一种代替信号模拟开关芯片的方法与流程

本发明涉及信号模拟开关(多路复用器)技术领域，尤其是一种代替信号模拟开关(多路复用器)芯片的方法。

背景技术：

目前在音视频路由设备、自动测试设备、航电设备和通信系统等设备和系统中，对各类信号都有选择、切换或复用需求，国内外主要芯片供应商也推出了信号模拟开关(多路复用器)芯片以满足市场需求。

但信号模拟开关(多路复用器)芯片基于现有的fet(场效应管)实现原理、芯片制造工艺和芯片供电等因素，通常具有25～200ω的导通电阻，对信号有插入损耗；信号通道之间具有耦合及分布电容，造成信号干扰引起通道隔离度问题，信号可能同时出现在不需要的通道上；另外芯片供电决定了适用的信号幅度和极性，比如要求信号幅度不能超过电源电压值，仅正电源供电时不能切换/复用负极性信号。

为了解决以上问题，在一些应用领域，使用信号模拟开关(多路复用器)芯片时，硬件需设计信号功率分配和功率放大电路，且对电源的电压值和极性也有特殊要求，增加了硬件成本和电路复杂性。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提出一种代替信号模拟开关(多路复用器)芯片的方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种代替信号模拟开关芯片的方法，包括：

采用多个继电器以级联方式构成多路信号通道；

采用解码器芯片将输入的使能信号和地址信号译码后输出通道选择信号；

采用场效应管接收通道选择信号，并根据接收到的通道选择信号控制继电器线圈的供电，将继电器切换至常闭触点或常开触点，从而完成信号通道切换，实现信号模拟开关功能。

进一步的，采用的所述继电器为单刀双掷类型；由多个继电器各自的常闭触点以级联方式形成信号链路，再由多个继电器各自的常开触点将信号链路以分支形式构成多路信号通道。

进一步的，继电器线圈并联有肖特基二极管。

进一步的，所述场效应管为p沟道mos型；所述通道选择信号输出到场效应管的栅极，场效应管的源极采用5v供电，漏极连接在相应的继电器线圈的供电回路。

进一步的，场效应管在接收到低电平的通道选择信号时闭合，继而将继电器线圈的供电打开，使继电器由常闭触点切换到常开触点；场效应管在接收到高电平的通道选择信号时断开，继而将继电器线圈的供电关闭，使继电器由常开触点切换到常闭触点；从而完成信号通道切换。

进一步的，所述使能信号、地址信号和多路信号通道参照主流信号模拟开关芯片对应管脚进行定义和排列，且功能保持兼容。

进一步的，所述使能信号有效时，才将地址信号译码出通道选择信号。

进一步的，当所述使能信号有效时，将地址信号译码后输出的通道选择信号只使一个场效应管闭合，并使对应的一个继电器线圈的供电打开；当所述使能信号无效时，所有继电器线圈的供电保持关闭。

进一步的，所述解码器芯片对n位地址信号译码出2ⁿ个通道选择信号，对应输出到2ⁿ路信号通道；同时地址信号的位数n对应的继电器数量也为2ⁿ。

进一步的，输入所述解码器芯片的使能信号和地址信号是ttl或lvttl电平；译码后输出的通道选择信号是ttl电平。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明将继电器触点以物理连接方式构成信号通道，对信号没有插入损耗、隔离度以及幅度和极性要求等问题，特别适合于高频、大幅度和负极性信号切换/开关/多路复用的应用场合，可以避免设计信号功率分配和功率放大电路，同时对供电也没有特殊要求，降低了硬件成本和电路复杂性。

2、本发明参照主流信号模拟开关(多路复用器)芯片的管脚定义排列使能信号、地址信号以及信号通道，并保持功能兼容，因此使用方法与主流信号模拟开关(多路复用器)芯片一致，适合于信号切换/开关/多路复用的应用场合。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明代替信号模拟开关芯片的方法的流程框图。

图2为本发明实施例的代替信号模拟开关芯片的电路原理图。

图3为本发明实施例的解码器芯片的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

如图1所示，本实施例提供的一种代替信号模拟开关芯片的方法，包括：

采用多个继电器以级联方式构成多路信号通道；

采用解码器芯片将输入的使能信号和地址信号译码后输出通道选择信号；

采用场效应管接收通道选择信号，并根据接收到的通道选择信号控制继电器线圈的供电，由此切换继电器触点为常闭或常开，从而完成信号通道切换，实现信号模拟开关功能。

如图2所示为本实施例代替信号模拟开关芯片的电路原理图。图中包括：继电器k1～k16、场效应管q1～q16、肖特基二极管d1～d16、信号通道接口j1～j17、通道选择信号s1～s16、形成信号链路的信号sig1～sig16、信号通道dt和用于切换(复用)的信号通道st1～st16。

采用的继电器k1～k16为单刀双掷(spdt)类型；由继电器k1～k16各自的常闭触点以级联方式形成信号链路，再由继电器k1～k16各自的常开触点将信号链路以分支形式构成信号通道st1～st16。换言之，所述信号链路从信号通道dt经过继电器k1～k16一直连接到最后一级信号接口(继电器k16的7脚，悬空)；继电器k1～k16的常开触点相当于信号链路上的分叉口，由分叉口构成信号通道st1～st16。其中，信号通道dt和st1～st16不分信号方向，可以是输入或输出。在本实施例中，继电器k1～k16线圈并联肖特基二极管d1～d16，在继电器k1～k16线圈的供电断开瞬间提供续流作用，避免反向电压损坏相关器件。

所述场效应管为p沟道mos型，所述通道选择信号s1～s16输出到场效应管q1～q16的栅极(栅极低电平时场效应管闭合，高电平时场效应管断开)，场效应管q1～q16的源极采用5v供电，漏极连接在相应的继电器k1～k16线圈的供电回路。场效应管q1～q16接收到低电平的通道选择信号时闭合，继而将继电器k1～k16线圈的供电打开，使继电器k1～k16由常闭触点切换到常开触点；场效应管q1～q16接收到高电平的通道选择信号时断开，继而将继电器k1～k16线圈的供电关闭，使继电器k1～k16由常开触点切换到常闭触点；从而完成信号通道切换，实现信号模拟开关(多路复用器)功能。

通过以上内容可以看出，构成的信号通道dt及st1～st16是物理连接，并连接到信号通道接口j1～j17。也就是说，将继电器触点以物理连接方式构成信号通道，对信号没有插入损耗、隔离度以及幅度和极性要求等问题，特别适合于高频、大幅度和负极性信号切换/开关/多路复用的应用场合，可以避免设计信号功率分配和功率放大电路，同时对供电也没有特殊要求，降低了硬件成本和电路复杂性。

如图3所示为本实施例的解码器芯片结构示意图。所述解码器芯片u1对输入的使能信号en和地址信号a0～a3进行译码，产生通道选择信号s1～s16并输出到如图2所示的场效应管q1～q16。图2和图3中所述使能信号en、地址信号a0～a3和多路信号通道dt及st1～st16参照主流信号模拟开关芯片对应管脚进行定义和排列，且功能保持兼容。对应图2和图3，本实施例参照美国analogdevices公司16选1信号模拟开关(多路复用器)芯片adg406bn对应管脚进行使能信号、地址信号和信号通道的定义和排列，且功能保持兼容。

所述解码器芯片u1采用5v供电，输入所述解码器芯片u1的使能信号en和地址信号a0～a3是ttl或lvttl电平；译码后输出的通道选择信号s1～s16是ttl电平。所述解码器芯片u1的真值表如表1所示。

表1解码器芯片u1的真值表

注：l表示低电平，h表示高电平，x表示高或低电平。

通过表1可以看出，输出的通道选择信号s1～s16是低电平有效。使能信号en相当于解码器芯片u1的总开关，也就是说，所述使能信号有效(低电平)时，才将地址信号a0～a3译码出通道选择信号s1～s16。

另外还可以看出，所述解码器芯片u1对4位地址信号译码出16个通道选择信号，对应输出到16路信号通道，同时也对应16个继电器。也就是说，所述解码器芯片u1对n位地址信号译码出2ⁿ个通道选择信号，对应输出到2ⁿ路信号通道；同时地址信号的位数n对应的继电器数量也为2ⁿ。

输入所述解码器芯片u1的使能信号en和地址信号a0～a3，与信号通道dt接通的信号通道s1～s16的关系如表2所示。

表2一种代替信号模拟开关芯片实施例的真值表

从表2可以看出：

当所述使能信号en有效(低电平)时，将地址信号a0～a3译码后输出的通道选择信号s1～s16只使一个场效应管闭合，使对应的一个继电器线圈的供电打开。某个继电器线圈的供电打开后，该继电器由常闭触点切换到常开触点，将信号通道st1～st16中某个信号通道连接到信号通道dt，从而完成信号通道切换。例如，当使能信号en为l、地址信号a0～a3为llll时，通道选择信号s1有效(低电平)，其余通道选择信号s2～s16无效(高电平)，此时只将场效应管q1闭合，进而控制继电器k1线圈的供电打开，将继电器k1由常闭触点切换到常开触点，此时信号通道dt连接到信号通道st1。再如，当使能信号en为l，地址信号a0～a3为hhhh时，通道选择信号中仅s16有效(低电平)，所以场效应管q16闭合，其余场效应管q1～q15断开，进而继电器k1～k15线圈的供电保持关闭，使继电器k1～k15触点保持常闭状态并形成信号链路，继电器k16线圈的供电打开，继电器k16由常闭触点切换到常开触点，使信号链路连接到st16，所以信号通道dt连接到信号通道st16。

当所述使能信号en无效(高电平)时，所有继电器线圈的供电保持关闭。例如，当使能信号en为h，地址信号a0～a3为xxxx(即无论为低电平或高电平)时，通道选择信号s1～s16均为h(高电平)，此时信号通道dt悬空，所有继电器线圈的供电保持关闭，确保电路低功耗运行，降低系统供电要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。