Многоканальный коммутатор аналоговых сигналов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 09) ( ЗШН 03 К 17 на ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬЮИЙ(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 входам 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, управляющиевходы формирователя подключены к управляющим входам устройства, регулирующий вход устройства подключен к дополнительному управляющему входу формирователя и управляющему входу й управляемого частотозависимого аттенюатора, вход смещения через вторые дополнительные ключи подключен к управляющим входам ключевых элементовсоответственно.1 10954Изобретение относится к автоматике, измерительной и вычислительнойтехнике и может быть использованов многоканальных системах сбора информации. 5Известен многоканальный коммута,тор с компенсацией нелинейности, содержащий в каждом канале ключевой элемент, входы которых являются входамиустройства, и общий для всех каналов 1 Оусилитель, к неинвертирующему входукоторого присоединены выходы ключевыхэлементов, выход соединен с выходомустройства и через компенсирующийключевой элемент с инвертирующим 15входом 1 1.Наиболее близким к предлагаемомуявляется многоканальный коммутаторс компенсацией нелинейности, содержащий в каждом канале, первой ступеникоммутатора ключевой элемент, входыкоторых являются входами устройства,а выходы через ключевые элементы второй ступени коммутатора соединены свыходом устройства и первым входом 25сравнивающего усилителя, второй входсравнивающего усилителя соединен систочником смещения, а выход черезцепи суммирования - с управляющимивходами ключевых элементов 2 3.Однако известные устройства характеризуются недостаточно высокойточностью.Целью изобретения является повышение точности устройства.35Поставленная цель достигаетсятем, что в многоканальный коммутатораналоговых сигналов, содержащий вкаждом канале ключевые элементы,входы которых подключены к входамустройства, и общий для всех каналовсравнивающий усилитель, введены управляемьн 1 частотозависимьп аттеню"атор, управляемый фильтр, формирователь и по числу каналов полосовые 4фильтры, первые и вторые дополнительные ключи, вспомогательные ключи ибуферный усилитель, вход которогоподключен к выходам ключевых элементов, выход подключен к выходу устройства и через управляемый частотоза 50висимья аттенюатор к первому входусравнивающего усилителя, второй входсравнивающего усилителя через вспомоФгательные ключи подключен,к входамустройства соответствейно, а выходчерез соединенные последовательно управляемый фильтр и первые дополнительные ключи - к управляющим входам 02 Хключевых элементов соответственно 1входы формирователя через полосовыефильтры подключены к выходу устройства, выходы - к управляющим входамуправляемого фильтра, управляющиевходы формирователя подключеныуправляющим входам устройства, регулирующий вход устройства подключенк дополнительному управляющему входу формирователя и управляющему входу управляемого частотозависимогоаттенюатора, вход смещения через вторые дополнительные ключи подключенк управляющим входам ключевых элементов соответственно.На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройства.Предлагаемое устройство содержитв каждом канале ключевые элементы 1,входы 2 которых являются входами устройства, а выходы 3 соединены с входом 4 буферного усилителя 5, выход 6буферного усилителя 5 соединен с выходом устройства и через управляемыйчастотозависимый аттенюатор 7 с первым входом 8 сравнивающего усилителя 9, второй вход 10 сравнивающегоусилителя 9 через вспомогательныеключи 11 соединен с входами устройства соответственно, а выход 12 черезуправляемый фильтр 13 и первые дополнительные ключи 14 - с управляющимивходами 15 ключевых элементов 1 соответственно; формирователь 16, входы17 которого через полосовые фильтры18 соединены с выходом устройства,выходы 19 с управляющими входами 20управляемого фильтра 13, управляющиевходы 21 формирователя 16 являютсяуправляющими входами устройства, регулирующий вход 22 устройства соединен с дополнительным управляющимвходом 23 формирователя 16 и управляющим входом 24 управляемого частотозависимого аттенюатора 7; входсмещения 25 через вторые дополнительные ключи 26 соединен с управляющимивходами 15 ключевых элементов 1 соответственно,Устройство работает следующим образом,На входы 2 ключевых элементов 1поступают входные аналоговые сигналы.Для включения какого-либо канала ссоответствующего ключевого элемента1 снимается запирающее напряжениесмещения, поступающее на управляющиевходы 15 ключевых элементов 1 с входа смещения 25 через соответствующие(2) Б "ВХКВКгде 0- - напряжение на втором входевыполнение10 сравнивающего усилитете нелинейнля 9 фВкомпенсируеК - коэффициент передачи вспомоЬк передачи усгательного ключа.ся на уровнПараметры управляемого частото-,зависимого аттенюатора 7 выбираются Ктаким образом, чтобы в возможно более широком диапазоне частот выпол- р ек,при Княлось условиеГлубина(3) Кк К К Кв 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 эле О ментов 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 выбранногоканала;коэффициент передачи буферного усилителя. Выходное напряжение через управляемый частотозависимый аттенюатор, 7 поступает на первый вход 8 сравнивающего усилителя 9 3011 Вхкк Кб КО ф (1) где Б - напряжение на первом входе18 сравнивающего усилителя 9;К - коэффициент передачи управ",б35ляемого частотозависимогоаттенюатора при заданномнапряжении на его управляющем входе 24.На второй вход 10 сравнивающего усилителя 9 подается входное напря 40 жение с выбранного канала через соответствующий замкнутый вспомогательный ключ 11. Остальные вспомогательные ключи 11 разомкнуты45 402 4где К - коэффициент передачи ключевого элемента 1 при отсутствии управляющего напряжения на входе 15; ККК Кпахгде К " максимальный коэффи"всхциент передачи ключевого элемента 1 приполном размахе управляющего напряжения на уп"равляющем входе 15 исоответствующей полярности;Кп - коэффициент передачи управляемого частотозависимого аттенюатора при напряжении на регулирующемвходе устройства 22, соответствующем режиму работы ключевого элементабез добавочного ослабления входного сигнала.При выполнении условия (3), с учетом (1) и (2) 0= У;, . При равенстве напряжений на входах 8 и 10 сравнивающего усилителя 9 напряжение, поступающее на управляющий вход 15 открытого ключевого элемента 1 Цр- (П - П;,) КК,Ф= О,где К - коэффициент усиления сравснивающего усилителя 9;К - коэффициент передачи управЧФляемого фильтра 13.При изменении Ки К 6 в диапазоневходных сигналов и дестабилизирующихвоздействий условие (3) перестаетвыполняться, и появляющееся на входах8 и 10 сравнивающего усилителя 9 напряжение рассогласования после усиления в К раз и фильтрации управляемым фильтром 13 через соответствующий первый дополнительный ключ 14вводится в управляющий вход 15 ключевого элемента 1 в соответствующейфазе, изменяя его коэффициент передачи таким образом, чтобы восстановитьусловия (3). В результаость ключевого элементатся. При этом коэффициенттройства К стабилизируете,внием К ,. Кф изменяется в диапазоне частот и амплитуд входного сигнала путем управления формой амплитудно- частотной характеристики (АЧХ) .управляемого фильтра 13. Напряжения управ пения поступают на входы 20 управляемого фильтра 13 с выходов 19 формирователя 16. На входы 17 формирователя 16 через полосовые фильтры 18 подается выходной сигнал устройства, 10 содержащий информацию о текущей амплитуде и спектре выходного сигнала. На управляющие входы 21 подаются управляющие напряжения, соответствующие номеру выбранного канала, бла 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), 25 . коэффициент передачи К устройства в целом, т,е. ключевой элемент 1 выполняет функции коммутагора й аттенюатора входных сигналов одновременно. 30Аттенюация 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 ставител хред И,И еселовска едакт Заказ Тираж 862 Подписноственног СССРбрет ений%-35, Р д, 4/5 ПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная фи 3622/42 ВНИИПИ Государ по делам изо 113035, Москва, Романовскийелена Корректор А. ференц/ о комитетаи открытий аушская наб