DE3916158A1 - Bidirektionale analogschalter verwendende eingangangswahlschalter - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anzahl von bidirektionalen Analogschaltern verwendende Eingangswahlschaltung zur Auswahl der Eingangssignalquelle in Entsprechung zur Auswahlweise in zusammengesetzten elektronischen Geräten, wie Audio/Video-Systemen, und insbesondere auf eine Eingangswahlschaltung, welche die Rückkopplungsmethode zur Verminderung der Signalverzerrung verwendet, welche erzeugt wird, wenn eine direktionale Leitungsabweichung bei der Übertragung der Signale durch die bidirektionalen Analogschalter vorliegt.

Im allgemeinen ist die Eingangswahlschaltung, die im Wähler eines zusammengesetzten elektronischen Geräts, wie einem Mehrfachspieler, vorhanden ist, gemäß Fig. 1 aufgebaut, wobei sie in der folgenden Weise betrieben wird. Mit Zufuhr von Steuersignalen CA, CB von einem (nicht gezeigten) Mikrocomputer als Steuergerät an eine Schaltsteuerung 1 der Eingangswahlschaltung dekodiert die Schaltsteuerung 1 zwei Steuersignale und wählt einen gewünschten Analogschalter aus einer Anzahl von bidirektionalen Schaltern aus, welche in bidirektionalen Schaltermitteln 2 vorgesehen sind.

Wenn einer bidirektionaler Analogschalter mittels der dekodierten Steuersignale ausgewählt wird, wird also ein analoges Ausgangssignal der Signalquelle, welche unter einer Anzahl von Signalquellen VS 1-VSn mit dem ausgewählten bidirektionalen Analogschalter gekoppelt ist über einen Verstärker 3 ausgegeben.

Obiger Vorgang wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 2, in welcher eine Äquivalentschaltung für die Schaltung der Fig. 1 veranschaulicht ist, in größeren Einzelheiten beschrieben. In Fig. 2 werden die auf der einen Seite befindlichen Anschlüsse x 1-xn einer Anzahl von in den bidirektionalen Schaltermitteln 2 vorgesehenen bidirektionalen Schaltern SW 1-SWn mit X bezeichnet, während die auf der anderen Seite befindlichen Anschlüsse y 1-yn derselben mit Y bezeichnet werden. Wenn der von den Signalquellen VS 1-VSn ausgegebene Strom in einer Richtung von X nach Y der bidirektionalen Schalter SW 1-SWn fließt, wird der Ein-Strom-Widerstand der Schalter SW 1-SWn durch R dargestellt, während andererseits, wenn der Strom von Y nach X fließt, der Ein-Strom-Widerstand durch R gegegeben wird. Dann wird infolge eines Vorliegens einer direktionalen Leitungsabweichung, die durch die Innenwiderstände IR der Schalter SW 1-SWn erzeugt wird, der Fall

auftreten. Daher wird wegen des Vorliegens der direktionalen Leitungsabweichung der Schalter SW 1-SWn die Eingangs/Ausgangs-Spannungscharakteristik nicht-linear, d. h. T 1≠T 2, werden, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, womit eine Verzerrung bei der Übertragung von Signalen verursacht wird. Die Signalverzerrung als Folge des Vorliegens der direktionalen Leitungsabweichung der Schalter SW 1-SWn kann mittels der folgenden Formen berechnet werden, welche auf der Rückkopplungstheorie beruhen.

wobei T(S) die Gesamtübertragungsfunktion,
G(S) die Übertragungsfunktion, und
H(S) die Rückkopplungsfunktion darstellt.

Außerdem gilt, wenn G(S) · H(A)»1 ist, daß T(S) durch folgende Formel gegeben ist:

Beruhend auf obigen Formeln erhält man, wenn man annimmt, daß der Strom in Richtung von X nach Y der Schalter SW 1-SWn fließt, die folgende Formel

Andererseits erhält man, wenn man annimmt, daß der Strom von Y nach X der Schalter SW 1-SWn fließt, die folgende Formel

wobei RS RS 1, RS 2, . . . oder RSn, und RI R 1, R 2 . . . oder Rn darstellt.

Dabei kann die Empfindlichkeitsfunktion (S), welche das Verhältnis der Variationsrate von T(S) zur Variationsrate von H(S), , darstellt, folgendermaßen angegeben werden:

Wie aus obiger Formel (3) ersichtlich, ist die Schleifenverstärkung der bidirektionalen Schalter SW 1-SWn gegenüber der Variation von H(S) sehr groß. Wenn daher ein sinusförmiges Eingangssignal, ausgehend von Massepotential, von den Signalquellen VS 1-VSn her auf die bidirektionalen Schalter SW 1-SWn gegeben wird, ergibt sich das Problem, daß das vom Verstärker 3 der Fig. 2 ausgegebene Signal unsymmetrisch wird.

Die Erfindung soll obige Nachteile der herkömmlichen Schaltung überwinden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Eingangswahlschaltung zu schaffen, welche die Verzerrung infolge der direktionalen Leitungsabweichung der bidirektionalen Analogschalter bei der Übertragung der Ausgangssignale der Signalquelle, die mittels eines aus einer Anzahl von bidirektionalen Analogschaltern ausgewählt ist, vermindern kann.

Weiterhin ist es Ziel der Erfindung, eine Eingangswahlschaltung zu schaffen, welche die direktionalen Leitungsabweichung bei der Signalübertragung durch Unterscheiden, mittels Steuersignale, des Arbeitens von zwei Analogschaltern, die jeweils in den bidirektionalen Schaltermitteln vorgesehen sind, minimalisieren kann.

Hierzu ist die Schaltung gemäß der Erfindung so aufgebaut, daß Rückkopplungsmittel zwischen dem Eingang von bidirektionalen Schaltermitteln und dem Ausgang eines Verstärkers eingerichtet sind, wobei die bidirektionalen Schaltermittel dazu da sind, mittels eines Steuersignals eines aus einer Anzahl von einer Signalquelle herkommenden analogen Ausgangssignalen mit verschiedenen Werten auszuwählen, und der Verstärker dazu da ist, das durch die bidirektionalen Schaltermittel ausgewählte Analogsignal zu verstärken. Die so gebildete Schaltung der Erfindung hat als Merkmal, daß die direktionale Leitungsabweichung der mehreren bidirektionalen Schalter in den bidirektionalen Schaltermitteln vermindert werden kann.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand ihrer bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. Auf der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine in herkömmlicher Technologie ausgeführte Eingangswahlschaltung, welche eine Anzahl von bidirektionalen Analogschaltern verwendet,

Fig. 2 eine Ersatzschaltung für die bidirektionalen Schalter der herkömmlichen Eingangswahlschaltung der Fig. 1,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Eingangs/Ausgangs- Spannungscharakteristik der Eingangswahlschaltung der Fig. 1,

Fig. 4 eine Eingangswahlschaltung gemäß der Erfindung,

Fig. 5 eine Ersatzschaltung für die Eingangswahlschaltung der Fig. 4, und

Fig. 6 eine Ersatzschaltung für die Eingangswahlschaltung der Fig. 5, vorgenommen in dem Augenblick, wenn irgendeiner der bidirektionalen Schalter gerade betätigt wird.

Gemäß Fig. 4, auf welcher die Eingangswahlschaltung dargestellt ist, enthalten bidirektionale Analogschaltermittel 40 eine Anzahl von bidirektionalen Analogschaltern, wobei das Arbeiten der bidirektionalen Analogschalter mittels Steuersignal A, B gesteuert wird, welche durch eine Schaltsteuerung 10 dekodiert werden.

Die Schaltsteuerung 10 dekodiert die Steuersignale A, B, welche von einem (nicht gezeigten) Mikrocomputer her zugeführt werden, um die in den bidirektionalen Schaltermitteln 40 vorgesehenen Analogschalter zu steuern. Ein Verstärker 50 ist mit den Ausgängen der bidirektionalen Schaltermittel gemeinsam in einer solchen Weise verbunden, daß die Ausgangssignale invertiert und verstärkt werden. Rückkopplungsmittel 30 bestehen aus Rückkopplungswiderständen R 1- Rn+1, welche zwischen jedem Eingang der bidirektionalen Schaltermittel 40 und jedem Ausgang des Verstärkers 50 angeschlossen sind.

Bevor die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Eingangswahlschaltung beschrieben wird, wird nun die Beziehung zwischen der Gesamtübertragungsfunktion der Eingangswahlschaltung und der Übertragungsfunktion der bidirektionalen Analogschalter beschrieben.

Nach der Rückkopplungstheorie wird die Gesamtübertragungsfunktion der geschlossenen Schleife der Eingangswahlschaltung, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist, durch Formel 1 definiert, und G(S) kann durch die unten wiedergegebene Formel 4 spezifiziert werden

G(S) = G 1(S) · G 2(S) (4)

wobei G 1(S) die Übertragungsfunktion für den bidirektionalen Analogschalter und G 2(S) eine willkürliche Übertragungsfunktion darstellt.

Wenn der Wert von G 2(S) der Formel 4 sehr groß gemacht wird, dann steht T(S) nur mehr zum Wert von H(S) in Beziehung, wie dies aus obiger Formel 2 ersichtlich ist.

Die Empfindlichkeitsfunktion (S), welche das Verhältnis der Variationsrate von T(S) zur Variationsrate von G 1 darstellt, ist durch die unten wiedergegebene Formel definiert.

Wie aus obiger Formel 5 ersichtlich, kann die auf G 1 zurückgehende Variation außer Betracht gelassen werden, wenn der Wert von G 2 groß ist. Das heißt, die Eingangswahlschalter gemäß der Erfindung ist, wie oben erwähnt, so aufgebaut, daß die Gesamtübertragungsfunktion T(S) nicht von der Empfindlichkeit des Werts von G 1 beeinflußt werden sollte.

Bei der Eingangswahlschaltung der Fig. 4, die beruhend auf dem oben beschriebenen theoretischen Hintergrund aufgebaut ist, dekodiert die Schaltsteuerung 10, wenn Steuersignale A, B der Schaltsteuerung 10 zugeführt werden, die Steuersignale A, B, um damit das Arbeiten der in den bidirektionalen Schaltermitteln 40 vorgesehenen bidirektionalen Analogschalter zu steuern. Mit Betätigung der bidirektionalen Analogschalter nach Dekodierung der Steuersignal A, B wird ein Analogsignal aus einer Anzahl von durch die Signalquelle 20 erzeugten Analogsignalen ausgewählt, wobei das ausgewählte Analogsignal dem invertierenden Eingang (-) des Verstärkers 50 zugeführt wird.

Das an den Verstärker 50 gelieferte Analogsignal wird verstärkt und an einen Ausgang Vo ausgegeben und gleichzeitig den Eingängen X 1, X 2 . . ., Xn der bidirektionalen Schaltermittel 40 über Rückkopplungswiderstände R 2, R 2 . . ., Rn+1 zugeführt.

Die in obiger Weise betriebene Eingangswahlschaltung wird nun hinsichtlich ihrer Arbeitsweise im einzelnen unter Bezugnahme auf die in Fig. 5 gezeigte Ersatzschaltung beschrieben. Die bidirektionalen Schaltermittel 40 zur Verwendung in der Eingangswahlschaltung der vorliegenden Erfindung enthält, wie in Fig. 5 gezeigt, eine Anzahl von bidirektionalen Schaltern SW 1-SWn, wobei diese bidirektionalen Schalter SW 1-SWn untereinander gleich aufgebaut sind. Das heißt, jeder dieser bidirektionalen Schalter SW 1- SWn besteht aus zwei Analogschaltern Sa 1, Sa 2, die durch die dekodierten Steuersignale in zueinander entgegengesetzten Weisen betätigt werden sollen, und Dioden D 1, D 4 zur Bestimmung der Leitungsrichtung der Analogschalter Sa 1, Sa 2. Beschreibung der in den bidirektionalen Schaltermitteln 40 enthaltenen Bezugscodes sind in der folgenden Tabelle 1 wiedergegeben.

D 1, D 2, D 3, D 4
Ideale Dioden, deren Einschaltspannung "0" ist
Rd 1, Rd 2, Rdn	Widerstand für den durch D 1 fließenden Strom
Ru 1, Ru 2, Run	Widerstand für den durch D 2 fließenden Strom
Rf 1, Rf 2, Rfn	Widerstand für den durch D 3 fließenden Strom
Rb 1, Rb 2, Rbn	Widerstand für den durch D 4 fließenden Strom
Sa, Sb, Sn	Analogschalter, bei welchen die Ein-Strom-Widerstände "0" sind.

Die in der erfindungsgemäßen Eingangswahlschaltung verwendete Schaltsteuerung 10 dekodiert zwei Steuersignale A, B, wobei die Eingabe/Ausgabe der Steuerung 10 in der folgenden Tabelle 2 wiedergegeben ist.

Tabelle 2

Wie aus obiger Tabelle 2 ersichtlich, gibt der Ausgang "b" der Schaltsteuerung 10 ein Signal auf "hohem Wert aus, wenn die auf die Schaltsteuerung 10 gegebenen Eingangssignale A und B "hoch" und "tief" sind, während die Ausgänge "a" und "c" jeweils "tiefe" Signale erzeugen.

Dementsprechend werden die in den bidirektionalen Schaltermitteln 40 der Fig. 5 vorgesehenen Analogschalter Sa 2, Sn 2, Sb 1 abgeschaltet, während die Analogschalter Sa 1, Sb 2, Sn 1 eingeschaltet werden, mit dem Ergebnis, daß die Eingangswahlschaltung eine Ersatzschaltung aufbaut, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist.

Fig. 6 veranschaulicht eine Ersatzschaltung, welche einen Zustand wiedergibt, in welchem eine Eingangssignalquelle VS 2 innerhalb der Signalquelle 20 der Fig. 5 durch die bidirektionalen Schaltermittel 40 ausgewählt wird. Bezugnehmend auf die Fig. 6, wird, wenn das von der Eingangssignalquelle VS 2 ausgegebene Analogsignal ein positives (+) Signal ist, der Strom durch die Widerstände RS 2, R 4 in Richtung von X 2 nach Y 2 des Schalters SW 2 fließen, mit dem Ergebnis, daß das positive Signal über die Diode D 3 und den Widerstand Rf 2 auf den invertierenden Anschluß (-) des Verstärkers 50 gegeben wird, während, wenn ein negatives Signal durch die Eingangssignalquelle VS 2 ausgegeben wird, der Strom von Y 2 nach X 2 fließen wird, mit dem Ergebnis, daß das negative Signal über die Diode D 4 und den Widerstand Rb 2 auf den invertierenden Anschluß (-) des Verstärkers 50 zur Verstärkung und Ausgabe über einen Ausgang Vo gegeben wird.

Das von der Eingangssignalquelle VS 1 ausgegebene Analogsignal wird dabei einem ersten Schritt von Spannungsteilung durch Widerstände R 1, Rd 1, Ru 1 unterworden, und wird einem zweiten Schritt von Spannungsteilung mittels des Rückkopplungswiderstandes R 2 und des Ausgangswiderstandes Rof (in geschlossener Schleife) unterworfen und wird dann auf den Ausgang Vo ausgegeben. Das von der Eingangssignalquelle VS 2 ausgegebene Analogsignal wird den gleichen Schritten von Spannungsteilungen ebenfalls unterworfen und wird ebenfalls auf den Ausgang Vo ausgegeben. In diesem Fall werden diese Spannungen aber durch die betreffenden vor bestimmten Widerstandswerte in Form von [R 1 (Rn)»Rd 1 (Rdn), Ru 1 (Run) »Rof≒0] außer Betracht gelassen.

Das Signal des Verstärkers 50 ist daher dasjenige, das unter den von der Signalquelle VS 2 ausgegebenen Signalen ausgewählt wird, und wird über den Rückkopplungswiderstand R 4 auf den Eingang X 2 des bidirektionalen Schalters W 2 rückgekoppelt.

Daher läßt sich G(S) für die Eingangswahlschaltung gemäß der Erfindung durch die unten wiedergegebene Formel, beruhend auf T(S) der Formel 1, definieren:

wobei AV(S) die Verstärkung und Ri den Eingangswiderstand zum Verstärker 50 darstellt.

In obiger Formel (6) läßt sich durch den Einfluß der Widerstände Rf 2, Rb 2 die Empfindlichkeit um den Betrag beruhend auf den Formeln 3 und 5 im Vergleich zur herkömmlichen verringern.

Ferner wird infolge der Formel Ri»Rf 2 (Rb 2)»G(S) »1, nur die Rückkopplungsfunktion H(S), wie im Falle der Formel 2, beeinflußt. Das heißt, der Einfluß der Widerstände Rf 2, Rb 2 ist fast vernachlässigbar, und das am Ausgang Vo ausgegebene Signal wird nur durch die Rückkopplungswiderstände R 3, R 3 entschieden.

Wie oben beschrieben, ermöglicht es die Eingangswahlschaltung gemäß der Erfindung, die Signalverzerrung, die erzeugt wird, wenn ein Unterschied eines gerichteten Widerstands in den Schaltern bei der Übertragung der Signale vorliegt, um den Betrag zu vermindern, so daß eine lineare Charakteristik erzielt wird, wobei die die erfindungsgemäße Schaltung verwendenden Produkte ein höhere Zuverlässigkeit zeigen. Ferner können, da jede der Eingangssignalquellen entsprechende Rückkopplungsfunktionen hält, die Verstärkungen für jede von ihnen ausgelegt werden. Wenn daher diese Eingangswahlschaltung auf Geräte wie Audioverstärkerwähler, Mehrfachspielwähler, Videoprozessorwähler, Tunerbandwähler oder dergleichen angewandt wird, läßt sich der Vorteil, daß die Produkte diversifiziert werden können, erreichen.

Claims (2)

1. Eingangswählschaltung, welche eine Anzahl bidirektionaler Analogschalter verwendet, mit
Rückkopplungsmitteln (30), welche zwischen den Eingängen von bidirektionalen Analogschaltermittel (40) und dem Ausgang eines Verstärkers (50) vorgesehen sind,
bidirektionalen Schaltermitteln (40) zum Auswählen einer Anzahl von Analogsignalen, welche von einer Signalquelle (20) ausgegeben werden, wobei die Auswahl mit durch eine Schaltsteuerung (10) dekodierten Steuersignalen (A, B) erfolgt, und
einem Verstärker (50) zum Verstärken der durch die in den bidirektionalen Schaltermitteln (40) vorgesehenen bidirektionalen Schalter (SW 1-SWn) ausgewählten Analogsignale, wodurch direktionale Leitungsabweichungen der bidirektionalen Schalter (SW 1-SWn) bei der Übertragung der Signale vermindert werden können.

2. Eingangswahlschaltung nach Anspruch 1, bei welcher jeder der in den bidirektionalen Schaltermitteln (40) vorgesehenen bidirektionalen Schalter (SW 1-SWn) zwei Sätze von Analogschaltern (Sa 1, Sb 1, Sn 1; Sa 2, Sb 2, Sn 2), welche durch Steuersignale (A, B) in voneinander verschiedener Weise betätigt werden, wobei diese Steuersignale ihrerseits durch die Schaltsteuerung (10) dekodiert werden, und Dioden (D 1-D 4) zum Entscheiden der Richtung des Stromflusses umfaßt, wodurch, wenn die Analogschalter (Sa 1, Sb 1, Sn 1) eingeschaltet werden, das von der Signalquelle (20) ausgegebende Analogsignal geerdet wird, während, wenn die Analogschalter (Sa 2, Sb 2, Sn 2) eingeschaltet werden, das von der Signalquelle (20) ausgegebene Analogsignal dem Verstärker (50) zugeführt wird.