DE19603090C2 - Verstärker - Google Patents
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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 RE 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 RE 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.
Die DE 32 22 607 A1 betrifft eine Schaltung, die drei Sig
nalwege aufweist, welche jeweils durch eine schaltbare
Stromquelle aktivierbar sind. Die schaltbaren Stromquellen
werden durch I2L-Gatter gebildet. Welcher der drei Signal
wege aktiviert wird, hängt von dem speziellen Transistorpaar
ab, das mit einem Emitterstrom beaufschlagt wird. Ob eines
der I2L-Gatter einen Strom trägt oder nicht, hängt von Si
gnalen an den Ausgängen einer Logikschaltung ab, welche eb
enfalls in der I2L-Technik implementiert ist. Da die Transi
storpaare bzw. Signalwege nicht identisch sein können, erge
ben sich beim Übergang von einem Signalpfad auf den anderen
Potenitalsprünge, die sich besonders bei fehlendem Eingangs
signal störend bemerkbar machen. Daher wird das Potential an
den Sammelpunkten A und B beim Übergang vom einen Signalpfad
auf den anderen gegensinnig verändert.
Die DE 42 06 863 A1 offenbart eine analoge Schalteinrichtung
zum Schalten zwischen mehreren Eingängen auf einen Ausgang.
Eine Eingangsstufe mit einer Mehrzahl von Eingangskanälen
zum Empfang analoger Eingangssignale ist vorgesehen. Eine
Mehrzahl von Differenzverstärkern ist mit den Eingangska
nälen verbunden. Eine Auswahlschaltereinheit führt einen
Schaltvorgang derart durch, daß nur einer der Differenz
verstärker aktiviert wird und das zugehörige analoge Ein
gangssignal an die Ausgangsstufe übermittelt. Das Auftreten
eines unerwünschten, ein Übersprechen verursachenden Ein
gangssignals an der Ausgangsstufe wird vermieden, indem das
jeweils aktivierte Eingangssignal mit einer ersten Referenz
spannungsquelle verbunden wird, während die übrigen, d. h.
die nicht aktivierten, Differenzverstärker mit einer zweiten
Referenzspannungsquelle verbunden werden, so daß ein uner
wünschtes Signal nicht den aktivierten Differenzverstärker
beaufschlagt.
Die US-A-5,260,672 offenbart eine Spannungsfolgerschaltung
mit einem Eingang zum Anlegen einer Eingangsspannung und mit
einem Ausgang zum Ausgeben einer Ausgangsspannung in Ab
hängigkeit von der Eingangsspannung. Die Schaltung dient zum
Vergrößern des Eingangsspannungsbereichs einer bekannten
Spannungsfolgerschaltung.
Die US H965 offenbart einen Verstärker mit mehreren Stufen,
wobei in jeder Stufe die Verstärkung durch eine digitale
Steuerung eingestellt wird. Jede Stufe umfaßt einen Verstär
kungseinstellabschnitt und einen Puffer. Der Puffer kann
durch Öffnen eines Schalters deaktiviert werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen
Verstärker zu schaffen, der, wenn er ausgeschaltet ist, tat
sächlich ausgeschaltet ist, ungeachtet dessen, welche Streu
signale an seinem Eingang oder Ausgang vorhanden sind.
Diese Aufgabe wird durch einen Verstärker 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 auf integrierten 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 Rückkopplungsabschnitt
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 Ausgangstransistor-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.
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 logischen
"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.
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 direktest 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 liefert,
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 unmittelbarst 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 Ausgang
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-Ausgangs stufe
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 stattdessen 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 Schieberegister
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 dargestellt,
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 Datenleitung
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 Ausgang 23400 00070 552 001000280000000200012000285912328900040 0002019603090 00004 23281ssignale 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 entsprechen. 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 programmieren
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 vierundfünfzig
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 ("coax" 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 (10)
1. Verstärker (200) mit folgenden Merkmalen:
einer Spannungsquelle zum Zuführen von Leistung zu dem Verstärker;
einem Verstärkereingang (202) und einem Verstärkeraus gang (204);
einem Verstärkerkanal (251) zwischen dem Eingang (202) und dem Ausgang (204), wobei der Verstärkerkanal (251) einen Eingangstransistor-Emitter (205) und einen Aus gangstransistor-Emitter (211) aufweist, und der Ein gangstransistor-Emitter und der Ausgangstransistor-Emit ter miteinander verbunden sind, um ein Emitter-Paar (268) zu bilden;
einer Auswahleinrichtung (1043, 1044) zum Auswählen, ob der Verstärkerkanal (251) aktiviert werden soll;
einer Aktivierungseinrichtung (250, 275), die auf die Auswahleinrichtung anspricht und mit dem Emitter-Paar (268) verbunden ist, um den Verstärkerkanal (251) zu aktivieren, derart, daß ein Signal, das an den Eingang (202) angelegt wird, von dem Verstärkereingang durch den Verstärkerkanal (251) zu dem Verstärkerausgang (204) ge leitet wird, wenn der Verstärker (200) ausgewählt ist, um aktiviert zu sein, und um den Verstärker (200) zu de aktivieren, derart, daß ein Signal, das an den Eingang (202) angelegt wird, nicht durch den Verstärkerkanal (251) zu dem Ausgang (204) geleitet wird, wenn der Ver stärker (200) nicht ausgewählt ist, um aktiviert zu sein; und
einer Ausgangsdeaktivierungseinrichtung (280), die wirksam ist, um den Ausgang (204) in einen stromlosen Zu stand mit einer hohen Impedanz zu bringen, in dem der Ausgang (204) elektrisch als Leerlauf erscheint, wenn der Verstärker (200) ausgewählt ist, um nicht aktiviert zu sein, selbst wenn Spannungen mit der Größe der von der Spannungsquelle abgegebenen Spannung an dessen Aus gang erscheinen.
einer Spannungsquelle zum Zuführen von Leistung zu dem Verstärker;
einem Verstärkereingang (202) und einem Verstärkeraus gang (204);
einem Verstärkerkanal (251) zwischen dem Eingang (202) und dem Ausgang (204), wobei der Verstärkerkanal (251) einen Eingangstransistor-Emitter (205) und einen Aus gangstransistor-Emitter (211) aufweist, und der Ein gangstransistor-Emitter und der Ausgangstransistor-Emit ter miteinander verbunden sind, um ein Emitter-Paar (268) zu bilden;
einer Auswahleinrichtung (1043, 1044) zum Auswählen, ob der Verstärkerkanal (251) aktiviert werden soll;
einer Aktivierungseinrichtung (250, 275), die auf die Auswahleinrichtung anspricht und mit dem Emitter-Paar (268) verbunden ist, um den Verstärkerkanal (251) zu aktivieren, derart, daß ein Signal, das an den Eingang (202) angelegt wird, von dem Verstärkereingang durch den Verstärkerkanal (251) zu dem Verstärkerausgang (204) ge leitet wird, wenn der Verstärker (200) ausgewählt ist, um aktiviert zu sein, und um den Verstärker (200) zu de aktivieren, derart, daß ein Signal, das an den Eingang (202) angelegt wird, nicht durch den Verstärkerkanal (251) zu dem Ausgang (204) geleitet wird, wenn der Ver stärker (200) nicht ausgewählt ist, um aktiviert zu sein; und
einer Ausgangsdeaktivierungseinrichtung (280), die wirksam ist, um den Ausgang (204) in einen stromlosen Zu stand mit einer hohen Impedanz zu bringen, in dem der Ausgang (204) elektrisch als Leerlauf erscheint, wenn der Verstärker (200) ausgewählt ist, um nicht aktiviert zu sein, selbst wenn Spannungen mit der Größe der von der Spannungsquelle abgegebenen Spannung an dessen Aus gang erscheinen.
2. Verstärker gemäß Anspruch 1, bei dem der Verstärkerkanal
(251) einen ersten Ausgangstransistor und einen Aus
gangstreibertransistor aufweist, wobei der Ausgangstran
sistor-Emitter den Emitter des ersten Ausgangstransi
stors umfaßt, wobei der Ausgangstreibertransistor in
einer Rückkopplungsschleife zwischen den Kollektor und
die Basis des ersten Ausgangstransistors geschaltet ist,
wobei die Ausgangsdeaktivierungseinrichtung (280) eine
Spannungssteuerungseinrichtung umfaßt, um die Spannung
an der Basis des Ausgangstreibertransistors zu steuern,
wenn der Kanal nicht ausgewählt ist.
3. Verstärker gemäß Anspruch 2, bei dem die Ausgangsdeakti
vierungseinrichtung ferner eine Stromsteuerschaltung
aufweist, um den Strom zu steuern, der in die Basis des
Transistors fließt, wenn der Kanal nicht ausgewählt ist.
4. Verstärker gemäß Anspruch 2, bei dem die Ausgangsdeakti
vierungseinrichtung ferner eine Spannungsvorspannungs
schaltung aufweist, um eine Vorspannung bereitzustellen,
wenn der Kanal nicht ausgewählt ist, um Spannungen, die
an dem Ausgang erscheinen, daran zu hindern, den Aus
gangstreibertransistor über die Rückkopplungsschleife zu
beeinflussen.
5. Verstärker gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner mit
einer Emitter-Spannungssteuereinrichtung (240) zum Trei
ben des Emitter-Paars (268) auf eine gesteuerte Ab
schaltspannung, wenn der Verstärker nicht aktiviert ist.
6. Verstärker 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 Eingangstransistor-
Emitter (443) und einen zweiten Ausgangstransistor-Emit
ter (444) aufweist, wobei der zweite Eingangstransi
stor-Emitter und der zweite Ausgangstransistor-Emitter
miteinander verbunden sind, um ein zweites Emitter-Paar
(442) zu bilden, wobei bei dem Verstärker
die Auswahleinrichtung (1043, 1044) ferner eine Einrich tung (1043) zum Auswählen von zumindest einem der Kanäle (490, 440) aufweist; und
die Aktivierungseinrichtung (445) eine Einrichtung zum Aktivieren des ausgewählten Kanals und zum Deaktivieren des Kanals, der nicht ausgewählt ist, aufweist.
die Auswahleinrichtung (1043, 1044) ferner eine Einrich tung (1043) zum Auswählen von zumindest einem der Kanäle (490, 440) aufweist; und
die Aktivierungseinrichtung (445) eine Einrichtung zum Aktivieren des ausgewählten Kanals und zum Deaktivieren des Kanals, der nicht ausgewählt ist, aufweist.
7. Verstärker gemäß Anspruch 6, bei dem der Verstärkerkanal
ferner eine erste Verstärkungseinrichtung (524) mit
einer ersten Verstärkung aufweist, der zweite Verstär
kerkanal ferner eine zweite Verstärkungseinrichtung
(525) mit einer zweiten Verstärkung aufweist, die Aus
wahleinrichtung (1043, 1044) eine Verstärkungsauswahl
einrichtung (1044) zum Auswählen einer ersten Verstär
kung oder einer zweiten Verstärkung und die Aktivie
rungseinrichtung (498) eine Einrichtung zum Aktivieren
des einen der Kanäle, der die ausgewählte Verstärkung
aufweist, aufweist.
8. Verstärker gemäß Anspruch 6, bei dem der Verstärkerkanal
ferner eine erste Dämpfungseinrichtung (1110) mit einer
ersten Dämpfung aufweist, daß der zweite Verstärkerkanal
ferner eine zweite Dämpfungseinrichtung (1111) mit einer
zweiten Dämpfung aufweist, daß die Auswahleinrichtung
eine Dämpfungsauswahleinrichtung (1040) zum Auswählen
einer ersten Dämpfung oder einer zweiten Dämpfung auf
weist, 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 fer
ner folgende Merkmale aufweist:
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.
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 mit einer Mehrzahl der
Ausgänge (502, 632), wobei I × O der Emitter-Paar-Ab
schnitte existieren, wobei I die Anzahl der Eingänge
(601) und O die Anzahl der Ausgänge (502, 632) ist, wo
bei einer der Verstärkerrückkopplungsabschnitte (455)
für jeden der Ausgänge existiert, und wobei ein unter
schiedliches der Emitter-Paare zwischen jeden der Ein
gänge (601) und jeden der Ausgänge (502, 632) geschaltet
ist.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US08/384,295 US5600278A (en) | 1995-02-03 | 1995-02-03 | Programmable instrumentation amplifier |
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DE19603090A1 DE19603090A1 (de) | 1996-08-08 |
DE19603090C2 true DE19603090C2 (de) | 2002-09-26 |
Family
ID=23516748
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JP (1) | JPH08274556A (de) |
DE (1) | DE19603090C2 (de) |
FR (1) | FR2730364B1 (de) |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: AGILENT TECHNOLOGIES, INC. (N.D.GES.D.STAATES DELA |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |