專利名稱：具級聯開關部件之切換裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及信號切換裝置，特別涉及那種采用級聯開關部件的裝置，以增強被轉接高頻信號分量斷開時的衰減。
開關斷開時由開關所提供的衰減(斷開時衰減)為切換電路之一項重要的質量因數，特別是那些要予切換的信號含有顯著份量的高頻能量的應用場合更為如此。舉例說吧，當在若干視頻輸入信號之間進行切換以供視頻裝置(例如，錄象機，接收機，監視器，效應產生器(effectsgenesators)等)用時，重要的是應將未被選取的視頻輸入信號衰減至低于一最低值，以免與所選取的視頻輸入信號發生干擾。一般而言，要將非選擇視頻信號衰減至少60分貝且最好更多。由于例如寄生電容的存在，用傳統式集成電路開關不易達到對視頻頻率的這種衰減度的。為此，已有人提出了用于改進集成電路開關之斷開狀態的衰減度的各種方法。下面兩個實例中所說明的一項此種技術為將開關連接成串級，因而，使其斷路狀態的衰減為疊加的。
用于改良斷開狀態衰減的級聯開關之第一實例系由NIGBORO-WICZ等人在名稱為“視頻信號源選擇器”于1985年6月4日所頒布的美國專利第4，521，810中作了說明，在此種切換電路的一具體實施例中，一射極跟隨器與CMOS式的集成電路開關串級連接，同時一箝位晶體管連接至此射極跟隨器晶體管之基極及受到控制，以使CMOS開關開路時令射極跟隨器不能操作。藉此種裝置，則被切換的視頻信號受到開關斷電時即不能操作的射極跟隨器電路及CMOS開關兩者的雙重衰減。
級聯切換電路的第二實施例系由DEISS在1987年元月20日所頒布的美國專利第4，638，181號中作了說明，其名稱為“信號源選擇器”。在DEISS專利中所公開的一個具體實施例中，是將二極管開關與一CMOS集成電路開關串聯連接。此種所包含之偏壓電路系當CMOS開關閉合時將接通電流經由CMOS開關傳至二極管開關。另外的偏壓電路則當CMOS開關開斷時將反向偏壓加至二極管開關。為達最大斷路狀態衰減，DEISS建議采用PIN型二極管，因為，此種二極管呈現極低的結電容，因而，于二極管斷電時，使寄生耦合作用減至最小。
級聯視頻開關的前述兩項實例均提供了優異的衰減性能。可是，兩項實例均比較復雜，它們都需要一箝位晶體管或反向偏壓源，用以保持開關的斷路狀態。
本發明之目的在于提供利用二極管型式的開關，為將開關保持于斷路狀態而不需要一獨立反向偏壓源。
采用本發明之切換電路所包含之二極管，其第一電極由一隔直流電容器連接至待切換的輸入信號源而其第二電極經由一輸出電路連接至一輸出端。一個偏壓控制電路耦合至二極管的第一及第二電極，用以提供第一操作方式及第二操作方式，前者為要將輸入信號耦合至輸出端時令二極管施以正向偏壓，后者則為提供二極管之第一電極的直流隔離。因而，使二極管將所加于其上的交流輸入信號整流，并與此同時產生一反向偏壓，用以斷開二極管。
依據本發明之另一特色，輸出電路包含一非相加型混合器。
依據本發明之再一特色，輸出電路包含一放大器及一非相加型混合器。
茲將本發明例示在附圖中，其中相同元件均由相同標號表示，在附圖中
圖1為實施本發明開關之電路圖。
圖2為實施本發明之彩色電視接收機之部分為示意形式之方塊圖，包含圖1開關之各項元件的典范元件數值以及包含用于所示及所描述之特定應用場合的開關的其它特征。
圖1之切換電路包含用以接收待切換輸入信號Si的輸入端10及用以提供一切換后輸出信號的輸出端12。所提供的二極管14，其第一電極16(陰極)經由隔直流電容器20耦合至信號輸入端10而其第二電極18(陽極)經由輸出電路(30及40)耦合至輸出端12。該輸出電路包括放大器30與非相加混合器40的串級連接。放大器30包含一NPN晶體管Q1，此晶體管之基極連接至二極管14的第二電極(陽極)18，其射極經由射極電阻32耦合至一參考電位源(地線)以及其集電極經由集電極負載電阻34耦合至電源電壓輸入端25。正電源電壓Vs供至電源端25。非相加型混合器40包含一對NPN晶體Q2及Q3，此對晶體管之集電極連接至電源端25，其射極連接至輸出端12并經由電流源42耦合至地線。該電流源可實施為一電阻器或者可為偏置成作為電流源操作的晶體管。晶體管Q2的基極44系充當非相加型混合器40之一個輸入并在晶體管Q1的集電極處連接至放大器30的輸出。晶體管Q3的基極46作為非相加型混合器40的第二輸入并連接至輸入端50。在本發明之此項所述實例中，待切換的第二輸入信號加至輸入端50。
圖1之其余元件包含供二極管14用的偏壓控制電路，以提供第一操作方式及第二操作方式，在第一方式下，二極管14施以正向偏壓，以將輸入信號Si經由放大器30及非相加型混合器40耦合至輸出端12，在第二方式下，二極管14的第一電極(陰極)16被直流隔離，因而，使二極管將經由隔直流電容器20所供應的輸入信號Si之交流成分整流，并與此同時產生一反向偏壓，此種反向偏壓將二極管14“自行偏置”至一斷路(不導通)狀態。正如將予說明的，放大器30及非相加型混合器40響應二極管14之自偏壓狀態而造成對輸入信號的進一步衰減。偏壓控制電路包括耦合在電源端25與二極管14的第二電極(陽極)18之間的第一電阻器62以及與第一電極(陰極)16與本文所示為一接地點66之參考電位源之間的開關60串聯耦合的第二電阻器64。
現描述圖1切換電路的操作，首先，令控制開關60閉合，就此種狀態而言，有一條直流路徑存在于經由電阻器62，二極管14，電阻器64及開關60的電源端25與地線66之間。流通在此條路徑中的電流具有兩種效應。第一，它將二極管14施以正向偏壓，因而，二極管14將輸入信號Si的交流成分耦合至放大器30的晶體管Q1之基極。第二，電阻器62及64與二極管14形成一分壓器對晶體管Q1之基極提供溫度補償的直流偏壓，以使此晶體管施以供線性操作之用的偏壓。溫度補償效應之產生乃因為晶體管Q1的基-射極結點電壓Vbe之電壓變化被二極管14之P-N結兩端的相同電壓變化所跟隨著。因此，在此種操作方式下，二極管14充任(1)提供輸入信號Si的交流成分耦合及(2)提供放大器30中晶體管Q1的Vbe溫度補償的雙重功能。
放大器30放大經由二極管14所耦合的輸入信號之交流成分。通過分別給定集電極與發射極負荷電阻器34與32之比值而使放大器30的增益確定為一良好近似值。這些電阻器配合加至晶體管Q1之基極的直流偏壓亦決定了尚待在下面非相加型混合器級40之操作中考慮的一項因素的靜態集電極電壓。放大器30之最佳偏壓狀態為所提供的輸出信號電壓系在加至端25的電源電壓Vs及加至端50的偏壓Vb所界定的范圍以內。例證性地說，我們可這樣選擇放大器30的直流偏壓，以使輸出電壓大約為電源電壓Vs的四分之三同時可選擇偏壓Vb大約為電源電壓Vs的二分之一。對本發明頗為重要的是非相加型混合器40的偏壓Vb小于供放大器30用的電源電壓Vs，并且系將放大器30偏置于Vs與Vb之間的一個固定值。例如，就12伏電源電壓而言，可對放大器30施加9伏的固定偏壓以及加至非相加型混合器40的偏壓Vb可為6伏。
放大器30的輸出(集電極Q1)處的放大后信號加至非相加型混合器40的晶體管Q2。所以，如前例所述，直流偏壓低于晶體管Q2的晶體管Q3被關斷以及晶體管Q2和電流源42起到一射極跟隨器的作用，以便將放大后輸出信號耦合至輸出端12。
綜上所述，因此，開關60之閉合系將二極管D1施以正向偏壓，此舉提供(1)將信號Si的交流成分耦合至放大器30及(2)產生放大器30的溫度補償直流偏壓之雙重功能。放大器30放大耦合信號并以直流電平提供輸出電壓，此輸出電壓將非相加型混合器40的晶體管Q3施以反向偏壓并經由操作為射極跟隨器之晶體管Q2耦合至輸出端12。
現討論圖1切換電路在控制開關60被開斷時的操作情況。在此情況下，不存在自二極管14之第一電極(陰極)16通至切換電路中的任何點的直流路徑，二極管14之第一電極(陰極)16的直流隔離對前述電路操作具有若干顯著影響。第一種影響為此種情況能使二極管14將輸入信號Si的交流成分整流并將整流后電壓儲存于電容器20上。當輸入信號偏移值低于二極管14的陽極電壓但卻無放電路徑，因而，使累積電荷將二極管14施以反向偏壓時，電容器20即為通過電阻器62及二極管14的電流所充電，從而，對輸入信號進行衰減。處于開路的開關60之第二種影響為電阻器62和64不再將放大器30的晶體管Q1施以供線性操作之用的偏壓。取而代之，流經電阻器62的電流完全被轉移至晶體管Q1的基極，此股電流有效過激勵了晶體管Q1，使其處于或者至少接近飽和狀態的非線性工作方式下。完全飽和并不重要。本發明視為重要的是改變晶體管Q1的直流偏壓只要使其集電極電壓減小至足以將非相加型混合器40中的晶體管Q2施以反向偏壓的電平。該電平就是低于所加至端50之直流偏壓Vb的任何電壓。當此舉發生時，晶體管Q2施以反向偏壓以及晶體管Q3配合電源42作為一射極跟隨器工作以將偏壓信號Vb耦合至輸出端12。因此，在此方式(開關60開斷)下，輸入信號Si被二極管14(它產生其關斷電壓將輸入信號整流)及放大器30和非相加型混合器40等所衰減。
圖2例示圖1切換電路用于彩色電視接收中將兩個彩色輸入信號作選擇性切換的應用。此圖還表示了元件典范數值及電壓。
圖2之彩色電視接收機包含傳統設計的調諧器及中頻處理單元200，其輸入端210用以接收射頻調制視頻輸入信號以及其輸出用以提供一基帶解調視頻輸出信號。其它的基帶復合視頻輸入信號則由輔助輸入連接器212及214提供。SVHS(超VHS)輸入連接器216之提供系用于接收分離亮度(SVHS-Y)及色度(SVHS-C)格式的基帶視頻輸入信號。4位置選擇器開關220之提供系用以將信號S1，AUX-1，AUX-2及SVHS-Y選擇性地耦合至一梳狀濾波器230的輸入端222。調諧器200的頻道選擇以及開關220之信號選擇均由一控制單元240所控制。梳狀濾波器230系以亮度(Y)及色度(C)輸出耦合至傳統設計的視頻處理及顯示單元250，用以處理并顯示彩色視頻影像。梳狀濾波器230是一種具有供色度信號用之射極跟隨器輸出級的濾波器。該輸出級在核狀濾波器230中由晶體管Q3及電流源42表示并且晶體管Q3的基極偏壓大約為6伏。應知這些元件均與非相加型混合器40中所用元件相同。梳狀濾波器230中有射極跟隨器的優點在于省去了在SVHS色度開關280中對此種元件的需要，(如將要說明的)。
SVHS色度開關280對應于圖1之開關并具有下列修改。首先，將一輸入信號終端電阻器282設置在輸入端10與地線之間。此種電阻器系以一種標準特性阻抗(75歐姆)終止SVHS連接器216所提供的SVHS色度信號。靜電式放電(ESD)保護系由與電容器20串聯連接的ESD保護電阻器284所提供。圖1的電阻器64系由一對2.7K歐姆電阻器的串聯連接所實施的，該電阻器系以其共用連接線經由一電容器(470微微法拉)旁路接地的。此種網路的功能系充當一低通濾波器，所提供的雙重功能為(1)抑制來自開關60的雜音進入色度信號處理頻道及(2)抑制色度信號進入開關60從而干擾可能被開關60所切換的其他信號。此項實施例中之另一項改變為將一裸線隔離電阻器(470歐姆)加在晶體管Q1的基極與二極管14的陽極之間，用以隔離與晶體管Q1相關的寄生電容，開關60則被控制器240所控制。
操作時，控制單元240選擇顯示信號的方法為控制開關220及60。例如，當選擇視頻信號S1，AUX-1或AUX-2時，控制單元240將對應選擇信號傳至開關220，同時發出禁止信號并傳至開關60，令開關60開路。此種禁止信號即在SVHS色度信號路徑中流動，(如前文說明的)。簡單察看一下，在此種方式下，二極管將其本身的自偏壓偏置至一種關斷狀態，對SVHS色度信號(如有的話)進行整流，將放大器30驅動至飽和(或接近飽和)狀態以及非相加型混合器40選擇梳狀濾波器輸出信號。當SVHS信號源216被控制單元240所選擇時，開關220將SVHS亮度信號耦合至處理器250及將SVHS色度信號經由二極管14，放大器30及非相加型混合器40耦合至處理器250(如前面圖1之說明中所述)。
權利要求
1.一種切換電路，包括二極管(14)，其第一電極(16)經由一隔直流電容器(20)連接至待切換的輸入信號(Si)源，其第二電極(18)經由一輸出電路(30，40)耦合至一輸出端(12)，用以提供一切換后輸出信號；其特征在于耦合至所述二極管(14)的第一(16)及第二(18)電極之偏壓控制電路(62，64，60)，用于提供第一操作方式及第二操作方式，第一方式用以將二極管(14)施以正向偏壓，以便將所述輸入信號(Si)耦合至所述輸出端(12)，第二方式用以提供二極管(14)之所述第一電極(16)的直流隔離，以使所述二極管(14)，將經所述電容器(20)所加至其上的所述輸入信號(Si)之交流成分整流，并同時產生一反向偏置電壓，用來將二極管(14)關斷。
2.根據權利要求1所述之切換電路，其特征在于所述輸出電路(30，40)包含一非相加型混合器(40)。
3.根據權利要求1所述之切換電路，其特征在于所述輸出電路(30，40)包含一放大器(30)。
4.根據權利要求1所述之切換電路，其特征在于所述輸出電路(30，40)包含按序級聯連接的放大器(30)與非相加型混合器(40)。
5.根據權利要求4所述之切換電路，其特征在于，所述非相加型混合器(40)包含連接至所述放大器(30)之輸出的輸入(44)以及加有一偏壓(Vb)的另一輸入(46)，該偏壓小于加至所述放大器(30)的電源電壓(Vs)以及所述放大器(30)施以偏壓，以提供所述電源電壓(Vs)與所述偏壓(Vb)的數值中間之固定輸出電壓。
6.根據權利要求1所述之切換電路，其特征在于所述第一操作方式中的所述二極管(14)為在所述輸出電路(30，40)中的放大器(30)提供溫度補償直流偏壓。
7.根據權利要求3所述之切換電路，其特征在于在所述第一操作方式下的所述二極管(14)為所述輸出電路(30，40)中的所述放大器(30)提供溫度補償直流偏壓。
8.根據權利要求4所述之切換電路，其特征在于所述第一操作方式下的所述二極管(14)為所述輸出電路(30，40)中的所述放大器(30)供以溫度補償直流偏壓。
全文摘要
將二極管之第一電極連接到經由電容器予以轉接的輸入信號源而其第二電極經由一輸出電路連接至一輸出端。耦合至該二極管的偏壓控制電路提供第一操作方式及第二操作方式，在前一方式下，二極管施以正向偏壓，以將輸入信號經由輸出電路耦合至輸出端，在后一方式下，二極管之第一電極被直流隔離，因而，二極管將輸入信號之交流成分整流，并于這樣作時，產生反向偏壓，以將二極管自行偏置于一種非導通狀態。
文檔編號H03K17/74GK1056206SQ9110291
公開日1991年11月13日 申請日期1991年4月29日 優先權日1990年4月30日
發明者吉恩·卡爾·桑德爾韋克 申請人:湯姆森消費電子有限公司