KR100187909B1 - 종속 접속된 스위치를 갖는 스위칭 장치 - Google Patents

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Abstract

다이오드(14)는 캐패시터(20)를 통해 스위치될 입력 신호(Si)의 소스에 그 제1전극에서 접속되고, 출력 회로(30, 40)를 통해 그 제2전극(18)에서 출력 단자(12)에 접속된다. 다이오드(14)에 접속된 바이어스 제어 회로(62, 64, 60)는 다이오드(14)가 출력 회로(30, 40)를 통해 출력 단자(12)에 입력 신호(Si)를 커플링하기 위해 순방향 바이어스되는 제1동작 모드와, 다이오드(14)의 제1전극(16)이 DC 분리되는 제2동작 모드를 제공하여, 그 다이오드(14)는 입력 신호(Si)의 AC 성분을 정류하고, 비-전도 상태로 다이오드(14)를 자기-바이어싱하기 위해 역 바이어스를 발생한다.

Description

종속 접속된 스위치를 갖는 스위칭 장치
제1도는 본 발명을 실시하는 한 스위치의 회로선도.
제2도는 제1도의 스위치의 소자에 대한 전형적인 소자값을 포함하고, 도시 및 설명한 특정 응용에 대한 스위치의 다른 특성을 포함하는 본 발명을 실시하는 칼라 텔레비젼 수상기의 부분적 개략 형태의 블럭선도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
14 : 다이오드 16 : 제1전극(캐소드)
18 : 제2전극(캐소드) 30 : 증폭기
40 : 비-첨가 믹서 60 : 제어 스위치
본 발명은 신호 스위칭 장치에 관한 것으로, 특히, 스위치되는 고주파수 신호 성분의 오프-상태 감쇠를 향상시키기 위해 종속 스위치부를 실행하는 종류의 장치에 관한 것이다.
스위치가 턴-오프(오프-상태 감쇠)될 때 스위치에 의해 제공되는 감쇠는 스위칭 회로에 대한 장점인 중요한 특성이 있는데, 특히, 스위치되는 신호가 고주파수 에어지의 유효 양을 포함하는 용융에 중요한 특성이 나타난다. 한 예로서, 텔레비젼 장치(예를 들어, 레코더, 수상기, 모니터, 효과 발생기, 등등)의 다수의 비디오 입력 신호 사이를 스위칭할 때, 선택되지 않은 비디오 입력 신호가 선택된 비디오 입력 신호와의 간섭을 피하기 위하여 최소 레벨 이하로 감쇠되는 것은 중요하다. 일반적으로 말할 때, 최소한 60dB 및 그 이상까지 선택되지 않은 비디오 신호를 감쇠시키는 것이 바람직하다. 비디오 주파수에서 상기와 같은 감쇠의 레벨은, 예를들어, 기생 용량의 존재로 인하여, 종래의 집적 회로 스위치를 사용하여 쉽게 얻을 수 없다. 이러한 이유로 인하여, 집적 회로 스위치의 오프-상태 감쇠를 개선하기 위해 여러 방법이 제안되었다. 그러한 제한중 한 기법은, 다음 두 실시예에 따라 기술하는데, 그들 오프-상태 감쇠를 얻기 위해 종속으로 스위치를 접속시킨다.
오프-상태 감쇠를 개선하기 위해 종속으로 스위치를 접속시키는 제1실시예는 1985년 6월 4일 허여된 미합중국 특허 제 4,521,810호의 명칭 비디오 소스 셀렉터 에 기재되어 있다. 그 스위칭 회로의 특정 실시예에 있어서, 한 이미터 폴로워는 CMOS 형태의 집적 회로 스위치와 종속으로 접속되고, 클램핑 트랜지스터는 이미터 폴로워 트랜지스터의 베이스에 접속되어 CMOS 스위치가 개방될 때 이미터 폴로워를 디스에이블되도록 제어된다. 그러한 수단에 의하여, 스위치되는 비디오 신호는 스위치가 턴-오프될때 CMOS 스위치와 디스에이블된 이미터 폴로워 회로에 의해 감쇠된다.
종속으로 접속된 스위칭 회로의 제2실시예는 데이스에 의해 1987년 1월 20일에 허여된 미합중국 특허 제 4,638,181호의 명칭이 신호 소스 셀렉터 에 기재되어 있다. 데이스 특허에 기술된 특정 실시예에 있어서, 한 다이오드 스위치는 CMOS 집적 회로 스위치와 직렬로 접속된다. 그 회로는 CMOS 스위치가 폐쇄될 때 그 다이오드 스위치로 CMOS 스위치를 통한 턴-온 전류를 전송하는 바이어스 회로를 포함한다. 다른 바이어스 회로는 그 CMOS 스위치가 개방될 때 다이오드 스위치로 역 바이어스를 적용한다. 최대의 오프-상태 감쇠를 위해 데이스는, 다이오드가 매우 낮은 접합 용량을 나타내고, 따라서, 다이오드가 오프될때 기생 용량을 최소화하는 p-i-n 형의 다이오드 이용을 추천한다.
상기 기술한 종속 접속된 비디오 스위치의 두 실시예에서는 양호한 감쇠 성능을 제공한다. 그러나, 두 실시예는 클램핑 트랜지스터 혹은 스위치의 오프 상태를 유지하기 위한 역 바이어스 전압의 소스를 요구하는 비교적 복잡하게 되어 있다.
본 발명은 역 바이어스의 분리 소스가 오프 상태로 스위치를 유지하기에 필요로 하지 않는 다이오드를 실행하는 형태의 스위치를 제공한다.
본 발명을 실시하는 스위칭 회로는 스위치되는 입력 신호의 소스에 DC 블로킹 캐패시터에 의해 접속된 제1전극과, 출력 단자에 출력 회로를 통해 접속된 제2전극을 갖는 다이오드를 포함한다. 바이어스 제어 회로는 입력 신호가 출력 단자에 결합될 때 다이오드를 순방향 바이어스시키기 위한 제1동작 모드를 제공하기 위해 다이오드의 제1 및 제2전극에 접속되고, 그 다이오드의 제1전극의 DC 분리를 제공하는 제2동작 모드를 포함하기 때문에, 그 다이오드는 인가되는 AC 입력 신호를 정류하여 다이오드를 오프시키기 위하여 역 바이어스를 발생한다.
본 발명의 다른 관점에 따라 출력 회로는 비-첨가 믹서를 포함한다.
본 발명의 또 다른 관점에 따라, 그 출력 회로는 증폭기 및 비-첨가 믹서를 포함한다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조로 하여 설명되는데, 동일 참조 부호는 동일한 소자를 나타낸다.
제1도의 스위칭 회로는 스위치될 입력 신호(Si)를 수신하기 위한 입력 단자(10)와 스위치된 출력 신호를 제공하기 위한 출력 단자(12)를 포함한다. 제공된 다이오드(14)는 DC 블로킹 캐패시터(20)를 통해 신호 입력 단자(10)에 결합된 제1전극(16) (캐소드)과 출력 회로(30 및 40)를 통해 출력 단자(12)에 결합된 제2전극(18) (애노드)을 갖는다. 그 출력 회로는 증폭기(30)와 비-첨가 믹서(40)의 종속 접속부를 포함한다. 증폭기(30)는 다이오드(14)의 제2전극(애노드)(18)에 접속된 베이스 전극, 이미터 저항기(32)를 통해 기준 전위(접지)의 소스에 결합된 이미터 전극과, 콜렉터 로드 저항기(34)를 통해 공급 전압 입력 단자(25)에 결합된 콜렉터 전극을 갖는 NPN 트랜지스터(Q1)를 포함한다. 양의 공급 전압(Vs)은 공급 단자(25)에 인가된다. 비-첨가 믹서(40)는 공급 단자(25)에 접속된 콜렉터 전극과, 출력 단자(12)에 접속되고 전류원(42)을 통해 접지에 접속된 이미터 전극을 갖는 한 쌍의 NPN 트랜지스터(Q2 및 Q3)를 포함한다. 그 전류원은 저항기로서 실행될 수 있거나, 전류원으로서 동작하기 위해 바이어스된 트랜지스터로서 실행될 수 있다. 트랜지스터(Q2)의 베이스 전극(44)은 비-첨가 믹서(40)의 한 입력으로서 제공되고, 트랜지스터(Q1)의 콜렉터에서 증폭기(30)의 출력에 접속된다. 트랜지스터(Q3)의 베이스 전극(46)은 비-첨가 믹서(40)의 제2압력으로서 제공되고, 입력 단자(50)에 접속된다. 본 발명의 실시예에 있어서, DC 바이어스 전압(Vb)은 단자(50)에 인가된다. 후에 설명될 다른 실시예에 있어서, 스위치될 제2입력 신호는 입력 단자(50)에 인가된다.
제1도의 잔류 소자들은 다이오드(14)가 증폭기(30) 및 비-첨가 믹서(40)를 통해 입력 신호(Si)를 출력 단자(12)에 결합시키기 위해 순방향 바이어스되는 제1동작 모드와, 다이오드(14)의 제1전극(캐소드)(16)이 DC 절연되는 제2동작 모드를 제공하기 위하여 다이오드(14)에 대한 바이어스 제어 회로를 포함하여, 그 다이오드는 DC 블로킹 캐패시터(20)를 통해 공급된 입력 신호(Si)의 AC 성분을 정류하고, OFF (비-전도) 상태로 다이오드(14)를 자기-바이어스(self-biases)시키는 역 바이어스 전압을 발생시킨다. 기술하는 것처럼, 증폭기(30)와 비-첨가 믹서(40)는 다이오드(14)의 자기-바이어싱 상태에 응답하여 입력 신호의 다른 감쇠를 제공한다. 그 바이어스 제어 회로는 다이오드(14)의 제2전극(애노드)(18)과 공급 단자(25) 사이에 결합된 제1저항기(62)와, 접지 지점(66)으로 도시된 기준 전위의 소스와 제1전극(캐소드)(16) 사이에 한 스위치(60)와 직렬로 결합된 제2저항기(64)를 포함한다.
제1도의 스위칭 회로의 동작은 제어 스위치(60)가 폐쇄된 경우에 대해 처음으로 설명하게 된다. 상기 폐쇄된 상태에서, DC 경로는 저항기(62), 다이오드(14), 저항기(64) 및 스위치(60)를 통해 공급 단자(25)와 접지(66) 사이에 존재한다. 이 경로를 통해 흐르는 전류는 두가지 효과를 갖는다. 첫째로, 다이오드(14)를 순방향 바이어스시키고, 그 다이오드는 입력 신호(Si)에 AC 성분을 증폭기(30)의 트랜지스터(Q1)의 베이스에 결합시킨다. 둘째로, 저항기(62 및 64)와 다이오드(14)는 선형 동작동안 트랜지스터를 바이어스시키는 트랜지스터(Q1)의 베이스에 온도 보상된 DC 바이어스를 제공하는 전위 분할기를 형성한다. 그 온도 보상 효과는 트랜지스터(Q1)의 베이스-이미터 접합 전압(Vbe)의 전압 변화가 다이오드(14)의 P-N 접합 양단의 전압의 유사한 변화로 얻어지기 때문에 나타난다. 따라서, 동작이 상기 모드에 있을때, 다이오드(14)는 입력 신호(Si)의 AC 성분의 커플링을 제공하는 기능(1)과, 증폭기(30)의 트랜지스터(Q1)의 Vbe 온도 보상을 제공하는 기능(2)을 제공한다.
증폭기(30)는 다이오드(14)를 통해 결합된 입력 신호의 AC 성분을 증폭한다. 증폭기(30)의 이득은, 양호한 근사치로 주어지는데, 콜렉터와 이미터의 로드 저항기(34 및 32)의 각각의 비율로 주어진다. 트랜지스터(Q1)의 베이스에 인가된 DC 바이어스와 협력하여, 여러 저항기는 다음 비-첨가 믹서 스테이지(40)의 동작에 고려될 요인인 정지된 콜렉터 전압을 결정한다. 증폭기에 대한 양호한 바이어스 상태는 단자(50)에 인가되는 바이어스 전압(Vb)과 단자(25)에 인가되는 공급 전압(Vs)에 의해 한정되는 범위내에 있는 출력 신호 전압을 제공하는 것이다. 예시적으로, 출력 전압이 공급 전압(Vs)의 4분의 3이 되도록 증폭기(30)에 대한 DC 바이어스를 선택할 수 있으며, 그 바이어스 전압(Vb)은 공급 전압(Vs)의 약 절반이 되도록 선택될 수 있다. 본 발명의 중요한 점은 비-첨가 믹서(40)에 대한 바이어스 전압(Vb)이 증폭기(30)에 대한 공급 전압(Vs) 보다 작고, 그 증폭기(30)는 Vs 와 Vb 사이의 정지된 레벨로 바이어스되는 점이다. 한 예로서, 12볼트 공급 증폭기(30)가 9볼트의 정지된 출력 전압을 제공하기 위해, 바이어스될 수 있고, 비-첨가 믹서(40)에 인가된 바이어스 Vb는 6볼트가 될 수 있다.
증폭기(30)의 출력 [콜렉터(Q1)]에서 증폭된 신호는 비-첨가 믹서(40)의 트랜지스터(Q2)에 인가된다. 이전에 설명된 것처럼 트랜지스터(Q2)보다 작은 전압에서 DC 바이어스된 트랜지스터(Q3)는 턴-오프되고, 트랜지스터(Q2) 및 전류원(42)은 증폭된 출력 신호를 출력 단자(12)에 결합시키기 위해 이미터 폴로워로서 기능을 한다.
상기 기술한 내용을 간단히 요약하면, 스위치(60)의 폐쇄는 다이오드(14)를 순방향 바이어스시켜, 증폭기(30)에 신호(Si)의 AC 성분을 커플링하는 기능(1)과, 증폭기(30)에 대한 온도 보상 DC 바이어스 전압을 발생하는 기능(2)을 제공한다. 증폭기(30)는 결합된 신호를 증폭하여 비-첨가 믹서(40)의 트랜지스터(Q3)를 역 바이어스시키는 DC 레벨에서 출력 전압을 제공하고, 이미터 폴로워로서 동작하는 트랜지스터(Q2)를 통해 출력 단자(12)에 결합된다.
제1도의 스위칭 전류의 동작은 제어 스위치(60)가 개방된 경우에 대해 기술한다. 상기와 같은 상태에서, 제1다이오드(캐소드)(16)에서 스위칭 회로의 어떤 지점까지의 DC 경로가 존재하지 않는다. 다이오드(14)의 제1전극(캐소드)(16)의 DC 분리는 이전에 기술한 회로 동작에 따라 여러 효과를 나타낸다. 제1효과는 다이오드가 입력 신호(Si)의 AC 성분을 정류하도록 하여, 그 정류된 전압을 캐패시터(20)에 저장할 수 있도록 한다. 그 캐패시터(20)는 입력 신호 행정이 다이오드(14)의 애노드 전압보다 낮을 때 저항기(62)와 다이오드(14)를 통해 흐르는 전류에 의해 충전되지만, 방전 경로가 존재하지 않고 그 누산된 전하가 다이오드(14)를 역 바이어스시켜 입력 신호를 감쇠시킨다. 스위치(60)의 개방에 따른 제2효과는 저항기(62 및 64)가 선형 동작에 대해 증폭기(30)의 트랜지스터(Q1)를 더 이상 바이어스하지 않는다는 점이다. 저항기(62)를 통해 흐르는 전류가 트랜지스터(Q1)의 베이스에 완전 전환되는 대신에, 그 전류는 그 트랜지스터가 최소한 거의 포화 상태에 있는 비-선형 모드로 트랜지스터(Q1)를 효과적으로 오버드라이브(over drive)한다. 완전 포화 상태는 불가능하다. 본 발명의 중요한 점은 트랜지스터에 대한 DC 바이어스가 비-첨가 믹서(40)에서 트랜지스터(Q2)를 역 바이어스하기에 충분한 레벨까지 콜렉터 전압을 단지 감소시킬 만큼 충전된다는 점이다. 상기 레벨은 단자(50)에 인가된 DC 바이어스 전압(Vb)보다 작은 전압이 된다. 이때 트랜지스터(Q2)는 역 바이어스되고, 트랜지스터(Q3)는 출력 단자(12)에 바이스 신호(Vb)를 결합시키기 위해 한 이미터 폴로워로서 전류원(42)와 협력하여 동작한다. 따라서, 본 모드(스위치(60) 개방)에 있어서, 입력 신호(Si)는 다이오드(14)(입력 신호를 정류하여 온-오프 전압을 발생하는 다이오드)와, 증폭기(30) 및 비-첨가 믹서(40)에 의해 감쇠된다.
제2도는 칼라 텔레비젼 수상기내의 두 색도 입력 신호를 선택적으로 스위칭하기 위한 제1도의 스위칭 회로의 응용을 설명하는 도면이다. 또한, 상기 도면은 전형적인 소자값 및 전압을 나타낸 도면이다.
제2도의 칼라 텔레비젼 수상기는 튜너 및 IF 처리 유닛(200)을 포함하는데, 그 처리 유닛은 RF 변조된 비디오 입력 신호를 수신하기 위한 입력 단자(210)와 베이스 대역 복조된 비디오 출력 신호를 제공하기 위한 출력을 갖는 종래 기술로 설계되어 있다. 다른 베이스 대역 복합 비디오 입력 신호는 보조 입력 접속기(212 및 214)에 의해 제공된다. SVHS(슈퍼 VHS) 입력 접속기(216)는 분리된 휘도(SVHS-Y) 및 색도(SVHS-C) 포맷의 베이스 대역 비디오 입력 신호를 수신하기 위해 제공된다. 4위치 선택 스위치(220)는 신호(S1, AUX-1, AUX-2 및 SVHS-Y)를 콤 필터(230)의 입력(222)에 선택적으로 커플링하기 위해 제공된다. 튜너(200)에 대한 채널 선택과 스위치(220)에 의한 신호 선택은 제어 유닛(240)에 의해 제어된다. 콤 필터(230)는 칼라 비디오 영상을 처리 및 디스플레이하기 위해 종래기술로 설계된 비디오 처리 및 디스플레이 유닛(250)에 결합된 휘도(Y) 및 색도(C) 출력을 갖는다. 그 콤필터(230)는 색도 신호에 대한 이미터 폴로워 출력단을 갖는 형태로 구성되어 있다. 그 출력단은 약 6볼트에서 바이어스된 트랜지스터(Q3)의 베이스를 갖는 전류원(42)과 트랜지스터(Q3)에 의해 콤필터(230)에서 표현된다. 그들 소자는 비-첨가 믹서(40)에 이용된 그들 소자와 동일함을 주지한다. 유리하게, 콤필터(230) 내의 이미터 폴로워의 존재는 지금 기술될 SVHS 색도 스위치(280)내의 그 소자에 대한 필요성을 배제한다.
SVHS 색도 스위치(280)는 다음 변경안을 갖는 제1도의 스위치에 상응한다. 첫째로, 입력 신호 종결 저항기(282)는 입력 단자(10)와 접지 사이에 제공된다. 그 레지스터는 표준 특성 임피던스(75 오옴)으로 SVHS 접속기(216)에 의해 제공된 SVHS 색도 신호를 종결한다. 전자-정적 방전(ESD) 보호는 캐패시터(20)와 직렬로 접속된 ESD 보호 저항기(284)에 의해 보호된다. 제1도의 저항기(64)는 캐패시터(470 피코-패러드)에 의해 접지로 바아 패스된 공통 접속부를 갖는 한쌍의 2.7K-오옴 저항기의 직렬 접속에 의해 실현된다. 그 네트워크는 색도 신호 처리 채널을 엔터하므로서 스위치(60)로부터 노이즈를 억제하는 기능(1)과, 스위치(60)를 엔터하므로서 색도 신호를 억제하는 기능(2)을 제공하는 저역통과 필터로서 기능을 하여, 스위치(60)에 의해 스위치된 다른 신호와 중재한다. 본 실시예에 있어서 다른 변경안은 트랜지스터(Q1)와 관련된 기생 용량을 분리하기 위해 다이오드(14)의 애노드와 트랜지스터(Q1)의 베이스 사이에 470 오옴의 베어(bare) 분리 저항기를 포함한다. 스위치(60)는 제어기(240)에 의해 제어된다.
동작에 있어서, 제어 유닛(240)은 스위치(220 및 60)를 제어하여 디스플레이를 위해 여러 신호를 선택한다. 예를들어, 신호(S1, AUX-1 또는 AUX-2)를 선택할 때, 제어 유닛(240)은 상응 선택 신호를 스위치(220)에 전송하고, 동시에, 스위치(60)에 저지 신호를 전송한다. 이것은 이전에 설명한 것처럼 SVHS 색도 신호내에 신호가 흐르지 못하도록 한다. 간단히 살펴보면, SVHS 색도 신호(만일 존재하면)를 정류하여 오프 상태로 다이오드가 자체-바이어스하는 모드에 있어서, 증폭기(30)는 포화 상태(거의 포화 상태)로 구동되고, 비-첨가 믹서(40)는 콤필터 출력 신호를 선택한다. SVHS 신호원(216)이 제어 유닛(240)에 의해 선택될 때, 스위치(220)는 SVHS 휘도 처리기(250)에 인가하고, 그 SVHS 색도 신호는 제1도에 상세히 설명한 것처럼, 다이오드(14), 증폭기(30) 및 비-첨가 믹서(40)를 통해 처리기(250)에 인가한다.

Claims (5)

  1. 스위치될 입력 신호(Si)의 소스에 DC 블로킹 캐패시터(20)에 의해 결합된 제1전극(16)과, 한 출력 단자(12)에 출력 회로(30, 40)를 통해 결합된 제2전극(18)을 가지고 스위치된 출력 신호를 제공하기 위한 다이오드(14)를 포함하는 스위칭 회로에 있어서, 상기 다이오드(14)의 제1전극(16) 및 제2전극(18)에 결합되어 상기 다이오드(14)의 상기 제1전극(16)과 전위 전압의 제1회로지점 사이의 스위치된 전류 경로와, 상기 다이오드(14)의 상기 제2전극(18)과 최소한 AC 전류에 대한 전위 전압의 제2회로 지점(VS) 사이의 제2전류 경로를 포함하는 바이어스 제어 회로(60, 62, 64); 상기 입력 신호(Si)를 상기 출력 단자(12)에 결합하기 위해 상기 바이어스 제어 회로가 상기 다이오드(14)를 순방향 바이어스시키는 제1동작 모드와, 상기 스위치된 전류 경로가 상기 전위 전압의 상기 제1회로 지점으로부터 상기 다이오드(14)의 상기 제1전극(16)을 분리시키는 제2동작 모드를 가지고, 상기 다이오드(14)가 상기 다이오드(14)에 역바이어스 전압을 발생하기 위한 상기 캐패시터(20)를 통해 인가된 상기 입력 신호(Si)의 AC 성분을 정류하여, 상기 출력 단자(12)로부터 상기 입력 신호(Si)를 분리시키는 상기 바이어스 제어 회로와; 상기 다이오드(14)의 상기 제2전극(18)에 결합된 입력 DC 를 갖는 증폭기(30)를 포함하는 상기 출력 회로(30, 40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 출력 회로(30, 40)는 비-첨가 믹서(non-additive mixer)(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 출력 회로(30, 40)는, 지정된 순서로 증폭기(30)와 비-첨가 믹서(40)의 종속 접속부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 회로.
  4. 제3항에 있어서, 상기 비-첨가 믹서(40)는 상기 증폭기(30)의 출력에 접속된 입력(44)을 포함하고, 인가될 바이어스 전압(Vb)이 상기 증폭기(30)에 인가되는 공급 전압(Vs)보다 작은 공급 전압이 인가되는 다른 입력(46)을 더 포함하며, 상기 증폭기(30)는 바이어스되어 상기 공급 전압(Vs)과 상기 바이어스 전압(Vb)의 중간값인 고정 출력 전압(quiescent output voltage)을 제공하는 것을 특징으로 하는 스위칭 회로.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1동작 모드에서 상기 다이오드(14)는 상기 출력 회로(30, 40) 내의 증폭기(30)에 대한 온도 보상된 DC 바이어스를 제공하는 것을 특징으로 하는 스위칭 회로.
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