Коммутатор напряжений

(51) 4 Н 03 К 17/687 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(54) КОММУТАТОР НАПРЯЖЕНИЙ (57) Изобретение относится к электронной коммутационной технике и может быть использовано в системах измерения и передачи аналоговой информации. Цель изобретения - расширение диапазона коммутируемых напряжений. В коммутатор напряжения (КН), содержащий в каждом канале ключевые элементы 1-4 с соответствующими бло, ками управления 9, 11, 13, 15, вве1524168 510 55 дены дополнительные ключевые элементы 5-8 с такими же блоками управления 10, 12, 14, 16, а также регуляторы 22-26 напряжения. Общий длявсех каналов регулятор 22 напряжения используют сигнал с выходной шины 21 КН и управляет величиной напряжения питания блоков управления обеспечивающих работу основных ключевыхэлементов 1-4, а регуляторы 23-26напряжения обеспечивают питание блоков управления ключевыми элементами Изобретение относится к электронной коммутационной техникеи можетбыть использовано в системах измерения и передачи аналоговой информаЦелью изобретения является расширение диапазона коммутируемых напряжений.Поставленная цель достигается путем введения в каждый канал коммутатора дополнительного ключевого элемента с соответствующим блоком управления и регулятора напряжения,обеспечивающего питание блока управления, а также путем введения дополнительного регулятора напряжения,общего для всех каналов коммутатора,35который осуществляет питание уже имеющихся блоков управления ключевымиэлементами. Благодаря использованиюдвух последовательно включенных ключевых элементов в каждом канале, каждый из которых управляет с входа либо с выхода канала, обеспечиваетсянормальная работа КМДП ключевых элементов в открытом и закрытом состояниях в большем диапазоне аналоговыхсигналов при одном и том же напряжении на клеммах питания,На фиг.1, представлена функциональная схема коммутатора, напряжений напримере четырех каналов передачи; нафиг.2 - принципиальные схемы блока50управления, регулятора напряжения иключевого элемента. Коммутатор напряжений содержит ключевые элементы 1-4, дополнительные ключевые элементы 5-8, блоки 9- 16 управления, входные 17-20 и выходную 21 шины, регуляторы 22-26 напря 5-8 с учетом величины и знака входных аналоговых напряжений на входных шинах 17-20 каждого канала вотдельности. Благодаря использованиюдвух последовательно включенных ключевых элементов в каждом канале инезависимому управлению каждым изних обеспечивается работа КМДП ключевых элементов 1-8 в расширенномдиапазоне напряжений как в открытомтак и в закрытом состоянии. 2 з,п,ф-лы, 2 ил. жения, дешифратор 27 и адресные шины 28.Блоки 9-16 управления содержат два КМДП-инвертора 29 и 30, два МДП- транзистора 31 и 32 и дополняющий МДП-транзистор 33. Входы первых инверторов 29 подключены к управляющим шинам 34, которые соединены с соответствующими выходами дешифратора 27,КМДП-инверторы 29 и 30 и три пос" ледовательно соединенные МДП-транзис" торы 31-33 включены между первой 35 и второй 36 шинами питания. Выход первого КМДП-инвертора 29 подключен к входу второго КМДП-инвертора 30, к затвору первого МДП-транзистора 31, исток которого подключен к второй шине 36 питания, и к первому выходу 37 блока управления, Выход второго КМДП- инвертора 30 соединен с затворами второго МДП-транзистора 32 и дополняющего МДП-транзистора 33 и подключен к второму выходу 38 блока управления, Точка соединения дополняющего МДП- транзистора 33 и второго МДП-транзистора 32 подключена к третьему выходу 39 блока управления, а точка соедине-ния МДП-транзисторов 31 и 32 подключена к четвертому выходу 40 блока управления.Ключевые элементы 1-4 и дополнительные ключевые элементы 5-8 содержат пару параллельно включенных МДП- транзисторов 41-42 разного типа проводимости. Затвор МДП-транзистора 41 р-каналом подключен к первому выходу 37 блока управления, а подложка 43 того же МДП-транзистора - к третьему вь:ходу 39 блока управления, Затвор и подложка 43 МДП-транзистора 42 с и- каналом подключены соответственно к152468 бвторому 38 и четвертому 40 выходамтов 1-4 подключены к выходной шинеблока управления 21 устройства.Объединенные попарно токовые элект- Положительный 61 и отрицательныйроды МДП-транзисторов 41 и 42 являют-. 63 выходы регуляторов 23-26 напряже 5ся выходом 45 и входом 46 ключевого ния подключены соответственно к перэлемента, вой 35 и второй 36 шинам питанияРегуляторы 22-26 напряжения содер- блоков управления дополнительнымижат по пять резисторов 47-51, по кличевыи элементами того же канала па"шесть МДП-транзисторов, иэ которых 10 редачи, а те же выходы регуляторапервые три 52-54 с р-каналом, а три 22 напряжений подключены и первой идругие 55-57 - с п-каналом, и по два второй шинам питания блоков управдиода 58-59, ления ключевыми элементами 1-4,Клемма 60 поло тположительного напряже- Коммутатор напряжений Ьункциониния подключена к первым выводам пер руот следующим образом.вого 47 и ти второго 48 резисторов, ис- Когда коммутатор выключен, всетоку и подложке первого МДП-транзис- блоки 9-16 управления по шине 34 упто а 52 стр , сток которого соединен с равления под нулевым сигналом.На вывторым выводом первого резистора 47, ходах 37 и 38 блоков управления припервым выводом третьего резистора 49 20 этом присутствуют соответственнои положительным выходом 61 блока уп- единичный и нулевой сигналы, В реравления. Второй вывод второго резис- зультате ИЦП-транзисторы 41 н 42тора 48 соединен с затвором первого ключевых элементов 1-8 закрыты.МДП-транзистора 52 и стоком четверто- Напряжение на выходах 61 и 63 рего МДП-транзистора 55, затвор которо гуляторов напряжения при этом иэмего подключен к стоку второго МДП- няются под воздействием входных сигтранэистора 53 и катоду первого дио- налов, подаваемых на входы 64. Однада 58. Клемма 62 отрицательного напря- ко напряжение питания между клеммажения подключена к первым выводам ми 60 и 62 остается постоянным, Рачетвертого 50 и пятого 51 резисторов, 30 бота регулятора напряжения сводитсяистоку и подложке пятого 56 МДП-тран- к тому, чтобы в зависимости от везистора, сток которого соединен с вто- личины и знака коммутируемого напрярыми выводами третьего 49 и четверто- жения, подаваемого на входы 64, форго 50 резисторов и отрицательным вы- мировать на выходах 61 и 63 несимходом 63 блока управления. Второй метричные напряжения, которые слувывод пятого резистора 51 соединен сжат напряжением питания регуляторовзатвором пятого МДП транзистора 56 напряжения и необходимы для отпиранияи стоком третьего МДП транзистора 54, и запирания МДП-транзисторов 41 и 42затвор которого подключен к стоку ключевых элементов,шестого МДП транзистора 57 и аноду 40 Так, если на вход 64 подается нувторого диода 59. левой сигнал или сигнал любой полнрЗатворы второго 53 и шестого 57 ности, меньший по абсолютной величиМДП-транзисторов, анод первого и не, чем пороговые напряжения МДПкатод второго диодов подключены к транзисторов регулятора напряжения,входу 64 регулятора напряжений, Ис то на выходах 61 и 63 формируютсятоки и подложки второго 53, третьего равные по амплитуде раэнополярные54, четвертого 55 и шестого 57 МДП- напряжения, равные напряжениям натранзисторов подключены к общей ши- клеммах 60 и 62. По мере роста полоне 65. житепьного напряжения на входе 64 открываются МДП-транзисторы 55 и 52, перВходные шины 17-20 подключены вый резистор 47 шунтируется сопротивк входам 46 соответствующих дополни- лением открытого канала МДП-транзистельных кличевых элементов 5-8 и тора 52. Напряжение положительной повходам 64 регуляторов напряжения лярности на положительном выходе 61соответствуищего канала передачи.55при этом увеличивается а напряжениеВКлючевые 1-4 и дополнительные ключе- отрицательной полярности на отрицавые 5-8 элементы в каждом канале тельном выходе 63 ио абсолютной. вепередачи соединены последователь- личине уменьшается, В обратном напно, причем выходы 45 ключевых элемея- равлении изменяится напряжения навыходах 61 и 63 при подаче ца вход 64 напряжения отрицательной полярности. Такая работа регулятора напряжения обуг".овлена тем, что для хорошей работы и режиме ключа МЛП-транзисторов 41 и 42 ключевого элемента при коммутации положительного напряжения требуется подавать более высокое положительное напряжение на затвор ЩП транзистора с и-каналом н меньше по абсолютной величине отрицательное напряжение на затвор ИДП-транзистор с р-каналом, Эта же несимметричность выходных напряжений на выходах 61 5 и 63 обеспечивает наилучший режим для запирания Щ 1-транзисторон 41 и 42 ключевых элементов н закрытом состоянии.При подаче управляющего сигнала 20от дешиЬратора 27, например, ца первый канал по шине 34 управления переключаются иннерторы 29 ц 30 блокови 10 управления Па выходах 37-40указанных блоков управления формируются сигналы, открывающие ключевыеэлементыи 5. Г 1 Рцчем величина напряжений на выходах 37-40 определяетсявеличиной и знаком коммутируемого сигнала на входной шине 17 первого канала. Напряжение ца выходной шине 21устройства при этом соответствуетсигналу на входной шине 17 первогсканала, и блоки управления 9 и 10работают в близких режимах,35Блоки1 - 16 управления вырабатывают при этом сигналы ца своих выходах37-40, которые запирают МДП-транзисторы 41 и 42 ключевых элементов 2-4и 6-8. В силу того, что напряжения на 40входных шинах 18-20 закрытых каналовмогут существенно отличаться, в томчииле и по знаку, от напряжения навходной шине 17 открытого канала, необходимо обеспечить надежное закрытие 45дополнительных ключевых элементов 6-8с помощью соответстзующих блоков 12,14 и 16 управленнв. Поэтому данныеблоки управления используют в качестве напряжения питания напряжения,вырабатываемые регуляторами 24-26ряжений с учетом значений сигналов,поступающих на их входы 64 с соответствующих входных шин 18-20. В силуэтого независимо от соотношений сигналов на входных шинах 17-20 ключевыеэлементы 6-8 всегда закрыты, так каккаждый из них запирается напряжениями на выходах 37-40 своего собстненного блока управления, с учетом значения коммутируемого напряжения на входной шине 19-20 только своего каналаТаким образом, каждый канал передачи может коммутировать аналоговые сигналы в расширенном диапазоне Напряжений, и при этом гарантируется закрытое состояние всех других каналов коммутатора,Формула и з о б р е т е и и я1. Коммутатор напряжений, содержащий в каждом канале блок управления и ключевой элемент, состоящий из двух параллельно включенных МДП-транзисторов разного типа проводимости затворы и подложки которых в качестве управляющих электродов подключены к соответствующим выходам блока управления этого же канала, а обьединеццые попарно токовые электроды тех жетранзисторов являются входом и выходом ключевого элемента, выходы ключевых элементов всех каналов подключены к выходной шине устройства, а управляющие шццы блоков управления подключены к ныхоцам дешиАратора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона коммутируемых напряжений, н каждый канал введены дополнительный ключевой элемент с блоков управления, идентичный уже имеющимся, и регулятор напряжений, вход которого подключен к входной шине и к входу дополнительного ключевого элемента того же канала, а положительный и отрицательный выходы которого подключены соответственно к первой и второй нинам питания введенного блока управления, выходы которого подключены к затворам и подложкам МДП-транзисторов дополнительных ключевых элементов, выходы которых соединены с входами ключевых элементов того же канала, управляющие шины блоков управления в каждом канале объединены, а выходная шина устройства соединена с нходом внеденного дополнительного регулятора напряжения, общего для всех каналов, выходы которого подключены к соответствующим шинам питания блоков управления ключевыми элементами2. Коммутатор по и,1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что блок управления9 15241 содержит два КМДП-инвертора, два МДП- транзистора и дополняющий МДП-транзистор, вход первого КМДП-инвертора подключен к шине управления, а выход ; к входу второго КМДП-инвертора, затвору первого МДП-транзистора и к первому выходу блока управления, выход второго КИДП-инвертора подключен к затворам второго и дополняющего ЩП транзисторов и к второму выходу бло(ка управления, КМДП-инверторы и три последовательно соединенных МДП-транзистора включены между первой и второй шинами питания, причем точка соединения 15 второго и цополнительного ИДП транзисторов подключена.к третьему выходу блока управления, а точка соедпие" ния первого и второго МДП-,транзисторов подключена к четвертому выходу 20 блока управления,3, Коммутатор по п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что регулятор напряжения содержит пять резисторов, два 25 диода и шесть МДП-транзисторов, из которых первые три с р-кана.ом, а три другие - дополняющие, причем исток и подложка первого МДП-транзистора соединены с первыми выводами пер- ЗО вого и второго резисторов и подключены к клемме положительного напряжеб 8 1 Ония, сток того же транзистора соединен с вторым выводом первого резисто; ра, первым выводом третьего резистора и подключен к положительному выходу блока управления, второй вывод второго резистора соединен с затвором первого МДП-транзистора и стоком четвертого МДП-транзистора, затвор которого подключен к стоку второго МДП-транзистора и катоду первого ди-, ода, исток и подложка пятого ИЦИ- транзистора подключены к первым выводам четвертого и пятого МДП-транзисторов и к клемме отрицательного напряжения, сток того же транзистора соединен с вторыми выводами третьего и четвертого резисторов и подключен к отрицательному выходу блока управления, второй вывод пятого резистора соединен с затвором пятого МДП- транзистора и стоком третьего ИДП- транзистора, затвор которого подключен к стоку шестого МДП-транзистора и аноду второго диода, истоки и подложки второго, третьего, четвертого и шестого МДП-транзисторов подключены к общей шине, а затворы второго и шестого МДП-транзисторов, анод первого и катод второго диодов подключены к входу регулятора иапряже" пия.