DE3816140A1

DE3816140A1 - Videosignalumschalter

Info

Publication number: DE3816140A1
Application number: DE19883816140
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Ing Lehmann; Winfried Dipl Ing Horstmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1988-05-11
Filing date: 1988-05-11
Publication date: 1989-11-23

Description

Die Erfindung geht aus von einem Videosignalumschalter nach der Gattung des Hauptanspruchs.

In den Motorola-Druckschrift AN-491 (gedruckt 12/69) "Gated Video Amplifier Applications - The MC 1545" ist bereits ein solcher, in monolithisch integrierter Form hergestellter Videosignalumschalter angegeben. Dieser bekannte Umschalter weist jedoch einen merklichen Spannungs-Offset zwischen Eingang und Ausgang auf. Außerdem können bei diesem bekannten Umschalter störende Spannungsspitzen bei der Umschaltung der Videosignale auftreten.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Videosignalumschalter der eingangs genannten Art einen praktisch nicht mehr störenden Spannungs-Offset zwischen Ein- und Ausgang mit einfachen Mitteln zu erreichen.

Diese Aufgabe wird durch das im Hauptanspruch gekennzeichnete Merkmal gelöst. Der erfindungemäße Videosignalumschalter hat den Vorteil, daß außer einem äußerst geringen Spannungs-Offset weiterhin ein niedriger Ausgangsinnenwiderstand sowie ein hoher Eingangswiderstand erreicht werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Videosignalumschalters möglich.

Besonders vorteilhaft ist, wenn im Ausgangskreis der Eingangstransistoren der Differenzverstärker Mittel zur Umschalt-Spannungsspitzen-Kompensation vorgesehen sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipschaltung des erfindungsgemäßen Videosignalumschalters,

Fig. 2 eine Detailgrundschaltung des erfindungsgemäßen Videosignalumschalters,

Fig. 3 eine Schaltungsabwandlung des erfindungsgemäßen Videosignalumschalters für eine definierte Verstärkung,

Fig. 4 eine Schaltungsabwandlung des erfindungsgemäßen Videosignalumschalters zur Spitzenspannungskompensation,

Fig. 5 eine weitere Schaltungsabwandlung des erfindungsgemäßen Videosignalumschalters zur Spitzenspannungs-Kompensation mittels Stromspiegel,

Fig. 6 eine andere Schaltungsabwandlung des erfindungsgemäßen Videosignalumschalters zur Spitzenspannungs-Kompensation mittels erweitertem Stromspiegel.

Der in Fig. 1 im Prinzip dargestellte Videosignalumschalter besteht aus zwei Differenzverstärkern 1 und 2, an deren nicht-invertierenden Eingängen 3 bzw. 4 umzuschaltende Eingangssignale U _{e 1} bzw. U _{e 2} anliegen, von denen mindestens eines ein Videosignal ist. Zum Umschalten dieser Signale wenden den Steuereingängen 6 und 7 der Differenzverstärker 1 und 2 über eine Schaltverstärkerstufe 8 gegenphasige Umschalt-Impulssignale U _s von einer Eingangsklemme 9 zugeführt.

Je nach Größe dieser Impulssignale wird entweder der Differenzverstärker 1 oder der Differenzverstärker 2 durchgeschaltet, so daß entweder am Ausgang 11 oder 12 das jeweilige Signal abnehmbar ist. Dieses wird noch über eine Trennstufe 13 geführt und ist als Ausgangssignal U _a an der Ausgangsklemme 14 abnehmbar.

Erfindungsgemäß wird nun dieses Signal U _a auf die invertierenden Eingänge 16 und 17 der Differenzverstärker 1 und 2 rückgekoppelt, wodurch eine, die Offset-Spannung verringernde Gegenkopplung bewirkt wird.

In Fig. 2 ist die Prinzipschaltung gemäß Fig. 1 im Detail dargestellt, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Der Differenzverstärker 1 besteht hierbei aus den Transistoren 21 und 22, der Differenzverstärker 2 aus den Transistoren 23 und 24. Die Kollektor-Elektroden der Transistoren 22 und 24 sind an einen gemeinsamen Arbeitswiderstand 26 geführt, an welchem ebenfalls die Steuerelektrode des die Trennstufe 13 bildenden Transistors 27 angeschlossen ist. Der Ausgang 14, an welchem das durchgeschaltete (Video) Signal abnehmbar ist, ist - wie bereits oben aufgeführt - mit den invertierenden Eingängen 16 und 17 verbunden. Die Schaltverstärkerstufe 8 enthält im wesentlichen die Transistoren 28 und 29, wobei an der Steuerelektrode des Transistors 29 eine konstante Spannung U _k und an der Steuerelektrode des Transistors 28 die über die Widerstände 31 und 32 heruntergeteilte Schaltspannung U′ _s anliegen.

Ist nun die abgeleitete Schaltspannung U′ _s höher als die Konstantspannung U _k, dann fließt der größte Teil des Stromes I _E durch den Transistor 28 sowie die Transistoren 21 und 22 des Differenzverstärkers 1. Damit ist der Differenzverstärker 1 leitend und überträgt das Eingangssignal U _{e 1} von Klemme 3 über den Ausgang 11 auf den Ausgang 14. Der Differenzverstärker 2 ist über den Transistor 29 nahezu stromlos und damit gesperrt. Umgekehrt wird bei einem niedrigeren Potential der Schaltspannung U′ _s gegenüber dem konstanten Potential U _k der Transistor 29 stromführend und die Transistoren 23 und 24 des Differenzverstärkers 2 werden durchgeschaltet und übertragen das an Klemme 4 liegende Eingangssignal U _{e 2} über die Ausgangsklemme 12 an den Ausgang 14.

Geringer Spannungs-Offset zwischen Eingang U _e und Ausgang U _a ist gegeben, wenn die Ströme durch die Transistoren 21 und 22 bzw. 23 und 24 im jeweils eingeschalteten Zustand einander gleich sind. Dynamische Änderungen der Schaltspannung U _s - beim Übergang von einer hohen auf eine niedrigere Spannung oder umgekehrt - verursachen Stromänderungen in den Transistoren der Differenzverstärker. Dabei heben sich die Stromänderungen der Transistoren 22 und 24 gegenseitig auf, so daß die Spannung am Arbeitswiderstand 26 und damit auch die Ausgangssignalspannung U _a konstant bleiben. Dieses Verhalten der Schaltung begründet kleine Schaltspitzen bei der Signalumschaltung.

Mit der in Fig. 3 dargestellten Schaltung ist eine Signalumschaltung der an den Eingangsklemmen 3 und 4 anliegenden Videosignale bei gleichzeitiger Spannungsverstärkung möglich. Für eine definierte Verstärkung sind in den Gegenkoppplungspfaden Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen 35 und 36 bzw. 37 und 38, angeordnet. Der Verstärkungsgrad V 1 (=U _a/U_{e 1}) errechnet sich dabei aus dem Spannungsteilerverhältnis zu 1+R 35/R 36 für den Differenzverstärker 1 und der Verstärkungsgrad V 2 (=U _a/U_{e 2} aus dem Spannungsteilerverhältnis zu 1+R 37/R 38. Die Spannungsversorgung des Transistors 27 erfolgt hierbei über die Widerstände 39 und 41, welche an die Betriebsspannungsquelle +U _b und-U _b angeschlossen sind. Zur Frequenzgangkompensation des verstärkten Videosignals sind die Kondensatoren 42 und 43 vorgesehen.

Bei dem oben beschriebenen Videosignalumschalter können sich am Ausgang geringfügige Umschaltspitzen (ca. ±3 mV_SO) durch unterschiedliche Umschaltgeschwindigkeiten der beiden Differenzverstärker 1 und 2 nahe ihrer Endzustände ergeben. Denn der jeweils nahezu gesperrte - d. h. mit wenig Strom arbeitende - Differenzverstärker ist langsamer als der übertragende - d. h. mit vergleichsweise viel Strom arbeitende - Differenzverstärker. Zur Vermeidung dieser geringfügigen Umschaltspitzen sind daher in der Schaltung gemäß Fig. 4 die Kollektoren der Transistoren 21 und 23 ebenfalls zusammengeschaltet, so daß sowohl an der Zusammenschaltung der Kollektoren der Transistoren 22 und 24 als auch an der der Transistoren 21 und 23 diese Umschaltspitze auftritt. Als Arbeitswiderstand der Transistoren 21 und 23 dient hierbei der als Diode geschaltete Transistor 46, von welchem diese Umschaltspitze zur Phasenumkehr der Basis des Transistors 47 zugeführt wird. Die Spitzenspannungs-Kompensation erfolgt über den Koppelkondensator 48. Die dann noch verbleibende Restspitzenspannung beträgt am Ausgang 14 weniger als +0,5 mV_SO. Der Kondensator 49 dient zur Phaseneinstellung der beiden gegengekoppelten Differenzverstärker.

Bei Einsatz einer Stromspiegelschaltung, bestehend aus den Transistoren 51 und 52 sowie dem Kondensator 53, gemäß Fig. 5, ergeben sich ähnlich kleine Restspannungsspitzen wie mit der Kompensationsschaltung in Fig. 4.

Da jedoch mit dieser einfachen Stromspiegelschaltung in Fig. 5 selbst mit "gepaarten" Transistoren wegen der unterschiedlichen Kollektor-Emitter-Spannungen beider Transistoren 51 und 52 nur ungenügend gespiegelt wird, ist hierbei mit höheren Offset-Spannungen der beiden Differenzverstärker 1 und 2 zu rechnen. Dieser Nachteil wird mit der erweiterten Stromspiegelschaltung gem. Fig. 6 beseitigt. Hierbei werden zu dem bereits vorhandenen Stromspiegel mit den Transistoren 51 und 52 weitere, eine Kaskodeschaltung bildende Transistoren 54 und 55 in Reihe geschaltet. Damit kann eine präzise Spiegelung (Spiegelfehler≦1%) erreicht werden.

Claims

1. Videosignalumschalter, insbesondere in integrierter Schaltungstechnik , mit zwei Differenzverstärkern (1, 2), an deren jeweils ersten Signaleingang (3, 4) je ein Signal (U _{e 1}, U _{e 2}) anliegt, von denen mindestens eines ein Videosignal ist und jeweils eines mit Hilfe von einem dem jeweiligen Steuereingang (6, 7) zugeführten Umschaltsignal (U _s durchschaltbar ist, und deren Ausgänge (11, 12) gemeinsam über eine Trennstufe (13) geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweils zweite Eingang (16, 17) der Differenzverstärker (1, 2) mit dem Ausgang (14) der Trennstufe (13) verbunden ist.

2. Videosignalumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Eingänge (3, 4) die nichtinvertierenden und die zweiten Eingänge (16, 17) die invertierenden Eingänge der Differenzverstärker (1, 2) sind.

3. Videosignalumschalter nach Anspruch 1, wobei die Differenzverstärker (1, 2) durch jeweils zwei emittergekoppelte Transistoren (21, 22; 23, 24) gleichen Leitfähigkeitstyps gebildet sind, an deren Koppelpunkten je ein weiterer Transistor (28, 29) angeschlossen ist, von denen der eine (28) über seine Steuerelektrode ein Umschaltsignal (U′ _s) erhält und der andere (29) mit seiner Steuerelektrode an konstantem Potential (U _k) liegt, wobei die Signale (U _{e 1}, U _{e 2}) an den Steuerelektroden des jeweiligen Eingangstransistors (21, 23) der Differenzverstärker (1, 2) anliegen, und wobei der jeweilige Ausgangstransistor (22, 24) der Differenzverstärker (1, 2) mit seiner Kollektorelektrode an der Steuerelektrode eines Trennstufen-Transistors (27) angeschlossen ist, dessen Emitterelektrode den Ausgang (14) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (14) mit den Steuerelektroden der Ausgangstransistoren (22, 24) der Differenzverstärker (1, 2) verbunden ist.

4. Videosignalumschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (14) über je einen Spannungsteiler (35, 36; 37, 38) mit den Steuerelektroden der Ausgangstransistoren (22, 24) der Differenzverstärker (1, 2) verbunden ist.

5. Videosignalumschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangselektroden der Eingangstransistoren (21, 23) der Differenzverstärker (1, 2) als Arbeitswiderstand einen als Diode geschalteten Transistor (46) aufweisen, dessen Ausgangselektrode an die Eingangselektrode einer Phasenumkehrstufe (47) angeschlossen ist, deren Ausgang über einen Kondensator (48) mit der Steuerelektrode des Trennstufen-Transistors (27) verbunden ist.

6. Videosignalumschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Ausgangselektrodenkreis der Eingangstransistoren (21, 23) der Differenzverstärker (1, 2) eine Stromspiegelschaltung (51, 52, 53) angeordnet ist, welche aus zwei Transistoren (51, 52) gleichen Leitfähigkeitstyps besteht, deren Emitterelektroden auf Betriebsspannung liegen, deren Steuerelektroden mit den Kollektorelektroden der Eingangstransistoren (21, 23) verbunden sind und deren Kollektorelektroden über einen Kondensator (53) bzw. direkt an die Steuerelektrode des Trennstufen-Transistors (27) angeschlossen sind.

7. Videosignalumschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ausgangselektrodenkreis der Eingangstransistoren (21, 23) der Differenzverstärker (1, 2) und Stromspielgeschaltung (51, 52, 53) eine weitere Stromspiegelschaltung mit zwei Transistoren (54, 55) gleichen Leitfähigkeitstyps vorgesehen ist.