DE69115443T2

DE69115443T2 - Schaltungsgerät für eine Spule

Info

Publication number: DE69115443T2
Application number: DE69115443T
Authority: DE
Inventors: Philippe Perroud
Original assignee: SGS Thomson Microelectronics SA
Current assignee: STMicroelectronics SA
Priority date: 1990-10-29
Filing date: 1991-10-25
Publication date: 1996-07-18
Anticipated expiration: 2011-10-26
Also published as: EP0484256A1; FR2668645A1; DE69115443D1; JPH04313801A; FR2668645B1; US5202800A; JP3132103B2; EP0484256B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Umschalten einer Spule zwischen einem Zustand, in dem sie mit einem Strom versorgt wird, und einem Zustand, in dem sie als ein Empfänger eingesetzt wird. Die vorliegende Erfindung betrifft spezieller die Umschaltung einer Spule eines Lese/Schreib-Kopfes eines Videorekorders.
Im Lese- oder Wiedergabemodus ist einer der Anschlüsse der Spule geerdet, und die Spannung am anderen Anschluß wird erfaßt. Im Schreib- oder Aufzeichnungsmodus ist der Anschluß, der mit Masse verbunden war, mit einer Stromquelle verbunden, der andere Anschluß ist mit einer Versorgungsspannung verbunden, wobei eine Vorrichtung zum Modulieren der Stromquelle und zum Durchlassen eines Stroms durch die Spule als eine Punktion des aufzuzeichnenden Signals vorgesehen ist.
Wenn man von einem Modus zum anderen umschalten will, gibt es zwei Gefahren, welche die Spule beschädigen können:
Sie kann kurzzeitig zwischen der Masse und der Versorgungsspannung angeschlossen sein, was einen hohen Stromstoß bewirken würde, weil sie eine niedrige Impedanz hat, und es kann eine Entladungsstromspitze eines Kopplungskondensators an einen Verstärker durch sie hindurchgehen, wie man im folgenden noch sehen wird.
Die Einrichtungen, welche im Stande der Technik zur Lösung dieses Problems entworfen wurden, sind schwierig zu integrieren und weisen eine große Menge von Schaltern auf, deren Betrieb durch komplexe Prozesse sorgfältig synchronisiert werden muß.
Die Patenanmeldung FR-A-2 628 877, angemeldet am 18. März 1988, beschreibt eine besonders einfache Schalteinrichtung mit 2149 einer geringen Anzahl von Schaltern, welche leicht integrierbar ist. Die in diesem Dokument beschriebene Schaltung weist nur zwei Schalter auf, einer dieser Schalter sowie drei Nachbarelemente sind jedoch nicht integriert. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die externen Komponenten zu eliminieren.
Um diese sowie weitere Aufgaben zu lösen, sieht die vorliegende Erfindung eine Einrichtung zum Umschalten einer Spule zwischen einem ersten Zustand, in dem sie zwischen einer Versorgungsquelle und Masse über eine varuerbare Stromquelle angeschlossen ist, und einem zweiten Zustand, in dem sie zwischen Masse und dem Eingang eines Verstärkers über einen Kopplungskondensator angeschlossen ist, vor, mit einem ersten gesteuerten Schalter, der parallel zu der Stromquelle angeschlossen ist; einem zweiten gesteuerten Schalter, der zwischen der Versorgungsquelle und der Spule angeordnet ist; einem Schwellwertvergleicher, dessen Eingänge mit den Anschlüssen des Kondensators verbunden sind; einer logischen Steuerschaltung, die ein Zustandssteuersignal mit einer steigenden oder einer fallenden Flanke bei einer Änderung des Zustands und das Ausgangssignal des Schwellwertvergleichers empfängt und, als Funktion dieser Signale, die Schalter alternativ und, ohne daß sich ihre geschlossenen Zustände überlappen, ansteuert.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung öffnet die Steuerschaltung, wenn eine vorgegebene Flanke des Steuersignals auftritt, welche dem Übergangsbefehl vom zweiten Zustand (PB) zum ersten Zustand (REC) entspricht, sofort den ersten Schalter, und sie schließt den zweiten Schalter nach einem vorgegebenen Zeitintervall.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung öffnet die Steuerschaltung, wenn die andere Flanke des Steuersignals auftritt, welche dem Übergangsbefehl vom ersten Zustand (REC) zum zweiten Zustand (PB) entspricht, sofort den zweiten Schalter, und sie schließt den ersten Schalter, wenn der Schwellwertvergleicher auf einen gegebenen Zustand umschaltet.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schaltet der Schwellwertvergleicher auf diesen gegebenen Zustand um, wenn die Spannung an dem Anschluß des Kopplungskondensators kleiner wird als eine vorgegebene positive Schwellspannung.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erreicht die Spannung an den Anschlüssen des Kopplungskondensators die vorgegebene Schwellspannung mit abklingendem Wert in einem zweiten Zeitintervall nach dem Öffnen des zweiten Schalters.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das zweite Zeitintervall die Summe eines dritten Zeitintervalls, welches von der Entladezeit des Kondensators über die Stromquelle auf einem vorgegebenen Pegel abhängig ist, und eines vierten Zeitintervalls, welches abhängig ist von der Entladezeit des Kondensators über einem Polarisierungswiderstand des Verstärkers, bis die Spannung über dem Kondensator gleich der Schwellspannung des Schwellwertvergleichers ist.
Die obigen und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind im einzelnen in der folgenden Beschreibung spezieller Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. In den Figuren zeigen:
Figur 1: eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
Figur 2: ein Zeitdiagramm, welches den Betrieb der Schaltung von Figur 1 darstellt.
Figur 1 zeigt eine integrierte Schaltung 1, welche unter anderem all die Komponenten aufweist, die zum Schalten einer Spule notwendig sind, hier eines Schreib/Lese-Kopfes 2 eines Videorekorders. Die einzigen unvermeidbaren externen Komponenten sind der Kopf 2 und der Kopplungskondensator CC. Ein erster Anschluß A des Kopfes 2 ist mit einer Stromquelle IREC verbunden, die durch ein externes Signal moduliert werden kann; die Stromquelle ist mit Masse verbunden, und sie kann von einem steuerbaren Schalter TPB kurzgeschlossen werden. Der zweite Anschluß B des Kopfes ist mit einer Spannungsquelle VREC über einen zweiten steuerbaren Schalter TREC verbunden. Der Anschluß B ist ferner über den Kopplungskondensator CC mit dem Eingang eines Wiedergabeverstärkers 3 verbunden.
Ein Vergleicher 4 vergleicht die Spannung V&sub1;-V&sub2; über dem Kondensator CC mit einer festen positiven Schwellspannung VT, welche zum Beispiel von einer Diode erhalten wird. Eine logische Steuerschaltung 5 empfängt das Ausgangssignal VC des Vergleichers 4 und ein externes Steuersignal REC/PB, welches das Schalten zu dem Aufzeichnungs- oder dem Wiedergabemodus bestimmt. Die Steuerschaltung 5 steuert die Schalter TPB und TREC auf eine Weise, welche weiter unten noch beschrieben wird.
Der Verstärker 3 weist am Eingang einen NPN-Transistor (nicht gezeigt) in Emitterschaltung auf, dessen Basis, vorgespannt über eine hohe Impedanz R, den Vestärkereingang bildet. Der Eingang wirkt somit als eine Diode D1, welche in Durchlaßrichtung mit Masse verbunden ist. Ferner ist der Eingang gegen negative Spannungsabweichungen durch eine Diode D2 geschützt, welche in Sperrichtung mit Masse verbunden ist. Der Verstärker 3 hat somit eine niedrige Eingangsimpedanz für Eingangsspannungen, welche tendenziell höher sind als VBE (Spannung des Basis-Emitter-Übergangs des Transistors) und niedriger als -VBE. Zwischen diesen beiden Grenzen hat der Verstärker eine Eingangsimpedanz, die im wesentlichen gleich der Impedanz R ist.
Um den Betrieb der Schaltung zu verstehen, wird Bezug genommen auf Figur 2, in der:
- die Kurve REC/PB die Entwicklungen des externen logischen Signales REC/PB zeigt, dessen niedriger Zustand dem Wiedergabemodus und dessen hoher Zustand dem Aufzeichnungsmodus entspricht;
- die Kurve VC die Entwicklungen des Ausgangssignals VC des Vergleichers 4 zeigt, der auf einem hohen Pegel ist, während die Spannung V&sub1;-V&sub2; über dem Kondensator CC niedriger als die Schwellspannung VT ist;
- die Kurven TREC und TPB jeweils die Zustände der Schalter TREC bzw. TPB zeigen, wobei der hohe Pegel deren geschlossenem Zustand entspricht; und
- die Kurven V&sub1; und V&sub2; jeweils die Entwicklungen der Spannungen V&sub1; und V&sub2; zeigen. Mit V&sub1; ist die Spannung zwischen dem Anschluß des Kopfes 2 und der Masse bezeichnet. Man nimmt an, daß diese Spannung auch am Anschluß A des Kopfes 2 anliegt, weil die Impedanz des Kopfes 2 sehr niedrig ist, und man kann die Spannung zwischen dessen Anschlüssen im Verhältnis zu den hier auftretenden Spannungen vernachlässigen. V&sub2; bezeichnet die Spannung zwischen dem Eingang des Verstärkers und Masse.
Es wird angenommen, daß der Schaltkreis am Anfang im Wiedergabemodus ist (PB; play-back). Das Signal REC/PB ist niedrig. Der Schalter TREC ist geöffnet, und der Schalter TPB ist geschlossen. Die Spannung V&sub1; ist also praktisch null, zum Beispiel gleich der Sättigungsspannung (ungefähr 0,2 V) eines bipolaren Transistors, welcher den Schalter TPB bilden könnte, und Spannung V&sub2; ist gleich der Spannung VBE, welche von der über die Impedanz R vorgespannte Diode D1 aufgedrückt wird. VC ist also hoch, weil V&sub1;-V&sub2; negativ und somit niedriger als VT ist.
Zu dem Zeitpunkt t&sub0; soll zu dem Auf zeichnungsmodus (REC; record) umgeschaltet werden. Das Signal REC/PB wird in den hohen Zustand umgeschaltet. Die Steuerschaltung 5 öffnet ferner den Schalter TPB und schließt den Schalter TREC nach einem vorgegebenen Zeitintervall t&sub1;-t&sub0;, zum Beispiel einer Mikrosekunde, um eine vollständige Öffnung des Schalters TPB vor dem Schließen des Schalters TREC zu ermöglichen.
Zum Zeitpunkt t&sub1; steigt die Spannung V&sub1; fast praktisch sofort auf den Wert, der von der Spannungsquelle VREC bestimmt wird. Die Spannung V&sub2; bleibt konstant, und sie ist gleich VBE. Der Kopplungskondensator CC wird also mit VREC-VBE geladen. Die Spannung V&sub1;-V&sub2; an den Anschlüssen des Kondensators überschreitet dann die Schwellspannung VT, der Ausgang VC des Vergleichers 4 geht auf den niedrigen Zustand. Die Steuerschaltung 5 ist so gewählt, daß sie den Zustand der Schalter TREC und TPB nicht abhängig von diesem Übergang verändert, der auftritt, während das Signal REC/PB hoch ist.
Zwischen den Zeiten t&sub1; und t&sub2; ist somit der Aufzeichnungsmodus aktiv. Der Schalter TREC ist geschlossen, und der Schalter TPB ist geöffnet, und der Kopf 2 wird von dem Schreibstrom IREC durchströmt.
Zu dem Zeitpunkt t&sub2; soll zu dem Wiedergabemodus umgeschaltet werden. Das Signal REC/PB wird in den niedrigen Zustand umgeschaltet, und der Schalter TREC wird sofort geöffnet, während der Schalter TPB offen bleibt. Die Stromquelle IREC entlädt somit den Kopplungskondensator CC über die Diode D2, die Spannung V&sub2; fällt plötzlich von VBE auf -VBE, und die Spannung V&sub1; fällt um dieselbe Differenz (2VBE). Die Spannung V&sub2; bleibt konstant auf -VBE, und die Spannung V&sub1; fällt linear bis zu einem Zeitpunkt t&sub3;, wo sie etwa 0,4 V annimmt, einen Wert, unterhalb dessen die variierbare Stromquelle keinen konstanten Strom mehr liefern kann.
Ab dem Zeitpunkt t&sub3; wird der Kopplungskondensator CC weiter entladen, jedoch über die Polarisierungsimpedanz R des Eingangs des Verstärkers und die variierbare Stromquelle, welche sich wie eine Spannungsquelle von etwa 0,4 V verhält, solange der durch sie hindurchfließende Strom nicht seinen Nominalstromwert erreicht. Die Spannung V&sub1; bleibt somit konstant bei etwa 0,4 V, die Spannung V&sub2; steigt langsam, und die Spannung V&sub1;-V&sub2; an den Anschlüssen des Kondensators erreicht die Schwellspannung VT, welche hier auf etwa 0,6 V festgelegt wird, zu einem Zeitpunkt t&sub4;.
Zu der Zeit t&sub4; schaltet der Vergleicher 4 um, und sein Ausgang VC geht auf einen hohen Zustand. Die Steuerschaltung 5 ist so ausgelegt, daß sie dann den Schalter TPB schließt. Die Spannung V&sub1; fällt auf ihren Anfangswert von 0,2 V, wodurch auch ein Abfall der Spannung V&sub2; um dieselbe Differenz verursacht wird. Die Spannung V&sub1; bleibt konstant auf 0,2 V, und die Spannung V&sub2; läuft zunehmend auf die Polarisierungsspannung des Eingangs des Verstärkers 3 zu, der Kondensator CC wird, nachdem er fertig entladen ist, wieder in umgekehrter Richtung über die Eingangsimpedanz R des Verstärkers und den Schalter TPB aufgeladen.
Der Kopf 2 erfährt an seinen Anschlüssen niemals die Spannung VREC, welche bei gleichzeitigem Schließen der Schalter TPB und TREC auftreten würde, und er erfährt niemals eine Stromspitze, die durch das Entladen des Kondensators CC über die Diode D2 und den geschlossenen Schalter TPB verursacht würde, wenn von einem Aufzeichnungsmodus in einen Wiedergabemodus umgeschaltet wird. Man wird bemerken, daß die spezielle Konfiguration des Eingangs des Verstärkers 3 und des Kopplungskondensators CC ausgenutzt wurde, um den Betrieb der Schaltung zum Umschalten von dem Aufzeichnungs- in den Wiedergabemodus zu gewährleisten, wodurch die Konfiguration der Steuerschaltung 5 stark vereinfacht wird, und wodurch es möglich wird, die Anzahl der erforderlichen Komponenten erheblich zu vermindern.
Zusammengefaßt heißt das, die Steuerschaltung 5 wird für die folgende Betriebsweise ausgelegt: Wenn das Signal REC/PB in den hohen Zustand geschaltet wird, öffnet sie sofort den Schalter TPB, und sie schließt den Schalter TREC nach einem vorgegebenen Zeitintervall; und wenn das Signal REC/PB in den niedrigen Zustand umgeschaltet wird, öffnet sie sofort den Schalter TREC, und sie schließt den Schalter TPB, wenn sie eine steigende Flanke des Signals VC von dem Vergleicher 4 empfängt.
Die hier beschriebene Schaltung entspricht einer speziellen Ausführungsform in bipolarer Technologie, und einige der angegebenen numerischen Werte sind von dieser Technologie abhängig. Selbstverständlich kann eine gemischte MOS-bipolare Technologie gewählt werden, wenn diese Lösung Vorteile bietet, wie eine Vereinfachung des Schaltkreises und/oder einen Zugewinn an Oberfläche, und die von der Technologie abhängigen gegebenen Werte sind dann anders. Das Zeitintervall t&sub1;-t&sub0; kann andere Werte haben, vorausgesetzt, daß es größer als die Schaltzeit eines Schalters ist. Der Wert der Schwellspannung VT kann ebenfalls andere Werte annehmen, unter der Bedingung, daß der Schalter zwischen der Zeit (t&sub3;), zu der die Stromquelle das Entladen des Kondensators CC beendet hat, und der Zeit, zu der die Spannung V&sub2; die Spannung V&sub1; erreicht, schaltet.

Claims

1. Schalteinrichtung zum Umschalten einer Spule (2) zwischen einem ersten Zustand (REC), in dem sie zwischen einer Versorgungsquelle (VREC) und, über eine variable Stromquelle (IREC), Masse angeschlossen ist, und einem zweiten Zustand (PB), in dem sie zwischen Masse und, über einen Kopplungskondensator (CC), dem Eingang eines Verstärkers (3) angeschlossen ist, mit einem ersten gesteuerten Schalter (TPB), der parallel zu der Stromquelle (IREC) angeschlossen ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- einen zweiten gesteuerten Schalter (TREC), der zwischen der Versorgungsguelle (VREC) und der Spule (2) angeordnet ist,

- einen Schwellwertvergleicher (4, VT), dessen Eingänge über dem Kondensator (CC) angeschlossen sind,

- eine logische Steuerschaltung (5), die ein Zustandssteuersignal (REC/PB) mit einer steigenden oder einer fallenden Flanke während einer Änderung des Zustands und das Ausgangssignal (Vc) des Schwellwertvergleichers (4, VT) empfängt und, als Funktion der Signale, die Schalter (TPB, TREC) alternativ und, ohne daß sich ihre geschlossenen Zustände überlappen, ansteuert.

2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (5) auf eine vorgegebene Flanke des Steuersignales (REC/PB) anspricht, welche dem Übergangsbefehl vom zweiten Zustand (PB) zum ersten Zustand (REC) entspricht, um sofort den ersten Schalter (TPB) zu öffnen und den zweiten Schalter (TREC) nach einem vorgegebenen Zeitintervall (t&sub1;-t&sub0;) zu schließen.

3. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (5) auf die andere Flanke des Steuersignales (REC/PB) anspricht, welche dem Übergangsbefehl vom ersten Zustand (REC) zum zweiten Zustand (PB) entspricht, um sofort den zweiten Schalter (TREC) zu öffnen und den ersten Schalter (TPB) zu schließen, wenn der Schwellwertvergleicher (4, VT) auf einen vorgegebenen Zustand umschaltet.

4. Schalteinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertvergleicher (4, VT) auf den vorgegebenen Zustand umschaltet, wenn die Spannung (V&sub1;-V&sub2;) über dem Kopplungskondensator (CC) kleiner wird als eine vorgegebene positive Schwellspannung (VT).

5. Schalteinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung (V&sub1;-V&sub2;) über dem Kopplungskondensator (CC) die vorgegebene Schwellspannung (VT) nach dem Öffnen des zweiten Schalters (TREC) mit einem abnehmenden Wert in einem zweiten Zeitintervall (t&sub2;-t&sub4;) erreicht.

6. Schalteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Zeitintervall gleich der Summe aus einem dritten Zeitintervall (t&sub2;-t&sub3;), welches von der Entladezeit des Kondensators (CC) über die Stromquelle (IREC) auf einen vorgegebenen Pegel abhängt, und einem vierten Zeitintervall (t&sub3;-t&sub4;) ist, welches abhängig ist von der Entladezeit des Kondensators (CC) über einen Polarisierungswiderstand (R) des Verstärkers (3), bis die Spannung (V&sub1;-V&sub2;) über dem Kondensator gleich der Schwellspannung (VT) des Schwellwertvergleichers (4, VT) ist.