DE3916158C2 - - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Anzahl von bidirektionalen Analogschaltern verwendende
Eingangswahlschaltung zur Auswahl der Eingangssignalquelle
in Entsprechung zur Auswahlweise in zusammengesetzten
elektronischen Geräten, wie Audio/Video-Systemen, und
insbesondere auf eine Eingangswahlschaltung, welche die
Rückkopplungsmethode zur Verminderung der Signalverzerrung
verwendet, welche erzeugt wird, wenn eine direktionale
Leitungsabweichung bei der Übertragung der Signale durch die
bidirektionalen Analogschalter vorliegt.
Im allgemeinen ist die Eingangswahlschaltung, die
im Wähler eines zusammengesetzten elektronischen Geräts, wie
einem Mehrfachspieler, vorhanden ist, gemäß Fig. 1 aufgebaut,
wobei sie in der folgenden Weise betrieben wird. Mit Zufuhr
von Steuersignalen CA, CB von einem (nicht gezeigten)
Mikrocomputer als Steuergerät an eine Schaltsteuerung 1 der
Eingangswahlschaltung dekodiert die Schaltsteuerung 1 zwei
Steuersignale und wählt einen gewünschten Analogschalter aus
einer Anzahl von bidirektionalen Schaltern aus, welche in
bidirektionalen Schaltermitteln 2 vorgesehen sind.
Wenn ein bidirektionaler Analogschalter mittels der
dekodierten Steuersignale ausgewählt wird, wird also ein
analoges Ausgangssignal der Signalquelle, welche unter einer
Anzahl von Signalquellen VS 1-VSn mit dem ausgewählten
bidirektionalen Analogschalter gekoppelt ist über einen
Verstärker 3 ausgegeben.
Obiger Vorgang wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 2, in
welcher eine Äquivalentschaltung für die Schaltung der Fig. 1
veranschaulicht ist, in größeren Einzelheiten beschrieben. In
Fig. 2 werden die auf der einen Seite befindlichen Anschlüsse
x 1-xn einer Anzahl von in den bidirektionalen Schaltermitteln
2 vorgesehenen bidirektionalen Schaltern SW 1-SWn mit X
bezeichnet, während die auf der anderen Seite befindlichen
Anschlüsse y 1-yn derselben mit Y bezeichnet werden. Wenn der
von den Signalquellen VS 1-VSn ausgegebene Strom in einer
Richtung von X nach Y der bidirektionalen Schalter SW 1-SWn
fließt, wird der Ein-Strom-Widerstand der Schalter SW 1-SWn
durch R dargestellt, während andererseits, wenn der Strom
von Y nach X fließt, der Ein-Strom-Widerstand durch R
gegegeben wird. Dann wird infolge eines Vorliegens einer
direktionalen Leitungsabweichung, die durch die Innenwiderstände
IR der Schalter SW 1-SWn erzeugt wird, der Fall
auftreten. Daher wird wegen des Vorliegens der
direktionalen Leitungsabweichung der Schalter SW 1-SWn die
Eingangs/Ausgangs-Spannungscharakteristik nicht-linear, d. h.
T 1≠T 2, werden, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, womit eine
Verzerrung bei der Übertragung von Signalen verursacht wird.
Die Signalverzerrung als Folge des Vorliegens der direktionalen
Leitungsabweichung der Schalter SW 1-SWn kann mittels
der folgenden Formen berechnet werden, welche auf der
Rückkopplungstheorie beruhen.
wobei T(S) die Gesamtübertragungsfunktion,
G(S) die Übertragungsfunktion, und
H(S) die Rückkopplungsfunktion darstellt.
G(S) die Übertragungsfunktion, und
H(S) die Rückkopplungsfunktion darstellt.
Außerdem gilt, wenn G(S) · H(A)»1 ist, daß T(S) durch
folgende Formel gegeben ist:
Beruhend auf obigen Formeln erhält man, wenn man
annimmt, daß der Strom in Richtung von X nach Y der Schalter
SW 1-SWn fließt, die folgende Formel
Andererseits erhält man, wenn man annimmt, daß der Strom
von Y nach X der Schalter SW 1-SWn fließt, die folgende Formel
wobei RS RS1, RS2, . . . oder RSn, und RI R1, R2 . . . oder Rn
darstellt.
Dabei kann die Empfindlichkeitsfunktion (S ), welche
das Verhältnis der Variationsrate von T(S) zur Variationsrate
von H(S), , darstellt, folgendermaßen angegeben
werden:
Wie aus obiger Formel (3) ersichtlich, ist die Schleifenverstärkung
der bidirektionalen Schalter SW1-SWn gegenüber
der Variation von H(S) sehr groß. Wenn daher ein sinusförmiges
Eingangssignal, ausgehend von Massepotential, von
den Signalquellen VS 1-VSn her auf die bidirektionalen
Schalter SW1-SWn gegeben wird, ergibt sich das Problem, daß
das vom Verstärker 3 der Fig. 2 ausgegebene Signal unsymmetrisch
wird.
Eine Eingangswahlschaltung gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs ist aus
Electronic Engineering, Oktober 1987, Seiten 67, 68, 71, 72, 75
bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist eine Symmetrisierung
des Verhaltens der Eingangswahlschaltung gegenüber
positiven und negativen Signalen der Eingangssignalquellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Eingangswahlschaltung
mit den Merkmalen des
Patentanspruchs gelöst.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die
beigefügte Zeichnung anhand ihrer bevorzugten Ausführungsformen
beschrieben. Auf der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine in herkömmlicher Technologie ausgeführte
Eingangswahlschaltung, welche eine Anzahl von bidirektionalen
Analogschaltern verwendet,
Fig. 2 eine Ersatzschaltung für die bidirektionalen
Schalter der herkömmlichen Eingangswahlschaltung der Fig. 1,
Fig. 3 eine graphische Darstellung der Eingangs/Ausgangs-
Spannungscharakteristik der Eingangswahlschaltung der
Fig. 1,
Fig. 4 eine Eingangswahlschaltung gemäß der Erfindung,
Fig. 5 eine Ersatzschaltung für die Eingangswahlschaltung
der Fig. 4, und
Fig. 6 eine Ersatzschaltung für die Eingangswahlschaltung
der Fig. 5, vorgenommen in dem Augenblick, wenn irgendeiner
der bidirektionalen Schalter gerade betätigt wird.
Gemäß Fig. 4, auf welcher die Eingangswahlschaltung
dargestellt ist, enthalten bidirektionale Analogschaltermittel
40 eine Anzahl von bidirektionalen Analogschaltern, wobei
das Arbeiten der bidirektionalen Analogschalter mittels
Steuersignalen A, B gesteuert wird, welche durch eine
Schaltsteuerung 10 dekodiert werden.
Die Schaltsteuerung 10 dekodiert die Steuersignale A, B,
welche von einem (nicht gezeigten) Mikrocomputer her
zugeführt werden, um die in den bidirektionalen Schaltermitteln
40 vorgesehenen Analogschalter zu steuern. Ein Verstärker
50 ist mit den Ausgängen der bidirektionalen Schaltermittel
gemeinsam in einer solchen Weise verbunden, daß die
Ausgangssignale invertiert und verstärkt werden. Rückkopplungsmittel
30 bestehen aus Rückkopplungswiderständen R1-
Rn+1, welche zwischen jedem Eingang der bidirektionalen
Schaltermittel 40 und jedem Ausgang des Verstärkers 50
angeschlossen sind.
Bevor die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Eingangswahlschaltung
beschrieben wird, wird nun die Beziehung
zwischen der Gesamtübertragungsfunktion der Eingangswahlschaltung
und der Übertragungsfunktion der bidirektionalen
Analogschalter beschrieben.
Nach der Rückkopplungstheorie wird die Gesamtübertragungsfunktion
der geschlossenen Schleife der Eingangswahlschaltung,
wie sie in Fig. 4 gezeigt ist, durch Formel 1
definiert, und G(S) kann durch die unten wiedergegebene
Formel 4 spezifiziert werden
G(S) = G1(S) · G2(S) (4)
wobei G1(S) die Übertragungsfunktion für den bidirektionalen
Analogschalter und G2(S) eine willkürliche Übertragungsfunktion
darstellt.
Wenn der Wert von G2(S) der Formel 4 sehr groß gemacht
wird, dann steht T(S) nur mehr zum Wert von H(S) in Beziehung,
wie dies aus obiger Formel 2 ersichtlich ist.
Die Empfindlichkeitsfunktion (S ), welche das
Verhältnis der Variationsrate von T(S) zur Variationsrate von
G1 darstellt, ist durch die unten wiedergegebene Formel
definiert.
Wie aus obiger Formel 5 ersichtlich, kann die auf G1
zurückgehende Variation außer Betracht gelassen werden, wenn
der Wert von G2 groß ist. Das heißt, die Eingangswahlschalter
gemäß der Erfindung ist, wie oben erwähnt, so aufgebaut,
daß die Gesamtübertragungsfunktion T(S) nicht von der
Empfindlichkeit des Werts von G1 beeinflußt werden sollte.
Bei der Eingangswahlschaltung der Fig. 4, die beruhend
auf dem oben beschriebenen theoretischen Hintergrund
aufgebaut ist, dekodiert die Schaltsteuerung 10, wenn
Steuersignale A, B der Schaltsteuerung 10 zugeführt werden,
die Steuersignale A, B, um damit das Arbeiten der in den
bidirektionalen Schaltermitteln 40 vorgesehenen bidirektionalen
Analogschalter zu steuern. Mit Betätigung der bidirektionalen
Analogschalter nach Dekodierung der Steuersignal A, B
wird ein Analogsignal aus einer Anzahl von durch die
Signalquelle 20 erzeugten Analogsignalen ausgewählt, wobei
das ausgewählte Analogsignal dem invertierenden Eingang (-)
des Verstärkers 50 zugeführt wird.
Das an den Verstärker 50 gelieferte Analogsignal wird
verstärkt und an einen Ausgang Vo ausgegeben und gleichzeitig
den Eingängen X1, X2 . . ., Xn der bidirektionalen Schaltermittel
40 über Rückkopplungswiderstände R2, R4 . . ., Rn+1 zugeführt.
Die in obiger Weise betriebene Eingangswahlschaltung
wird nun hinsichtlich ihrer Arbeitsweise im einzelnen unter
Bezugnahme auf die in Fig. 5 gezeigte Ersatzschaltung
beschrieben. Die bidirektionalen Schaltermittel 40 zur
Verwendung in der Eingangswahlschaltung der vorliegenden
Erfindung enthält, wie in Fig. 5 gezeigt, eine Anzahl von
bidirektionalen Schaltern SW 1-SWn, wobei diese bidirektionalen
Schalter SW 1-SWn untereinander gleich aufgebaut
sind. Das heißt, jeder dieser bidirektionalen Schalter SW 1-
SWn besteht aus zwei Analogschaltern Sa 1, Sa 2, die durch die
dekodierten Steuersignale in zueinander entgegengesetzten
Weisen betätigt werden sollen, und Dioden D 1, D 4 zur
Bestimmung der Leitungsrichtung der Analogschalter Sa 1, Sa 2.
Beschreibung der in den bidirektionalen Schaltermitteln 40
enthaltenen Bezugscodes sind in der folgenden Tabelle 1
wiedergegeben.
D1, D2, D3, D4 | |
Ideale Dioden, deren Einschaltspannung "0" ist | |
Rd1, Rd2, Rdn | Widerstand für den durch D 1 fließenden Strom |
Ru1, Ru2, Run | Widerstand für den durch D 2 fließenden Strom |
Rf1, Rf2, Rfn | Widerstand für den durch D 3 fließenden Strom |
Rb1, Rb2, Rbn | Widerstand für den durch D 4 fließenden Strom |
Sa, Sb, Sn | Analogschalter, bei welchen die Ein-Strom-Widerstände "0" sind. |
Die in der erfindungsgemäßen Eingangswahlschaltung
verwendete Schaltsteuerung 10 dekodiert zwei Steuersignale A,
B, wobei die Eingabe/Ausgabe der Steuerung 10 in der
folgenden Tabelle 2 wiedergegeben ist.
Wie aus obiger Tabelle 2 ersichtlich, gibt der Ausgang
"b" der Schaltsteuerung 10 ein Signal auf "hohem Wert aus,
wenn die auf die Schaltsteuerung 10 gegebenen Eingangssignale
A und B "hoch" und "tief" sind, während die Ausgänge "a" und
"c" jeweils "tiefe" Signale erzeugen.
Dementsprechend werden die in den bidirektionalen
Schaltermitteln 40 der Fig. 5 vorgesehenen Analogschalter
Sa2, Sn2, Sb1 abgeschaltet, während die Analogschalter Sa1,
Sb2, Sn1 eingeschaltet werden, mit dem Ergebnis, daß die
Eingangswahlschaltung eine Ersatzschaltung aufbaut, wie sie
in Fig. 6 gezeigt ist.
Fig. 6 veranschaulicht eine Ersatzschaltung, welche
einen Zustand wiedergibt, in welchem eine Eingangssignalquelle
VS2 innerhalb der Signalquelle 20 der Fig. 5 durch
die bidirektionalen Schaltermittel 40 ausgewählt wird.
Bezugnehmend auf die Fig. 6, wird, wenn das von der Eingangssignalquelle
VS2 ausgegebene Analogsignal ein positives
(+) Signal ist, der Strom durch die Widerstände RS2, R4 in
Richtung von X2 nach Y2 des Schalters SW2 fließen, mit dem
Ergebnis, daß das positive Signal über die Diode D3 und den
Widerstand Rf2 auf den invertierenden Anschluß (-) des
Verstärkers 50 gegeben wird, während, wenn ein negatives
Signal durch die Eingangssignalquelle VS2 ausgegeben wird,
der Strom von Y2 nach X2 fließen wird, mit dem Ergebnis, daß
das negative Signal über die Diode D4 und den Widerstand Rb2
auf den invertierenden Anschluß (-) des Verstärkers 50 zur
Verstärkung und Ausgabe über einen Ausgang Vo gegeben wird.
Das von der Eingangssignalquelle VS 1 ausgegebene
Analogsignal wird dabei einem ersten Schritt von Spannungsteilung
durch Widerstände R1, Rd1, Ru1 unterworfen, und wird
einem zweiten Schritt von Spannungsteilung mittels des
Rückkopplungswiderstandes R2 und des Ausgangswiderstandes Rof
(in geschlossener Schleife) unterworfen und wird dann auf den
Ausgang Vo ausgegeben. Das von der Eingangssignalquelle VS2
ausgegebene Analogsignal wird den gleichen Schritten von
Spannungsteilungen ebenfalls unterworfen und wird ebenfalls
auf den Ausgang Vo ausgegeben. In diesem Fall werden diese
Spannungen aber durch die betreffenden vor bestimmten Widerstandswerte
in Form von [R1(Rn)»Rd1(Rdn), Ru1(Run)
»Rof≒0] außer Betracht gelassen.
Das Signal des Verstärkers 50 ist daher dasjenige, das
unter den von der Signalquelle VS2 ausgegebenen Signalen
ausgewählt wird, und wird über den Rückkopplungswiderstand R4
auf den Eingang X2 des bidirektionalen Schalters W2 rückgekoppelt.
Daher läßt sich G(S) für die Eingangswahlschaltung gemäß
der Erfindung durch die unten wiedergegebene Formel, beruhend
auf T(S) der Formel 1, definieren:
wobei AV(S) die Verstärkung und Ri den Eingangswiderstand
zum Verstärker 50 darstellt.
In obiger Formel (6) läßt sich durch den Einfluß der
Widerstände Rf2, Rb2 die Empfindlichkeit um den Betrag
beruhend auf den Formeln 3 und 5 im Vergleich zur herkömmlichen
verringern.
Ferner wird infolge der Formel Ri»Rf2(Rb2)»G(S)
»1, nur die Rückkopplungsfunktion H(S), wie im Falle der
Formel 2, beeinflußt. Das heißt, der Einfluß der Widerstände
Rf2, Rb2 ist fast vernachlässigbar, und das am Ausgang Vo
ausgegebene Signal wird nur durch die Rückkopplungswiderstände
R3, R4 entschieden.
Wie oben beschrieben, ermöglicht es die Eingangswahlschaltung
gemäß der Erfindung, die Signalverzerrung, die
erzeugt wird, wenn ein Unterschied eines gerichteten
Widerstands in den Schaltern bei der Übertragung der Signale
vorliegt, um den Betrag zu vermindern, so daß eine
lineare Charakteristik erzielt wird, wobei die die erfindungsgemäße
Schaltung verwendenden Produkte ein höhere
Zuverlässigkeit zeigen. Ferner können, da jede der Eingangssignalquellen
entsprechende Rückkopplungsfunktionen hält, die
Verstärkungen für jede von ihnen ausgelegt werden. Wenn daher
diese Eingangswahlschaltung auf Geräte wie Audioverstärkerwähler,
Mehrfachspielwähler, Videoprozessorwähler,
Tunerbandwähler oder dergleichen angewandt wird, läßt sich
der Vorteil, daß die Produkte diversifiziert werden können,
erreichen.
Claims (1)
- Eingangswahlschaltung mit
einer Anzahl bidirektionaler Analogschaltermittel (SW1, SW2, . . . SWn) mit Eingängen, die mit Eingangssignalquellen (VS1, VS2, . . . VSn) verbunden sind, und Ausgängen, wobei jedes bidirektionale Analogschaltermittel einen ersten und einen zweiten Analogschalter (Sa1, Sb1, . . . Sn1; Sa2, Sb2, . . . Sn2) aufweist,
einem Verstärker (50), an dessen invertierenden Eingang die Ausgänge der bidirektionalen Analogschaltermittel (SW1, SW2, . . . SWn) angeschlossen sind,
einer Schaltsteuerschaltung (10) durch die die ersten und zweiten Analogschalter (Sa1, Sb1, . . . Sn1; Sa2, Sb2, . . . Sn2) entgegengesetzt geschaltet werden in Abhängigkeit von einem codierten Steuersignal (A, B), welches an die Schaltsteuerschaltung (10) angelegt ist, wobei bei einem geschlossenen ersten Analogschalter (Sa1, Sb1, . . . Sn1) irgendeines der bidirektionalen Analogschaltermittel (SW1, SW2, . . . Swn) das Analogsignal der entsprechenden Signalquelle (VS1, VS2, . . . VSn) auf ein Referenzpotential gekoppelt wird und bei einem geschlossenen zweiten Analogschalter (Sa2, Sb2, . . . Sn2) irgendeines der bidirektionalen Analogschaltermittel (SW1, SW2, . . . SWn) das Analogsignal der entsprechenden Signalquelle (VS1, VS2, . . . VSn) auf den Verstärker (50) gekoppelt wird, und
Rückkopplungsmitteln (30) zwischen den Eingängen der bidirektionalen Analogschaltermittel (SW1, SW2, . . . Swn) und dem Ausgang des Verstärkers (50),
dadurch gekennzeichnet, daß jedes bidirektionale Analogschaltermittel vier Dioden (D1-D4) aufweist, die paarweise antiparallel geschaltet sind und wobei ein Paar in Reihe mit dem ersten Analogschalter und ein Paar in Reihe mit dem zweiten Analogschalter liegt.
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