Многоканальный коммутатор

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s Н 03 К 17/687

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

22",Д

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4768538/21 (22) 11.12.89 (46) 30.03.92. Бюл. ¹ 12 (71) Научно-исследовательский институт измерительной техники (72) Д.В.Бородин, А.М.Воловик, Ю.Д.Ивасенко, 3.М.Поварницына и К.В.Егоров (53) 621.382(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1078616, кл. Н 03 К 17/60, 1982.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1644373, кл. Н 03 К 17/687, 11.03.89. (54) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ КОММУТАТОР (57) Изобретение относится к импульсной технике и может использоваться в многоканальных устройствах электронной коммута.ции. Цель изобретения — увеличение быстродействия при сохранении высокой надежности за счет оптимизации зарядного (разрядного) тока емкости нагрузки, что достигается путем управления сопротивлением аналогового ключевого КМОП-элемента.

Многоканальный коммутатор содержит в каждом канале элемент задержки 1, ийверторы 2 и 3, аналоговые ключевые КМОП-элементы 4 и 5, ключи 6-9, а также в блок управления каждого канала введены первый и второй элементы преобразования, первый и второй элементы сравнения, опорные МОП-транзисторы и-типа и р-типа, первый и второй источники тока, два аналоговых сумматора, что обеспечивает оптимальный разрядный (зарядный) ток емкости нагрузки. 1 ил.

1723667

Изобретение относится к импульсной технике и может использоваться в многоканальных устройствах электронной коммутации.

Известен многоканальный коммутатор, содержащий в каждом канале первые инвертор и аналоговый ключевой КМОП-элемент, который состоит из МОП-транзистора р-типа и МОП-транзистора и-типа проводимости, подложка которого соединена с общей шиной, затвор — с входом первого инвертора, выход которого соединен с затвором МОП-транзистора р-типа, подложка которого соединена с шиной источника напряжения, а сток соединен с истоком МОПтранзистора и-типа и является аналоговым входом канала, исток МОП-транзистора ртипа соединен со стоком МОП-транзистора и-типа и является выходом первого аналогового ключевого КМОП элемента, причем выходы ключевых КМОП-элементов всех каналов объединены и являются аналоговым выходом коммутатора, вход и выход второго аналогового ключевого КМОП-элемента подключены соответственно к входу и выходу первого аналогового ключевого

КМОП-элемента, причем выход элемента задержки соединен с входом первого инвертора, а вход соединен с соответствующим входом управления коммутатора.

Схема обладает высокой надежностью ввиду достаточно малого обратного тока в момент коммутации каналов, достигаемого за счет разряда емкости выхода через последовательно управляемые во времени высокоомный (второй) и низкоомный (первый) ключевые элементы. Однако поскольку сопротивление высокоомного ключевого элемента в открытом состоянии практически не изменяется, то с течением времени как ток через ключевой элемент, так и мощность, рассеиваемая в нем, уменьшаются, что приводит к достаточно большому времени зарядки (разрядки) емкости выхода и, следовател ьно, низкому быстродействию коммутатора.

Наиболее близким к изобретению является многоканальный коммутатор, содержащий в каждом канале элемент задержки, первый и второй инверторы, первый и второй аналоговые ключевые КМОП-элементы, каждый из которых состоит из МОП-транзисторов р-типа и MOR-транзистора и-типа проводимости, подложка которого соединена с общей шиной, затвор — с входом первого инвертора, выход которого соединен с затвором МОП-транзистора р-типа, подложка которого соединена с шиной источника напряжения, а сток соединен с истоком

МОП-транзистора и-типа и является аналоговым входом канала, исток МЫ -транзистора р-типа соединен со стоком МОПтранзистора и-типа и является выходом первого аналогового ключевого КМОП-эле5 мента, причем выходы ключевых КМОП-элементов всех каналов объединены и являются аналоговым выходом коммутатора, вход и выход второго аналогового ключевого КМОП элемента подключены

10 соответственно к входу и выходу первого аналогового ключевого КМОП-элемента, причем выход элемента задержки соединен с входом первого инвертора, а вход соединен с соответствующим входом управления

15 коммутатора и входом второго инвертора схемы управления напряжения на затворах

МОП-транзисторов второго аналогового ключевого КМОП-элемента.

Данная схема позволяет при сохране20 нии высокой надежности повысить быстродействие схемы за счет оптимизации зарядного {разрядного) тока емкости нагрузки, Так, при малых коммутируемых напряжениях быстродействие возрастает в

25 10 раз. Однако если в начальный момент времени коммутируемый сигнал сравним с потенциалом на емкости нагрузки, то быстродействие увеличивается только в 10 — 100 раз.

30 Цель изобретения — увеличение быстродействия схемы при сохранении ее высокой надежности за счет оптимизации зарядного (разрядного) тока емкости нагрузки.

Для достижения цели в многоканаль35 ный коммутатор, содержащий в каждом канале элемент задержки, первый и второй инверторы, блок управления, включающий первый — четвертый ключевые элементы, входы первого и четвертого из которых сое40 динены соответственно с общей шиной и шиной питания, входы управления объединены и соединены с выходом второго инвертора, вход которого соединен с входами управления второго и третьего ключевых

45 элементов, первый и второй аналоговые ключевые КМОП-элементы, каждый из которых состоит из МОП-транзистора р-типа и

МОП-транзистора и-типа проводимости, подложка которого соединена с общей ши50 ной, затвор — с входом первого инвертора, выход которого соединен с затвором MOllтранзистора р-типа, подложка которого соединена с шиной источника напряжения, а сток соединен с истоком МОП-транзистора

55 и-типа и является аналоговым входом канала, исток МОП-транзистора р-типа. соединен со стоком MOR-транзистора и-типа и является выходом первого аналогового ключевого КМОП-элемента, причем выходы ключевых КМОП-элементов всех каналов

1723667

i — Ог

55 объединены и являются аналоговым выходом коммутатора, вход и выход второго аналогового ключевого элемента подключены соответственно к входу и выходу первого аналогового ключевого КМОП-элемента, а затвора МОП-транзисторов р- и и-типа второго аналогового ключевого элемента подключены соответственно к выходам третьего и первого ключевых элементов, причем выход элемента задержки соединен с входом первого инвертора, а вход соединен с соответствующим входом управления коммутатора и входом второго инвертора, а блок управления каждого канала введены первый и второй элементы преобразования, первый и второй элементы сравнения, опорные МОП транзисторы и-типа и р-типа, первый и второй источники тока, первый и второй аналоговые сумматоры, причем первые входы элементов сравнения и элементов преобразования объединены и подключены к аналоговому входу канала, вторые входы элементов сравнения и элементов преобразования. объединены и подключены к аналоговому выходу коммутатора, выход первого элемента сравнения соединен с истоком опорного МОПтранзистора п-типа, подложка которого соединена с общей шиной, затвор соединен со стоком, выходом первого источника тока и первым входом аналогового сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого элемента преобразования, а выход — с входом второго ключевого элемента, выход которого объединен с выходом первого ключевого элемента, выход второго элемента сравнения соединен с истоком опорного

МОП-транзистора р-типа, подложка которого соединена с шиной питания, затвор соединен со стоком, входом второго источника . тока, первым входом второго аналогового сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго элемента преобразования, а выход — с входом третьего ключевого элемента, выход которого объединен с выходом четвертого ключевого элемента, причем вход первого источника тока соединен с шиной питания, выход второго источника тока соединен с общей шиной.

На чертеже приведена функциональная схема многоканального коммутатора.

Коммутатор содержит в каждом канале элемент 1 задержки, первый 2 и второй 3 инверторы, первый 4 и второй 5 аналоговые ключевые КМОП-элементы, первый 6, второй 7, третий 8, четвертый 9 ключи, первый

10 и второй 11 элементы преобразования, первый 12 и второй 13 элементы сравнения, опорный МОП-транзистор и-типа 14, опорный МОП-транзистор р-типа 15, первый 16

45 и второй 17 источника тока, первый 18 и второй 19 аналоговые сумматоры, аналоговый вход 20 и аналоговый выход 21 коммутатора, вход 22 управления.

Первый и второй элементы преобразо* I I - I

I U1 — U21 соответственно, где Ui. U2, U3, U4 — напряжения на первый и вторых входах, на выходе первого и выходе второго элемента преобразования соответственно;

А1 и Аг — константы. Напряжения Ug на выходе первого и 0а на выходе второго элементов сравнения определяются выражением Us = мин(01, Ог) и 06 = макс(01, Ог) соответственно.

Устройство функционирует следующим образом.

Когда на вход 22 управления подан логический нуль, схема находится в исходном состоянии: аналоговый ключевой элемент 4 закрыт, ключи 7 и 8 закрыты, ключи 6 и 9 открыты и следовательно, аналоговый ключевой элемент 5 закрыт. При подаче на вход

22 управления потенциала логической единицы ключи 6 и 9 закрываются, ключи 7 и 8 открываются и на затворы МОП-транзисторов аналогового ключевого элемента 5 подаются сформированные блоком управления необходимые управляющие воздействия, обеспечивающие оптимальный разрядный (зарядный) ток емкости нагрузки. Через некоторое время, определяемое элементом 1 задержки, когда приложенное к аналоговым ключевым элементам 4 и 5 напряжение уменьшается до необходимой величины, открывается аналоговый ключевой элемент 4, обеспечивающий точную передачу входного сигнала на выход. Таким образом, общий принцип работы схемы аналогичен принципу работу схемы прототипа. Отличие заключается в том, что в схеме прототипа управляющие воздействия не зависят от начальных потенциалов на входе 20 и выходе

21 коммутатора, а предлагаемой схеме учитывается значение данных потенциалов, Элементы сравнения совместно с опорными MOll-транзисторами и источниками токов обеспечивают подачу на затворы

МОП-транзисторов второго аналогового ключевого КМОП-элемента напряжений, близких к пороговым напряжениям последних с учетом влияния входйого и выходного напряжений коммутатора, технологического разброса пороговых напряжений. Элементы преобразования обеспечивают управляющие воздействия в зависимости от

1723667 текущего значения, приложенного к второму аналоговому ключевому КМОП-элементу напряжения. Тем самым блок управления обеспечивает оптимальный зарядный (разрядный) ток конденсатора нагрузки при любых значениях входного и выходного напряжений коммутатора, что увеличивает быстродействие схемы.

Формула изобретения

Соста вител ь Д. Бородин

Техред M.Ìîðãåíòàë КорректорН.Король

Редактор Н.Швыдкая

Заказ 1069 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Многоканальный коммутатор, содержащий в каждом канале элемент задержки, первый и второй инверторы, блок управления, включающий первый — четвертый ключевые элементы, входы первого и четвертого из которых соединены соответственно с общей шиной и шиной питания, входы управления объединены и соединены с выходом второго инвертора, вход которого соединен с входами управления второго и третьего ключевых элементов, первый и второй аналоговые ключевые КМОП-элементы, каждый из которых состоит из МОП-транзистора р-типа и MOR-транзистора и-типа проводимости, подложка которого соединена с общей шиной, затвор — с входом первого инвертора, выход которого соединен с затвором МОП-транзистора р-типа, подложка которого соединена с шиной источника напряжения, -а сток — с истоком

МОП-транзистора п-типа и является аналоговым входом канала, исток МОП-транзистора р-типа соединен со стоком

МОП-транзистора п-типа и является выходом первого аналогового ключевого КМОПэлемента, причем выходы ключевых

КМОП-элементов всех каналов объединены и являются аналоговым выходом коммутатора, вход и выход второго аналогового ключевого элемента подключены соответственно к входу и выходу первого аналогового ключевого КМОП-элемента, а затворы MOll-транзисторов р- и и-типа второго аналогового ключевого элемента под5

45 ключены соответственно к выходам третьего и первого ключевых элементов, причем выход элемента задержки соединен с входом первого инвертора, а вход — с соответствующим входом управления коммутатора и входом второго инвертора, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью увеличения быстродействия, в блок управления каждого канала введены первый и второй элементы преобразования, первый и второй элементы сравнения, опорные МОП-транзисторы птипа и р-типа, первый и второй источники тока, первый и второй аналоговые сумматоры, причем первые входы элементов сравнения и элементов преобразования объединены и подключены к аналоговому входу канала, вторые входы элементов сравнения и элементов преобразования объединены и подключены к аналоговому выходу коммутатора, выход первого элемента сравнения соединен с истоком опорного МОПтранз стара п-типа, подложка которого соединена с общей шиной, затвор — co стоком, выходом первого источника тока и первым входом аналогового сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого элемента преобразования, а выход — с входом второго ключевого элемента, выход которого объединен с выходом первого ключевого элемента, выход второго элемента сравнения соединен с истоком опорного

МОП-транзистора р-типа, подложка которого соединена с шиной питания, затвор — co стоком, входом второго источника тока, первым входом второго аналогового сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго элемента преобразования, а выход — с входом третьего ключевого элемента, выход которого объединен с выходом четвертого ключевого элемента, причем вход первого источника тока соединен с ключевого элемента, причем вход первого источника тока соединен с шиной питания, выход второго источника тока — с общей шиной.