl-Programmiereinrichtung 1021, welche den Mi kroprozessor 1025 und den Speicher 1026 verwendet, um seri elle Daten auf das Kabel 1060 auszugeben, um eine Reihe von Datenbits durch alle Latches, beispielsweise YA1, YA2 bis YAL in dem Multiplexerverstärker 700 (Fig. 7) und YPAON, YPAOF und YPAL in der programmierbaren Ausgangsschaltung 200 (Fig. 2) in dem Sondenkopf 915 zu schieben. Wie oben gezeigt wurde, bilden die Latches als ein Ganzes ein Schieberegister 297, wobei die Daten wie bei herkömmlichen Schieberegistern mit jedem Taktpuls von einem Latch zu dem nächsten geschoben werden. Die Daten laufen von dem ersten ICY-Chip in jedem Sondenkopf zu dem letzten, wobei dieselben in jedem ICY-Chip durch die Latches 1 bis 18 in dem ersten "A"-Kanal-Multiple xerverstärker 700 (Fig. 8) laufen, dann zu den drei Ausgang deaktivierungs-Latches YAON, YAOF und YAL in dem ersten "A"-Multiplexerverstärker 700, dann zu den drei Ausgangdeak tivierungs-Latches YAON, YAOF und YAL in dem ersten "B"-Ka nal-Multiplexerverstärker 823, dann zu den Latches 1 bis 18 in dem "B"-Kanal-Multiplexerverstärker 823, dann zu den Lat ches 1 bis 18 in dem zweiten "A"-Kanal-Multiplexerverstärker 820, dann zu den drei Ausgangdeaktivierungs-Latches in dem Multiplexerverstärker 820, den drei Ausgangdeaktivierungs- Latches in dem zweiten "B"-Kanal-Multiplexerverstärker 824, den Latches 1 bis 18 in dem Multiplexerverstärker 824, dann zu den Latches 1 bis 18 in dem dritten "A"-Kanal-Multiple xerverstärker 822, den Ausgangdeaktivierungs-Latches in dem Multiplexerverstärker 822, den Ausgangdeaktivierungs-Latches in dem dritten "B"-Kanal-Multiplexerverstärker 825, den Lat ches 1 bis 18 in dem Multiplexerverstärker 825, dann zu den Latches YPAON, YPAOF und YPAL in der programmierbaren Aus gangsstufe 827 des Kanals "B", dann zu den Latches YPAON, YPAOF und YPAL in der programmierbaren Ausgangsstufe 200 des Kanals "A" und schließlich zu dem Latch, der den Temperatur erfassungspuffer (nicht gezeigt) in dem Chip aktiviert.

Es sei beispielsweise angenommen, daß ausgewählt ist, daß der Eingang In7 in dem Sondenkopf 1005 mit dem Ausgang "A" des Sondenkopfs 1005 verbunden werden soll, und daß der Ein gang In239 in dem Sondenkopf 1005 mit dem Ausgang "B" ver bunden werden soll. Da zweihundertvierzig Eingänge in dem Sondenkopf 1005 existieren, werden fünf ICY-Chips existie ren, wobei jedoch nur die ersten vierundzwanzig der vierund fünfzig Eingänge in dem fünften ICY-Chip verwendet werden. Danach schiebt die Programmiereinrichtung 1021 Daten durch die Latches, bis der Latch, der dem achten Eingang des er sten Multiplexerverstärkers 700 (Fig. 8) in dem Kanal "A" des ersten ICY-Chips in dem Sondenkopf zugeordnet ist, und der Latch, der dem fünften Eingang in dem zweiten Multiple xerverstärker 824 in dem Kanal "B" (Fig. 8) in dem fünften ICY-Chip zugeordnet ist, eine logische "1" halten und alle anderen Eingangslatches YA1, YA2, usw., in dem Sondenkopf eine logische "0" halten. Außerdem werden der Latch YAON in dem ersten "A"-Kanal-Multiplexerverstärker 700 in dem ersten ICY-Chip und der Latch YAON in dem zweiten "B"-Kanal-Multi plexerverstärker 824 in dem fünften ICY-Chip in dem Sonden kopf 1005 eine logische "1" halten, die anderen Latches YAON in allen anderen Multiplexerverstärkern in dem Sondenkopf 1005 werden eine logische "0" halten, die Latches YAOF und YAL in dem ersten Multiplexerverstärker 700 in dem Kanal "A" in dem ersten ICY-Chip und die gleichen Latches in dem zwei ten Multiplexerverstärker 824 in dem Kanal "B" in dem fünf ten ICY-Chip werden eine logische "0" halten, und die ande ren Latches YAOF und YAL in allen anderen Multiplexerver stärkern in allen anderen ICY-Chips in dem Probenkopf werden eine logische "1" halten. Ferner wird der Latch YPAON (Fig. 2) in der Ausgangsstufenschaltung 200 (Fig. 8) in dem Kanal "A" des ersten ICY-Chips in dem Sondenkopf und in der pro grammierbaren Ausgangsstufe 827 in dem Kanal "B" des fünften ICY-Chips eine logische "1" halten, während die Latches YPAOF und YPAL eine logische "0" halten werden, während der Latch YPAON in allen anderen programmierbaren Ausgangsstufen der fünf ICY-Chips eine logische "0" halten wird und die Latches YPAOF und YPAL eine logische "1" halten werden.

Wenn kein Eingang zu dem Sondenkopf 1005 ausgewählt ist, werden die Daten durch die Schieberegister geschoben, bis alle Latches YA1, YA2, usw., eine logische "0" halten, die Latches YAON und YPAON eine logische "0" halten, und die Latches YAOF, YAL, YPAOF und YPAL eine logische "1" halten. Dies plaziert die Ausgänge OUTA und OUTB des Sondenkopfs 1002 in einen hochohmigen stromlosen Zustand, der wie eine Leerlaufschaltung erscheint.

Jeder Sondenkopf 1005, 903 und 1006 und die Universalsonde 1010 weisen ihr eigenes Schieberegister auf; folglich können jeder Sondenkopf und der Baustein unabhängig von den anderen Sondenköpfen programmiert werden. Die Auswahl dessen, wel cher der Eingänge mit welchem der Ausgänge verbunden werden soll, wird für jeden Sondenkopf und den Baustein mittels der Eingabeeinrichtung 1040 durchgeführt, wobei die Kanalaus wahl-Programmiereinrichtung 1021 eine Folge von Bits zu dem Schieberegister 497 ausgibt, wenn es ein Baustein ist, der einen ICX-Chip aufweist, oder zu 297, wenn es ein Sondenkopf unter Verwendung von ICY-Chips ist, wobei diese Folge von Bits die Latches in geeigneter Weise aktiviert oder deakti viert, um den ausgewählten Eingang oder die Eingänge mit dem ausgewählten Ausgang oder den Ausgängen zu verbinden, und um die Ausgänge, beispielsweise 704, der Multiplexerverstärker, beispielsweise 700, die Ausgänge, beispielsweise 502, der ICY-Chips, beispielsweise 401, und die Ausgänge, beispiels weise 905, 906, der Sondenköpfe, beispielsweise 903, für die keine Eingänge ausgewählt wurden, in einem hochohmigen stromlosen Zustand zu belassen, der einer externen Schaltung als eine Leerlaufschaltung erscheint.

In dem Fall der Universalsonde 1010 kann die Verstärkung ebenfalls ausgewählt werden. Wenn ein ICX-Chip 401, bei spielsweise der in dem Baustein 1014, programmiert wird, lautet die Reihenfolge der Latches in dem Schieberegister 497 wie folgt: die Latches 1 bis 18 in dem "A"-Kanal-Multi plexerverstärker 400, d. h. die Latches XA1 bis XA18 in Fig. 4, dann die Latches 1 bis 18 in dem "B"-Kanal-Multiplexer verstärker 620, dann die drei Latches in der Ausgangsstufe mit wählbarer Verstärkung 622 in dem Kanal "B", dann die Latches XGA1, XGA2 und XGA3 (Fig. 5) in der Ausgangsstufe mit wählbarer Verstärkung 500 in dem Kanal "A", dann der Temperaturpufferlatch (nicht gezeigt).

Nach dem Programmieren aller Sondenköpfe 1005, 903, 1006 und der Universalsonde 1010, oder zumindest derer, die neu pro grammiert werden müssen, kann der Multiplexer 1027 zweiter Ebene programmiert werden. Wiederum werden der Eingang oder die Eingänge, die verbunden werden sollen, ausgewählt, und der Ausgang oder die Ausgänge, mit denen jeder ausgewählte Eingang verbunden werden soll, werden ebenfalls ausgewählt. In diesem Fall wird ferner eine der drei verfügbaren Ver stärkungen, die bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel 1,1, 2,2 oder 2,2 mit Kabel sind, unter Verwendung der Verstär kungsauswahleinrichtung 1046 ausgewählt. Die Programmierein richtung 1021 gibt wiederum eine Folge von Byte zu dem ICX- Chip 401 in dem Multiplexer 1027 zweiter Ebene aus, wobei die Folge in der Reihenfolge, die oben für den ICX-Chip in dem Baustein 1014 angegeben ist, durch die Latches des Schieberegisters 497 läuft. Die Bytes in den Latches akti vieren oder deaktivieren die Latches, um den ausgewählten Eingang oder die Eingänge mit dem ausgewählten Ausgang oder den Ausgängen mit der Verstärkung, die für jeden Ausgang ausgewählt ist, elektrisch zu verbinden.

An diesem Punkt hat die Sonde 1000 eine der folgenden elek trischen Verbindungen durchgeführt: einen der Eingänge 1007, 915, 1008 (Fig. 10) oder die Sondenspitzen 1012 mit einem der Ausgänge 1029 oder 1030, einen der Eingänge 1007, 915, 1008 oder die Sondenspitzen 1012 mit beiden Ausgängen 1029 oder 1030, oder einen der Eingänge 1007, 915, 1008 oder die Sondenspitzen 1012 mit einem Ausgang 1029 oder 1030 und ei nen weiteren der Eingänge 1007, 915, 1008 oder der Sonden spitzen 1012 mit dem anderen Ausgang. Weiter muß nichts durchgeführt werden, um ein Signal von dem ausgewählten Ein gang (den ausgewählten Eingängen) zu dem ausgewählten Aus gang (den ausgewählten Ausgängen) mit der ausgewählten Ver stärkung über eine große Bandbreite und mit einer hohen Si gnalunversehrtheit zu übertragen.

Fig. 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel des programmierbaren Verstärkers gemäß der Erfindung in Verbindung mit einem Spannungsteiler, um eine Schaltung 1100 mit wählbarer Dämp fung zu schaffen. Diese Anwendung des programmierbaren Ver stärkers ist vorzugsweise in einem Oszilloskop-Vorverstärker 1102 angeordnet. Signale werden über Koaxialkabel 1104 und 1105, welche Koaxialkabel wie z. B. 1049 von dem Sondensystem 1000 (Fig. 10) sein können, dem "A"-Kanal-Eingang InA und dem "B"-Kanal-Eingang InB des Oszilloskop-Vorverstärkers 1102 zugeführt. Der Oszilloskop-Vorverstärker 1102 weist ei nen ICX-Chip 401, Widerstände 1110 bis 1115, vier Widerstän de 1116, "Koaxial"-Mikrostreifen ("co-ax" microstrips) 1120 und 1122 und vier Koaxialkabel 1128 auf. Die Schaltung 1100 befindet sich auf einem Chip-Träger.

Der Eingang InA ist mit dem Mikrostreifen 1120 verbunden, der mit dem In1-Eingang des ICX-Chips 401 verbunden ist. Der Widerstand 1110 ist zwischen den Eingang In1 und den Eingang In2 geschaltet, der Widerstand 1111 ist zwischen den Eingang In2 und In3 geschaltet, und der Widerstand 1112 ist zwischen den Eingang In3 und Masse geschaltet. In gleicher Weise ver bindet der Mikrostreifen 1122 den Vorverstärkereingang InB mit dem Eingang In18 des ICX-Chips 401, der Widerstand 1115 ist zwischen den Eingang In18 und den Eingang In17 geschal tet, der Widerstand 1114 ist zwischen die Eingänge In17 und In16 geschaltet, und der Widerstand 1113 ist zwischen den Eingang In16 und Masse geschaltet. Die Ausgänge TRIGA, XOUTA, XOUTB und TRIGB der ICX 401 sind mit Koaxialkabeln 1128 verbunden, die die Ausgänge des Oszilloskop-Vorverstär kers 1102 bilden. Wie vorher ist der ICX-Chip 401 über die Datenleitung 450 mit der Programmiereinrichtung 1121 verbun den, während die Programmiereinrichtung 1121 mit der Einga beeinrichtung 1040 verbunden ist.

Wie nun bereits mehrmals zu sehen war, kann der ICX-Chip 401 einen beliebigen seiner Eingänge mit einem oder allen seiner Ausgänge verbinden. Die Widerstände 1110 bis 1112 bilden ei nen "A"-Kanal-Spannungsteiler 1140, während die Widerstände 1113 bis 1115 einen "B"-Kanal-Spannungsteiler bilden. Abhän gig davon, welche der Eingänge In1, In2, In3, In16, In17 oder In18 ausgewählt sind, um mit den Ausgängen verbunden zu werden, und welche Ausgänge ausgewählt sind, werden die Si gnale, die an dem Eingang InA oder InB eingegeben werden, mit einer unterschiedlichen Dämpfung zu dem ausgewählten Ausgang übertragen. Für einen ordnungsgemäßen Abschluß der Koaxialkabel 1104, 1105 und der Mikrostreifen 1120, 1122 sollte der Gesamtbetrag der Widerstände in jedem Dämpfungs glied 1140 und 1141 50 Ohm betragen. Vorzugsweise weisen die Widerstände 1110 bis 1115 die Werte 25 Ohm, 15 Ohm, 10 Ohm, 10 Ohm, 15 Ohm bzw. 25 Ohm auf. Dies hat eine Dämpfung von ÷1, wenn die Eingänge In1 oder In18 ausgewählt sind, +2, wenn die Eingänge In2 oder In17 ausgewählt sind, und +5, wenn die Eingänge In3 oder In16 ausgewählt sind, zur Folge. Die Widerstände 1116 weisen jeweils einen Wert von 50 Ohm auf. Folglich hat die Kombination der Spannungsteilerschal tungen 1140 und 1141 mit den Multiplexerverstärkern gemäß der Erfindung in der ICX 401 eine Schaltung 1100 mit wähl barer Dämpfung zur Folge, die für eine große Bandbreite von Frequenzen Signale, die an Kabeln 1104 oder 1105 oder beiden eingegeben werden, zu einem, einigen oder allen der Ausgänge 1128 mit einer geringen Verzerrung und der ausgewählten Dämpfung überträgt.

Es wurde ein neuartiger programmierbarer Operationsverstär ker mit einer Rückkopplung beschrieben, der eine program mierbare Kanalauswahl mit einer hohen Signalunversehrtheit und Bandbreite liefert, und der viele weitere Vorteile auf weist. Es ist offensichtlich, daß, da nun die Erfindung vollständig offenbart wurde, Fachleute zahlreiche Verwendun gen und Modifikationen des spezifischen beschriebenen Aus führungsbeispiels durchführen können, ohne von den erfin dungsgemäßen Konzepten abzuweichen. Beispielsweise können nun, da offensichtlich ist, daß mehrere Variationen des Ver stärkers einzigartige Eigenschaften zur Folge haben, weitere Variationen entwickelt werden. Ferner können, da nun offen sichtlich ist, daß ein programmierbarer Operationsverstärker entwickelt werden kann, der eine hohe Signalunversehrtheit, eine hohe Bandbreite und einen programmierbaren positiven AUS-Zustand kombiniert, und der programmierbare Multiplexer, eine programmierbare Verstärkung und eine programmierbare Dämpfung liefert, viele weitere Anwendungen des Verstärkers entwickelt werden. Alternativ können die unterschiedlichen Komponenten und Schaltungen, die beschrieben wurden, durch äquivalente Komponenten oder Schaltungen ersetzt werden. Zu sätzliche Merkmale können hinzugefügt werden. Eine größere oder geringere Anzahl von Teilen kann verwendet werden. Folglich ist die Erfindung dazu bestimmt, jedes neuartige Merkmal und jede neuartige Kombination von Merkmalen, die der beschriebene Operationsverstärker aufweist und/oder be sitzt, einzuschließen.

Claims

1. Programmmierbarer Verstärker (100) mit einem Verstärker eingang (112), einem Verstärkerausgang (116) und einem ersten Verstärkerkanal (111) zwischen dem Eingang (112) und dem Ausgang (116), wobei der erste Verstärkerkanal (111) einen Eingangstransistor-Emitter (106) und einen ersten Ausgangstransistor-Emitter (108) aufweist, wobei der Eingangstransistor-Emitter und der erste Ausgangs transistor-Emitter miteinander verbunden sind, um ein erstes Emitter-Paar (110) zu bilden, wobei der Verstär ker durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist:
eine Auswahleinrichtung (1043, 1044) zum Auswählen, ob der erste Verstärkerkanal (111) aktiviert werden soll; und
eine Aktivierungseinrichtung (120), die auf die Aus wahleinrichtung anspricht und mit; dem ersten Emitter- Paar (110) verbunden ist, um den Verstärkerkanal (111) zu aktivieren, derart, daß ein Signal, das an den Ein gang (106) angelegt wird, von dem Verstärkereingang durch den ersten Verstärkerkanal zu dem Verstärkeraus gang (116) geleitet wird, wenn der Verstärker (100) ausgewählt ist, um aktiviert zu sein, und um den Ver stärker (100) zu deaktivieren, derart, daß ein Signal, das an den Eingang (106) angelegt wird, nicht durch den Kanal (111) zu dem Ausgang (116) geleitet wird, wenn der Verstärker (100) nicht ausgewählt ist, um aktiviert zu sein.

2. Verstärker gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierungseinrichtung (120) eine Stromquelle (125) und eine Schaltereinrichtung (177) aufweist, die auf die Auswahleinrichtung anspricht, um die Stromquel le (125) elektrisch mit dem Emitter-Paar (110) zu ver binden.

3. Verstärker (200) gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ausgangdeaktivierungs-Einrichtung (280) zum Pla zieren des Ausgangs (204) in einen Zustand, in dem er elektrisch als eine Leerlaufschaltung erscheint, wenn der Verstärker (200) ausgewählt ist, um aus zu sein.

4. Verstärker (200) gemäß Anspruch 3, bei dem der Verstär kerkanal (251) einen ersten Ausgangstransistor (211) aufweist, bei dem der Transistor-Emitter (206) der Emitter des ersten Ausgangstransistors (211) ist, und bei dem der Verstärker (200) ferner durch einen Aus gangtreibertransistor (215) charakterisiert ist, wobei der Ausgangtreibertransistor in einer Rückkopplungs schleife (276) zwischen den Kollektor und die Basis des ersten Ausgangstransistors (211) geschaltet ist, und wobei die Ausgangdeaktivierungseinrichtung (280) eine Spannungssteuereinrichtung (285) zum Steuern der Span nung an der Basis des Ausgangtreibertransistors (215) aufweist.

5. Verstärker gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner gekennzeichnet durch eine Emitter-Spannungssteuerein richtung (140) zum Treiben des Emitter-Paars (110) auf eine gesteuerte Abschaltspannung, wenn der Verstärker nicht aktiviert ist.

6. Verstärker (400) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, der ferner einen zweiten Verstärkerkanal (440) zwischen dem Eingang (403) und dem Ausgang (404) aufweist, wobei der zweite Verstärkerkanal (440) einen zweiten Eingangs transistor-Emitter (443) und einen zweiten Ausgangs transistor-Emitter (444) aufweist, wobei der zweite Eingangstransistor-Emitter und der zweite Ausgangstran sistor-Emitter miteinander verbunden sind, um ein zwei tes Emitter-Paar (442) zu bilden, wobei der Verstärker ferner dadurch gekennzeichnet ist,
daß die Auswahleinrichtung (1043, 1044) ferner eine Einrichtung (1043) zum Auswählen von zumindest einem der Kanäle (490, 440) aufweist; und
daß die Aktivierungseinrichtung (445) eine Einrichtung zum Aktivieren des ausgewählten Kanals und zum Deakti vieren des Kanals, der nicht ausgewählt ist, aufweist.

7. Verstärker gemäß Anspruch 6, ferner dadurch gekenn zeichnet, daß der erste Verstärkerkanal ferner eine er ste Verstärkungseinrichtung (524) mit einer ersten Ver stärkung aufweist, der zweite Verstärkerkanal ferner eine zweite Verstärkungseinrichtung (525) mit einer zweiten Verstärkung aufweist, die Auswahleinrichtung (1043, 1044) eine Verstärkungsauswahleinrichtung (1044) zum Auswählen einer ersten Verstärkung oder einer zwei ten Verstärkung und die Aktivierungseinrichtung (498) eine Einrichtung zum Aktivieren des einen der Kanäle, der die ausgewählte Verstärkung aufweist, aufweist.

8. Verstärker gemäß Anspruch 6, ferner dadurch gekenn zeichnet, daß der erste Verstärkerkanal ferner eine er ste Dämpfungseinrichtung (1110) mit einer ersten Dämp fung aufweist, daß der zweite Verstärkerkanal ferner eine zweite Dämpfungseinrichtung (1111) mit einer zwei ten Dämpfung aufweist, daß die Auswahleinrichtung eine Dämpfungsauswahleinrichtung (1040) zum Auswählen einer ersten Dämpfung oder einer zweiten Dämpfung aufweist, und daß die Aktivierungseinrichtung eine Einrichtung (1121, 401) zum Aktivieren des einen der Kanäle, der die ausgewählte Dämpfung aufweist, aufweist.

9. Verstärker gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der Verstärkereingang (In1) einer einer Mehrzahl von Verstärkereingängen (403) ist, wobei der Verstärker ferner durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist:
eine Mehrzahl der Emitter-Paare (480, 442) und eine Mehrzahl der Aktivierungseinrichtungen (445), eine Ak tivierungseinrichtung für jedes Emitter-Paar; und
einen Verstärkerrückkopplungsabschnitt (455);
wobei eines der Emitter-Paare (480, 442) für jeden der Eingänge (403) existiert, das Emitter-Paar (480) zwi schen seinen entsprechenden Eingang (In1) und seinen Ausgang (404) geschaltet ist, und
wobei der Verstärker rückkopplungsabschnitt (455) der Mehrzahl von Verstär ker-Emitter-Paaren (480, 442) gemeinsam ist und mit dem Ausgang (404) verbunden ist.

10. Verstärker (401) gemäß Anspruch 9 und ferner gekenn zeichnet durch eine Mehrzahl der Ausgänge (502, 632), wobei I × O der Emitter-Paar-Abschnitte existieren, wo bei I die Anzahl der Eingänge (601) und O die Anzahl der Ausgänge (502, 632) ist, wobei einer der Verstär kerrückkopplungsabschnitte (455) für jeden der Ausgänge existiert, und wobei ein unterschiedliches der Emit ter-Paare zwischen jeden der Eingänge (601) und jeden der Ausgänge (502, 632) geschaltet ist.