DE1955650A1

DE1955650A1 - Schalteinrichtung fuer Multiplex-Systeme

Info

Publication number: DE1955650A1
Application number: DE19691955650
Authority: DE
Inventors: Gardner Thomas Edmond; Kupersmith Bertam Frank
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1968-11-13
Filing date: 1969-11-05
Publication date: 1970-05-21
Also published as: GB1238589A; US3539928A; FR2023162A1; DE1955650B2

Description

United Aircraft Corporation, 4oo Hain Street, 3ast Hartford, Connecticut o61o<3, Vereinigte Staaten von Amerika

Schalteinrichtung für Multiplex-Systeme

Die Erfindung betrifft Multiplex-Systeme und insbesondere eine Multiplex-Einrichtung mit schaltbaren Betriebsverstärkern.

Ss ist bereits eine Reihe von Multiplex-Systemen bekannt. G-emäss einer sehr alten Bauform von Multiplex-Schalteinrichtungen werden Relais und/oder andere mechanische Schaltgeräte verwendet. Hierdurch werden Verzögerungen verursacht, welche weit über die Werte hinausgehen, die bei modernen elektronischen Ausrüstungen gefordert werden müssen. Systeme, bei welchen Transistor-Schaltgeräte verwendet werden, verursachen bei den tatsächlich zu übertragenden Signalen im allgemeinen große "Jbertragungs-Spannungsfehler. Feldeffekttransistoren weisen demgegenüber wiederum verhältnismässig hohe Impedanzen in Durchlaßrichtung auf, woraus sich Verstärkungsfehler und/oder beträchtliche Zeitkonstan-

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ten ergeben. Bekannte Multiplex-Schalteinrichtungen, "bei denen diese Schwierigkeiten oder Nachteile vermieden sind, besitzen einen verwickelten Aufbau, sind sehr kostspielig und eignen sich manchmal bezüglich Raumbedarf, Gewicht und Kosten nicht für den Einsatz innerhalb bestimmter, mit Multiplex-Systemen auszurüstender Einrichtungen.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, bei einer verhältnismässig einfach aufgebauten MuItipiex-Schalteinrichtung die Einführung von Fehlergrößen in die nach dem " ' MuItipiex-Verfahren zu verarbeitenden Signale zu verhindern.

Srfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch einen Betrieb sver stärker mit einer zugehörigen Rückkopplungsschleife, die einen Vorwärtszweig und einen Rückführungszweig aufweist, wobei der Verbindungspunkt zwischen diesen beiden Zweigen an eine mit einem gemeinsamen Ausgangskanal des Systems verbindbäre Ausgangssignalleitung gelegt ist und ferner durch in dem genannten Vorwärtszweig angeordnete Schaltmittel gelöst, welche wahlweise derart steuerbar sind, daß sie entweder eine verhältnismässig hohe Impedanz oder eine verhältnismässig niedrige Impedanz in diesem Vorwärtszweig darstellen.

Jeder von mehreren Datenkanälen enthält also einen solchen Betriebsverstärker und durch Betätigung der in dem Vorwärtszweig gelegenen Schaltmittel werden die Signale des betreffenden Datenkanales an den gemeinsamen Ausgangskanal geführt.

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Durch die Erfindung wird also eine verhältnismässig einfache MuItiplex-Schalteinrichtung geschaffen, ohne daß in den Signalweg zusätzliche Impedanzen, Zeitkonstanten oder Übertragungs-Spannungsverluste eingeführt werden, da diese Grossen wirkungsmässig fur'"I: ^.'ickkopplung zum Eingang des Betriebsverstärkers beseitigt werden können. Da der angesteuerte oder ausgewählte Betriebsverstärker, welcher über seine Rückkopplungsschleife gespeist wird, eine vom Ausgang her gesehene Impedanz in der Grössenordnung von Bruchteilen eines Ohm besitzt, während die übrigen Verstärker, welche nicht an den gemeinsamen Ausgangskanal angeschaltet sind, ausserordentlich hohe Impedanzen besitzen (grössenordnungsmässig Hunderttausende von Ohm), ergibt sich bei der erfindungsgemässen, ausserordentlich einfachen Multiplex-Schalteiiirichtung eine ausgezeichnete Isolation zwischen den einzelnen Datenkanälen. Dies beruht wiederum teilweise auf der Tatsache, daß'die scheinbare Impedanz des Betriebsverstärkers gegenüber Erde, wie sie sich bei dem Betrieb mit der Rückkoppluiigssehleif e darstellt, dann nicht vorhanden ist, wenn auf Grund einer Öffnung der erwähnten Schaltmittel der Multiplex-Schalteinrichtung der Vorwärtszweig der Rückkopplungsschleife aufgetrennt ist. Es ergiirfc sich also eine einfache und wirkungsvolle Multiplex-Schalteinrichtung durch die angegebene Schaltungsmerkmale. Zweckmässige V/eiterbildungen der erfindungsgemässen Schalteinrichtung bilden im übrigen Gegenstand der anlie-

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genden Patentansprüche.

Im Folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf besondere Einzelheiten und Vorteile, sowie unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen . stellen dar:

Figur 1 ein Blockschaltbild eines Multiplex-Systernes

mit einer Schalteinrichtung nach der Erfindung, Figur -2 ein schematisches Schaltbild einer ersten " Ausführungsform einer Multiplex-Schalteinrich-

tung nach der Erfindung, ■

Figur 3 ein schematisches Schaltbild einer zweiten

Ausführungsform einer Multiplex-Schalteinrichtung nach der Erfindung,

Figur 4 Sin schematisches Schaltbild einer dritten Ausführungsform einer Multiplex-Schalteinrichtung nach der Erfindung,

Figur 5 ein schematisches Sehaltbild einer vierten Ausführungsform einer Multiplex-Schalteinrichtung nach der Erfindung und

Figur 6 ein schematisches Schaltbild eines Vvählerschalters, welcher in dem Multiplex-System nach Figur 1 verwendet werden kann. .

Aus Figur 1 ist ersichtlich, daß ein Multiplex-System im allgemeinen eine Reihe von Kanälen, beispielsweise die

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Kanäle 1, 2, ..... η enthält, die jeweils wahlweise an einen Ausgangskanal angeschlossen werden können. Wie man Figur 1 entnehmen kann, ist jedem Kanal jeweils eine Schalteinrichtung Io zugeordnet. Jeder der Schalteinrichtungen 1o "besitzt.eine Eingangssignalleitung 12, sowie eine Verbindung zu dem Ausgangskanal· 14. Zusätzlich liefert eine Wählerschaltung 16 ein Auswahlsignal an aufeinanderfolgende Auswahlleitungen 1.8,-wobei jeweils eine Auswahlleitung für je einen der Kanäle 1 bis η vorgesehen ist. Die vorliegende Erfindung befasst sich mit den den einzelnen Datenkanälen zugeordneten Schalteinrichtungen 1o und in den Figuren 2 bis 5 der Zeichnungen sind bestimmte Ausführungsformell von solchen Schalteinrichtungen nach der Erfindung gezeigt, welche nachfolgend näher beschrieben werden sollen.

Zunächst sei auf Figur 2 Bezug genommen. Eine Multiplex- Schalteinrichtung gemäss diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält einen Betriebsverstärker 2o, welchem eine Rückkopplungsschleife mit einem Vorwärtszweig und einem Widerstand 26 zugeordnet ist. Der Vorwärtszweig das Rückkopplungszweiges enthält ein Diodenpaar 22 und 24.· Das über eine Singangsleitung 12a herbeigeführte Eingangssignal wird über einen Widerstand 28 demselben Eingangsanschluß 3o des Betriebsverstärkers 2o zugeleitet, an welchen auch der Widerstand 26 der Rückkopplungsschleife gelegt ist. Der jeweils andere Eingangsanschluß 32 ist geerdet oder an ein anderes, entsprechendes Potential gelegt. Im allgemeinen wird der Eingangsanschluß 3o als invertierender Bin-

gang bezeichnet, während der Eingangsanscliluß 32 der nicht invertierende Eingang ist, da die Polarität des dem Eingangsanschluß 3o zugeführten SignaXes an dem Ausgang 34
des Betriebsverstärkers 2o invertiert auftritt. Das Auswahlsignal, welches auf der Auswahlleitung 18 a auftritt,
wird über einen Widerstand 36 der Verbindungsstelle zwischen den Dioden 22.und 24 zugeführt.

Während des Betriebes empfängt derjenige Kanal, welcher

aus den Kanälen 1, 2, η zur Verbindung mit dem Aus-

. gangskanal 14 ausgewählt werden soll» über die Leitung I8a

ψ ein Auswahl signal, das bei den hier gezeigten Ausführungsbeispielen, wie aus Figur 6 ersichtlich, ein positives
Potential besitzt, worauf nachfolgend noch näher eingegangen wird. Dieses positive Auswahlsignal muß solche
Größe haben, daß es stärker positiv ist, als das am stärksten positive Signal, welches am Ausgang 34 des Betriebsverstärkers 2o auftreten kann. Ergeben beipielsweise die Eingangssignale an den Eingängen des Betriebsverstärkers 2o einen
Bereich zwischen plus 1o Volt und minus- Io Volt, so reicht ein Auswahlsignal von plus 15 Volt dazu'aus, die Dioden 22 und 24 in Durchlaßrichtung vorzuspannen, so daß die betreffende Multiplex-Schalteinrichtung 1oa an den Ausgangskanal 14 angeschlossen wird. Soll der betreffende Eingangskanal
nicht an den Ausgangskanal gelegt werden, so kann die Auswahlleitung 18a ein Potential von minus 15 Volt führen,
welches also stärker negativ als das am stärksten negative

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Potential ist, das am Ausgang 34 des Betriebsverstärkers auftreten kann. Hierdurch ist sichergestellt, daß die Dioden 22 und 24 in Sperriehtung vorgespannt werden, so daß sie gleichsam eine aufgetrennte Verbindung in dem Vorwärtszweig der Rückkopplungsschleife des Betriebsverstärkers 2o darstellen. Durch Zuführung eines positiven Potentiales über die Auswahlleitung I8a werden die Dioden 22 und 24 'beide in Durchlaßrichtung vorgespannt und bilden daher nahezu einen Kurzschluß zwischen der Ausgangsklemme'34 des Betriebsverstärkers und einem Verbindungspunkt zwischen der Rückkop— plungsscHfeife und einer zum Ausgangskanal führenden Ausgangssignalleitung 14a. Der Betriebsverstärker 2o wird so in Tätigkeit gesetzt und liefert ein Signal an die Ausgangssignalleitung 14a, welches auf Grund- des Spannungsabfalles in den Übergängen der beiden in Durchlaßrichtung vorgespannten Dioden einen geringen Übertragungs-Spannungsfehler enthalten kann, doch wird dieses Ausgangs ε ir^i-Tl ^r:~i dem Eingang 3o des Verstärkers über den Widerstand 26 rückgekoppelt und auf Grund des hohen Verstärkungsgrades des Verstärkers werden die genannten Fehler durch in.bekannter Weise- erzielbare Rückkopplungswirkung ausgeschaltet. Das auf der Ausgangssignalleitung 14a auftretende Signal entspricht in inversem Verhältnis dem auf der Eingangsleitung 12 a zugeführten Signal in nahezu vollkommener Weise, was durch die Betriebseigenschaften des Verstärkers 2o erreicht wird.

Von Betriebsverstärkern mit Rückkopplungsschleife ist es "bekannt, daß bei in Durchlaßrichtung vorgespannten

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Dioden 22 und 24 die vom Ausgang her gesehene Impedanz auf der Ausgangssignalleitung 14a ausserordentlich niedrig ist und beispielsweise geringe Bruchteile eines Ohms beträgt. Ist andererseits das Signal auf der Auswahlleitung i8a negativ, was bedeutet, daß der betreffende Datenein- · gangskanal nicht ausgewählt wird, so wird die Eückkopplungsschleife unterbrochen und die scheinbare Erdung des Angangsanschlusses 3o ist nicht mehr gültig, da der Betriebsverstärker 2o nicht mehr in einem geschlossenen Kreis arbeitet. Die sich an der Ausgangssignalleitung 14a einstellende Srdungsimpedanz beträgt dann die üumme der Impedanzen des Rückkopplungswiderstandes 26, des Jüingangswiderstaiides 26 und der Impedanz der Signalq_uelle, welche an die Eingangs signalleitung 12a angeschlossen ist. Diese Impedanzsumme beträgt im allgemeinen Hunderttausende von Ohm. Der jeweils an den Ausgangskanal Ί4 angeschlossene Dateneingangskanal von den Kanälen 1 bis η besitzt also eine Impedanz von Bruchteilen eines Olims, während die übrigen, sämtlich zueinander parallel geschalteten .^anäle zusammen eine Impedanz in der Grössenordnung von ^ehntausenden von Ohm besitzen.

In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Hier ist zwischen die Ausgangsklemme des Betriebsverstärkers und' den Verbi&dungspunkt der Ausgangssignalleitung 14a mit der Rückkopplungsleitung ein Transistor 4o geschaltet. Die Wirkungsweise ist ähnlich

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wie bei der Schaltung nach Figur 2. Ein auf'der Auswahllei tuiig 18a auftretendes positives Signal stellt den Transistor 4o in den leitenden Zustand um, wodurch die Kückkopplungsschleife geschlossen, d.h. vervollständigt wird und der betreffende Dateneingangskanal für die Verbindung mit dem Ausgangskanal 14 ausgewählt wird. Die Sättigungsimpedanz und der Spannungsabfall des Transistors' 4o in dem Vorwärtszweig der Rückkopplungsschleife werden auf G-rund des hohen Verstärkungsfaktors des Betriebsverstärkers 2o entsprechend der an sich bekannten Rückkopplungsmassnahme aus dem Betriebsverhalten der Schaltung herausgehalten.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4 der Zeichnungen dient im Vorwärtszweig der Rückkopplungsschleife ein Feldeffekttransistor 42 als Schaltmittel. Als Beispiel hierfür sei ein n-Kanal-Metalloxyd-Peldeffekttransistor genannt, dessen Quellenanschluß und Ableitungsanschluß 44 bzw. 45 zwischen den Ausgang 34 des Betriebsverstärkers und die Verbindung der Rückkopplungsschleife mit der Ausgangs Signalleitung 14a gelegt sind. Der Gitteranschluß oder Steueranschluß 46 des Metalloxyd-Feldeffekttransistors ist mit der Auswahlsignalleitung i8a verbunden. Zusätzlich ist der Träger des Transistors 42 über eine Leitung 47 an ein negatives Potential gelegt, -welches in dem zuvor angegebenen Beispiel etwa minus 15 Volt betragen kann. Hierdurch wird eine geeignete Vorspannung im Bereich der

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übergänge zwischen-dem Quellenanschluß bzw. dem Ableitungsanschluß und dem Träger geschaffen, wie das bei Transistoren dieser Art an sich bekannt ist.. Die Wirkungsweise des Ausführungsbeispieles nach Figur 4 entspr cht derjenigen der Schalteinrichtung nach Figur 2.

In Figur 5 der Zeichnungen ist eine etwas anders ausgebildete Ausführungsforin der Erfindung dargestellt. Hier ist der Betriebsverstärker 2o durch Verwendung des nicht invertierenden Eingangsanschlusses 32 als Signaleingang ohne das Merkmal der Inversion beschaltet. Nachdem hier kein Widerstand in der Rückkopplungsschleife 26a angeordnet ist, enthält diese Schaltung einen auf diesem Gebiete an sich bekannten Spannungsf'olgekreis. Die Wirkung des Auswahlsignales auf der Auswahlleitung 1oa und die Arbeitsweise der Dioden22 und 24 sind genauso, wie dies zuvor mit Bezug auf Figur 2 beschrieben wurde. Wenn die Dioden in Durchlaßrichtung vorgespannt sind, hat die Ausgangsimpedanz auf der Signalausgangsleitung 14a' ihren Minimalwert, da . der Verstärkungsfaktor in der Verstärkerschleife dann am grössten ist. Tritt andererseits auf der Auswahlsignalleitung i8a ein negatives Signal auf, so werden die Dioden 22.und 24 in Sperrichtung vorgespannt und die Verstärkerschleife wird aufgetrennt, so daß die Ausgangsimpedanz der AusgangsSignalleitung 14a mit Bezug auf Erde der Eingangsimpedanz eines Differentialverstärkers (Verstärker 2o ) gleich ist und-charakteristisclierweise Hunderte von Kilo-Ohm oder sogar MegaOhm beträgt. Die Isolationen

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nicht ausgewählter Kanäle gegenüber ausgewählten Kanälen wird daher in ähnlicher Weise erzielt, wie dies bei der zuvor be.Erhriv-v^nen Ausführungsform nach Figur 2 der Fall "war.

Ausserdem können der Transistor 4o, der Metalloxyd-Feldeffekttransistor 42 oder andere Schaltgeräte im Spannungsfolgekreis der erfindungsgemässen Ausführungsform nach Figur 5 verwendet werden. Eine nähere Beschreibung solcher Ausführungsformen erübrigt sich jedoch, da die Anwendung der oben angegebenen Merkmale auf verschiedene andere Ausführungsbeispiele dem Fachmann ohne weiteres geläufig ist.

Ein Beispiel für eine Auswahlschaltung zeigt die in Figur 6 dargestellte Wählerschaltung 16. Hier kann jede der Auswahlleitungen 1ö mit einer entsprechenden Schaltkontaktanzapfung eines geeigneten Schalters 5o verbunden sein, der seinerseits an eine Quelle positiver Spannung gelegt ist, die nach dem obigen .- Beispiel eine Spannung von plus 15 Volt liefert. Jede der Schaltkontaktanzapfungen des Schalters 5o ist ausserdem über einen ihr jeweils zugeordneten Widerstand 52 an eine ein negatives Potential liefernde Spannuiigsquelle angeschlossen, welche bei dem zuvor angegebenen Beispiel ein Potential von minus 15 Volt erzeugt. Die jeweils von dem Schaltarm des Schalters 5o an die positive Spannung gelegte Schaltkontaktanzapfung nimmt das positive Potential an, während die übrigen Schalt-

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kontaktan.zapfung.en auf negativem Potential bleiben, wodurch die im Zusammenhang mit Figur 2 beschriebene Wirkungsweise ermöglicht wird.

Zusätzlich zu den in den Figuren 2 bis 5 gezeigten Schaltungsformen und entsprechenden Abwandlungen derselben

können erfindungsgemäss auch -Dioden-Viererblockschaltungen, Übergangs-Feldßf'£ekttransistoren und andere, bekannte Schalteinrichtungen und Schaltelemente Verwendung finden.

™ . Während die Erfindung vorstehend anhand bevorzugter

Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, bietet sich dem Fachmann selbstverständlich eine Vielzahl weiterer Abwandlungsmöglichice it en oder Vereinfachungen des gesamten Schaltungsaufbaues oder seiner Einzelheiten an, welche aber vom dem der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken mit umfasst werden.

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Claims

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-Patentansprüche:

Iy Schalteinrichtung für Multiplex-Systeme, gekennzeichnet .durch jeweils einen Betriebsverstärker (20) mit einer zugehörigen Rückkopplungsschleife (34» 22,-24»26,30 bzw. 34,40, 26,30 bzw. 34,30,44,45,47,30 bzw.34,22,24,26a,30) die einen Vorwärtszweig (22,24 bzw. 40 bzw. 42,44,45) und einen Rückführungszweig (26 bzw.26a) aufweist, wobei der Verbindungspunkt zwischen diesen beiden Zweigen an eine mit einem gemeinsamen Ausgangskanal (14) des- Systems verbindbare Ausgangssignalleitung (14a) gelegt ist und ferner durch in dem genannten Vorwärtszweig angeordnete Schaltmittel (22,24 bzw. 40 bzw. 42), welche wahlweise derart steuerbar sind, daß sie entweder eine verhältnismäßig hohe Impedanz oder eine verhältnismäßig niedrige Impedanz in diesem Vorwärtszweig darstellen.
2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel elektronische Schalter (22,24 bzw. 40 bzw. 42) sowie eine wahlweise anschließbare Spannungsquelle (1öa) enthalten, mittels welcher den elektronischen Schaltern ein Potential zuführbar ist, welches die elektronischen Schalter jeweils in einen Zustand verhältnismäßig niedriger Impedanz umstellt.
3. Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebsverstärker einen Differentialverstärker (20) enthält, dessen nieht-invertierender Eingang 632) an ein Bezugspotential gelegt ist, während der invertieren-

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de Eingang (30) mit dem Rückführungszweig (26) der Ruckkopplungsschleife verbunden ist, wobei der Rückführungszweig eine Impedanz beträchtlicher Größe enthält (l-'ig. 2 und 3)·
4. Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch .gekennzeichnet, daß der Betriebsverstärker einen Differentialverstärker (20) enthält, dessen invertierender Eingang mit dem Rückführungszweig (26a) der Rückkopplungsschleife verbunden ist, wobei dieser Rückführungszweig eine verhältnismäßig kleine Impedanz, aufweist, während der nicht-invertierende Eingang des

™ Verstärkers an eine Singangssignalleitung ansciiließbar ist, -.deren Signale über das Multiplex-System an den gemeinsamen Ausgangskanal (14) abzugeben sind ( E'ig.5).
5. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel· ein Diodenpaar (22, 24) enthalten, welche gegensinnig gepolt sind und deren Verbindungspunkt ein Potential zur Vorspannung in Durchlaßrichtung zuführbar (i8a) ist (Pig.2 ud 5).
6. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadUBch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel einen Transistor (40) enthalten, welcher mit Emitter und Kollektor in dem genannten Vorwärtszweig der Rückkopplungsschleife liegt und dessen Basis ein Potential zur Vorspannung des Transistors in Durchlaßrichtung zuführbar (36,18a) ist (PIG.3).

7· Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4> dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel einen Ii'eldeffekt-

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transistor (42) enthalten, dessen Quellenanschluß und Ableitungsanschluß in dem genannten Vorwärtszweig der ßückkopplungssclileife liegen und dessen Steueraiischluß (46) ein einen Entladungskanal induzierendes Potential zuführbar (l8a) ist (Fig.4)·

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