WO2015028012A1 - Elektronische mehrkanalumschalteinrichtung - Google Patents

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Ulrich Möller
Maik Schäfer
Andrzej SAMULAK
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Definitions

  • the invention relates to a multi-channel electronic switching device in a motor vehicle.
  • the present invention has the object to provide a multi-channel electronic switching device for a motor vehicle, which avoids the disadvantages mentioned and allows for low signal attenuation and the lowest possible system noise a structurally simple as possible realization.
  • the object is achieved with the features of the invention according to claim 1.
  • the dependent claims 2 to 10 relate to advantageous embodiments of the invention.
  • a multichannel electronic switching device having either a plurality of parallel input signal lines and one or more output signal lines or one or more input signal lines, wherein each of the input signal lines comprises a bipolar input transistor each having a base terminal, a collector terminal and an emitter terminal wherein each of the input signal lines is connected to the base terminal of each of an input transistor, the emitter terminals of the input transistors are connected to a common ground potential terminal, wherein the collector terminals of the input transistors are connected to a common main signal conductor and wherein each input transistor by means of an input switching signal via a Input switching signal line from a signal blocking state in a sig nal structuriden state can be transferred, wherein in the presence of at least two output signal lines of each output signal line, a bipolar output transistor, each having a base terminal, a collector terminal and a
  • Emitter terminal is assigned, wherein the emitter terminals of the output transistors are connected to the common main signal conductor, wherein each of the output signal lines is connected to a collector terminal of an output transistor, wherein the base terminals of the output transistors are each connected to a common ground terminal and wherein each of the collector terminals of the output transistors, each having a Output switching signal line is connected, which is acted upon by an output switching signal.
  • the multi-channel switching device is used in a motor vehicle and serves, in particular, for data transmission in the context of a driver assistance system, for example, from a detection unit of the driver assistance system to a control unit thereof. It results from the inventive circuit a very elegant solution to the problem with simple means. In the minimum case, only a single input transistor is provided for each input signal line, and for each output signal line, if there are a plurality of output signal lines, multiple output transistors can be dispensed with and are preferably combined in a single output transistor.
  • the output transistor can be omitted, just as in the case of only one input signal line the input transistor can be dispensed with, since in these cases no channel switching is required on the output side / input side.
  • Switching from one channel to another is possible by simple control of the individual input transistors and / or output transistors by means of switching signals, for example, from a corresponding control device.
  • the individual transistors can be switched through for signal transmission. Due to the small number of semiconductors also a low power consumption and high isolation of the individual channels against each other, that is, a low crosstalk between the channels realized.
  • the circuit of the individual input and output transistors is effected for example by the setting of the respective base current. If no base current flows, the corresponding input and output transistors do not amplify and leave no signal. Only when setting the corresponding necessary base current through the control device of the respective channel / the respective signal line is enabled.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the input switching signal lines are each connected to the base terminals of the and connected to the input of the respective input transistor with an input switching signal for generating a base current.
  • each of the input transistors is assigned a respective switching transistor, each with a base terminal, a collector terminal and an emitter terminal and that the emitter terminals of the input transistors are each connected to a collector terminal of a switching transistor whose emitter terminal each with a common ground terminal is connected and that the base terminals of the switching transistors are each connected to an input switching signal line.
  • This circuit in which two transistors are provided in the input region of the multi-channel switching device for each input channel / each input signal line, offers the same switching options as the basic version, whereby in each case via the adjustment of the emitter current of the respective input transistors by means of the switching transistors a shorter switching time is achieved compared to the basic version, in which the base current of the respective input transistors is controlled.
  • the invention can also advantageously be configured in that the input transistors and / or the output transistors and / or the switching transistors are designed as field-effect transistors. This achieves an even lower power and possibly even faster switching of the channels.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the main signal conductor is connected to the emitter terminal of a control transistor whose collector terminal is connected to a supply voltage terminal and whose base terminal is connected to a control signal terminal for controlling the gain of the multi-channel switching device.
  • control transistor With this circuit, a simple and low-noise setting of the gain of the switching device by means of a control signal voltage is possible by the control transistor. It is for this purpose no separate module provided, but the control transistor is integrated in a simple manner in the circuit.
  • the control transistor is designed as a field effect transistor.
  • the invention can also advantageously be configured by providing a power measuring device at the collector terminal of the control transistor.
  • the gain of the circuit can be optimally adjusted to achieve exactly the required power or signal strength at the outputs, so that the minimum necessary gain can be adjusted and thus the power consumption and the noise performance of the entire circuit can be optimized.
  • the power measuring device has a device for coupling out AC voltage at the collector lektoran gleich the control transistor.
  • this device can have a capacitor which suppresses the DC voltage component and transmits the AC voltage component.
  • the capacitor can be followed by a rectifier diode in series, behind the detection of the AC voltage amplitude in a simple form is possible.
  • the side facing away from the capacitor side of the rectifier diode can also be connected via a resonant circuit to the ground potential to output fundamental oscillations that have nothing to do with the signals to be switched, for example, humming, and short-circuit to ground.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that at least two input and at least two output signal lines are provided with responsive input and output transistors.
  • the present circuit enables the achievement of advantages, especially with multiple input and output channels. In this case, the efficiency of the circuit with few switching elements can fully exploit their advantages.
  • the invention can also be advantageously configured by providing a drive device for the output of input switching signals and / or output switching signals for activating the input signal lines and / or output signal lines.
  • the desired input channels / input signal lines can be switched through to desired output channels / output signal lines by means of the multi-channel switching device in a simple manner and also as a function of external control signals. Due to the high efficiency and low-power control of the multi-channel switching device, the control device is not burdened with a high output current or a high output power. This also makes a high-frequency operation of the entire circuit possible.
  • 1 schematically shows a multi-channel switching device with N input channels and M output channels
  • FIG. 2 shows a multi-channel switching device as in FIG. 1 with differently designed input channels
  • FIG. 3 shows a multi-channel switching device as in FIG. 1 with an additional amplifying device
  • FIG. 4 shows a multi-channel switching device as in FIG. 2 with an additional amplifying device and a power measuring device
  • FIG. Fig. 5 is a schematic representation of the invention Mehrkanalumschalteinnchtung with a drive device.
  • Fig. 1 schematically shows a multi-channel switching device with N input channels and M output channels.
  • Each input channel has an input signal line 1, 2, 3, at which in each case the input signal voltages V IN i to V IN N are present.
  • Each of the input signal lines 1, 2, 3 is connected to the respective bases 59, 60, 61 of an input transistor 4, 5, 6.
  • the input transistors are also designated T IN i to T IN N.
  • the emitter terminals 7, 8, 9 of the input transistors 4, 5, 6 are each connected to a common ground potential.
  • the collector terminals 10, 11, 12 of the input transistors are connected to a common main signal conductor 13.
  • Each of the input transistors 4, 5, 6 is an input switching signal line 14, 15, 16 associated with the input switching signal lines can be acted upon with a switching signal, which is additionally indicated in Figure 1 by MUX IN i to MUX IN N.
  • the respective input switching signal lines 14, 15, 16 are connected to the base terminals 59, 60, 61 of the input transistors 4, 5, 6, and as soon as a corresponding input switching signal is applied, the respective input channel / input transistor 4, 5, 6 is turned on and the one on it lying input signal V IN i to V IN N is turned on to the main signal conductor 13. In this way, the selection of the input signal among the N possible input signals by the input switching signals MUX IN takes place.
  • each of the output signal lines 17, 18, 19 is connected to an output transistor 20, 21, 22, respectively.
  • the base terminals 62, 63, 64 of the output transistors 20, 21, 22 are each connected via controllable current sources 23 to a common ground potential 33.
  • the emitter terminals 24, 25, 26 are connected to the main signal conductor 13, respectively.
  • the collector terminals 27, 28, 29 of the output transistors are respectively connected to output switching signal lines 30, 31, 32 to which output switching signals for turning on the respective output channels / output signal lines may be applied.
  • the input and output signal lines are thus connected to each other in that in the corresponding input transistor and the desired output transistor, for example, a base current generated by a switching signal and thus the input and the output transistor are switched to passage. If no switching signal is present at the respective transistor, then it blocks.
  • this circuit achieves a low system noise and sufficient amplification at sufficient switching frequencies.
  • a multi-channel switching device wherein the input channels are arranged side by side on the left side and the output channels on the upper side of the circuit, as in FIG. 1.
  • the input transistors are designated as 4, 5, and 6 in FIG.
  • the input signal voltages V IN i to V IN N are applied to these.
  • the respective collectors 10, 11, 12 of the input transistors are connected to the common main signal conductor 13.
  • the emitter terminals 7, 8, 9 of the input transistors are each connected to a collector terminal 34, 35, 36 of a switching transistor 37, 38, 39, while the emitter terminals 40, 41, 42 of the Switching transistors are each connected to a common ground potential 43.
  • the input switching signals MUX IN i to MUX IN N are applied to the base terminals 44, 45, 46 of the switching transistors 37, 38, 39.
  • a suitable input switching signal is applied to one of the base terminals 44, 45, 46, a current flows through the corresponding switching transistor 37, 38, 39, which applies a corresponding emitter current through the emitter terminal 7, 8, 9 of the corresponding input transistor 4, 5, 6 of FIG Input channel entails, whereby this turns on and the input signal to the main signal conductor 13 passes.
  • This two-stage transistor circuit per input channel allows a shorter switching time compared to the modulation of the input channels by means of the base current of the input transistors, as shown in FIG.
  • Fig. 3 shows a circuit which is substantially constructed as the circuit shown in FIG. 2, wherein in addition to the main signal line 13 and the emitter terminals 24, 25, 26 of the output transistors 20, 21, 22, an emitter terminal 48 of a Control transistor 47 is connected.
  • the collector terminal 49 of the control transistor 47 is connected to a supply voltage V G c, which also supplies the energy that requires a corresponding signal amplification by the switching device.
  • the gain is controlled by the injection of the base current of the regulating transistor 47 via the base current source 50, which constitutes a control signal terminal for the regulating transistor.
  • the base current source 50 is connected on its opposite side of the control transistor 47 to the common ground terminal 43.
  • an optimized output level of the output channels is adjustable, whereby the Noise figure of the system can be optimized.
  • the circuit according to the invention is also adaptable to circuitry requirements in the forwarding of the output signals.
  • control transistor 47 is inserted organically in the circuit of the input and output transistors, resulting in low cost, low susceptibility and high efficiency of the overall circuit.
  • the power measuring device 51 has a coupling-out line 52, which is connected to the collector terminal 49 and into which a capacitor 53 is inserted, which passes only the alternating-voltage components, that is to say the signal components.
  • a semiconductor diode 54 Connected in series with the capacitor 53 is a semiconductor diode 54, which rectifies the signals and thus allows an amplitude measurement at the power measurement terminal 55, at which the power representing voltage V M AX can be tapped.
  • the power measuring connection 55 is connected to the common ground potential 43 via a resonant circuit 56, consisting of a capacitor and a coil, which are connected in parallel with one another.
  • a resonant circuit 56 consisting of a capacitor and a coil, which are connected in parallel with one another.
  • the invention realized by the above-described circuit examples allows the construction of a simple inexpensive transistor circuit in which all the necessary elements can be integrated efficiently, so that the overall function at a low cost with a high efficiency and a low
  • the multi-channel switching device 57 is shown as a whole in cooperation with a An horreinnchtung 58 schematically.
  • the input signal lines 1, 2, 3 of the multi-channel switching device 57 are shown on the left side, while the output signal lines 17, 18, 19 are shown on the right side.
  • the input switching signal lines 14, 15, 16 connect the Antechnischeinnchtung 58 with the multi-channel switching device 57.
  • the output switching signal lines 30, 31, 32 are provided (it goes without saying that the number of in FIGS input channels and output channels may vary from 1 to N for the input channels and 1 to M for the output channels, respectively).
  • the driver 58 may include, for example, a microprocessor or a microcontroller that generates appropriate input switching signals and output switching signals in accordance with signal distribution requirements to bring the multi-channel switching device into the desired coupling state.
  • the Anberichttung 58 also have output lines, with the aid of the gain of the control transistor can be adjusted in the multi-channel switching device 57.
  • the Anberichttung 58 may also have an input to which the power measuring terminal 55 of the power measuring device 51 can be connected.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektronische Mehrkanalumschalteinrichtung mit einer oder mehreren parallelen Eingangssignalleitungen (1, 2, 3) und einer oder mehreren Ausgangssignalleitungen (17, 18, 19), wobei jeder Eingangssignalleitung (1, 2, 3) ein bipolarer Eingangstransistor (4, 5, 6) zugeordnet ist, wobei jede der Eingangssignalleitungen (1, 2, 3) mit dem Basisanschluss (59, 60, 61) je eines Eingangstransistors (4, 5, 6) verbunden ist, wobei die Emitteranschlüsse (7, 8, 9) der Eingangstransistoren (4, 5, 6) mit einem gemeinsamen Massepotentialanschluss (43) verbunden sind, wobei die Kollektoranschlüsse (10, 11, 12) der Eingangstransistoren (4, 5, 6) mit einem gemeinsamen Hauptsignalleiter (13) verbunden sind und wobei jeder Eingangstransistor (4, 5, 6) über eine Eingangsschaltsignalleitung (1, 2, 3) von einem signalsperrenden Zustand in einen signalleitenden Zustand überführt werden kann, wobei jeder Ausgangssignalleitung (17, 8, 19) ein Ausgangstransistor (20, 21, 22) zugeordnet ist, wobei die Emitteranschlüsse (24, 25, 26) der Ausgangstransistoren (20, 21, 22) mit dem gemeinsamen Hauptsignalleiter (13) verbunden sind, wobei die Ausgangssignalleitungen (17, 18, 19) mit einem Kollektoranschluss (27, 28, 29) eines Ausgangstransistors (20, 21, 22) verbunden sind, wobei die Basisanschlüsse (62, 63, 64) der Ausgangstransistoren (20, 21, 22) jeweils mit einem gemeinsamen Masseanschluss (33) verbunden sind und wobei jeder der Kollektoranschlüsse (27, 28, 29) der Ausgangstransistoren (20, 21, 22) mit je einer Ausgangsschaltsignalleitung (30, 31, 32) verbunden ist, die mit einem Ausgangsschaltsignal beaufschlagbar ist. Durch die beschriebene Schaltung wird eine niedrige Systemrauschzahl mit einem einfachen Aufbau und einer einfachen Regelbarkeit der Verstärkung verbunden.

Description

Beschreibung
Elektronische Mehrkanalumschalteinrichtung
Die Erfindung betrifft eine elektronische Mehrkanalumschalteinrichtung in einem Kraftfahrzeug.
Bei der Verarbeitung von Signalen digitaler oder analoger Form und ihrer gezielten Leitung zu bestimmten physikalischen Adressen in einem Kraftfahrzeug tritt häufig das Problem auf, dass verschiedene Signalpfade denselben physikalischen Signalweg benutzen und miteinander teilen und dass diese gemeinsame Nutzung durch so genannte Multiplexer oder elektronische Mehrkanalumschalteinrichtun- gen für verschiedene unabhängige Signale genutzt werden. Derartige Umschalteinrichtungen sind grundsätzlich bekannt und ermöglichen die Umschaltung von einem oder mehreren Eingangskanälen auf einen oder mehrere Ausgangskanäle. Üblicherweise wird dabei zusätzlich eine rauscharme Verstärkung der Signale insbesondere für Analogsignale benötigt. Zudem wird oft eine Einrichtung zur Einstellung der Verstärkung notwendig. Üblicherweise werden solche Funktionen in separaten Bauteilen oder Modulen verwirklicht, wodurch einerseits der Preis in die Höhe getrieben und andererseits die physikalische Qualität der Signale durch die Verarbeitung verschlechtert wird. Eine Beeinträchtigung der Signale ist insbesondere im Automotive-Bereich, dort speziell in sicherheitskritischen Anwendungen wie beispielsweise bei Fahrerassistenzsysteme möglichst zu vermeiden bei gleichzeitig geringen Kosten.
Vor dem Hintergrund des Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Mehrkanalumschalteinrichtung für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, die die genannten Nachteile vermeidet und bei geringer Signaldämpfung und möglichst geringer Systemrauschzahl eine konstruktiv möglichst einfache Realisierung erlaubt. Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Erfindung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche 2 bis 10 betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Gemäß der Erfindung ist demnach eine elektronische Mehrkanalumschalteinnchtung vorgesehen, mit entweder mehreren parallelen Eingangssignalleitungen und einer oder mehreren Ausgangssignalleitungen oder mit mehreren Ausgangssignalleitungen und einer oder mehreren Eingangssignalleitungen, wobei beim Vorliegen mehrerer Eingangssignalleitungen jeder Eingangssignalleitung ein bipolarer Eingangstransistor mit jeweils einem Basisanschluss, einem Kollektoranschluss und einem Emitteranschluss zugeordnet ist, wobei jede der Eingangssignalleitungen mit dem Basisanschluss je eines Eingangstransistors verbunden ist, wobei die Emitteranschlüsse der Eingangstransistoren mit einem gemeinsamen Massepo- tentialanschluss verbunden sind, wobei die Kollektoranschlüsse der Eingangstransistoren mit einem gemeinsamen Hauptsignalleiter verbunden sind und wobei jeder Eingangstransistor mittels eines Eingangsschaltsignals über eine Eingangs- schaltsignalleitung von einem signalsperrenden Zustand in einen signalleitenden Zustand überführt werden kann, wobei beim Vorliegen wenigstens zweier Ausgangssignalleitungen jeder Ausgangssignalleitung ein bipolarer Ausgangstransistor mit jeweils einem Basisanschluss, einem Kollektoranschluss und einem
Emitteranschluss zugeordnet ist, wobei die Emitteranschlüsse der Ausgangstransistoren mit dem gemeinsamen Hauptsignalleiter verbunden sind, wobei jede der Ausgangssignalleitungen mit einem Kollektoranschluss eines Ausgangstransistors verbunden ist, wobei die Basisanschlüsse der Ausgangstransistoren jeweils mit einem gemeinsamen Masseanschluss verbunden sind und wobei jeder der Kollektoranschlüsse der Ausgangstransistoren mit je einer Ausgangsschaltsignalleitung verbunden ist, die mit einem Ausgangsschaltsignal beaufschlagbar ist.
Die Mehrkanalumschalteinnchtung ist dabei in einem Kraftfahrzeug eingesetzt und dient insbesondere zur Datenübermittlung im Rahmen eines Fahrerassistenzsystems beispielsweise von einer Erfassungseinheit des Fahrerassistenzsystems zu einer Steuereinheit derselben. Es ergibt sich durch die erfindungsgemäße Schaltung eine sehr elegante Lösung der Aufgabe mit einfachen Mitteln. Im Mindestfall ist für jede Eingangssignalleitung nur ein einziger Eingangstransistor vorgesehen und für jede Ausgangssignalleitung, sofern mehrere Ausgangssignalleitungen vorliegen, können multiple Ausgangstransistoren entfallen und werden bevorzugt in einem einzigen Ausgangstransistor zusammengefasst. (Bei Vorliegen nur einer Ausgangssignalleitung kann der Ausgangstransistor entfallen, ebenso wie bei Vorliegen nur einer Eingangssignalleitung der Eingangstransistor entfallen kann, da in diesen Fällen ausgangssei- tig/ eingangsseitig kein Kanal- Umschalten erforderlich ist.) Damit wird einerseits ein schnelles Umschalten bei andererseits geringer Systemrauschzahl realisiert. Die Umschaltung von einem Kanal auf einen anderen wird durch eine einfache Ansteuerung der einzelnen Eingangstransistoren und/oder Ausgangstransistoren mittels Schaltsignalen beispielsweise aus einer entsprechenden Ansteuereinrich- tung möglich. Damit können die einzelnen Transistoren zur Signaldurchleitung durchgeschaltet werden. Durch die geringe Zahl von Halbleitern werden auch ein geringer Leistungsbedarf und eine hohe Isolierung der einzelnen Kanäle gegeneinander, das heißt ein geringes Übersprechen zwischen den Kanälen, verwirklicht. Die Schaltung der einzelnen Eingangs- und Ausgangstransistoren wird beispielsweise durch die Einstellung des jeweiligen Basisstroms bewirkt. Fließt kein Basisstrom, so verstärken die entsprechenden Eingangs- und Ausgangstransistoren nicht und lassen kein Signal durch. Erst bei Einstellen des entsprechend notwendigen Basisstroms durch die Ansteuereinrichtung wird der jeweilige Kanal/die jeweilige Signalleitung freigeschaltet.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Eingangsschalt- signalleitungen jeweils mit den Basisanschlüssen der verbunden und zur Einschaltung des jeweiligen Eingangstransistors mit einem Eingangsschaltsignal zur Erzeugung eines Basisstroms beaufschlagbar sind.
Durch das Einschalten des Kollektorstroms beim jeweiligen Eingangstransistor wird dieser aktiv geschaltet, sodass das an der Eingangssignalleitung liegende Signal durchgeschaltet wird. Die Erfindung kann zudem vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, dass jedem der Eingangstransistoren je ein Schalttransistor zugeordnet ist, mit je einem Ba- sisanschluss, einem Kollektoranschluss und einem Emitteranschluss und dass die Emitteranschlüsse der Eingangstransistoren mit je einem Kollektoranschluss eines Schalttransistors verbunden sind, dessen Emitteranschluss jeweils mit einem gemeinsamen Masseanschluss verbunden ist und dass die Basisanschlüsse der Schalttransistoren mit je einer Eingangsschaltsignalleitung verbunden sind.
Diese Schaltung, bei der für jeden Eingangskanal/jede Eingangssignalleitung zwei Transistoren im Eingangsbereich der Mehrkanalumschalteinrichtung vorgesehen sind, bietet dieselben Schaltmöglichkeiten wie die Grundversion, wobei jeweils über die Einstellung des Emitterstroms der jeweiligen Eingangstransistoren mittels der Schalttransistoren eine kürzere Umschaltzeit verglichen mit der Grundversion erreicht wird, in der der Basisstrom der jeweiligen Eingangstransistoren gesteuert wird.
Die Erfindung kann außerdem vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, dass die Eingangstransistoren und/oder die Ausgangstransistoren und/oder die Schalttransistoren als Feldeffekttransistoren ausgebildet sind. Damit wird eine noch leistungsärmere und gegebenenfalls auch schnellere Umschaltung der Kanäle erreicht.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Hauptsignalleiter mit dem Emitteranschluss eines Regeltransistors verbunden ist, dessen Kollektoranschluss mit einem Speisespannungsanschluss verbunden ist und dessen Basisanschluss mit einem Steuersignalanschluss zur Steuerung der Verstärkung der Mehrkanalumschalteinrichtung verbunden ist.
Mit dieser Schaltung wird durch den Regeltransistor eine einfache und rauscharme Einstellung der Verstärkung der Umschalteinrichtung mittels einer Steuersignalspannung möglich. Es ist hierfür kein gesondertes Modul vorgesehen, sondern der Regeltransistor ist in einfacher Weise in die Schaltung integriert. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Regeltransistor als Feldeffekttransistor ausgebildet ist.
Die Erfindung kann zudem vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, dass am Kol- lektoranschluss des Regeltransistors eine Leistungsmesseinrichtung vorgesehen ist.
Über die Leistungsmesseinrichtung kann die Verstärkung der Schaltung optimiert eingestellt werden, um genau die benötigte Leistung bzw. Signalstärke an den Ausgängen zu erreichen, sodass die minimal notwendige Verstärkung eingestellt und damit der Leistungsanfall und das Rauschverhalten der gesamten Schaltung optimiert werden kann.
Zur Ausgestaltung der Leistungsmesseinrichtung kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass diese eine Vorrichtung zur Auskopplung von Wechselspannung am Kol- lektoranschluss des Regeltransistors aufweist. Diese Vorrichtung kann beispielsweise einen Kondensator aufweisen, der den Gleichspannungsanteil unterdrückt und den Wechselspannungsanteil durchlässt. Dem Kondensator kann eine Gleichrichterdiode in Reihe nachgeschaltet sein, hinter der die Detektion der Wechselspannungsamplitude in einfacher Form möglich ist. Die dem Kondensator abgewandte Seite der Gleichrichterdiode kann zudem über einen Schwingkreis mit dem Massepotential verbunden sein, um Grundschwingungen, die mit den zu schaltenden Signalen nichts zu tun haben, beispielsweise Brummen, auszukoppeln und zur Masse kurzzuschliessen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens zwei Eingangs- und wenigstens zwei Ausgangssignalleitungen mit einsprechenden Eingangs- und Ausgangstransistoren vorgesehen sind.
Die vorliegende Schaltung ermöglicht das Erreichen von Vorteilen insbesondere bei mehreren Eingangs- und Ausgangskanälen. In diesem Fall kann die Effizienz der Schaltung mit wenigen Schaltelementen ihre Vorteile voll entfalten. Die Erfindung kann außerdem vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, dass eine Ansteuereinrichtung für die Ausgabe von Eingangsschaltsignalen und/oder Ausgangsschaltsignalen zur Aktivierung der Eingangssignalleitungen und/oder Ausgangssignalleitungen vorgesehen ist.
Über eine derartige Ansteuereinrichtung, die beispielsweise auch als digitaler Schaltkreis oder MikroController ausgebildet sein kann, können mittels der Mehr- kanalumschalteinrichtung in einfacher Weise und auch in Abhängigkeit von externen Steuersignalen die gewünschten Eingangskanäle/Eingangssignalleitungen auf gewünschte Ausgangskanäle/Ausgangssignalleitungen durchgeschaltet werden. Durch die hohe Effizienz und leistungsarme Ansteuerung der Mehrkanalumschalt- einrichtung wird auch die Ansteuereinrichtung nicht mit einem hohen Ausgangsstrom oder einer hohen Ausgangsleistung belastet. Damit wird auch ein hochfrequenter Betrieb der gesamten Schaltung möglich.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 Schematisch eine Mehrkanalumschalteinrichtung mit N Eingangskanälen und M Ausgangskanälen,
Fig. 2 eine Mehrkanalumschalteinrichtung wie in Fig. 1 mit anders gestalteten Eingangskanälen,
Fig. 3 eine Mehrkanalumschalteinrichtung wie in Fig. 1 mit einer zusätzlichen Verstärkungseinrichtung,
Fig. 4 eine Mehrkanalumschalteinrichtung wie in Fig. 2 mit einer zusätzlichen Verstärkungseinrichtung und einer Leistungsmesseinrichtung, Fig. 5 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Mehrkanalumschalteinnchtung mit einer Ansteuereinrichtung.
Gleiche Bauteile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen und der gleichen Buchstabenbeschriftung versehen.
Die Fig. 1 zeigt schematisch eine Mehrkanalumschalteinnchtung mit N Eingangskanälen und M Ausgangskanälen. Jeder Eingangskanal weist eine Eingangssignalleitung 1 , 2, 3 auf, an der jeweils die Eingangssignalspannungen VINi bis VIN N anliegen.
Jede der Eingangssignalleitungen 1 , 2, 3 ist mit jeweils der Basis 59, 60, 61 eines Eingangstransistors 4, 5, 6 verbunden. Die Eingangstransistoren sind zudem mit TINi bis TINN bezeichnet. Die Emitteranschlüsse 7, 8, 9 der Eingangstransistoren 4, 5, 6 sind jeweils mit einem gemeinsamen Massepotential verbunden. Die Kollektoranschlüsse 10, 1 1 , 12 der Eingangstransistoren sind mit einem gemeinsamen Hauptsignalleiter 13 verbunden.
Jedem der Eingangstransistoren 4, 5, 6 ist eine Eingangsschaltsignalleitung 14, 15, 16 zugeordnet, wobei die Eingangsschaltsignalleitungen mit einem Schaltsignal beaufschlagt werden können, das in der Fig.1 zusätzlich durch MUXINi bis MUXINN bezeichnet ist. Die jeweiligen Eingangsschaltsignalleitungen 14, 15, 16 sind mit den Basisanschlüssen 59, 60, 61 der Eingangstransistoren 4, 5, 6 verbunden und sobald ein entsprechendes Eingangsschaltsignal angelegt wird, so wird der jeweilige Eingangskanal/Eingangstransistor 4, 5, 6 durchgeschaltet und das an ihm liegende Eingangssignal VINi bis VIN N wird zum Hauptsignalleiter 13 durchgeschaltet. Auf diese Weise findet die Auswahl des Eingangssignals unter den N möglichen Eingangssignalen durch die Eingangsschaltsignale MUXIN statt.
Ausgangsseitig weist die Mehrkanalumschalteinnchtung M Ausgangssignalleitungen 17, 18, 19 auf, an denen ein Ausgangssignal V0UTi bis V0UT M anliegen kann. Zu diesem Zweck ist jede der Ausgangssignalleitungen 17, 18, 19 mit jeweils einem Ausgangstransistor 20, 21 , 22 verbunden. Die Basisanschlüsse 62, 63, 64 der Ausgangstransistoren 20, 21 , 22 sind jeweils über steuerbare Stromquellen 23 mit einem gemeinsamen Massepotential 33 verbunden. Die Emitteranschlüsse 24, 25, 26 sind jeweils mit dem Hauptsignalleiter 13 verbunden. Die Kollektoranschlüsse 27, 28, 29 der Ausgangstransistoren sind jeweils mit Ausgangsschaltsig- nalleitungen 30, 31 , 32 verbunden, an denen Ausgangsschaltsignale zum Durchschalten der jeweiligen Ausgangskanäle/Ausgangssignalleitungen anliegen können. Liegt an einem der Ausgangstransistoren 20, 21 , 22 am Kollektoranschluss ein Ausgangsschaltsignal MUX0UTi bis MUX0UTM an, so wird ein Basisstrom in dem jeweiligen Ausgangstransistor 20, 21 , 22 erzeugt, sodass der entsprechende Ausgangstransistor durchschaltet und ein Signal durchlässt. Die entsprechende Ausgangssignalleitung führt dann das Ausgangssignal.
Nach dem vorgestellten Schaltungskonzept werden somit die Eingangs- und Ausgangssignalleitungen jeweils dadurch miteinander verbunden, dass in dem entsprechenden Eingangstransistor und dem gewünschten Ausgangstransistor beispielsweise ein Basisstrom durch ein Schaltsignal erzeugt und damit der Eingangs- und der Ausgangstransistor auf Durchlass geschaltet werden. Liegt kein Schaltsignal an dem jeweiligen Transistor an, so sperrt dieser.
Durch geeignete Wahl der Parameter lässt sich mit dieser Schaltung ein geringes Systemrauschen und eine ausreichende Verstärkung bei ausreichenden Schaltfrequenzen erreichen.
In der Fig. 2 ist eine Mehrkanalumschalteinrichtung gezeigt, wobei die Eingangskanäle auf der linken Seite untereinander und die Ausgangskanäle auf der oberen Seite der Schaltung nebeneinander angeordnet sind, wie in der Fig. 1 . Die Eingangstransistoren sind wie in der Fig. 1 mit 4, 5, und 6 bezeichnet. An diesen liegen die Eingangssignalspannungen VINi bis VIN N an. Wie bei der Ausführungsform, die in der Fig. 1 dargestellt ist, sind die jeweiligen Kollektoren 10, 1 1 , 12 der Eingangstransistoren mit dem gemeinsamen Hauptsignalleiter 13 verbunden. Im Unterschied zu der in der Fig. 1 dargestellten Schaltung sind die Emitteranschlüsse 7, 8, 9 der Eingangstransistoren jeweils mit einem Kollektoran- schluss 34, 35, 36 eines Schalttransistors 37, 38, 39 verbunden, während die Emitteranschlüsse 40, 41 , 42 der Schalttransistoren jeweils mit einem gemeinsamen Massepotential 43 verbunden sind. An den Basisanschlüssen 44, 45, 46 der Schalttransistoren 37, 38, 39 liegen die Eingangsschaltsignale MUXINi bis MUXIN N an. Wird ein geeignetes Eingangsschaltsignal an einen der Basisanschlüsse 44, 45, 46 angelegt, so fließt ein Strom durch den entsprechenden Schalttransistor 37, 38, 39, der einen entsprechenden Emitterstrom durch den Emitteranschluss 7, 8, 9 des entsprechenden Eingangstransistors 4, 5, 6 des Eingangskanals nach sich zieht, wodurch dieser durchschaltet und das Eingangssignal zum Hauptsignalleiter 13 durchleitet.
Diese pro Eingangskanal zweistufige Transistorschaltung erlaubt eine kürzere Umschaltzeit gegenüber der Aussteuerung der Eingangskanäle mittels des Basisstroms der Eingangstransistoren, wie in der Fig. 1 dargestellt.
Die Fig. 3 zeigt eine Schaltung, die im Wesentlichen so aufgebaut ist, wie die in der Fig. 2 dargestellte Schaltung, wobei zudem mit der Hauptsignalleitung 13 und den Emitteranschlüssen 24, 25, 26 der Ausgangstransistoren 20, 21 , 22 ein Emitteranschluss 48 eines Regeltransistors 47 verbunden ist. Der Kollektoran- schluss 49 des Regeltransistors 47 ist mit einer Speisespannung VGc verbunden, die auch die Energie liefert, die eine entsprechende Signalverstärkung durch die Umschalteinrichtung erfordert.
Die Verstärkung wird durch die Einsteuerung des Basisstroms des Regeltransistors 47 über die Basisstromquelle 50 gesteuert, die einen Steuersignalanschluss für den Regeltransistor darstellt. Die Basisstromquelle 50 ist auf ihrer dem Regeltransistor 47 gegenüberliegenden Seite mit dem gemeinsamen Masseanschluss 43 verbunden.
Über die Steuerung der Verstärkung der Mehrkanalumschalteinrichtung ist ein optimierter Ausgangslevel der Ausgangskanäle einstellbar, wodurch auch die Rauschzahl des Systems optimiert werden kann. Über die einstellbare Verstärkung ist die erfindungsgemäße Schaltung auch an schaltungstechnische Erfordernisse bei der Weiterleitung der Ausgangssignale anpassbar.
Dadurch, dass der Regeltransistor 47 in die Schaltung der Eingangs- und Ausgangstransistoren organisch eingefügt ist, ergeben sich geringe Kosten, eine geringe Störanfälligkeit und eine hohe Effizienz der Gesamtschaltung.
Die Fig. 4 zeigt zusätzlich zu den in der Fig. 3 dargestellten Schaltelementen am Kollektoranschluss 49 des Regeltransistors 47 eine Einrichtung 51 zur Leistungsmessung. Der Gesamtstrom des Regeltransistors 47, der für die Verstärkung der Ausgangssignale maßgeblich ist, fließt durch den Kollektoranschluss 49 und kann damit als Maß für die Ausgangsleistung herangezogen werden. Die Leistungsmesseinrichtung 51 weist eine Auskopplungsleitung 52 auf, die mit dem Kollektoranschluss 49 verbunden ist und in die ein Kondensator 53 eingefügt ist, der nur die Wechselspannungsanteile, das heißt die Signalanteile durchlässt. Zu dem Kondensator 53 in Reihe geschaltet ist eine Halbleiterdiode 54, die die Signale gleichrichtet und somit eine Amplitudenmessung am Leistungsmessanschluss 55 zulässt, an dem die die Leistung repräsentierende Spannung VMAX abgegriffen werden kann.
Zudem ist der Leistungsmessanschluss 55 über einen Schwingkreis 56, bestehend aus einem Kondensator und einer Spule, die zueinander parallel geschaltet sind, mit dem gemeinsamen Massepotential 43 verbunden. Damit können bestimmte Grundschwingungen, auf die der Schwingkreis eingestellt ist, und die nichts mit den Nutzsignalen zu tun haben, kurzgeschlossen werden.
Insgesamt erlaubt die Erfindung, realisiert durch die oben erläuterten Schaltungsbeispiele den Aufbau einer einfachen kostengünstigen Transistorschaltung, in die alle notwendigen Elemente effizient integriert werden können, sodass die Gesamtfunktion zu niedrigen Kosten mit einer hohen Effizienz und einer geringen
Rauschzahl umgesetzt werden kann. In Fig. 5 ist schematisch die Mehrkanalumschalteinrichtung 57 im Ganzen im Zusammenwirken mit einer Ansteuereinnchtung 58 dargestellt. Die Eingangssignalleitungen 1 , 2, 3 der Mehrkanalumschalteinrichtung 57 sind auf der linken Seite dargestellt, während die Ausgangssignalleitungen 17, 18, 19 auf der rechten Seite dargestellt sind. Die Eingangsschaltsignalleitungen 14, 15, 16 verbinden die Ansteuereinnchtung 58 mit der Mehrkanalumschalteinrichtung 57. Zudem sind zwischen der Ansteuereinnchtung 58 und der Umschalteinrichtung 57 die Ausgangs- schaltsignalleitungen 30, 31 , 32 vorgesehen (es versteht sich von selbst, dass die Zahl der in den Figuren dargestellten Eingangskanäle und Ausgangskanäle variieren können von 1 bis N für die Eingangskanäle bzw. 1 bis M für die Ausgangskanäle). Die Ansteuereinnchtung 58 kann beispielsweise einen Mikroprozessor oder einen MikroController enthalten, der nach den Erfordernissen der Signalverteilung entsprechende Eingangsschaltsignale und Ausgangsschaltsignale erzeugt, um die Mehrkanalumschalteinrichtung in den gewünschten Kopplungszustand zu bringen. Zudem kann die Ansteuereinnchtung 58 auch über Ausgangsleitungen verfügen, mit deren Hilfe die Verstärkung des Regeltransistors bei der Mehrkanalumschalteinrichtung 57 eingestellt werden kann.
Die Ansteuereinnchtung 58 kann zudem über einen Eingang verfügen, an den der Leistungsmessanschluss 55 der Leistungsmesseinrichtung 51 angeschlossen werden kann.
Bezugszeichenliste
1 Eingangssignalleitung
2 Eingangssignalleitung
3 Eingangssignalleitung
4 Eingangstransistor
5 Eingangstransistor
6 Eingangstransistor
7 Emitter der Eingangstransistoren
8 Emitter der Eingangstransistoren
9 Emitter der Eingangstransistoren
10 Kollektor der Eingangstransistoren
1 1 Kollektor der Eingangstransistoren
12 Kollektor der Eingangstransistoren
13 Hauptsignalleiter
14 Eingangsschaltsignalleitung
15 Eingangsschaltsignalleitung
16 Eingangsschaltsignalleitung
17 Ausgangssignalleitung
18 Ausgangssignalleitung
19 Ausgangssignalleitung
20 Ausgangstransistor
21 Ausgangstransistor
22 Ausgangstransistor
23 steuerbare Stromquelle
24 Emitter der Ausgangstransistoren
25 Emitter der Ausgangstransistoren
26 Emitter der Ausgangstransistoren
27 Kollektor der Ausgangstransistoren
28 Kollektor der Ausgangstransistoren
29 Kollektor der Ausgangstransistoren
30 Ausgangsschaltsignalleitung
31 Ausgangsschaltsignalleitung Ausgangsschaltsignalleitung
gemeinsames Massepotential
Kollektor der Schalttransistoren
Kollektor der Schalttransistoren
Kollektor der Schalttransistoren
Schalttransistor
Schalttransistor
Schalttransistor
Emitter der Schalttransistoren
Emitter der Schalttransistoren
Emitter der Schalttransistoren
gemeinsames Massepotential
Basisanschluss der Schalttransistoren
Basisanschluss der Schalttransistoren
Basisanschluss der Schalttransistoren
Regeltransistor
Emitteranschluss von 47
Kollektoranschluss von 47
Steuersignalanschluss/Basisstromquelle für 47
Leistungsmesseinrichtung
Auskopplungsleitung
Kondensator
Halbleiterdiode
Leistungsmessanschluss
Schwingkreis
Mehrkanalumschalteinrichtung
Ansteuereinrichtung
Basisanschluss e. Eingangstransistors
Basisanschluss e. Eingangstransistors
Basisanschluss e. Eingangstransistors
Basisanschluss e. Ausgangstransistors Basisanschluss e. Ausgangstransistors Basisanschluss e. Ausgangstransistors œpeisespannungsanschluss

Claims

Ansprüche Elektronische Mehrkanalumschalteinrichtung in einem Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Fahrerassistenzsystem, mit entweder mehreren parallelen Eingangssignalleitungen (1 , 2, 3) und einer oder mehreren Ausgangssignalleitungen (17, 18, 19) oder mit mehreren Ausgangssignalleitungen (17, 18, 19) und einer oder mehreren Eingangssignalleitungen (1 , 2, 3), wobei beim Vorliegen mehrerer Eingangssignalleitungen (1 , 2, 3) jeder Eingangssignalleitung (1 , 2, 3) ein bipolarer Eingangstransistor (4, 5, 6) mit jeweils einem Basisanschluss, einem Kollektoranschluss (10, 1 1 , 12) und einem
Emitteranschluss (7, 8, 9) zugeordnet ist, wobei jede der Eingangssignalleitungen (1 , 2, 3) mit dem Basisanschluss (59, 60, 61 ) je eines Eingangstransistors (4, 5, 6) verbunden ist, wobei die Emitteranschlüsse (7, 8, 9) der Eingangstransistoren (4, 5, 6) mit einem gemeinsamen Massepotentialan- schluss (43) verbunden sind, wobei die Kollektoranschlüsse (10, 1 1 , 12) der Eingangstransistoren (4, 5, 6) mit einem gemeinsamen Hauptsignalleiter (13) verbunden sind und wobei jeder Eingangstransistor (4, 5, 6) mittels eines Eingangsschaltsignals über eine Eingangsschaltsignalleitung (14, 15, 16) von einem signalsperrenden Zustand in einen signalleitenden Zustand überführt werden kann, wobei beim Vorliegen wenigstens zweier Ausgangssignalleitungen (17, 18, 19) jeder Ausgangssignalleitung (17, 18, 19) ein Ausgangstransistor (20, 21 , 22) mit jeweils einem Basisanschluss (62, 63, 64), einem Kollektoranschluss (27, 28, 29) und einem Emitteranschluss (24, 25, 26) zugeordnet ist, wobei die Emitteranschlüsse (24, 25, 26) der Ausgangstransistoren (20, 21 , 22) mit dem gemeinsamen Hauptsignalleiter (13) verbunden sind, wobei jede der Ausgangssignalleitungen (17, 18, 19) mit einem Kollektoranschluss (27, 28, 29) eines Ausgangstransistors (20, 21 , 22) verbunden ist, wobei die Basisanschlüsse (62, 63, 64) der Ausgangstransistoren (20, 21 , 22) jeweils mit einem gemeinsamen Massean- schluss (33) verbunden sind und wobei jeder der Kollektoranschlüsse (27, 28, 29) der Ausgangstransistoren (20, 21 , 22) mit je einer Ausgangsschalt- signalleitung (30, 31 , 32) verbunden ist, die mit einem Ausgangsschaltsignal beaufschlagbar ist. Mehrkanalumschalteinrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Eingangsschaltsignalleitungen (1 , 2, 3) jeweils mit den Basisanschlüssen (59, 60, 61 ) der Eingangstransistoren (4, 5, 6) verbunden und zur Einschaltung des jeweiligen Eingangstransistors (4, 5, 6) mit einem Eingangsschaltsignal zur Erzeugung eines Basisstroms beaufschlagbar sind.
Mehrkanalumschalteinrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass jedem der Eingangstransistoren (4, 5, 6) je ein Schalttransistor (37, 38, 39) zugeordnet ist, mit je einem Basisanschluss (44, 45, 46), einem Kollektoranschluss (34, 35, 36) und einem Emitteranschluss (40, 41 , 42) und dass die Emitteranschlüsse (7, 8, 9) der Eingangstransistoren (4, 5, 6) mit je einem Kollektoranschluss (34, 35, 36) eines Schalttransistors (37, 38, 39) verbunden sind, dessen Emitteranschluss (40, 41 , 42) jeweils mit einem gemeinsamen Masseanschluss (43) verbunden ist und dass die Basisan- schlüsse(44, 45, 46) der Schalttransistoren(37, 38, 39) mit je einer Ein- gangsschaltsignalleitung (14, 15, 16) verbunden sind.
Mehrkanalumschalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die Eingangstransistoren (4, 5, 6) und/oder die Ausgangstransistoren (20, 21 , 22) als Feldeffekttransistoren ausgebildet sind.
Mehrkanalumschalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
dass der Hauptsignalleiter (13)mit dem Emitteranschluss (48) eines Regeltransistors (47) verbunden ist, dessen Kollektoranschluss (49) mit einem Speisespannungsanschluss (65) verbunden ist und dessen Basisanschluss mit einem Steuersignalanschluss (50) zur Steuerung der Verstärkung der Mehrkanalumschalteinrichtung verbunden ist.
6. Mehrkanalumschalteinrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Regeltransistor (47) als Feldeffekttransistor ausgebildet ist.
7. Mehrkanalumschalteinrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass am Kollektoranschluss (49) des Regeltransistors (47) eine Leistungsmesseinrichtung (51 ) vorgesehen ist.
8. Mehrkanalumschalteinrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Leistungsmesseinrichtung (51 ) eine Vorrichtung (52, 53) zur Auskopplung von Wechselspannung am Kollektoranschluss (49) des Regeltransistors (47) aufweist.
9. Mehrkanalumschalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens zwei Eingangssignalleitungen (1 , 2, 3) und wenigstens zwei Ausgangssignalleitungen (17, 18, 19) vorgesehen sind.
10. Mehrkanalumschalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Ansteuereinrichtung (58) für die Ausgabe von Eingangsschaltsignalen und/oder Ausgangsschaltsignalen zur Aktivierung der Eingangssignalleitungen (1 , 2, 3) und/oder Ausgangssignalleitungen (17, 18, 19) vorgesehen ist.
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