Многоканальный коммутатор аналоговых сигналов

 

МНОГОКАНАЛЬНЫЙ КОММУТАТОР АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ, содержащий в каждом канале ключевые элементы, входы которых подключены к входам устройства , общий для всех каналов сравнивакяций усилитель, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности , в него введены управляемый частотозависимый аттенюатор, управляемый фильтр, формирователь и по числу каналов полосовые фильтры, первые и вторые дополнительные ключи, вспомогательные ключи и буферный усилитель. zi вход которого подключен к выходам ключевых элементов, выход подключен к выходу устройства и через управляемый частотозависимый аттенюатор к первому входу сравнивающего усилителя , второй вход которого через вспо могательные ключи подключен к входамустройства соответственно, а выход через соединенные последовательно управляемьй фильтр и первые дополнительные ключи - к управляющим входам ключевых элементов соответственно , входы формирователя через полосовые фильтры подключены -к выходу устройства , выходы - к управляющим входам управляемого фильтра, управляющие входы формирователя подключены к уп (Л равлякнцим входам устройства, регулирующий вход устройства подключен к дополнительному управляющему входу формирователя и управляющему входу управляемого частотозависимого аттенюатора , вход смещения через вторые о со СП дополнительные ключи подключен к управляющим входам ключевых элементов соответственно. 4 О о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

09) (И) ЭШН 03 К 17 60

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3290326/18-21 (22) 19.05.81 (46) 30.05.84. Бюл. и 20 (72) А.Б. Рубцов (71) Проектно-технологический и научно-исследовательский институт (53) 628.327.6(088.8) (56) 1. Микроэлектронные цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи информации. Под ред. В.Б. Смолова, Л., Энергия", 1976, с. 63.

2. Там же, с. 64, рис. 2-43 (прототип). (54)(57) ИНОГОКАНАЛЬНЫЙ КОИИУТАТОР

АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ, содержащий в каждом канале ключевые элементы, входы которых подключены к входам устройства, общий для всех каналов сравнивающий усилитель, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности, в него введены управляемый частотозависимый аттенюатор, управляемый фильтр, формирователь и по числу каналов полосовые фильтры, первые и вторые дополнительные ключи, вспомогательные ключи и буферный усилитель, вход которого подключен к выходам ключевых элементов, выход подключен к выходу устройства и через управляемый частотозависимый аттенюатор к первому входу сравнивающего усилителя, второй вход которого через вспомогательные ключи подключен к вхо-.

I дам устройства соответственно, а выход через соединенные последовательно управляемый фильтр и первые дополнительные ключи — к управляющим входам ключевых элементов соответственно, входы формирователя через полосовые фильтры подключены .к выходу устройства, выходы — к управляющим входам управляемого фильтра, управляющие Я входы формирователя подключены к управляющим входам устройства, регулирующий вход устройства подключен к дополнительному управляющему входу формирователя и управляющему входу управляемого частотозависимого аттенюатора, вход смещения через вторые дополнительные ключи подключен к управляющим входам ключевых элементов соответственно.

1 10954

Изобретение относится к автоматике, измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в многоканальных системах сбора информации. 5

Известен многоканальный коммута,тор с компенсацией нелинейности, содержащий в каждом канале ключевой элемент, входы которых являются входами устройства, и общий для всех каналов 1О усилитель, к неинвертирующему входу которого присоединены выходы ключевых элементов, выход соединен с выходом устройства и через компенсирующий ключевой элемент с инвертирующим 15 входом (1 ).

Наиболее близким к предлагаемому является многоканальный коммутатор с компенсацией нелинейности, содержащий в каждом канале. первой ступени коммутатора ключевой элемент, входы которых являются входами устройства, а выходы через ключевые элементы второй ступени коммутатора соединены с выходом устройства и первым входом сравнивающего усилителя, второй вход сравнивающего усилителя соединен с источником смещения, а выход через цепи суммирования — с управляющими входами ключевых элементов 52 1.

Однако известные устройства характеризуются недостаточно высокой точностью.

Целью изобретения является повышение точности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в многоканальный коммутатор аналоговых сигналов, содержащий в каждом канале ключевые элементы, входы которых подключены к входам устройства, и общий для всех каналов сравнивающий усилите .ь, введены управляемый частотозависимьпЪ аттеню" атор, управляемый фильтр, формирователь и по числу каналов полосовые .4 фильтры, первые и вторые дополнительные ключи, вспомогательные ключи и буферный усилитель, вход которого подключен к выходам ключевых элементов, выход подключен к выходу устройства и через управляемый частотоза50 висимьж аттенюатор к первому входу сравнивающего усилителя, второй вход сравнивающего усилителя через вспомоФ гательные ключи подключен,к входам устройства соответствейно, а выход через соединенные последовательно управляемый фильтр и первые дополнительные ключи — к управляющим входам

02 Х ключевых элементов соответственно 1 входы формирователя через полосовые фильтры подключены к выходу устройства, выходы — к управляющим входам управляемого фильтра, управляющие входы формирователя подключены управляющим входам устройства, регулирующий вход устройства подключен к дополнительному управляющему входу формирователя и управляющему входу управляемого частотозависимого аттенюатора, вход смещения через вторые дополнительные ключи подключен к управляющим входам ключевых элементов соответственно.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройства.

Предлагаемое устройство содержит в каждом канале ключевые элементы 1, входы 2 которых являются входами устройства, а выходы 3 соединены с входом 4 буферного усилителя 5, выход 6 буферного усилителя 5 соединен с выходом устройства и через управляемый частотозависимый аттенюатор 7 с первым входом 8 сравнивающего усилителя 9, второй вход 10 сравнивающего усилителя 9 через вспомогательные ключи 11 соединен с входами устройства соответственно, а выход 12 через управляемый фильтр 13 и первые дополнительные ключи 14 — с управляющими входами 15 ключевых элементов 1 соответственно; формирователь 16, входы

17 которого через полосовые фильтры

18 соединены с выходом устройства, выходы 19 с управляющими входами 20 управляемого фильтра 13, управляющие входы 21 формирователя 16 являются управляющими входами устройства, регулирующий вход 22 устройства соединен с дополнительным управляющим входом 23 формирователя 16 и управляющим входом 24 управляемого частотозависимого аттенюатора 7; вход смещения 25 через вторые дополнительные ключи 26 соединен с управляющими входами 15 ключевых элементов 1 соответственно.

Устройство работает следующим образом.

На входы 2 ключевых элементов 1 поступают входные аналоговые сигналы.

Для включения какого-либо канала с соответствующего ключевого элемента

1 снимается запирающее напряжение смещения, поступающее на управляющие входы 15 ключевых элементов 1 с входа смещения 25 через соответствующие

"Вьц = "вх К к "Б выл

К

20 (2) Пй "вхКвк > где U- — напряжение на втором входе выполнение

10 сравнивающего усилитете нелинейн ля 9

В компенсируе

К вЂ” коэффициент передачи вспомовк передачи ус гательного ключа. ся на уровн

Параметры управляемого частото- . зависимого аттенюатора 7 выбираются К таким образом, чтобы в возможно более широком диапазоне частот выполпри K нялось условие

Глубина (3) Кк Kf Ka=-KeÄ

3 1095 вторые цополнительные ключи 26, и че. рез соответствующий первый дополнительный ключ 14 с выхода 12 сравнивающего усилителя 9 через управляемый фильтр 13 подается отпирающее управляющее напряжение. При этом все остальные первые дополнительные ключи 14 разомкнуты, а вторые дополнительные ключи 26 замкнуты, что ,обеспечивает запирание ключевых элементов 1 в отключенных каналах. Через открытый ключевой элемент.1 напряжение с входа 2 выбранного канала поступает на вход 4 буферного усилителя 5 и с выхода 6 буферного усилителя 5 — на выход устройства выходное напряжение устройства; коэффициент передачи ключеВого элемента 1 выбранного канала; коэффициент передачи буферного усилителя.

Выходное напряжение через управляемый частотозависимый аттенюатор, 7 поступает на первый вход 8 сравнивающего усилителя 9

1 т ™вхКк Кб К»» ° (1) где U — напряжение на первом входе

T.

8 сравнивающего усилителя 9;

К вЂ” коэффициент передачи управ-. б

35 ляемого частотозависимого аттенюатора при заданном напряжении на его управляющем входе 24.

На второй вход 10 сравнивающего усилителя 9 подается входное напря40 жение с выбранного канала через соответствующий замкнутый вспомогательный ключ 11. Остальные вспомогательные ключи 11 разомкнуты

402 4 где К„ — коэффициент передачи ключевого элемента 1 при отсутствии управляющего напряжения на входе 15;

К < К

"maõ ° где К " максимальный коэффи"пах циент передачи ключевого элемента 1 при полном размахе управляющего напряжения на управляющем входе 15 и соответствующей полярности;

К вЂ” коэффициент передачи управляемого частотозависимого аттенюатора при напряжении на регулирующем входе устройства 22, соответствующем режиму работы ключевого элемента без добавочного ослабления входного сигнала.

При выполнении условия (3), с учетом (1) и (2) U = U- . При равенстве напряжений на входах 8 и 10 сравнивающего усилителя 9 напряжение, поступающее на управляющий вход 15 открытого ключевого элемента 1 (11-И,-,) К „К,= О, где К вЂ” коэффициент усиления сравс1 нивающего усилителя 9;

К - коэффициент передачи управЧФ ляемого фильтра 13.

При изменении К „ и К6 в диапазоне входных сигналов и дестабилизирующих воздействий условие (3) перестает выполняться, и появляющееся на входах

8 и 10 сравнивающего усилителя 9 напряжение рассогласования после усиления в К„ раз и фильтрации управляемым фильтром 13 через соответствующий первый дополнительный ключ 14 вводится в управляющий вход 15 ключевого элемента 1 в соответствующей фазе, изменяя его коэффициент передачи таким образом, чтобы восстановить условия (3). В результаость ключевого элемента тся. При этом коэффициент тройства К стабилизируете.

К Квк (4)

1"

К

К » дифференциальной обратной связи (ДОС), определяемая произведе1095402 нием К „,- К„ф изменяется в диапазоне частот и амплитуд входного сигнала путем управления формой амплитудночастотной характеристики (АЧХ) .управляемого фильтра 13 ° Напряжения управления поступают на входы 20 управляемого фильтра 13 с выходов 19 формирователя 16. На входы 17 формирователя t6 через полосовые фильтры 18 подается выходной сигнал устройства, содержащий информацию о текущей амплитуде и спектре выходного сигнала.

На управляющие входы 21 подаются управляющие напряжения, соответствующие номеру выбранного канала, бла- 15 годаря чему вводится информация об ожидаемом амплитудно-частотном спектре сигнала в выбранном канале. На дополнительный управляющий вход 23 формирователя 16 и на управляющий вход 20

24 управляемсго частотоэависимого аттенюатора 7 поступает напряжение с регулирующего входа 22 устройства.

При этом за счет регулировки Кс, устанавливается, как это следует из (4), . коэффициент передачи К устройства в целом, т.е. ключевой элемент 1 выполняет функции коммутагора и аттенюатора входных сигналов одновременно. 30

Аттенюация входного сигнала необходима в тех случаях, когда динамический диапазон амплитуды сигнала в каком-либо из каналов превышает динамический диапазон ключевого элемента или последующих усилителей.

Совмещение функций ключа и аттенюатора в одном ключевом элементе 1 расширяет функциональные возможности устройства. Формирователь 16 вырабатывает управляющие сигналы, которые изменяют АЧХ управляемого фильтра 13 таким образом, чтобы глубина

ДОС была оптимальна в диапазоне частот и амплитуд входных сигналов.

Снижение глубины ДОС прн малых амплитудах сигналов снижает шумы, вносимые сравнивающим усилителем. Снижение ДОС на высоких частотах снижает шумы и общую нелинейность устройства в диапазоне частот, где иэ-за возрастания влияния нелинейности вспомогательного ключа 11 и наличия фазовых сдвигов снижается эффективность обратной связи.

Таким образом, характеристики устройства адаптируются к ожидаемому и текущему амплитудно-частотному спектру сигнала. Число учитываемых параметров и соответственно число полосовых фильтров, степень сложности формирователя и управляемого фильтра определяются на основе компромисса между необходимой точностью и сложностью реализации устройства.

Сохранение точности устройства при относительно больших падениях напряжения на ключевых элементах позволяет,работать на буферный усилитель, имеющий входное сопротивление, согласованное по шумам с сопротивлением источника сигнала, что повышает чувствительность устройства, а следовательно, и его точность.

Применение предлагаемого устройства в составе системы сбора телеметрической информации позволяет получить заданные точностные характеристики.

1095402

Составитель Ю. Романовский

Редактор Л. Веселовская Техред И.Метелева Корректор А. Ференц

Заказ 3622/42 Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, %-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4