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Dokumentenidentifikation DE102004055937B4 24.08.2006
Titel Schaltmatrix
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Rauh, Georg, 90441 Nürnberg, DE
DE-Anmeldedatum 19.11.2004
DE-Aktenzeichen 102004055937
Offenlegungstag 24.05.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 24.08.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.08.2006
IPC-Hauptklasse H01H 67/22(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltmatrix mit einer ersten Anzahl von Eingängen und einer zweiten Anzahl von Ausgängen mit einer Leitungsanordnung und steuerbaren Schaltelementen, mittels denen die Eingänge mit den Ausgängen verbunden werden können.

Bei der Übermittlung von elektrischen Signalen ist es häufig erforderlich, eine Vielzahl von Eingangssignalen weiterzuleiten. Beispielsweise ist zur Weiterleitung von mittels mehrerer Lokalspulen aufgenommenen Magnetresonanzsignalen an entsprechende Empfänger eine Schaltmatrix erforderlich. Im Allgemeinen befinden sich nicht immer alle Lokalspulen gleichzeitig in einem Homogenitätsvolumen des Magnetresonanzgerätes und empfangen somit auch kein Magnetresonanzsignal. Des Weiteren übersteigt die Anzahl der Lokalspulen häufig die zur Verfügung stehenden Analog/Digital-Konverter, die das Signal zur Weiterverarbeitung konvertieren. Es ist deshalb erforderlich, eine Schaltmatrix einzusetzen, damit die Lokalspulen variabel mit den Analog/Digital-Konvertern verbunden werden können. Beispielsweise gibt es Magnetresonanzgeräte mit 32 Empfangskanälen, an denen Analog/Digital-Konverter angeschlossen sind. Werden bei einer Untersuchung 64 Lokalspulen zur Untersuchung eines Patienten positioniert, so werden die Lokalspulen durch die Schaltmatrix variabel mit den 32 Analog/Digital-Konvertern verbunden.

Die Schaltmatrix lässt sich als Verteilernetzwerk realisieren, das aus Leitungen besteht, die von den Lokalspulen zu den Empfangskanälen führen und in Zeilen und Spalten angeordnet sind. An den Kreuzungspunkten der verschiedenen Leitungen ist jeweils ein steuerbarer Schalter ausgebildet, der die entsprechenden sich kreuzenden Leitungen verbinden bzw. trennen kann und so die jeweilige Lokalspule mit dem jeweiligen Analog/Digital-Konverter verbindet. Im Beispiel der 64 Lokalspulen und 32 Empfangskanälen sind dementsprechend 2.048 steuerbare Schaltelemente notwendig. Eine Möglichkeit der Realisierung einer derartigen Schaltmatrix ist mit der Halbleitertechnologie gegeben. Dabei lässt sich jeder Schalter als Halbleiterbauelement realisieren, wobei für jeden Schalter typischerweise ein bis drei Halbleiterbauelemente erforderlich sind. Zusätzlich werden noch Kondensatoren und Spulen zum Trennen einer Steuersignals des Schalters von der zu transportierenden Hochfrequenzspannung verbaut. Zusätzlich ist es erforderlich, jeden Schalter mittels einer separaten Steuerleitung anzusteuern, über die das Steuersignal zugeführt wird. Aufsummiert werden zur Realisierung einer derar- tigen Schaltmatrix mehrere 10.000 einzelne Halbleiterbauelemente benötigt.

Eine weitere Möglichkeit der Realisierung von steuerbaren Schaltern sind mikroelektromechanische Bauelemente (MEM). Für die Anwendung in der Schaltmatrix sind insbesondere elektromechanische Relais oder Schalter von Interesse. Da derartige Schalter die Leitungen über einen mechanischen Kontakt schließen, verfügen sie über eine gute Linearität in ihrem analogen Signalübertragungsverhalten. Allerdings sind bei der Verwendung derartiger Bauelemente jeweils eine separate Steuerleitung und eine Steuereinheit erforderlich. Die zur Ansteuerung nötigen Spannungen liegen in der Regel im Bereich von 100 Volt und damit deutlich über denen üblicher Halbleiterbauelemente. Insofern sind zur Realisierung einer entsprechenden Schaltmatrix 2.048 spezielle Steuereinheiten erforderlich, die derart hohe Spannungen liefern können. Eine derart hohe Anzahl derartiger Steuereinheiten ist selbst bei kundenspezifischen integrierten Schaltungen nicht auf einem Chip realisierbar.

In der WO 2004/047216 A2 ist eine Schaltmatrix beschrieben, die mit MEMS-Elementen arbeitet. Dabei befindet sich eine Vielzahl von Eingängen in trennbarer Verbindung mit einer Vielzahl von Ausgängen. Die Verbindungen zwischen einzelnen Eingängen und Ausgängen lassen sich selektiv durch Schaltelemente herstellen und wieder lösen. Dabei werden zur Herstellung des Schaltkontaktes so genannte MEMS-Schalter geschlossen, so dass eine Verbindung zwischen zwei mikrostrukturierten Leitungen hergestellt wird. Jedes Schaltelement ist dabei mit einer Steuereinheit verbunden, die dem Schaltelemente die zum Schließen notwendige Spannung zuführt. Eine zweite Steuerleitung ist als gemeinsame Erdungsleitung ausgeführt, während die erste jeweils einzeln zu einer Spannungsversorgung führt. Somit ist eine Vielzahl von Steuerleitungen zur Steuerung der Schaltmatrix erforderlich.

Aus der EP 1 146 532 A2 sind Schaltungsanordnungen bekannt, die sich zum gezielten Manipulieren mikromechanischer Elemente eignen. Dabei ist jedes Element mit zwei Signalleitungen verbunden. Über eine Signalleitung lässt sich ein Schaltsignal zuführen, durch das das Element in den geschlossenen Zustand überführbar ist. Um das Element im geschlossenen Zustand zu halten, ist lediglich eine geringere Spannung als die vorher zuzuführende Schaltspannung erforderlich, die dann durch die zweite Steuerleitung zugeführt wird. Alternativ ist es möglich, zwei Signale zu summieren und dem Schaltelement zuzuführen, wobei die Summe zum Schalten des Elements ausreicht. Eines der Signale ist dabei das Haltesignal, während das andere lediglich die Differenz zum erforderlichen Schaltsignal darstellt. Zum parallelen Betrieb mehrerer dieser Schaltelemente ist lediglich eine gemeinsame Spannungsversorgung für die Halteleitung sowie eine für die Schaltleitung erforderlich. In der Steuerleitung zu den einzelnen Elementen sind weitere Schalter angeordnet, die selektiv einzelnen Schaltelementen die Halte- oder die Schaltspannung zuführen.

Die US 4,959,515 offenbart mikromechanische Schalter, von denen eine Vielzahl auf einem einzigen Substrat herstellbar ist. Jeder Schalter verfügt über eine Schaltzunge, die zum Öffnen bzw. Schließen eines Kontakts zwischen zwei Leitungen bewegbar ist. Das Bewegen der Schaltzunge wird über einen Schaltkontakt auf dem Substrat gesteuert. Eine ähnliche Anordnung ist in der US 3,413,573 beschrieben.

In der US 2002/0171517 A1 ist ein MEMS-Kondensator beschrieben, dessen Kapazität durch eine bewegliche Brücke veränderbar ist. Die Brücke ist durch Anlegen eines Gleichstroms nach unten bewegbar, so dass eine Kondensatorfläche durch Kontakt mit der Brücke vergrößert wird. Dadurch ändert sich die Kapazität des Kondensators.

In der US 2002/0124385 A1 sind verschiedene Ausführungen von MEMS-Schaltern beschrieben.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Schaltmatrix anzugeben, bei der mit geringem Aufwand eine Vielzahl von steuerbaren Schaltelementen angesteuert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch eine Schaltmatrix mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Schaltsignale auf den ersten beiden Steuerleitungen verbindet ein Schaltelement einen der Eingänge mit einem der Ausgänge. So ist es möglich, auch die Steuerleitungen als Matrix auszulegen, wodurch eine große Anzahl von Leitungen gespart werden kann. In einer derartigen Anordnung ist jedes Schaltelement mit wenigstens zwei Steuerleitungen verbunden. Es schaltet jedoch nur, wenn zwischen beiden Leitungen ein Steuersignal anliegt. Dadurch reduziert sich die Anzahl von Steuerleitungen im Beispiel von 64 Empfangskanälen und 32 Lokalspulen von 2.048 auf 96, was eine drastische Vereinfachung der Herstellung einer derartigen Schaltmatrix bedeutet. Durch die Übermittlung eines Haltesignals auf einer Halteleitung bleibt die Verbindung zwischen dem jeweiligen Eingang und dem jeweiligen Ausgang auch nach Abschalten des Schaltsignals erhalten. So lassen sich in der Schaltmatrix sequenziell mehrere Schaltelemente schließen, deren Schaltzustand durch das Haltesignal erhalten bleibt. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, jeden Ausgang mit einem der Eingänge zu verbinden und so gegebenenfalls eine Vielzahl von Signalen gleichzeitig zu übertragen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Schaltelement einen mikroelektromechanischen Schalter. Diese Art der Schalter bietet den Vorteil einer guten Linearität in ihrem analogen Signalübertragungsverhalten, da derartige Schalter die Leitungen über einen mechanischen Kontakt schließen.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend, im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Schaltmatrix,

2 ein Ausführungsbeispiel eines mikroelektromechanischen Schaltelements,

3 eine alternative Ausführungsform der Schaltmatrix und

4 eine alternative Ausführungsform des mikroelektromechanischen Schaltelements.

1 zeigt eine Schaltmatrix mit einer ersten Anzahl von Eingängen 2 und einer zweiten Anzahl von Ausgängen 4. Im vorliegenden Beispiel sind jeweils vier Eingänge 2 und vier Ausgänge 4 dargestellt. Die gezeigte Schaltmatrix kann beispielsweise zum Verbinden von, hier nicht dargestellten, Lokalspulen eines Magnetresonanzgerätes mit entsprechenden Analog-Digital-Konvertern verwendet werden. In diesem Fall wären die Eingänge 2 der Schaltmatrix mit den Lokalspulen verbunden und die Analog-Digital-Konverter mit den Ausgängen 4 der Schaltmatrix. Die Schaltmatrix umfasst für jeden Eingang 2 und jeden Ausgang 4 eine elektrische Signalleitung 6 bzw. 8, die in Form einer Matrix angeordnet sind. Weiterhin umfasst die Schaltmatrix Schaltelemente 10, mittels denen die Signalleitungen 6 der Eingänge 2 mit den Signalleitungen 8 der Ausgänge 4 verbindbar bzw. von diesen trennbar sind. Der Aufbau der Schaltelemente 10 ist weiter unten anhand von 2 detailliert beschrieben.

Die Schaltmatrix umfasst eine Anzahl elektrischer Steuerleitungen 12 und 14 zur Steuerung der Schaltelemente 10. Die Schaltelemente 10 sind über die Steuerleitungen 12 und 14 mit in der Figur nicht dargestellten Steuereinheiten verbunden, durch die zwischen den zwei Steuerleitungen 12 und 14 eine Schaltspannung angelegt werden kann. Die Steuerleitungen 12 und 14 sind analog zu den Signalleitungen 6 und 8 in einer Matrixstruktur angeordnet. Dabei sind sämtliche, in einer Reihe angeordneten Schaltelemente 10 über eine der Steuerleitungen 14 mit einer einzelnen Steuereinheit verbunden. Ebenso sind alle in einer Spalte untereinander angeordneten Schaltelemente 10 über eine der Steuerleitungen 12 mit einer einzelnen Steuereinheit verbunden. Folglich ist jedes der Schaltelemente 10 mit zwei der Steuereinheiten verbunden.

Zur Verbindung eines der Eingänge 2 mit einem der Ausgänge 4 wird zwischen den beiden Steuerleitungen 12 und 14 des entsprechenden Schaltelements 10 eine Schaltspannung angelegt, woraufhin sich das Schaltelement 10 schließt und eine Verbindung zwischen dem jeweiligen Eingang 2 und dem jeweiligen Ausgang 4 herstellt. Durch die matrixartige Anordnung der Steuerleitungen 12 und 14 liegt die zum Schalten des Schaltelements 10 erforderliche Schaltspannung nur an einem der Schaltelemente 10 an. So ist sichergestellt, dass jedes Schaltelement 10 einzeln geschlossen werden kann.

Jedes Schaltelement 10 ist mit einer weiteren Halteleitung 16 verbunden, über die dem Schaltelement 10 eine Haltespannung zugeführt wird. Durch die Haltespannung bleibt das Schaltelement 10 auch nach Abschalten der Schaltspannung geschlossen. Folglich kann nach Schließen eines Schaltelements 10 die entsprechende Schaltspannung abgeschaltet werden und ein weiteres Schaltelement 10 der Schaltmatrix geschlossen werden. Das weitere Schaltelement 10 wird ebenfalls mit der Haltespannung versorgt und bleibt auch nach Abschalten der Schaltspannung geschlossen. Auf diese Weise können sequenziell nacheinander mehrere Schaltelemente 10 geschlossen werden, wobei der Schaltzustand durch die Haltespannung jeweils erhalten bleibt. Die Haltespannung wird dabei zwischen der Halteleitung 16 und der Signalleitung 8 angelegt. Da es sich bei der Haltespannung um eine Gleichspannung handelt und die zu übertragenden Signale im Fall eines Magnetresonanzgerätes HF-Signale sind, ergeben sich keine Konflikte zwischen den beiden auf der Signalleitung übertragenen Signalen. In 3 ist als weiteres Beispiel eine Schaltmatrix gezeigt, die auch zur Übertragung von Gleichspannungssignalen geeignet ist. Zur Entkopplung des Gleichstrompfades von dem HF-Pfad sind jeweils kapazitive Elemente 18 in den Signalleitungen 6 und 8 angeordnet. Zur Einkopplung der Haltespannung in die Signalleitung 8 dient eine Einspeisleitung 20, die bekanntermaßen über ein LC-Glied aus einem Kondensator 22 und einer Spule 24 mit der jeweiligen Signalleitung 8 verbunden ist. Der Kondensator ist dabei zwischen der Einspeisleitung 20 und einem Bezugspotenzial 25 angeordnet. Hier sind auf andere bekannte Möglichkeiten zur Einkopplung einer Gleichspannung in einen HF-Pfad denkbar. Die Funktionsweise der Haltespannung innerhalb der Schaltelemente 10 wird anhand von 2 näher erläutert.

Nachdem innerhalb eines sequenziellen Schaltvorgangs die mit den Eingängen 2 der Schaltmatrix verbundenen Lokalspulen mit den jeweiligen Analog/Digital-Konvertern an den Ausgängen 4 verbunden sind, kann eine Magnetresonanzmessung durchgeführt werden. Die durch die Lokalspulen empfangenen Magnetresonanzsignale werden über die Signalleitungen 6, die Schaltelemente 10 und die Signalleitungen 8 zu den Analog/Digital-Konvertern übertragen und können ausgewertet werden. Soll die Schaltmatrix für eine folgende Messung anders geschaltet werden, ist es lediglich erforderlich, die Haltespannung abzuschalten, worauf sich alle Schaltelemente 10 öffnen und ein neuer Schaltungsvorgang eingeleitet werden kann.

Durch die dargestellte Anordnung der Schaltelemente 10 und die weiter unten anhand von 2 beschriebene Funktionalität mit Schalt- und Haltespannungen, ist die Anzahl der Steuereinheiten und Steuer- und Halteleitungen 12, 14 und 16 im Vergleich zu einem bekannten Kreuzschienenverteiler, bei dem jedes Schaltelement 10 über eine separate Steuereinheit mit separater Steuerleitung angesteuert wird, drastisch reduziert. In der hier beschriebenen Schaltmatrix fällt der Unterschied mit zehn (acht für die Schaltspannung, zwei für die Haltespannung) gegenüber ansonsten sechzehn Steuereinheiten zwar gering aus, im Allgemeinen jedoch reduziert sich die Zahl der notwendigen Steuerleitungen und Steuereinheiten von m·n auf m + n + 2, wobei m die Anzahl der Eingänge 2 und n die Anzahl der Ausgänge 4 der Schaltmatrix ist. Bei dem eingangs erwähnten Beispiel eines Magnetresonanzgeräts mit vierundsechzig Lokalspulen und zweiunddreißig Analog/Digital-Konvertern reduziert sich die Anzahl der erforderlichen Steuereinheiten von 2.048 auf achtundneunzig. So kann die Schaltmatrix vollständig innerhalb eines integrierten Schaltkreises realisiert werden, was bisher aufgrund des erhöhten Bedarfs an Steuerleitungen nur unter großem Aufwand war. Dabei ist es möglich, die kapazitiven Elemente 18 und LC-Glieder mit den Schaltelementen 10 und der Schaltmatrix in einen Schaltkreis zu integrieren. Es ist alternativ möglich, die kapazitiven Elemente 18 und LC-Glieder außerhalb des Schaltkreises zu realisieren.

2 zeigt schematisch ein Schaltelement 10, wie es in der Schaltmatrix nach 1 verwendet wird. Es besitzt fünf Anschlüsse für die Signalleitungen 6 und 8, die Steuerleitungen 12 und 14, sowie die Halteleitung 16. Dabei sind ein Signaleingang 102 und ein Signalausgang 104 vorgesehen, zwei Anschlüsse 106 und 108 für die Steuerleitungen 12 und 14 zum Aufprägen der Schaltspannung und ein Halteanschluss 110 für die Halteleitung 16 zum Aufprägen der Haltespannung. Die Haltespannung wird über den Signalausgang 104 zurückgeführt. Das Schaltelement 10 umfasst einen mikroelektromechanischen Schalter 112, der über eine Leitung 114 mit dem Signaleingang 102 des Schaltelements 10 verbunden ist. In der Schaltmatrix ist, wie in 1 beschrieben, der Signaleingang 102 über eine Signalleitung 6 mit einem der Eingänge 2 der Schaltmatrix verbunden. Der Schalter 112 ist über eine zweite Leitung 116 mit dem Signalausgang 104 des Schaltelements 10 verbunden. In der Schaltmatrix ist der Signalausgang 104 über eine der elektrischen Signalleitungen 8 mit einem Ausgang 4 verbunden. Bei geschlossenem Schalter 112 ist folglich ein Eingang 2 der Schaltmatrix mit einem der Ausgänge 4 verbunden. Eine mit dem Eingang 2 verbundene Lokalspule eines Magnetresonanzgerätes kann so Magnetresonanzsignale zu einem mit dem Ausgang 4 der Schaltmatrix verbundenen Analog-Digital-Konverter übertragen.

Der Schalter 112 umfasst eine Schaltzunge 118 mit einem beweglichen Ende 118a, an dem zwei Kontakte 120 und 122 ausgebildet sind. Auf der Schaltzunge 118 sind außerdem ein Schaltkontakt 124 und ein Haltekontakt 126 ausgebildet. Unterhalb der Schaltzunge 118 befindet sich ein Substrat 128, auf dem ebenfalls ein Schaltkontakt 130, ein Haltekontakt 132 und zwei Kontakte 134 und 136 ausgebildet sind. Der Schaltkontakt 120 der Schaltzunge 118 ist über eine elektrische Leitung 138 mit einem ersten Steueranschluss 106 des Schaltelements 10 verbunden. Der unterhalb der Schaltzunge 118 angeordnete Schaltkontakt 130 ist über eine Leitung 140 mit einem zweiten Steueranschluss 108 verbunden. Wird zwischen den beiden Steueranschlüssen 106 und 108, wie oben beschrieben, eine Spannung angelegt, so wird die Schaltzunge 118 nach unten bewegt und die beiden Kontakte 120 und 134 bzw. 122 und 136 geschlossen. So wird eine elektrische Verbindung zwischen dem jeweiligen Eingang 2 der Schaltmatrix und dem jeweiligen Ausgang 4 der Schaltmatrix hergestellt.

Der Haltekontakt 126 der Schaltzunge 118 ist über eine Leitung 142 mit dem Kontakt 120 auf der Schaltzunge 118 verbunden und das entsprechende Gegenstück des Kontakts 134 auf dem Substrat 124 mit dem Signalausgang 104. Der gegenüber der Schaltzunge 118 befindliche Haltekontakt 132 ist über eine Leitung 144 mit dem Halteanschluss 110 des Schaltelements 10 verbunden. Liegt eine Gleichspannung zwischen den Haltekontakten 126 und 132, so bleibt der Schalter 112 auch bei abgeschalteter Schaltspannung geschlossen. Ist der Schalter 112 geöffnet, so bewirkt die Haltespannung kein Schließen der Schaltzunge 118, da sie aufgrund des fehlenden elektrischen Kontakts zwischen den beiden Kontakten 120 und 134 nicht zwischen den beiden Haltekontakten 126 und 132 anliegt, sondern zwischen dem Haltekontakt 132 und dem Kontakt 134. Erst wenn die Schaltzunge durch eine Schaltspannung zwischen den Schaltkontakten 124 und 130 geschlossen wird, liegt die Haltespannung durch die geschlossenen Kontakte 120 und 134 zwischen den Haltekontakten 126 und 132 an, wodurch der Schalter 112 auch bei abgeschalteter Schaltspannung geschlossen bleibt. Zum Programmieren der Schaltmatrix wird folglich zunächst die Haltespannung an alle Schaltelemente 10 angelegt, und danach sequenziell die gewünschten Schaltelemente 10 durch kurzzeitiges Anlegen einer Schaltspannung geschlossen.

Für die Führung des zu übertragenden Magnetresonanzsignals vom Signaleingang 102 des Schaltelements 10 über die Schaltzunge 118 zum Signalausgang 104 gibt es zwei Varianten. Einerseits ist es möglich, den Signaleingang 102 mit dem Haltekontakt 126 der Schaltzunge über eine Leitung 114 zu verbinden, so dass dieser weiter über die Kontakte 120 und 134 mit dem Signalausgang 104 verbunden ist. Dies wurde bereits oben beschrieben. Alternativ ist es möglich, den Signaleingang 102 über eine Leitung 146 mit dem Kontakt 136 zu verbinden und den Kontakt 132 über eine Leitung 148 mit dem Kontakt 120. Bei geschlossener Schaltzunge 118 ist so ein elektrischer Kontakt mit dem Signalausgang hergestellt.

3 zeigt eine alternative Ausführungsform der Schaltmatrix mit gegenüber der 2 geringfügig modifizierten Schaltelementen 26. Der innere Aufbau der hier verwendeten Schaltelemente 26 ist weiter unten anhand von 4 detailliert erläutert. Analog zur in 1 gezeigten Ausführungsform sind die Eingänge 2 über Signalleitungen 6 mit den Steuerelementen 26 verbunden. Die Steuerelemente 26 sind mit den Ausgängen 4 über Signalleitungen 8 verbunden. Im Unterschied zu den in 1 verwendeten Schaltelementen 26 sind alle Schaltelemente 26 mit zwei Steuerleitungen 12, 14, sowie zwei Halteleitungen 16 und 28 verbunden. Wie in 1 beschrieben, dienen die beiden Steuerleitungen 12 und 14 zum Anlegen der Schaltspannung an das Schaltelement 26. Im Unterschied zu 1 wird die Haltespannung über die beiden Halteleitungen 16 und 28 angelegt und nicht über die Halteleitung 16 und die Signalleitung 8. Dadurch ergibt sich ein vom HF-Pfad vollständig getrennter Pfad für das Gleichspannungssignal der Haltespannung. Der übrige Aufbau und die Funktionsweise der Schaltmatrix sind mit dem in 1 identisch.

4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Schaltelements 26, wie er bei der Schaltmatrix in 3 eingesetzt wird. Analog zu 2 befinden sich auf einer Schaltzunge 118 zwei Kontakte 120 und 122, ein Schaltkontakt 124 und ein Haltekontakt 126, mit entsprechenden auf dem Substrat 128 liegenden Kontakten 134 und 136, sowie dem Schaltkontakt 130 und dem Haltekontakt 132. Im Unterschied zu der in 2 beschriebenen Ausführung ist in dieser Variante der Signaleingang 102 des Schaltelements 26 direkt über eine Leitung 148 mit dem Kontakt 122 verbunden und somit vollständig von der Schaltspannung und der Haltespannung getrennt. Folglich sind mit derartigen Schaltelementen 26 bestückte Schaltmatrizen auch zur Übertragung von Gleichspannungssignalen einsetzbar. Zur Einspeisung der Haltespannung ist neben den bereits im Zusammenhang mit 2 beschriebenen Halteanschluss 110 ein weiterer Halteanschluss 150 vorgesehen, der über die Leitung 116, die Kontakte 134 und 120 und die Leitung 142 mit dem Haltekontakt 126 auf der Schaltzunge 118 verbunden ist. Der Signalausgang 104 ist in dieser Ausführungsform über eine Leitung 152 mit dem Kontakt 136 verbunden.

Als weitere, nicht dargestellte Ausführungsform kann der Signaleingang 102, vergleichbar zur zweiten Variante in 2, über einen weiteren Kontakt am beweglichen Ende 118a der Schaltzunge 118 mit dem Signalausgang 104 verbunden werden. Insofern wären statt den beiden Kontakten 120 und 122, sowie den beiden Kontakten 134 und 136 auf dem Substrat 128 jeweils ein weiterer Kontakt erforderlich. Die Funktionsweise und Programmierung einer Schaltmatrix mit den hier beschriebenen Schaltelementen ist völlig analog zu den in 1 bzw. 2 beschriebenen Ausführungsbeispielen.


Anspruch[de]
  1. Schaltmatrix mit einer ersten Anzahl von Eingängen und einer zweiten Anzahl von Ausgängen, mit einer Leitungsanordnung und steuerbaren Schaltelementen, mittels denen die Eingänge mit den Ausgängen verbunden werden können, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmatrix eine erste Anzahl von Steuerleitungen (12, 14) und eine zweite Anzahl von Halteleitungen (16, 28) umfasst, wobei jedes Schaltelement (10, 26) mit wenigstens zwei Steuerleitungen (12, 14) und wenigstens einer Halteleitung (16, 28) verbunden ist und die Steuerleitungen (12, 14) derart ausgebildet sind, dass sie dem Schaltelement (10, 26) ein Schaltsignal zuführen, mittels dem durch das Schaltelement (10, 26) einer der Eingänge (2) mit einem der Ausgänge (4) verbunden wird und die Halteleitung (16, 28) derart ausgebildet ist, dass sie dem Schaltelement (10, 26) ein Haltesignal zuführt, durch das die Verbindung zwischen dem jeweiligen Eingang (2) und dem jeweiligen Ausgang (4) gehalten wird.
  2. Schaltmatrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsanordnung eine dritte Anzahl von Signalleitungen (6) umfasst, die zwischen den Eingängen (2) und Signaleingängen (102) der Schaltelemente (10, 26) angeordnet sind und dass die Leitungsanordnung eine vierte Anzahl von Signalleitungen (8) umfasst, die zwischen den Ausgängen (4) und Signalausgängen (104) der Schaltelemente (10, 26) angeordnet sind.
  3. Schaltmatrix nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (10, 26) im Wesentlichen in Reihen und Spalten angeordnet sind.
  4. Schaltmatrix nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Teil der Steuerleitungen (12, 14) mit ersten Steueranschlüssen (106) der in Reihe angeordneten Schaltelemente (10, 26) verbunden ist, dass ein zweiter Teil der Steuerleitungen (12, 14) mit zweiten Steueranschlüssen (106) der in Spalten angeordneten Schaltelemente (10, 26) verbunden ist und dass die Halteleitungen (16, 28) mit Halteanschlüssen (110, 150) der Schaltelemente (10, 26) verbunden sind.
  5. Schaltmatrix nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmatrix eine Einspeisleitung (20) umfasst, die mit einer der Signalleitungen (8) durch eine Verbindung verbunden ist.
  6. Schaltmatrix nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindung eine Spule (24) angeordnet ist.
  7. Schaltmatrix nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung über einen Kondensator (22) mit einem Bezugspotenzial (25) verbunden ist.
  8. Schaltmatrix nach der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (10, 26) einen zweiten Halteanschluss (150) aufweist.
  9. Schaltmatrix nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Halteanschluss (150) mit einer zweiten Halteleitung (28) verbunden ist.
  10. Schaltmatrix nach der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Schaltelemente (10, 26) einen mikroelektromechanischen Schalter (112) umfasst.
  11. Schaltmatrix nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (112) eine Schaltzunge (118) umfasst, durch die der Signaleingang (104) des Schaltelements (10, 26) elektrisch mit dem Signalausgang (104) des Schaltelements (10, 26) verbindbar ist.
  12. Schaltmatrix nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass an der Schaltzunge (118) wenigstens ein Schaltkontakt (124) ausgebildet ist, wobei der Schaltkontakt (124) mit einem der Steueranschlüsse (106) verbunden ist.
  13. Schaltmatrix nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der mikroelektromechanische Schalter (112) ein Substrat (128) umfasst, wobei auf dem Substrat (128) unterhalb der Schaltzunge (118) wenigstens ein Schaltkontakt (130) angeordnet ist, wobei der Schaltkontakt (130) mit dem anderen der Steueranschlüsse (108) verbunden ist.
  14. Schaltmatrix nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass an der Schaltzunge (118) wenigstens ein Haltekontakt (126) ausgebildet ist, wobei der Haltekontakt (126) mit einem der Halteanschlüsse (150) verbunden ist.
  15. Schaltmatrix nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Substrat (128) unterhalb der Schaltzunge (118) wenigstens ein Haltekontakt (132) angeordnet ist, wobei der Haltekontakt (132) mit dem anderen der Halteanschlüsse (110) verbunden ist.
  16. Schaltmatrix nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltzunge (118) ein bewegliches Ende (118a) aufweist.
  17. Schaltmatrix nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass am beweglichen Ende (118a) der Schaltzunge (118) wenigstens ein Kontakt (120) ausgebildet ist.
  18. Schaltmatrix nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Substrat (128) unterhalb der Schaltzunge (118) wenigstens ein Kontakt (134) ausgebildet ist.
  19. Schaltmatrix nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Signaleingang (102) mit dem Haltekontakt (126) auf der Schaltzunge (118) verbunden ist.
  20. Schaltmatrix nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekontakt (126) auf der Schaltzunge (118) mit dem Kontakt (120) auf der Schaltzunge (118) verbunden ist.
  21. Schaltmatrix nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakt (134) auf dem Substrat (128) mit dem Signalausgang (104) verbunden ist.
  22. Schaltmatrix nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass am beweglichen Ende (118a) der Schaltzunge (118) ein weiterer Kontakt (122) ausgebildet ist und dass auf dem Substrat (128) unterhalb der Schaltzunge (118) ein weiterer Kontakt (136) ausgebildet ist.
  23. Schaltmatrix nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Kontakt (136) auf dem Substrat (128) mit dem Signaleingang (102) des Schaltelements (10, 26) verbunden ist.
  24. Schaltmatrix nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Kontakt (122) auf der Schaltzunge (118) mit dem Kontakt (120) verbunden ist.
  25. Schaltmatrix nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Kontakt (122) auf der Schaltzunge (118) mit dem Signaleingang (102) des Schaltelements (26) verbunden ist.
  26. Schaltmatrix nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Kontakt (136) auf dem Substrat (128) mit dem Signalausgang (104) des Schaltelements (26) verbunden ist.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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