FI100284B - Peräkkäiset kytkentälohkot käsittävä kytkentälaite - Google Patents

Description

100284

Peräkkäiset kytkentälohkot käsittävä kytkentälaite

Keksintö kohdistuu signaalin kytkentälaitteeseen ja etenkin sen tyyppiseen laitteeseen, jossa käytetään peräk-5 käisiä kytkentälohkoja kytkettävien suurtaajuussignaali-komponenttien myötäestotilavaimennuksen parantamiseksi.

Kytkimen aikaasaama vaimennus silloin, kun kytkin on käännetty pois päältä ("myötäestotila"-vaimennus), on tärkeä etu kytkentäpiirille etenkin sovelluksissa, joissa 10 kytkettävä signaali sisältää huomattavat määrät suurtaajuista energiaa. Esimerkiksi silloin, kun kytketään tele-visiolaitetta varten (eli nauhureita, vastaanottimia, monitoreja, tehogeneraattoreita jne.) olevien lukuisten vi-deosyöttösignaalien välillä, on tärkeätä, että se video-15 syöttösignaali, jota ei valita, vaimennetaan alle minimitason valitun videosyöttösignaalin kanssa tapahtuvan interferenssin välttämiseksi. Yleisesti ottaen olisi suotavaa vaimentaa ei-valittua videosignaalia vähintään 60 dBtllä ja edullisesti vielä enemmän. Tällaisia vaimen-20 nustasoja videotaajuuksilla ei saavuteta helposti perinteisillä integroitujen piirien kytkimillä johtuen esimerkiksi loiskapasitansseista. Tämän vuoksi on ehdotettu lukuisia menetelmiä integroitujen piirien kytkimien myötäestotilavaimennuksen parantamiseksi. Yksi tällainen menetel-: 25 mä, jota seuraavassa selitetään kahden esimerkin pohjalta, on kytkeä kytkimet peräkkäin, jolloin niiden myötäestoti-lavaimennukset ovat summaavia.

Ensimmäistä esimerkkiä kytkimien peräkkäisliitän-nästä myötäestotilavaimennuksen parantamiseksi on selittä-30 nyt Nigborowicz et ai. US-patenttijulkaisussa 4 521 810 "Video source selector" 4. kesäkuuta, 1985. Tämän kytken-täpiirien erityisessä suoritusmuodossa emitteriseuraaja on liitetty peräkkäin CMOS-tyyppisen integroidun piirin kytkimen kanssa, ja tasolukitustransistori on liitetty emit-35 teriseuraajatransistorin kantaan ja sitä ohjataan emitte- 2 100284 riseuraajan estämiseksi silloin, kun CMOS-kytkin on auki. Tällä tavoin kytkettävä videosignaali vaimentuu sekä estetyn emitteriseuraajapiirin että CMOS-kytkimen välityksellä, kun kytkin on auki.

5 Toista esimerkkiä peräkkäinliitetyistä kytkentäpii- reistä on selitettänyt Deiss Yhdysvaltain patenttijulkaisussa 4 638 181 "signal source selector", 20. tammikuuta 1987. Deissin patenttiin sisältyvässä erityisessä suoritusmuodossa diodikytkin on liitetty sarjaan CMOS-integroi-10 dun piirin kytkimen kanssa. Piiri sisältää esijännitepii-rin, joka lähettää kytkentävirtaa CMOS-kytkimen läpi dio-dikytkimelle silloin, kun CMOS-kytkin on kiinni. Toinen esijännitepiiri syöttää estoesijännitettä diodikytkimelle silloin, kun CMOS-kytkin on auki. Suurinta mahdollista 15 myötäestotilavaimennusta varten Deiss suosittelee pin-dio-din käyttöä, koska tällaisten diodien liitoskapasitanssi on hyvin alhainen, jolloin ne minimoivat loiskytkennän diodin ollessa estotilassa.

Yllämainitut kaksi esimerkkiä peräkkäisistä video-20 kytkimistä ovat vaimennusteholtaan erinomaisia. Kuitenkaan kumpikaan esimerkeistä ei ole erityisesti kohdistettu ongelmiin, jotka liittyvät ylijännitesuojaukseen. Tietyissä sovelluksissa, kuten videokytkennässä, saattaisi olettaa esiintyvän transientteja kytkettäessä videokaapeleita ot-: 25 tosignaalilähteisiin sekä kytkettäessä lähteitä päälle ja pois päältä. Vaikka integroitujen piirien analogisten kytkimien valmistajat yleensä sisällyttävät jonkin muotoista syöttösuojausta suoraan integroituun piiriin, ei tämä suojaus aina ole riittävä.

30 Tämän keksinnön kohteena on osittain sellaisen kyt- kentäpiirin tarpeen tunnustaminen: (1) joka aikaansaa suuren myötäestotilavaimennuksen; (2) joka sisältää mahdollisuuden napaisuudeltaan kumman tahansa signaalitransientin ylijännitesuojaamiseksi; ja (3) joka lisäksi pystyy anta-

II

3 100284 maan antojännitteen ennalta määrätyn tasavirtakomponenetin kytkimen ollessa kiinni.

Tämän keksinnön mukaisessa kytkentälaitteessa ensimmäinen ja toinen kytkin on liitetty peräkkäin signaalin 5 ottoliittimen ja antoliittimen väliin. Ensimmäinen kytkin käsittää L-tyyppisen vaimentimen, jossa on impedanssin sisältävä sarjahaara ja läpilyöntilaitteen sisältämä rin-nakkaishaara. Esijänniteverkosto, joka on kytketty vaimen-timeen, ohjaa läpilyöntilaitteen esijännitettä toimimaan 10 ennalta määrätyllä virranjohtamistasolla silloin, kun toinen kytkin on auki, ja se ohjaa myös läpilyöntilaitteen esijännitettä toimimaan ennalta määrätyllä esijännitetasolla toisen kytkimen ollessa kiinni.

Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa ensimmäinen 15 ja toinen kytkin on liitetty mainitussa järjestyksessä signaalin otto- ja antoliitinten väliin. Toisessa suoritusmuodossa kytkinten järjestys on päinvastainen.

Edeltäviä sekä muita keksinnön tunnusmerkkejä kuvataan oheistetuissa piirustuksissa, joissa samanlaisia osia 20 on merkitty samoin viitetunnuksin ja joissa: kuvio 1 on kekinnön mukaisen kytkentälaitteen pii-rikaavio, osittain lohkomuodossa; kuvio 2 on virta-jännitekaavio, joka kuvaa tiettyjä esijänniteolosuhteita kuvion 1 laitteen toiminnan aikana; : 25 kuviot 3 ja 4 ovat vaihtovirtavastinpiirejä, jotka kuvaavat kuvion 1 laitteen toiminnan tiettyjä tunnusmerkkejä; kuvio 5 on yksityiskohtainen piirikaavio, osittain lohkomuodossa, joka kuvaa kuvion 1 laitteen tiettyjä muun-30 nelmia; ja kuvio 6 kuvaa kuvion 1 suoritusmuodon muunnelmaa, jossa mm. peräkkäisliitännän kytkentäasennot ovat päinvastaiset.

Kuvion 1 kytkentälaite on tyypiltään peräkkäinen, 35 eli se koostuu kahdesta kytkimestä, jotka on liitetty sar- 4 100284 jaan signaalin ottoliittimen 10 ja signaalin antoliittimen 12 väliin. Kuten edellä selitettiin, peräkkäiskytkimet aikaansaavat parannetun myötäestotilavaimennuksen, koska kytkinten vaimennukset summautuvat.

5 Keksinnön yhden tunnusmerkin mukaisesti peräkkäis- liitännän ensimmäinen kytkin 14 käsittää L-tyypin vaimen-timen, jossa on sarjahaara ja rinnakkaishaara. Sarjahaara käsittää vastuksen 16 ja kondensaattorin 18, jotka on kytketty sarjaan signaalin ottoliittimen 10 ja vaimentimen 10 antosolmun 20 väliin. Rinnakkaishaara käsittää läpilyönti-puoli johdelaitteen, jonka tässä kuvataan olevan zenerdiodi 22, joka on kytketty anodiltaan vertailupotentiaalin (maa) pisteeseen, ja katodiltaan vaimentimen antopiirisolmuun 20. Kytkentäesijännitevirta zenerdiodia 22 varten syöte-15 tään virtalähteeltä 24, joka käsittää syöttöjännitteen ottoliittimen 26 ja vastuksen 28, joka on kytketty vaimentimen 14 liittimen 26 ja antosolmun 20 väliin. Peräkkäis-liitännän toinen kytkin 30 on liitetty vaimentimen anto-solmun 20 ja kytkentälaitteen signaalin antoliittimen 12 20 väliin. Irtikytkentäesijännite zenerdiodia 22 varten syötetään kuormitusvastuksen 32 välityksellä, joka on liitetty signaalin antoliittimen 12 ja vertailupotentiaalin (maa) lähteen väliin. Valinnainen ottopäätekuormitusvastus 8 saattaa olla kytketty ottoliittimen 10 ja maan väliin. 25 Seuraavassa kuvion 1 kytkentälaitteen tiettyjen tunnusmerkkien lyhyt katsaus. Vaimennin 14 suorittaa kaksi toimintoa, jotka ovat (1) yleisen myötäestotilavaimennuksen parantaminen ja (2) ylijännite- ja ylivirtasuojauksen aikaansaaminen napaisuudeltaan jompaa kumpaa ottosignaalin 30 transienttia varten. Kuten jäljempänä tullaan yksityiskoh-·, taisesti tarkastelemaan, ylivirtasuojaus tai virranrajoi- tuspiirre aikaansaadaan vastuksen 16 välityksellä, joka sijaitsee vaimentimen 14 sarjahaarassa. Tämä vastus rajoittaa ottosignaalivirtaa kumpaa tahansa ottosignaalitran-35 sientin napaisuutta varten. Ylijännitesuojaus aikaansaa-

II

5 100284 daan zenerdiodin 22 välityksellä, joka sijaitsee ohitus-haarassa. Tämä läpilyöntilaite rajoittaa suurinta mahdollista positiivista vaimentimen antojännitettä zenerin lä-pilyöntiarvoon ja se rajoittaa suurinta mahdollista nega-5 tiivistä vaimentimen antojännitettä zenerdiodin esijännitettyyn jännitteen laskuun. On huomattava, että zenerdiodi 22 myös aikaansaa virranrajoitintoiminnan siten, että se ohjaa liialliset ottovirrat ohi maahan, ja rajoittaen seu-raaville piireille tulevaa jännitettä se rajoittaa täten 10 tehokkaasti myös tällaisille piireille tulevaa virtaa.

Lyhyesti tarkastellen vaimentimen 14 ohjaus aikaansaadaan kytkimen 30 avulla seuraavasti. Kun kytkin 30 on auki, kaikki lähteen 24 virta kulkee diodin 22 läpi kääntäen siten diodin johtavaksi ja vaimentaen ottosignaalin. 15 Tällä tavoin aikaansaatua täsmällistä vaimennusta tarkastellaan yksityiskohtaisesti jatkossa. Kun kytkin 30 on kiinni, kaikki lähteen 24 virta suunnataan kytkimen 30 ja kuormitusvastuksen 32 läpi maahan, jolloin diodi 22 kääntyy johtamattomaan tilaan. Tämä vähentää vaimennuksen mi-20 nimiarvoon aikaansaaden täten ennalta määrätyn väliinlii-täntävaimennuksen, ja myös kehittää ennalta määrätyn tasa-virta-antojännitteen liittimellä 12 lepotasavirtaesijännitteen herättämiseksi seuraavaa kuormituspiiriä varten (vahvistin, ei kuvattu), joka saattaa olla liitettynä an- 25 toliittimeen 12.

Kuvion 1 esimerkissä peräkkäisliitännän kytkin 30 on kuvattu yksinapaiseksi kytkimeksi, joka voi on auki ja kiinni. Tämä kytkin saattaa olla mekaaninen, jolloin keksinnön ylijännitesuojaustunnusmerkit ovat hyödyksi, oli 30 kytkentälaitteen signaalinantoliittimeen 12 kytkettynä mikä tahansa käyttölaite (ei-kuvattu). Keksinnön periaatteiden edullisessa sovelluksessa kytkin 30 on elektroninen kytkin, jolla saattaa olla useita napoja ja joka saattaa olla rakennettu integroidun piirin muotoon. Kuvio 5, jota 6 100284 tullaan tarkastelemaan tuonnempana, on esimerkki neli-asentoisen integroidun piirin kytkimen käytöstä kytkimenä 30. Tässä esimerkissä tämän keksinnön avulla aikaansaadun ylijännitesuojauksen edut lisäävät tai parantavat sisäistä 5 ylijännitesuojausta, jonka integroitujen piirien valmistajat yleensä tarjoavat lastulla, "on chip".

Seuraavassa tarkastellaan kuvion 1 kytkentälaitteen toimintaa yksityiskohtaisesti. Kun kytkin 30 on auki-asen-nossa (kuten kuviossa), virtalähde 14 syöttää esijännite-10 virtaa II zenerdiodille 22, mikä asettaa diodin 22 mata-laimpedanssiseen johtavaan tilaan. Kondensaattori 18 toimii virran II estona vaimentimen 14 sarjahaarassa. Tämä keksinnön tunnusmerkki varmistaa sen, että kaikki zener-diodin kytkentävirta kulkee zenerdiodin 22 läpi ja että 15 yhtään virtaa ei suuntaudu signaalinottoliittimelle 10. Tämän tunnusmerkin avulla voidaan edullisesti määrittää tarkasti toimintaesijännitepiste zenerdiodille 22 ottamatta huomioon ottoliittimeen 10 kytketyn signaalilähteen impedanssia.

20 Järjestelyn tunnusmerkkinä on, että vaimentimen 14 aikaansaamaa vaimennusta silloin, kun diodi 22 on johtava, voidaan ohjata esijännitevirran II valinnan välityksellä ja se voidaan määrittää suurella tarkkuudella käyttämällä kuvion 3 vaihtovirtavastinpiiriä yhdessä kuvion 2 zener- 25 diodin ominaiskäyrän (konduktanssi) kanssa.

Vielä yksityiskohtaisemmin tarkasteltuna, jännitteen jakautumisen periaatteiden mukaisesti vaimennus on yhtä suuri kuin rinnakkais- ja sarjahaarojen impedanssien summalla jaettu rinnakkaishaaran impedanssi. Kuvion 3 30 vaihtovirtavastinpiiristä ilmenee, että sarjahaaran vaih-tovirtaimpedanssi on yksinkertaisesti sarjavastuksen 16 arvo, ja rinnakkaishaaran impedanssi on yhtä suuri kuin esijännitevastuksen 28 ja zenerdiodin (22) päästö-resistanssin (kuvattu vastuksen 40 avulla) rinnakkaisyhdistel-35 mä. Täten voidaan helposti laskea vaadittu diodivastus

II

7 100284 vaimennuksen haluttua arvoa varten sekä vastusten 16 ja 28 tietyt erityiset arvot. Tarkka yhtälö diodivastusta varten on seuraava: R40 = K(R16)(R28)/~(R28) - K(R16) - K(R28)) (1), 5 jolloin R40 on määritettävä diodivastus K on murtolukuna Eo/Ei ilmaistu vaimennuskerroin R 16 on sarjahaaran vastus, ja R28 on virtalähteen 14 antovastus, joka tässä esi-10 merkissä ilmaistaan vastuksen 28 arvon avulla.

Käytönnön seikkana mainittakoon, että virtalähteen 14 antoimpedanssi (vastus 28) saattaa tyypillisesti olla melko suuri verrattuna diodin 40 vaadittuun päästötilavas-tukseen. Tällaisessa tapauksessa edellinen yhtälö (1) yk-15 sinkertaistuu muotoon: R40 = K(R 16)/(1 -K) (2).

Kun haluttu diodivastus on kerran määritetty, voidaan esijännitevirran I 1 arvo määrittää kuvion 2 zener-diodin ominaiskäyrästä. Tämä käyrä (ei mitoitettavissa) 20 edustaa tyypillistä matalatehoisen (puoli wattia) zener- diodin konduktanssiominaiskäyrää, jonka kynnysjännite on n. 6.2 V. Kuvioon on piirretty kolme toimintapistettä. Piste A kuvaa diodikonduktanssia virran katkaisun alapuolella. Tätä toimintatilaa tarkastellaan tuonnempana. Pis-.* 25 teet B ja C kuvaavat diodi toimintapisteitä silloin, kun diodi on myötäesijännitetty ensimmäinen n. 1.0:n ja jälkimmäinen 2.5 mA:n virroilla. Diodikäyrän jyrkkyys annetussa toimintapisteessä kuvaa diodin konduktanssia. Kuten havaitaan, diodivirran 11 kasvusta on seurauksena lisään-30 tynyt diodikonduktanssi ja siten diodivastuksen pienenemi- * nen.

Tietyn toimintapisteen (B tai C) valinta riippuu kahdesta tekijästä, nimittäin halutusta vaimennuksesta ja suurimmista mahdollisista odotettavissa olevista ottosig-35 naalin laskevista poikkeamista. Vielä tarkemmin, diodin 8 100284 toimintapisteen (kytkentävirralla ilmaistuna) tulisi olla tarpeeksi korkea, jotta resistanssissa oleva diodi tyydyttää halutun vaimennuksen (yhtälöt 1 tai 2 yllä) ja jotta huippunegatiiviset ottosignaalipoikkeamat eivät saata dio-5 dia johtamattomaksi. Näistä syistä kytkettäessä verraten suuria signaaleita (kantataajuisia videosignaaleita) on suositeltavaa esijännittää diodi 22 pisteessä "C", joka on verraten kaukana diodikäyrän polvesta, mieluummin kuin pisteessä "B", joka sijaitsee verraten lähellä käyrän polio vea. Silloin kun kytkettävä ottosignaali on pieni signaali (eli muutamien satojen millivolttien suurtaajuussignaali), toiminta saattaa olla paljon lähempänä ominaiskäyrän polvea ilman vaaraa, että ottosignaali ohjaa diodin johtamattomaan tilaan.

15 Toinen tekijä diodin tietyn toimintapisteen valin nassa on yleinen tehohäviö. On huomattava, että tehoa häviää vastuksessa 28 ja diodissa 22, kun kytkin 30 on auki, ja tehoa häviää myös vastuksessa 28 ja vastuksessa 32, kun kytkin 30 on kiinni. Tehohäviön pitämiseksi mahdollisimman 20 pienenä tulisi valita zenerdiodille alhaisin toimintapiste, joka täyttäisi vaatimukset (1) aikaansaada riittävä vaimennus ja (2) aikaansaada turvamarginaali sen varmistamiseksi, että odotetun ottosignaalin maksimi negatiivinen arvo ei käännä zenerdiodia johtamattomaan tilaan kytkentä-: 25 laitteen normaalitoiminnan aikana. Yhtenä tekijänä on li säksi kytkentänopeus. Yleensä on nopeampaa suunnata virta pois zenerdiodilta ja siihen liittyviltä loiskapasitans-seilta virran katkaisun aikaansaamiseksi, mikäli virta on alhainen. Yhteenvetona todettakoon, että toimintapiste 30 tilannetta varten, jolloin zenerdiodi 22 on johtava, riip- « puu lukuisista tekijöistä, joihin kuuluvat: vaadittu vaimennus, kytkettävän ottosignaalin maksimi negatiivinen arvo, yleinen tehohäviö ja kytkentänopeus. Nimellisen 1 V:n P-P (yksi voltti huipusta huippuun) videosignaalin 35 kantataajuista videokytkentää varten n. 2.7 mA:n (kuvion 2

II

9 100284 piste C) toimintapisteen on havaittu olevan tyydyttävä normaalille 400 mW:n 5.6 V:n zenerdiodille.

Palataan kuvioon 1. Kun kytkin 30 on kiinni, kuormitusvastus 32 suuntaa virran I 1 zenerdiodilta 22 5 kääntäen siten diodin 22 johtamattomaan tilaan, ja liittimeen 10 syötetty ottosignaali S 1 johdetaan antoiiittimel-le 12. Jotta varmistetaan, että diodi 22 on täysin johtamaton, saatetaan valita II ja kuormitusvastuksen 32 arvo siten, että virran II ja kuormitusvastuksen 32 arvon tulo 10 on pienempi kuin diodin 22 läpilyöntijännite. Tämä voidaan esittää matemaattisesti seuraavalla tavalla: (Il) (R32) <Vz (3), jolloin;

Il on virtalähteeltä 14 saatu virta, 15 R32 on kuormitusvastuksen 32 arvo; ja

Vz on zenerdiodin 22 kynnysjännite.

Edullisesti, mikäli yhtälö (3) on tyydyttävä kuvion 1 kytkintä varten, on varmaa, että kaikki virta II suuntautuu kuormitusvastukselle 32. Tämä on seurauksena siitä, 20 että kondensaattori 18 estää tasavirran kulkemisen sarja-haarassa, ja diodi 22, silloin kun se on johtamaton, on oleellisesti avoin piiri. Vastaavasti tätä tilaa varten antoliittimessä 12 tuotettu jännitteen lepotasavirtakompo-nentti on täysin riippumaton sarjahaaran impedanssista ja 25 on myös riippumaton mistä tahansa tasavirtakomponentista, joka saattaa sisältyä ottoliittimeen 10 syötettyyn otto-signaaliin.

Vielä yksityiskohtaisemmin keksinnön edullisessa suoritusmuodossa syöttöjännite Vs ja vastusten 28 ja 32 30 arvot valitaan sellaisiksi, että zenerdiodi esijännitetään n. 4 voltin potentiaalissa, kun kytkin 30 on kiinni (piste A kuviossa 2). Tässä jännitteessä zenerdiodi 22 on täysin johtamaton, vaikka antojännite on positiivinen maahan nähden ja se antaa tasavirtalepotason, joka soveltuu tasavir-35 taan kytketyn vahvistimen ottoasteen esijännittämiseen, 10 100284 jolloin tämä vahvistin saattaa olla kytkettynä antoliitti-meen 12. Tätä kuvataan ja selitetään yksityiskohtaisemmin jatkossa kuvion 5 tarkastelun yhteydessä, ja sen avulla on mahdollista poistaa täysin tasavirtaesijännitepiirien tar-5 ve seuraavaa tasavirtaan kytkettyä vahvistinta varten. Toisin sanoen esijännitepiiri diodikytkintä varten on kak-sitoiminen aikaansaaden kunnollisen tasavirtaeisjännityksen seuraavaa vahvistinta varten, jolloin osia käytetään taloudellisesti, ja siten kytkentä- ja vahvistinpiirin 10 yleinen luotettavuus paranee.

Seuraavaksi tarkastellaan kuvion 1 kytkentälaitteen väliinliitäntävaimennusta. Kuvio 4 on kytkentälaitteen vaihtovirtavastinpiiri tilannetta varten, jossa kytkin 30 on kiinni. Vastinpiirin analyysin yksinkertaistamiseksi 15 oletetaan, että kytkimen 30 kytkentävastus on merkityksetön verrattuna kuormitusvastuksen 32 arvoon. Tämän oletuksen pohjalta kytkentäpiirin kokonaisvaimennus on yhtä suuri kuin rinnakkaishaaran (vastukset 28 ja 32 rinnan) vastus jaettuna sarjahaaran (vastus 16) ja ohitushaaran vas-20 tusten summalla. Tämä voidaan esittää seuraavalla tavalla: A =(R28)(R32)/[(R16)(R28)+(R16)(R32)+(R28)(R32)] (3), jolloin A on vaimennus Eo/Ei, R 16 on sarjahaaravastuksen arvo, ; 25 R28 on virtalähteen 14 antoimpedanssin (eli vastuk sen 28) arvo ja R32 on kuormitusvastuksen 32 arvo.

Valitsemalla kuormitusvastuksen 32 ja virtalähteen 14 impedanssien arvot suuriksi suhteessa sarjahaaraimpe-30 danssiin (vastus 16), kytkentälaitteen kokonaisvaimennuk-sen häviö saadaan melko pieneksi. Ensimmäisessä esimerkissä saadaan vain n. 1.2 dB:n väliinliitäntävaimennus käyttämällä seuraavia vastusarvoja: R16 = 270 ohmia, R28 = 5 600 ohmia ja R32=2 700 ohmia. Toisessa esimerkissä saa-35 vutetaan alle 3 dB:n väliinliitäntävaimennus käyttämällä li 11 100284 vastusarvoja: R16 = 270 ohmia, R28 « 2200 ohmia ja R32 = 1 000 ohmia. Tätä viimeksi mainittua vastusarvojen sarjaa on käytetty tällä hetkellä edullisimpada pidetyssä keksinnön suoritusmuodossa, jota on kuvattu kuviossa 5.

5 Kuvio 5 kuvaa lisäksi keksinnön tunnusmerkkejä kyt kennän aikaansaamiseksi monen lähteen välillä sekä kytkettyjen signaalien vahvistuksen aikaansaamiseksi. Keksinnön tässä suoritusmuodossa piiriä on yksinkertaistettu siten, että tarvitaan ainoastaan yksi kuormitusvastus kaikkia 10 lähteitä varten, ja tunnusmerkkiä aikaansaada ennalta määrätty antojännite käytetään hyväksi tasavirtaesijännitteen tuottamisessa suoraan antoon kytketylle vahvistimelle. Vahvistin suoriutuu täysin kytkimen väliinliitäntävaimen-nuksesta ja aikaansaa myös ylimääräistä vahvistusta. Edut, 15 jotka ovat kuvion 1 peruskokoonpanon ansiota, siten vain lisääntyvät luotettavuuden parantuessa kytkettäessä monia ottosignaaleita vaaditun kuormitusvastusten lukumäärän vähetessä ja niiden osien lukumäärän vähetessä, jotka muutoin tarvittaisiin tasavirtaesi jännitteen aikaansaamiseksi 20 vahvistinta varten.

Kuvion 5 esimerkki on suunniteltu valitsemaan yksi neljästä ottosignaalista televisiolaitteen, kuten nauhoit-timen, vastaanottimen, monitorin, erityistoimintalaitteen tai vastaavan välityksellä tapahtuvaa käsittelyä varten. 25 Neljä ottoliitintä 500-506 päättyvät päätevastuksiin 508 -514. Tätä erityistä sovellusta, videokytkentää, varten päätevastukset on valittu hieman suuremmiksi kuin signaalilähteiden ominaisimpedanssit, jolloin esimerkkiarvo on 82 ohmia 75 ohmin lähdeimpedanssia varten. Syynä lähdeim-30 pedanssia hiukan suuremman päätevastuksen valitsemiselle on se, että kun kytkin asetetaan kiinni-asentoon, ottosig-naaliliittimelle tulee ylimääräinen kuormitus. Tämä ylimääräinen kuormitus on tehokkaasti rinnan ottovastuksen kanssa ja vähentää siten tehollisen pääteimpedanssin liit- 12 100284 timiin 500-506 kytkettyjen signaalilähteiden ominaisimpe-dansslln.

Vaimentimet 516 - 522 on liitetty ottoihin 500 -506 ja ovat rakenteeltaan samanlaisia kuin kuvion 1 vai-5 mentimet 14. Esimerkinomaiset arvot vaimentimille ovat seuraavat: sarjavastus: 270 ohmia sarjakondensaattori: 47 mikrofaradia rinnakkaiszener: 5.6 V, 1/2 W.

10 Kytkentäesijännite kutakin vaimenninta varten ai kaansaadaan syöttöjänniteliittimen 530 välityksellä, joka on liitetty vaimentimien 516 - 522 antosolmuihin 532 - 538 eri vastusten 540 - 546 välityksellä. Esimerkinomainen arvo kutakin näitä vastusta varten on 2 200 ohmia.

15 Vaimentimien 516 - 522 annot 532 - 538 on liitetty neliottoisen yksinapaisen kytkimen 550 eri ottoihin 552 -558. Tämä kytkin (ääriviivat hahmotettu) sisältää neljä yksittäistä kytkintä (A, B, C, D), joita ohjaa dekooderi 560 siten, että yksi neljästä kytkimestä on kiinni vastee-20 na kaksibittiseen binääriseen ohjaussignaalin, joka on syötetty kytkentädekooderin ottoihin 562 - 564. Neljän kytkimen A-D annot on liitetty toisiinsa sekä antoliitti-meen 556. Nämä tunnusmerkit on integroidun piirin analogisella multipleksikytkimellä tyyppiä CD-4052, jota on saa-25 tavilla useilta valmistajilta. Tätä varten katso esimerkiksi Data book "RCA COS/MOS Integrated Circuits", julkaisija RCA Corporation, 1980, esiintyy tässä viitteenä. Tämä julkaisu sisältää muita kytkinkokoonpanoja (SPSP, DPDT ja TPDT), jotka ovat sopivia tätä keksintöä varten. Muita 30 sopivia kytkimiä on saatavilla muilta valmistajilta CM0S-tekniikalla sekä muilla integroitujen piirien tekniikoilla valmistettuina (NMOS, PMOS ja bipolaari).

Kytkimen 550 antoliittimeen 556 tarvitsee edullisesti kytkeä ainoastaan yksi kuormitusvastus 560. Koska 35 kaikki päättämisen, vaimennuksen ja virtalähteiden kompo- 11 13 100284 nenttiarvot ovat samat, tasavirta-antojännite liittimellä 556 on sama mitä tahansa neljää valittua ottosignaali varten, nimittäin 4 volttia yllämainittujen tiettyjen arvojen saavuttamiseksi.

5 Kytkimen 550 anto 556 on kytketty suoraan tasavir- tavahvistimen 570 ottoon 572, jolloin vahvistimen syöttö-jännitteen ottoliitin 574 on kytketty syöttöliittimeen 530 ja joka käsittää antoliittimen 576 vahvistettua antosig-naalia varten. Vahvistin 570 sisältää npn-ottotransistorin 10 578, jota on esijännitetty potentiaalinjakajat käsittävil lä vastuksilla 580 ja 582, jotka on kytketty sarjaan mainitussa järjestyksessä syöttöliittimen 572 ja maan väliin. Transistorin 578 kollektori on kytketty antotransistorin 586 kantaan sekä syöttöliittimeen 574 kuormitusvastuksen 15 584 kautta. Antotransistori 586 on kytketty emitteristään syöttöliittimeen 574 emitterikuormitusvastuksen 590 kautta ja se on kytketty kollektoristaan antoliittimeen 576 ja kuormitusvastuksen 592 kautta maahan.

N. 6 dB:n vahvistuksen aikaansaavan vahvistimen 570 20 osien esimerkkiarvot ovat seuraavat: vastus 580: 10 K ohmia vastus 582: 1 K ohmi vastus 584: 1,5 K ohmia vastus 590: 1 K ohmi

vastus 592: 2 K ohmia syöttö: 12 V

25

Huomattakoon, että vahvistinta 570 varten ei edullisesti tarvita sisäisiä tasavirtaesijännitevälineitä. Tämä keksinnön tunnusmerkki on seurausta siitä, että kunnon tasavirtaesijännite tälle vahvistimelle aikaansaadaan 30 virtalähdevastusten 540 - 546 sekä kytkentäpiirin kuormitusvastuksen 560 välityksellä. Kuten edellä selitettiin, nämä elementit antavat n. 4 V:n tasavirta-antojännitteen annettujen esimerkinomaisten arvojen saavuttamiseksi. Koska dekooderi 560 asettaa ainoastaan yhden kytkimen kerral-35 laan kiinni, kytkimen 550 tasavirta-anto on sama huolimat- 14 100284 ta siitä, mikä ottosignaali valitaan. Erillisen vahvistinta 570 varten olevan tasavirtaesijännitepiirin poistaminen sekä vähentää vahvistinkustannuksia että myös parantaa luotettavuutta, sillä vahvistimen kokoonpanoon tarvitaan 5 tällöin vähemmän osia ja siten häiriölle alttiiden osien lukumäärä on vähäisempi kuin muutoin.

Huomattakoon lisäksi kuvion 5 suoritusmuodosta, että vahvistimen syöttöliitin 574 ja virtalähteet (540 -546) vaimentimia 516 - 522 varten on kytketty yhteiseen 10 syöttöjänniteliittimeen 530. Keksinnön tämän tunnusmerkin mukaisesti vaimentimien ja kuormitusvastuksen avulla aikaansaatu tasavirtaesijännite vahvistimelle 570 saadaan ns. "jäljittämään" liittimelle 530 syötetyn syöttöjännit-teen vaihteluja. Toisin sanoen muutokset kokonaissyöttö-15 jännitteessä kompensoidaan, koska syöttöjännitteen lasku vähentäisi sekä tasavirta-antojännitettä kuormituksen 560 läpi että tasavirralla toimivaa potentiaalia vahvistinta 570 varten ja päinvastoin. Tämä pyrkii ylläpitämään vahvistinta 570 lineaarisella toiminta-alueella huolimatta 20 syöttöjännitteessä, Vs, tapahtuvista vaihteluista.

Kuviossa 6 kytkinten asennot ovat päinvastaiset, eli vaimennin 14 on asetettu kytkimen 30 jälkeen peräkkäisin täntään eikä kytkimen 30 eteen. Tässä suoritusmuodossa vastus 16 on jätetty pois. Kuten myöhemmin tullaan se-: 25 littämään, aikaisemmin vastuksen 16 aikaansaama toiminta sarjaimpedanssin tuottamiseksi vaimentimen 14 sarjahaaraa varten toteutetaan tässä tapauksessa kytkimen 30 välityksellä, joka koostuu pääasiassa kapasitiivisesta reaktans-sista, joka aiheutuu kytkinelementteihin liittyvistä loi-30 skytkentäkapasitansseista. Koska kytkimen 30 impedanssi sen ollessa auki on hyvin suuri verrattuna diodin 22 pääs-töresistanssiin, myös vaimennus on hyvin suuri.

Lähemmin tarkastellen kuviossa 6 signaalin ottolii-tin 10 on kytketty maahan ottopäätevastuksen 8 kautta 35 (joka on valinnainen, kuten edellä on selitetty) sekä ta- 15 100284 savirran estokondensaattorin 18 kautta kytkimen 30 ottoon. Kuormitusvastus 32, joka aikaisemmin oli liitetty kytkimen 30 antoon, on nyt liitetty kytkimen 30 oton ja maan väliin. Vaimentimen 14 antosolmu 20 on kytketty vastuksen 28 5 kautta syöttöliittimeen 26 syöttöjännitteen Vs vastaanottamista varten ja se on kytketty zenerdiodin 22 katodiin, jolloin tämän anodi on maadoitettu. Tasavirtaan kytketty vahvistin, kuten kuvion 5 vahvistin 570, on kytketty otostaan vaimentimen antosolmuun 20 sekä annostaan anto-10 liittimeen 576.

Tämän esimerkin toiminta on yleisesti paljolti samanlainen kuin edellisessä kuvion 1 esimerkissä, ja sitä tarkastellaankin tässä yhteydessä vain lyhyesti. Kun kytkin 30 on auki, vastuksen 28 läpi kulkeva virta 11 kääntää 15 zenerdiodin 22 johtavaksi aikaansaaden täten alhaisen im pedanssin vaimentimen 14 annon ja maan välille. Tämä vastaa kuviossa 2 pisteinä "A" tai "B" kuvattua esijänni-tetilaa. Koska kytkin 30 on auki ja vahvistimen 570 otto-impedanssi on hyvin suuri verrattuna diodin 22 impedans-20 siin, kaikki virta II kulkee oleellisesti diodin 22 läpi maahan. Vaimennus tätä tilaa varten voidaan ilmaista suunnilleen seuraavan yhtälön avulla: A = Zs/(Zd + Zs) (4), jolloin: 25 A on vaimennus, Eo/Ei;

Zs on sarjahaaran impedanssi kytkimen 30 ollessa auki; ja

Zd on zenerdiodin 22 impedanssi valittua esijännitteen Il arvoa varten.

30 Kun kytkin 30 on kiinni, virta II suuntautuu kyt kimen 30 ja kuormitusvastuksen 32 kautta maahan kääntäen siten zenerdiodin 22 johtamattomaksi. Kondensaattori 18 estää virran ~1 suuntautumisen ottoliittimeen 10 tai oton päätevastukseen 8. Kuten edellä tarkasteltiin, syöttöjän-35 nitteen Vs ja vastuksien 28 ja 32 arvot valitaan esijän- 16 100284 riittämään zenerdiodi 22 ennalta määrätyllä jännitteellä kytkimen 30 ollessa kiinni aikaansaadakseen täten tasavir-taesijännitteen vahvistimen 570 ottoa varten. Tässä esimerkissä ei tarvita vastusta 16, koska kytkimen 30 impe-5 danssi sen ollessa auki on melko suuri.

Ylijännitesuojauksen edut palautuvat keksinnön tässä esimerkissä siinä määrin, että zenerdiodi 22 rajoittaa positiivisia transientteja ja negatiivisia transientteja, jotka ilmestyvät kytkimen 30 antoon, ja suojelee siten pe-10 rässä olevaa piiriä (eli vahvistinta 570) tällaisilta transienteilta.

Kuvion 6 esimerkki ei kovinkaan hyvin sovellu käytettäväksi sovelluksissa, joissa tarvitaan moninapakytki-miä. Tällaisia sovelluksia varten suositaan kuvion 1 esi-15 merkkiä, koska useita kytkimiä voidaan yhdistää liittämällä niiden annot toisiinsa kuvion 5 osoittamaan tapaan.

Edellä on kuvattu ja selitetty esimerkkejä kytkentälaitteesta, jossa kytkimet on liitetty peräkkäin myötä-estotilavaimennuksen parantamiseksi. Kuvatuissa suoritus-20 muodoissa yksi peräkkäisliitännän kytkin koostuu L-tyyppi-sestä vaimentimesta käsittäen impedanssin sisältävän sar-jahaaran sekä zenerdiodin sisältävän rinnakkaishaaran. Kuvioiden 1 ja 5 esimerkeissä sarjahaaran impedanssi aikaansaadaan vastuksen avulla, kun taas kuvion 6 esimerkissä 25 sarjahaaran impedanssi aikaansaadaan peräkkäisliitännän toisen kytkimen välityksellä. Esijänniteverkko, joka on kytketty vaimentimeen ja peräkkäisliitännän toiseen kytkimeen, ohjaa diodin esijännitettä toimimaan tietyllä virran johtamistasolla silloin, kun peräkkäisliitännän toinen 30 kytkin on auki, sekä tietyssä estoesijännitetilassa silloin, kun toinen kytkin on kiinni, jolloin laite toteuttaa useita toimintoja, kuten: (1) kytkimen myötäestotilavai- mennuksen parantaminen, (2) ylijännite- ja ylivirtasuoja-uksen aikaansaaminen kumman tahansa napaisuuden ottotran-35 sietteja varten ja (3) ennalta määrätyn antotasavirtatason li 17 100284 aikaansaaminen silloin, kun toinen kytkin on kiinni, seu-raavan piirin, kuten vahvistimen, tasavirtaesijännitteen aikaansaamiseksi, jolloin tällä tavoin syötetty tasavirtaesi jännite on jäljittävässä suhteessa seuraavalle piirille 5 syötetyn tasavirtatehon kanssa.

Claims (5)

18 100284

1. Kytkentälaite käsittäen: ensimmäisen (14) ja toisen (30) kytkimen, jotka on 5 mainitussa järjestyksessä kytketty peräkkäin signaalin ottoliittimen (10) ja signaalin antoliittimen (12) väliin; sekä esijänniteverkon, joka on kytketty mainittuihin kytkimiin mainitun ensimmäisen kytkimen ohjaamiseksi mainitun toisen kytkimen johtavasta tilasta riippuen; ja joka on 10 tunnettu siitä, että: mainittu ensimmäinen kytkin (14) sisältää vaimen-timen käsittäen mainitun signaalin ottoliittimen (10) ja mainitun toisen kytkimen (30) oton väliin kytketyn ensimmäisen vastuksen (16) sisältävän sarjahaaran sekä käsit-15 täen mainitun toisen kytkimen mainitun oton ja vertailu-potentiaalin lähteen väliin kytketyn zenerdiodin (22) sisältävän rinnakkaishaaran; ja mainittu esijänniteverkko käsittää virtalähteen (24), joka on kytketty mainittuun zenerdiodiin ennalta 20 määrätyn kytkentävirran syöttämiseksi tähän, kun mainittu toinen kytkin on avoimessa tilassa, jolloin mainittu esijänniteverkko sisältää mainitun toisen kytkimen antoon kytketyn kuormitusvastuksen (32) mainitun ennalta määrätyn virran suuntaamiseksi pois mainitulta zenerdiodilta silli 25 loin, kun mainittu toinen kytkin on kiinni.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kytkentälaite, tunnettu siitä, että se käsittää tasavirran estolaitteen (18), joka on kytketty sarjaan mainitun sarjahaaran kanssa mainitun ennalta määrätyn 30 kytkentävirran kulun estämiseksi mainitun ensimmäisen vastuksen (16) läpi.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kytkentälaite käsittäen lisäksi II 19 100284 vahvistimen (570), joka on tasavirtakytketty mainittuun signaalin antoliittimeen; tunnettu siitä, että mainittu virtalähde (24) ja mainittu kuormitusvas-5 tus (32) valitaan antojännitteen ennalta määrätyn tasavir-takomponentin tuottamiseksi mainitulla antoliittimellä, kun mainittu toinen kytkin on mainitussa päästötilassa annetun lepotasavirran toimintapisteen aikaansaamiseksi mainittua vahvistinta varten.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kytkentälaite, tunnettu siitä, että se käsittää: vahvistimen (570), joka on tasavirtakytketty mainittuun signaalin antoliittimeen; syöttöjännitteen (530) lähteen, joka on kytketty 15 mainitun vahvistimen syöttöottoliittimeen sekä mainitun virtalähteen syöttöottoliittimeen (574) siten, että mainittu virtalähde ja mainittu kuormitusvastus tuottavat an-tojännitteen tasavirtakomponentin silloin, kun mainittu toinen kytkin on kiinni mainitun vahvistimen esijännittä-20 miseksi.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kytkentälaite, tunnettu siitä, että mainittu ennalta määrätty mainitulta virtalähteeltä saatu kytkentävirta valitaan aikaansaamaan ennalta määrätty impedanssi mainittua läpi-: 25 lyöntilaitetta varten silloin, kun mainittu toinen kytkin on mainitussa avoimessa tilassa, jolloin mainittu ennalta määrätty impedanssi on oleellisesti pienempi kuin mainitun rinnakkaishaaran mainitun ensimmäisen impedanssin impedanssi. 100284 20