DE102010054897A1

DE102010054897A1 - Verstärkerschaltung für eine Zwei-Draht-Schnittstelle

Info

Publication number: DE102010054897A1
Application number: DE102010054897A
Authority: DE
Inventors: Thomas Fröhlich; Wolfgang Dünser
Original assignee: Austriamicrosystems AG
Current assignee: Ams AG
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2012-06-21
Anticipated expiration: 2030-12-18
Also published as: WO2012080059A1; DE102010054897B4; US9571046B2; US20140010386A1

Abstract

Eine Verstärkerschaltung (10a, 10b) für eine Zwei-Draht-Schnittstelle, umfasst einen ersten Strompfad (1) umfassend eine spannungsgesteuerte Stromquelle (T1) mit einem Steueranschluss (GT1), der an einen Eingangsanschluss (E1) der Verstärkerschaltung angeschlossen ist. Ein zweiter Strompfad (2) der Verstärkerschaltung umfasst eine spannungsgesteuerte Stromquelle (T2), die in Serie zu dem zweiten Widerstand (R2) geschaltet ist. Der erste Widerstand (R1) und eine Parallelschaltung des ersten und zweiten Strompfades (1, 2) sind in Serie zwischen einen Ausgangsanschluss (A) und einen Bezugsspannungsanschluss (B) der Verstärkerschaltung geschaltet. Die Verstärkerschaltung (10a, 10b) ermöglicht eine Einstellung der Verstärkung und die Bereitstellung einer Versorgungsspannung und eines Nutzsignals über eine gemeinsame Leiterbahn (L).

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstärkerschaltung für eine Zwei-Draht-Schnittstelle, die zur Verstärkung von Sprachsignalen eines Mikrofons einsetzbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Mikrofonverstärker, der zur Verstärkung von Sprachsignalen eines Mikrofons einsetzbar ist.
Zur Verstärkung von Sprachsignalen eines Mikrofons werden Verstärkerschaltungen eingesetzt, die die verstärkten Sprachsignale an Schaltungen zur weiteren Signalverarbeitung, beispielsweise Analog-/Digitalwandler weiterleiten. Die Verstärkerschaltungen bilden eine Schnittstelle zwischen dem Mikrofon und den nachgeordneten Schaltungen zur weiteren Signalverarbeitung.
ECM(Electret Condenser Microphone)-Mikrofone werden im Allgemeinen an Verstärkerschaltungen, die als Zwei-Draht-Schnittstelle verwendet werden, angeschlossen. Bei einer derartigen Verstärkerschaltung erfolgt die Übertragung der Spannungsversorgung und des verstärkten Signals über eine gemeinsame Leitung. Als geeignete Verstärkerschaltungen können beispielsweise Source-Folger-Schaltungen eingesetzt werden. Mit derartigen Verstärkerschaltungen lassen sich zur Verstärkung von Sprachsignalen eines Mikrofons Verstärkungen von ungefähr 1 erzeugen.
Insbesondere zur Verstärkung von Sprachsignalen eines Mikrofons ist es jedoch in vielen Fällen wünschenswert, eine Verstärkerschaltung bereitzustellen, die als Zwei-Draht-Analogschnittstelle einsetzbar ist, sodass die Spannungsversorgung und die Signalübertragung über eine gemeinsame Leitung erfolgen, und mit der eine Verstärkung größer als 1 realisierbar ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verstärkerschaltung für eine Zwei-Draht-Analogschnittstelle anzugeben, bei der die Verstärkung auf einfache Weise einstellbar ist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Mikrofonverstärker anzugeben, mit dem sich Signale, insbesondere akustische Signale eines Mikrofons, auf einfache und zuverlässige Weise verstärken lassen und die Verbindung zwischen Verstärkerschaltung und nachfolgenden Schaltungen mit einem möglichst geringen Verdrahtungsaufwand erfolgen kann.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Verstärkerschaltung für eine Zwei-Draht-Schnittstelle einen Eingangsanschluss zum Anlegen eines Eingangssignals, einen Ausgangsanschluss zum Auskoppeln eines Ausgangssignals, einen Bezugsspannungsanschluss zum Anlegen eines Bezugspotentials, einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand. Des Weiteren umfasst die Verstärkerschaltung einen ersten Strompfad, der eine spannungsgesteuerte Stromquelle mit einem Steueranschluss enthält. Der Steueranschluss der spannungsgesteuerten Stromquelle des ersten Strompfads ist an den Eingangsanschluss angeschlossen. Darüber hinaus umfasst die Verstärkerschaltung einen zweiten Strompfad, der eine spannungsgesteuerte Stromquelle aufweist, wobei die spannungsgesteuerten Stromquelle des zweiten Strompfads in Serie zu dem zweiten Widerstand geschaltet ist. Der erste und zweite Strompfad sind in einer Parallelschaltung angeordnet. Der erste Widerstand und die Parallelschaltung des ersten und zweiten Strompfades sind in Serie zwischen den Ausgangsanschluss und den Bezugsspannungsanschluss geschaltet.
Die Verstärkerschaltung weist eine hohe Eingangsimpedanz und eine niedrige Ausgangsimpedanz auf. Die Bereitstellung einer Versorgungsspannung und eines Nutzsignals können an dem Ausgangsanschluss über dieselbe Leiterbahn erfolgen. Die Verstärkung der Schaltung kann im Wesentlichen über das Verhältnis des ersten und zweiten Widerstands auf vorteilhafte Weise eingestellt werden. Die Verstärkerschaltung kann als Zwei-Draht-Analogschnittstelle zwischen einem Mikrofon und nachfolgenden Schaltungskomponenten zur Signalverarbeitung eingesetzt werden. Die Verstärkerschaltung kann insbesondere in einem Mikrofonverstärker eingesetzt werden.
Eine Ausführungsform eines derartigen Mikrofonverstärkers kann einen Eingangsanschluss zum Anlegen eines Eingangssignals, einen Ausgangsanschluss zum Ausgeben eines Ausgangssignals und einen weiteren Ausgangsanschluss zum Ausgeben eines weiteren Ausgangssignals umfassen. Der Mikrofonverstärker kann eine Verstärkerschaltung zum Erzeugen des Ausgangssignals durch ein Verstärken des Eingangssignals nach der oben angegebenen Ausführungsart umfassen. Des Weiteren kann der Mikrofonverstärker einen Spannungsgenerator zum Erzeugen eines weiteren Ausgangssignals mit einem Versorgungsspannungsanschluss zum Anlegen einer Versorgungsspannung aufweisen. Die Verstärkerschaltung ist zwischen den Eingangsanschluss des Mikrofonverstärkers und den Ausgangsanschluss des Mikrofonverstärkers derart geschaltet, dass der Eingangsanschluss der Verstärkerschaltung mit dem Eingangsanschluss des Mikrofonverstärkers verbunden ist und der Ausgangsanschluss der Verstärkerschaltung mit dem Ausgangsanschluss des Mikrofonverstärkers verbunden ist. Des Weiteren ist der Versorgungsspannungsanschluss des Spannungsgenerators mit dem Ausgangsanschluss des Mikrofonverstärkers verbunden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren, die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zeigen, näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Ausführungsform einer Anordnung mit einem Mikrofon und einer Verstärkerschaltung zur Verstärkung von Audiosignalen des Mikrofons,
2 eine Ausführungsform einer Verstärkerschaltung für eine Zwei-Draht-Analogschnittstelle,
3 ein Wechselspannungs-Kleinsignalersatzschaltbild einer Verstärkerschaltung für eine Zwei-Draht-Analogschnittstelle,
4 eine weitere Ausführungsform einer Verstärkerschaltung für eine Zwei-Draht-Analogschnittstelle,
5 einen Mikrofonverstärker zur Verstärkung von Audiosignalen eines MEMS-Mikrofons.
1 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Verstärkung von Sprachsignalen eines Mikrofons 200. Das Mikrofon 200 kann beispielsweise ein ECM(Electret Condenser Microphone)-Mikrofon oder ein MEMS(Microelectromechanical Systems)-Mikrofon sein, das an einen Eingangsanschluss E1 einer Verstärkerschaltung 10 geschaltet ist. Zur Verstärkung von Audiosignalen des Mikrofons ist die Verstärkerschaltung 10 vorgesehen, die über ihren Eingangsanschluss E1 mit dem Mikrofon 200 verbunden ist. Somit werden die Ausgangssignale des Mikrofons der Verstärkerschaltung 10 als Eingangssignale IN über den Eingangsanschluss E1 zugeführt.
Ein weiterer Eingangsanschluss E2 der Verstärkerschaltung 10 ist über einen Widerstand R₃ mit dem Eingangsanschluss E1 der Verstärkerschaltung verbunden. An dem Eingangsanschluss E2 liegt ein Referenzsignal VREF1, beispielsweise eine Referenzspannung, an. Durch die Referenzspannung VREF1 wird ein Gleichspannungspegel am Eingangsanschluss E1 definiert. Insbesondere bei Verwendung der Verstärkerschaltung 10 in Verbindung mit einem MEMS-Mikrofon ist es erforderlich, am Eingangsanschluss E1 eine Gleichspannung zu definieren, da das MEMS-Mikrofon lediglich eine Wechselsignalspannung am Eingangsanschluss E1 einspeist. Der Widerstand R₃ kann in einer Größenordnung von einigen hundert Ohm, beispielsweise 500 Ω, bis zu mehreren Teraohm, beispielsweise bis 100 TΩ, liegen.
Des Weiteren ist eine Versorgungsspannungsquelle 300 zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung VDDA vorgesehen. Die Versorgungsspannungsquelle 300 kann eine Gleichspannungsquelle sein, die über einen Widerstand R_P und eine Leiterbahn L mit dem Ausgangsanschluss A der Verstärkerschaltung 10 verbunden ist. Die Verstärkerschaltung 10 erzeugt an ihrem Ausgangsanschluss A das verstärkte Ausgangssignal OUT, das über einen Trennkondensator C Schaltungskomponenten zur weiteren Signalverarbeitung zugeführt werden kann.
2 zeigt eine Ausführungsform 10a der Verstärkerschaltung 10 zur Verstärkung des Eingangssignals IN. Der Ausgangsanschluss A der Verstärkerschaltung 10a ist über einen Widerstand R₁ mit einem Strompfad 1 verbunden. In dem Strompfad 1 ist eine spannungsgesteuerte Stromquelle T₁ vorgesehen. Die spannungsgesteuerte Stromquelle T₁ kann als Transistor, beispielsweise als MOS-FET-Transistor, ausgebildet sein. Des Weiteren ist in den Strompfad 1 in Serie zu der spannungsgesteuerten Stromquelle T₁ ein Widerstand R₄ geschaltet. Der Strompfad 1 beziehungsweise die spannungsgesteuerte Stromquelle T₁ und der Widerstand R₄ sind somit zwischen den Widerstand R₁ und einen Bezugsspannungsanschluss B zum Anlegen eines Bezugspotentials GND, beispielsweise eines Massepotentials, geschaltet. Alternativ kann an Stelle von R₄ eine Stromquelle IQ₄ verwendet werden.
Die Ausführungsform 10a der Verstärkerschaltung 10 weist des Weiteren einen Strompfad 2 auf, der eine spannungsgesteuerte Stromquelle T₂ umfasst. In Serie zu dem Strompfad 2 beziehungsweise der spannungsgesteuerten Stromquelle T₂ ist ein Widerstand R₂ angeordnet. Die Serienschaltung aus dem Widerstand R₂ und dem Strompfad 2 beziehungsweise der spannungsgesteuerten Stromquelle T₂ ist parallel zu dem Strompfad 1 geschaltet.
Die Ausführungsform 10a der Verstärkerschaltung weist des Weiteren einen Strompfad 3, der eine spannungsgesteuerte Stromquelle T₃ umfasst, auf. Der Strompfad 3 und somit die spannungsgesteuerte Stromquelle T₃ ist parallel zu der Serienschaltung des Widerstandes R₁ und des Strompfades 1 zwischen den Ausgangsanschluss A und den Bezugsspannungsanschluss B geschaltet.
Ein Steueranschluss GT1 der spannungsgesteuerten Stromquelle T₁ ist mit dem Eingangsanschluss E1 zum Anlegen des Eingangssignals IN verbunden. Die spannungsgesteuerte Stromquelle T₂ weist einen Steueranschluss GT2 auf, der mit dem Eingangsanschluss E2 zum Anlegen des Referenzsignals VREF1 verbunden ist. Ein Steueranschluss GT3 der spannungsgesteuerten Stromquelle T₃ ist an den Strompfad 1 zwischen die spannungsgesteuerte Stromquelle T₁ und den Widerstand R₄ geschaltet.
Im Folgenden wird die Funktionsweise der Ausführungsform 10a der Verstärkerschaltung 10 erläutert. Die Verstärkerschaltung kann zur Verstärkung von Audiosignalen eines Mikrofons verwendet werden, das an den Eingangsanschluss E1 angeschlossen ist. Insbesondere bei Verwendung eines ECM-Mikrofons oder eines MEMS-Mikrofons kann zwischen den Eingangsanschluss E1 und den Eingangsanschluss E2 ein Widertand R₃ geschaltet sein. Ein ECM-Mikrofon beziehungsweise ein MEMS-Mikrofon stellt an dem Eingangsanschluss E1 lediglich ein Wechselspannungssignal zur Verfügung. Durch das Einkoppeln der Referenz-Gleichspannung VREF1 an dem Eingangsanschluss E2 wird an dem Eingangsanschluss E1 ein Gleichspannungspegel definiert, da die Eingangsanschlüsse E1 und E2 über den Widerstand R₃ gekoppelt sind.
Das Vorsehen des Widerstandes R₃ zwischen dem Eingangsanschluss E1 und dem Eingangsanschluss E2 der Verstärkerschaltung 10a ist optional. Wenn an den Eingangsanschluss E1 eine Signalquelle, die einen Gleichspannungspegel generiert, angeschlossen wird, kann der Widerstand R₃ entfallen und die Eingangsanschlüsse E1 und E2 können voneinander entkoppelt sein.
Der Widerstand R₃ kann beispielsweise durch zwei antiparallel geschaltete Dioden realisiert werden. Dadurch kann insbesondere für den Anwendungsfall, dass an den Eingangsanschluss E1 ein ECM-Mikrofon beziehungsweise ein MEMS-Mikrofon angeschlossen ist, eine hochohmige Eingangsimpedanz der Verstärkerschaltung 10a realisiert werden. Der Widerstand R₃ kann beispielsweise Widerstandswerte im Bereich zwischen 500 Ω bis 100 TΩ aufweisen.
Zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung für die Verstärkerschaltung 10a ist eine Versorgungsspannungsquelle 300 zur Bereitstellung der Versorgungsspannung VDDA über einen Widerstand R_P mit dem Ausgangsanschluss A der Verstärkerschaltung verbunden. Beim Einspeisen des Eingangssignals IN an dem Steueranschluss GT1 des Transistors T₁ wird an dem Ausgangsanschluss A nach einer Verstärkung des Eingangssignals IN das Ausgangssignal OUT erzeugt.
Der Widerstand R_P und die Ausgangsimpedanz der Verstärkerschaltung 10a am Ausgangsanschluss A bilden einen Spannungsteiler, der zur Dämpfung des Ausgangssignals OUT führt. Zur Reduzierung der Ausgangsimpedanz ist der Transistor T₃ zwischen den Ausgangsanschluss A und den Bezugsspannungsanschluss B geschaltet. Wenn ein Strom vom Source-Anschluss des Transistors T₁ über die Source-Drain-Strecke des Transistors T₁ fließt, generiert der Strom einen Spannungsabfall über dem Widerstand R₄. Bei ansteigendem Strom erhöht sich der Spannungsabfall über dem Widerstand R₄. Der erhöhte Spannungsabfall über dem Widerstand R₄ bewirkt, dass der Transistor T₃ leitend gesteuert wird. Ab diesem Zeitpunkt bleibt der Strom durch den Transistor T₁ konstant. Ein ansteigender Strom am Ausgangsanschluss A, der in die Verstärkerschaltung fließt, wird über den Transistor T₃ zum Bezugsspannungsanschluss B abgeleitet. Beim Auftreten eines Stromflusses über dem Transistor T₃ wird die Impedanz am Ausgangsanschluss A sehr klein. Die durch den Transistor T₃ und den Widerstand R₄ gebildete Rückkopplung führt somit zur Reduzierung der Ausgangsimpedanz der Verstärkerschaltung, sodass die Verstärkung der Schaltungsanordnung 10a nahezu lastunabhängig wird.
Durch das Parallelschalten des Strompfades 2 zu dem Strompfad 1 lässt sich eine Verstärkung erzeugen. Infolge des Anlegens des Referenzspannungspotentials VREF1 an den Eingangsanschluss E2 tritt eine definierte, nahezu konstante Spannung zwischen dem Steueranschluss GT2 und dem Source-Anschluss des Transistors T₂ auf. Wenn die Spannung am Eingangsanschluss E1 variiert, verhält sich die Spannung am Source-Anschluss des Transistors T₁ abgesehen von einem Gleichspannungs-Versatz wie das Eingangssignal IN am Eingangsanschluss E1. Das Eingangssignal IN wird somit über dem Widerstand R₂ in einen Strom I_R2 gewandelt. Da am Source-Anschluss des Transistors T₁ und am Source-Anschluss des Transistors T₂ der gleiche Gleichspannungspegel anliegt, ermöglicht die Schaltungsanordnung lediglich eine Verstärkung des eingangsseitig angelegten Wechselspannungssignals. Durch den Widerstand R₁ und den Widerstand R₂ fließt ein signalabhängiger Strom über den Transistor T₂ zum Bezugsspannungsanschluss B. Der Transistor T₂ wirkt als ein Impedanzwandler mit einer hochohmigen Eingangsimpedanz und einer niederohmigen Ausgangsimpedanz.
Der Transistor T₁ bildet zusammen mit dem Widerstand R₄ die erste Verstärkerstufe. Die Verstärkung dieser Stufe ergibt sich zu A = gm(T1) × R₄, wobei gm(T1) die Transkonduktanz des Transistors T₁ bezeichnet. Eine zweite Verstärkerstufe wird durch den Transistor T₃ und die Last am Ausgangsanschluss A gebildet. Der Steueranschluss GT2 des Transistors T₂ bildet den zweiten Eingangsanschluss der Verstärkerschaltung. In einer möglichen Ausführungsform wird an dem Steueranschluss GT2 des Transistors T₂ der gleiche Gleichspannungs-Referenzpegel VREF1 wie an dem Steueranschluss GT1 des Transistors T₁ eingespeist, sodass die Source-Spannung am Transistor T₂ nahezu mit der Source-Spannung des Transistors T₁ übereinstimmt. Dadurch wird eine Gleichspannungs-Verschiebung an dem Ausgangsanschluss A verhindert. Der Transistor T₂ wird somit als ein Spannungsgenerator betrieben. In einer möglichen Ausführungsform kann der Eingangsanschluss E2 mit dem Bezugsspannungsanschluss B verbunden werden
Die Verstärkung der Schaltungsanordnung 10 kann mittels der Widerstände R₁ und R₂ eingestellt werden. 3 zeigt das Wechselspannungs-Kleinsignalersatzschaltbild der Schaltungsanordnung 10a der Verstärkerschaltung aus 2. Im Ersatzschaltbild der 3 sind die Transistoren T₁, T₃ und der Widerstand R₄ in der Verstärkereinheit V zusammengefasst. Die Verstärkereinheit V ist zwischen den Eingangsanschluss E1 zum Anlegen des Eingangssignals IN und den Ausgangsanschluss A zur Erzeugung des Ausgangssignal OUT geschaltet. Um an dem Eingangsanschluss E1 einen Gleichspannungspegel zu definieren, ist der Eingangsanschluss E2 zum Anlegen der Referenzspannung VREF1 über den Widerstand R₃ mit dem Eingangsanschluss E1 verbunden. Der Eingangsanschluss E1 ist mit dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss der Verstärkereinheit V verbunden. Der invertierende Eingangsanschluss der Verstärkerschaltung ist über die Widerstände R₂ und die Transkonduktanz gm_T2 des Transistors T₂ mit der Referenzspannung VREF1 verbunden. Der Ausgangsanschluss A der Verstärkerschaltung V ist über den Widerstand R₁ auf den invertierenden Eingangsanschluss zurückgekoppelt. Bei Annahme einer unendlichen Schleifenverstärkung für die Verstärkereinheit V ergibt sich aus dem Wechselspannungs-Kleinsignalersatzschaltbild eine Verstärkung A der Schaltung von
4 zeigt eine weitere Ausführungsform 10b der Verstärkerschaltung zur Verstärkung von Audiosignalen eines Mikrofons. Gleiche Schaltungselemente in 2 und 4 sind mit gleichen Symbolen dargestellt. Zur grundsätzlichen Funktionsweise der in 4 dargestellten Schaltungsanordnung 10b wird auf die Ausführungen zu 2 verwiesen. Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede in den beiden Schaltungsvarianten eingegangen.
Die Schaltungsanordnung 10b weist im Vergleich zur Schaltungsanordnung 10a zusätzlich einen Strompfad 4 auf. Der Strompfad 4 enthält eine spannungsgesteuerte Stromquelle Tor die beispielsweise als ein Transistor ausgebildet sein kann. In den Strompfad 2 ist in Serie zu der spannungsgesteuerten Stromquelle T₂ ein Widerstand R₅ geschaltet, der mit dem Bezugsspannungsanschluss B verbunden ist. Alternativ kann eine Stromquelle IQ₅ anstelle des Widerstands R₅ vorgesehen werden. Der Transistor T₄ ist parallel zu dem Strompfad 2 geschaltet. Ein Steueranschluss GT4 des Transistors T₄ ist an den Strompfad 2 zwischen den Transistor T₂ und den Widerstand R₅ geschaltet. Durch das Hinzufügen des Strompfades 4 und des Widerstandes R₅ wird der Einfluss der Transkonduktanz gm_T2 des Transistors T₂ auf die Verstärkung A der Verstärkerschaltung reduziert. Aufgrund der von dem Transistor T₄ und dem Widerstand R₅ gebildeten Rückkopplung wird die Impedanz am Source Anschluss von T₂ sehr klein.
Bei den in den 2 und 4 gezeigten Ausführungsformen der Verstärkerschaltung sind die Transistoren T₁ und T₂ als MOS-FET-Transistoren, insbesondere als MOS-FET-Transistoren vom P-Kanal-Typ, ausgebildet. Die Transistoren T₃ und T₄ sind als Bipolartransistoren, insbesondere als npn-Bipolartransistoren ausgebildet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Transistoren T₁ und T₂ als Bipolartransistoren ausgeführt sein und die Transistoren T₃ und T₄ können als MOS-FET-Transistoren ausgebildet sein.
Die in den 2 und 4 gezeigten Schaltungsanordnungen der Verstärkerschaltungen 10a und 10b sind insbesondere für den Anwendungsfall ausgelegt, dass die Versorgungsspannungsquelle 300 eine Versorgungsspannung VDDA mit einem Pegel oberhalb des am Bezugsspannungsanschluss B anliegenden Bezugspotentials bereitstellt. Wenn die Spannungsquelle 300 eine im Vergleich zu dem am Bezugsspannungsanschluss B anliegenden Bezugspotential geringere Spannung bereitstellt, können anstelle der MOS-FET-Transistoren T₁ und T₂ vom p-Kanal-Typ MOS-FET-Transistoren vom n-Kanal-Typ verwendet werden. Die Transistoren T₃ und T₄ können in diesem Fall als pnp-Bipolartransistoren ausgeführt werden.
Die Ausführungsformen 10a und 10b der Verstärkerschaltungen weisen eine hohe Eingangsimpedanz und eine niedrige Ausgangsimpedanz auf. Des Weiteren hat die Verstärkerschaltung einen großen dynamischen Eingangsbereich und weist ein geringes Rauschen und eine niedrige Verzerrung für große Eingangssignale auf. Die Verstärkung A der Verstärkerschaltung kann durch eine entsprechende Skalierung der Widerstände R₁ und R₂ eingestellt werden.
Die Verstärkerschaltungen 10a und 10b können als Zwei-Draht-Analogschnittstellen verwendet werden, bei denen die Spannungsversorgung und das Nutzsignal am Ausgangsanschluss A über eine gemeinsame Leitung im Modulationsbetrieb bereitgestellt werden. Somit kann die Verstärkerschaltung insbesondere zur Verstärkung von Audioausgangssignalen von ECM-Mikrofonen oder MEMS-Mikrofonen verwendet werden.
5 zeigt eine Ausführungsform eines MEMS-Mikrofonverstärkers, der eine Verstärkerschaltung 10 umfasst, die zwischen einen Eingangsanschluss E1 des Mikrofonverstärkers zum Anlegen eines Eingangssignals IN und einen Ausgangsanschluss A100a des Mikrofonverstärkers zum Ausgeben eines Ausgangssignals OUT geschaltet ist. Die Verstärkerschaltung 10 kann beispielsweise gemäß der Ausführungsvariante 10a oder der Ausführungsvariante 10b ausgebildet sein. Da die Eingangsseite der Verstärkerschaltung mit dem Eingangsanschluss E1 verbunden ist, bildet der Eingangsanschluss E1 des Mikrofonverstärkers gleichzeitig auch einen Eingangsanschluss der Verstärkerschaltung. Ebenso stellt der Ausgangsanschluss A100a des Mikrofonverstärkers auch einen Ausgangsanschluss der Verstärkerschaltung 10 dar, da die Verstärkerschaltung 10 ausgangsseitig mit dem Mikrofonverstärker verbunden ist.
Das Eingangssignal IN kann beispielsweise ein Signal sein, das von einem an den Eingangsanschluss E1 angeschlossenen Mikrofon, beispielsweise von einem MEMS-Mikrofon, bereitgestellt wird. Die Verstärkerschaltung 10 verstärkt das Eingangssignal IN und erzeugt ausgangsseitig am Ausgangsanschluss A100a das Ausgangssignal OUT. Des Weiteren kann an den Eingangsanschluss E1 der Verstärkerschaltung ein Referenzsignal VREF1 über einen steuerbaren Schalter 20 angelegt werden. Einem weiteren Eingangsanschluss E2 der Verstärkerschaltung kann ebenfalls das Referenzsignal VREF1 zugeführt werden. Zwischen den Eingangsanschluss E1 und den Eingangsanschluss E2 ist der Widerstand R3 geschaltet, dessen Funktion bereits anhand der Verstärkerschaltungen 10a und 10b erläutert worden ist.
Der Mikrofonverstärker weist des Weiteren einen Spannungsgenerator 30 auf, der an einem Ausgangsanschluss A100b des Mikrofonverstärkers ein weiteres Ausgangssignal VBIAS bereitstellt. Das weitere Ausgangssignal kann beispielsweise eine Spannung sein, die als Vorladespannung für die Membran des an den Mikrofonverstärker angeschlossenen Mikrofons verwendet wird. Der Mikrofonverstärker umfasst darüber hinaus einen Spannungs-/Stromgenerator 40 zur Erzeugung des Referenzsignals VREF1. Das Referenzsignal VREF1 wird an einem Ausgangsanschluss A40a des Spannungs-/Stromgenerators 40 erzeugt und kann über den steuerbaren Schalter 20 dem Eingangsanschluss E1 des Mikrofonverstärkers zugeführt werden. Der Spannungs-/Stromgenerator 40 ist somit ausgangsseitig über den steuerbaren Schalter mit dem Eingangsanschluss E1 der Verstärkerschaltung 10 verbindbar. Des Weiteren stellt der Spannungs-/Stromgenerator 40 ein weiteres Referenzsignal VREF2 an einem weiteren Ausgangsanschluss A40b des Spannungs-/Stromgenerators für den Spannungsgenerator 30 zur Verfügung. Das Referenzsignal VREF2 dient für den Spannungsgenerator 30 als Referenzspannung zur Erzeugung des Pegels des Ausgangssignals VBIAS. Das Referenzsignal Vref2 kann auch den gleichen Pegel wie Vref1 aufweisen.
Zum Betreiben des Spannungsgenerators 30 sowie des Spannungs-/Stromgenerators 40 ist ein Versorgungsspannungsanschluss V30 des Spannungsgenerators 30 und ein Versorgungsspannungsanschluss V40 des Spannungs-/Stromgenerators 40 jeweils zum Anlegen einer Versorgungsspannung V vorgesehen. Bei der in 5 gezeigten Ausführungsform eines Mikrofonverstärkers sind die Versorgungsspannungsanschlüsse V30 und V40 nicht an einen eigens dafür an dem Gehäuse des Mikrofonverstärkers vorgesehenen separaten Anschluss zum Anlegen einer externen Versorgungsspannung angeschlossen. Stattdessen sind die Versorgungsspannungsanschlüsse V30 und V40 mit dem Ausgangsanschluss A100a der Verstärkerschaltung 10 beziehungsweise des Mikrofonverstärkers 100 verbunden. Die Versorgungsspannung für den Spannungsgenerator 30 und den Strom-/Spannungsgenerator 40 wird somit von der Verstärkerschaltung 10 definiert. Der Pegel der Versorgungsspannung ergibt sich somit aus dem Pegel der Referenzspannung VREF1 zusätzlich dem Verstärker-Spannungsversatz zwischen dem Eingangsanschluss E1 und dem Ausgangsanschluss A. Der benötigte Speisestrom IDDA wird durch die Spannungs-Versorgungsquelle 300 und einen Widerstand 310 zur Verfügung gestellt. Die Versorgungsspannungsquelle 300 ist dazu über den Widerstand 310 oder alternativ über eine Stromquelle IQ_S mit dem Ausgangsanschluss A100a der Verstärkerschaltung 10 verbunden.
Zum Betreiben des zwischen den Eingangsanschluss E1 und den Ausgangsanschluss A100b angeschlossenen Mikrofons stellt der Spannungsgenerator 30 ein Ausgangssignal VBIAS bereit, das insbesondere bei einem an den Mikrofonverstärker angeschlossenen MEMS-Mikrofon zur Erzeugung der Vorladespannung der Mikrofonmembran des MEMS-Mikrofons bereitgestellt wird. Das Mikrofon liefert am Eingangsanschluss E1 das Eingangssignal IN, das der Verstärkerschaltung 10 eingangsseitig zugeführt wird. Nach einer Verstärkung des Signals IN erzeugt die Verstärkerschaltung 10 an dem Ausgangsanschluss A100a das verstärkte Ausgangssignal OUT. Darüber hinaus generiert die Verstärkerschaltung 10 in Verbindung mit der an dem Ausgangsanschluss A100a eingespeisten Versorgungsspannung VDDA die Versorgungsspannung V für den Spannungsgenerator 30 sowie den Spannungs-/Stromgenerator 40.
In einem Zustand eines bestimmungsgemäßen Betriebs erzeugt die Verstärkerschaltung 10 das Ausgangssignal OUT mit einem Pegel über einem Schwellwert der Versorgungsspannung V, die zum Betrieb des Spannungsgenerators 30, insbesondere zur Erzeugung des Ausgangssignals VBIAS mit einem Sollpegel, erforderlich ist. Der Sollpegel des Ausgangssignals VBIAS kann ein Pegel, der zur Erzeugung der Vorladespannung des Mikrofons notwendig ist, sein. Des Weiteren erzeugt die Verstärkerschaltung 30 in dem bestimmungsgemäßen Betrieb das Ausgangssignal OUT mit einem Pegel über einem Schwellwert der Versorgungsspannung V, die zum Betrieb des Spannungs-/Stromgenerators 40, insbesondere zur Erzeugung der Referenzsignale VREF1 und VREF2 mit einem Sollpegel, erforderlich ist. Der Sollpegel des Referenzsignals VREF2 kann ein Pegel sein, der zur Erzeugung des Ausgangssignals VBIAS erforderlich ist.
Im Falle des Auftretens eines Signals am Eingangsanschluss E1 mit einer großen Signalamplitude wird der Verstärker 10 über seinen bestimmungsgemäßen Betrieb hinaus ausgesteuert. Ein derartiger Störfall kann beispielsweise beim Auftreten eines hohen Geräuschpegels auf die Membran des Mikrofons auftreten. Als Beispiel sei eine Explosion oder Windgeräusche genannt, die mit ihrem Schalldruck auf die Membran des Mikrofons wirken.
Wenn die Verstärkerschaltung 10 infolge des Störereignisses in dem nicht bestimmungsgemäßen Betrieb betrieben wird, kann an dem Ausgangsanschluss A100a ein Pegel des Ausgangssignals OUT erzeugt werden, der zu gering ist, um den Spannungsgenerator 30 beziehungsweise den Spannungs-/Stromgenerator 40 mit einer ausreichend hohen Versorgungsspannung zu versorgen. Aufgrund des Absinkens der Ausgangsspannung OUT in derartigen Störfällen erzeugt der Spannungsgenerator 30 das Ausgangssignal VBIAS mit einem zu geringen Pegel, beispielsweise einem Pegel, der unter einem zur Erzeugung einer Vorladespannung der Mikrofonmembran notwendigen Mindestpegel liegt.
Ebenso kann auch der Spannungs-/Stromgenerator 40 von der zu geringen Ausgangsspannung am Ausgangsanschluss A100a betroffen sein und erzeugt aufgrund des Absinkens des Gleichspannungspegels des Ausgangssignal OUT das Referenzsignal VREF2 mit einem zu geringen Pegel, so dass der Spannungsgenerator 30 das Ausgangssignal VBIAS mit einem zu niedrigen Pegel erzeugt.
Der niedrige Pegel des Ausgangssignals VBIAS am Ausgangsanschluss A100b bewirkt, dass sich der Pegel der Vorladespannung für die Membran des Mikrofons verringert. Dies führt zu einem weiteren Absinken der Spannung am Eingangsanschluss E1 und am Ausgangsanschluss A. Durch diese positive Rückkopplung tritt ein Störfall auf, der zur Funktionsuntüchtigkeit des Mikrofons führt. Aufgrund der hohen Zeitkonstante im Sekunden- bis zum Minuten-Bereich am Eingang der Verstärkerschaltung 10, kann der Funktionsausfall des Mikrofons längere Zeit andauern, was in den meisten Anwendungsfällen nicht mehr akzeptabel ist.
Um einen Störfall schnell zu erkennen und die Funktionstüchtigkeit des Mikrofonverstärkers möglichst schnell wiederherzustellen, um einen längeren Ausfall des Mikrofons von mehreren Sekunden zu verhindern, weist der Mikrofonverstärker 100 eine Steuerschaltung 50 zum Schalten des steuerbaren Schalters in einen ersten und zweiten Zustand auf. Die Steuerschaltung erzeugt dazu das Steuersignal S_R.
Der steuerbare Schalter 20 kann durch das Steuersignal S_R in den ersten oder zweiten Zustand geschaltet werden. Im ersten Zustand ist der steuerbare Schalter beispielsweise leitend beziehungsweise niederohmig gesteuert und verbindet den Ausgangsanschluss A40a des Spannungs-/Stromgenerators 40 niederohmig mit dem Eingangsanschluss E1 des Mikrofonverstärkers. Im zweiten Zustand des steuerbaren Schalters ist der Schalter 20 nichtleitend beziehungsweise hochohmig gesteuert, so dass der Ausgangsanschluss A40a des Spannungs-/Stromgenerators 40 von dem Eingangsanschluss E1 des Mikrofonverstärkers getrennt ist beziehungsweise mit diesem hochohmig verbunden ist.
Die Verstärkerschaltung 10 ist derart ausgebildet, dass sie aus dem Zustand des nicht bestimmungsgemäßen Betriebs in den Zustand des bestimmungsgemäßen Betriebs zurückversetzt wird, wenn dem Eingangsanschluss E1 das Referenzsignal VREF1 zugeführt wird und das Referenzsignal einen Sollpegel aufweist. Der Sollpegel des Referenzsignals VREF1 wird von dem Spannungs-/Stromgenerator 40 erzeugt, wenn die Verstärkerschaltung 10 im bestimmungsgemäßen Betrieb an dem Ausgangsanschluss A100a einen ausreichend hohen Pegel des Ausgangssignals OUT bereitstellt, der zur Spannungsversorgung des Spannungs-/Stromgenerators 40 verwendet werden kann. Die Steuerschaltung 50 ist dazu ausgebildet, den steuerbaren Schalter 20 von dem zweiten Zustand in den ersten Zustand zu schalten, wenn die Steuerschaltung 50 feststellt, dass die Verstärkerschaltung 10 in einem Zustand außerhalb des bestimmungsgemäßen Betriebs betrieben wird, beziehungsweise wenn der Pegel des Referenzsignals VREF2 und der Pegel des Ausgangssignals VBIAS nicht mehr mit den korrekten Werten generiert werden.
Die Steuerschaltung 50 kann beispielsweise zur Überwachung der Lage eines Arbeitspunktes der Verstärkerschaltung 10 ausgelegt sein. Die Lage des Arbeitspunktes der Verstärkerschaltung 10 kann beispielsweise dadurch überwacht werden, indem eine den Arbeitspunkt kennzeichnende Spannung M10 ermittelt wird. Zum Feststellen des Arbeitspunktes der Verstärkerschaltung wird der Steuerschaltung 50 eingangsseitig ein Überwachungssignal M10 von der Verstärkerschaltung 10 zugeführt. Das Überwachungssignal M10 kennzeichnet die Lage des Arbeitspunktes der Verstärkerschaltung 10. Die Steuerschaltung 50 kann einen Überwachungsschaltkreis 51 aufweisen, der das Überwachungssignal M10 auswertet. Beispielsweise wird eine den Arbeitspunkt kennzeichnende Spannung mit einem Sollpegel der Spannung verglichen.
Wenn der Überwachungsschaltkreis 51 feststellt, dass der Arbeitspunkt der Verstärkerschaltung 10 außerhalb des Bereichs des bestimmungsgemäßen Betriebs der Verstärkerschaltung liegt, das heißt außerhalb desjenigen Bereiches, in dem die Verstärkerschaltung 10 das Ausgangssignal OUT mit einem ausreichend hohen Pegel erzeugt, um den Spannungsgenerator 30 beziehungsweise den Spannungs-/Stromgenerator 40 mit einer ausreichend hohen Versorgungsspannung zu versorgen, um das Ausgangssignal VBIAS beziehungsweise die Referenzsignale VREF1 und VREF2 zu erzeugen, wird der steuerbare Schalter 20 von der Steuerschaltung 50 mittels des Steuersignals S_R von dem zweiten in den ersten Zustand geschaltet.
Zusätzlich beziehungsweise alternativ zur Überwachung der Lage des Arbeitspunktes der Verstärkerschaltung kann die Steuerschaltung 50 zur Überwachung eines Pegels der von dem Spannungs-/Stromgenerator 40 bereitgestellten Referenzsignale VREF1 und/oder VREF2 verwendet werden. Dazu kann der Steuerschaltung 50 der Pegel des Referenzsignals VREF1 und/oder des Referenzsignals VREF2 eingangsseitig zugeführt werden, indem die Steuerschaltung 50 mit dem Ausgangsanschluss A40a beziehungsweise A40b des Spannungs-/Stromgenerators 40 verbunden ist. Die Steuerschaltung 50 kann bei dieser Ausführungsform einen Überwachungsschaltkreis 52 aufweisen, die den Pegel des Referenzsignals VREF1 und/oder des Referenzsignals VREF2 auswertet. Wenn der Überwachungsschaltkreis 52 feststellt, dass der Pegel des Referenzsignals VREF1 und/oder des Referenzsignals VREF2 über oder unter einem Sollpegel des Referenzsignals liegt, erzeugt die Steuerschaltung 50 das Steuersignal S_R derart, dass der steuerbare Schalter 20 von dem zweiten in den ersten Zustand geschaltet wird.
Alternativ beziehungsweise zusätzlich zur Überwachung der Lage des Arbeitspunkts der Verstärkerschaltung beziehungsweise des Pegels der Referenzsignale VREF1 und VREF2 kann gemäß einer weiteren Ausführungsform das von dem Spannungsgenerator 30 ausgangsseitig erzeugte Ausgangssignal VBIAS der Steuerschaltung 50 zugeführt werden. Die Steuerschaltung 50 weist einen Überwachungsschaltkreis 53 zur Überwachung des Pegels des Ausgangssignals VBIAS auf. Wenn der Überwachungsschaltkreis 53 feststellt, dass der Pegel des Ausgangssignals VBIAS über einen Sollpegel steigt oder unter einen Sollpegel fällt, erzeugt die Steuerschaltung 50 das Steuersignal S_R zum Schalten des steuerbaren Schalters 20 von dem zweiten in den ersten Zustand.
Durch das leitend beziehungsweise niederohmig Steuern des steuerbaren Schalters 20 wird das Referenzsignal VREF1 an dem Eingangsanschluss E1 der Verstärkerschaltung 10 eingespeist. Der Eingangsanschluss E1 der Verstärkerschaltung, der mit dem Mikrofon verbunden ist, weist eine hohe Impedanz, beispielsweise eine Impedanz im Bereich von einigen hundert Ohm bis mehreren Tera Ohm auf. Beispielsweise kann die Impedanz zwischen 500 Ω und 100 TΩ betragen. Das Referenzsignal VREF1 bewirkt, dass das Eingangssignal am Eingangsanschluss E1 einen Eingangs-Mittelwert aufweist. Das Referenzsignal VREF1 ist im bestimmungsgemäßen Betrieb der Verstärkerschaltung über einen hochohmigen Pfad mit dem Eingangsanschluss E1 verbunden. Der hochohmige Pfad kann beispielsweise durch zwei antiparallel geschaltete Dioden gebildet werden.
Aufgrund des hochohmigen Pfades, über den das Referenzsignal VREF1 an der Verstärkerschaltung anliegt, ergibt sich eine große Zeitkonstante und somit eine lange Zeitdauer von mehreren Sekunden bis sich der Eingangsanschluss E1 auf den Pegel des Referenzsignals VREF1 auflädt. Wenn der steuerbare Schalter 20 leitend gesteuert wird, wird der hochohmige Pfad, auf dem das Referenzsignal im bestimmungsgemäßen Betrieb des Verstärkers bereitgestellt wird, niederohmig überbrückt beziehungsweise kurzgeschlossen. Dadurch kann das von dem Spannungs-/Stromgenerator 40 erzeugte Referenzsignal niederohmig auf den Eingangsanschluss E1 eingespeist werden. Wenn der steuerbare Schalter leitend gesteuert worden ist, da sich die Verstärkerschaltung außerhalb des bestimmungsgemäßen Betriebszustandes und somit im nicht bestimmungsgemäßen Betrieb befunden hat, wird die Verstärkerschaltung 10 sehr schnell wieder von dem nicht bestimmungsgemäßen Betriebszustand in den bestimmungsgemäßen Betriebszustand zurückversetzt.
Nachdem die Verstärkerschaltung 10 wieder in den bestimmungsgemäßen Betriebszustand geschaltet worden ist, tritt am Ausgang der Verstärkerschaltung 10 das Ausgangssignal OUT wieder mit einem ausreichend hohen Gleichspannungspegel auf, um auch den bestimmungsgemäßen Betrieb des Spannungsgenerators 30 sowie des Spannungs-/Stromgenerators 40 sicherzustellen. In dem bestimmungsgemäßen Betrieb des Spannungsgenerators 30 erzeugt der Spannungsgenerator 30 das Ausgangssignal VBIAS mit einem ausreichend hohen Pegel, wodurch die Funktionalität des Mikrofons 200 gewährleistet ist. Des Weiteren werden im bestimmungsgemäßen Betrieb des Spannungs-/Stromgenerators 40 die Referenzsignale VREF1 und VREF2 mit einem Pegel erzeugt, der für die bestimmungsgemäße Funktionalität des Spannungsgenerators 30 und der Verstärkerschaltung 10 erforderlich ist.
Somit wird es durch die in 5 gezeigte Schaltung eines Mikrofonverstärkers ermöglicht, die Versorgungsspannung für den Spannungsgenerator 30 sowie den Spannungs-/Stromgenerator 40 am Ausgangsanschluss A100a der Verstärkerschaltung 10 bereitzustellen. Ein zusätzlicher Anschluss zum Bereitstellen einer externen Versorgungsspannung für den Spannungsgenerator 30 beziehungsweise den Spannungs-/Stromgenerator 40 ist nicht notwendig. Die Verstärkerschaltung ist derart ausgebildet, dass der am Ausgangsanschluss A100 auftretende Pegel des Ausgangssignals OUT auch bei einem Betrieb der Verstärkerschaltung im nicht bestimmungsgemäßen Betrieb noch ausreichend hoch ist, um als Versorgungsspannung für die Steuerschaltung 50 zu dienen.
Der Mikrofonverstärker 100 ermöglicht es, dass ein ECM-Mikrofon auf einfache Weise durch ein MEMS-Mikrofon ersetzt werden kann, ohne dass dazu der Verdrahtungsaufwand erhöht werden müsste. Dies ist insbesondere bei Headset-Anwendungen von Interesse. Des Weiteren kann durch das Einsparen eines separaten Anschlusses zum Anlegen einer externen Versorgungsspannung für den Spannungsgenerator 30 beziehungsweise den Spannungs-/Stromgenerator 40 wertvolle Chipfläche eingespart werden.
Bezugszeichenliste

1, 2, 3, 4: Strompfad
10: Verstärkerschaltung
20: steuerbarer Schalter
30: Spannungsgenerator
40: Spannungs-/Stromgenerator
50: Steuerschaltung
100: Mikrofonverstärker
200: Mikrofon
300: Versorgungsspannungsquelle
VDDA: Versorgungspotential
B: Bezugsspannungsanschluss
T: spannungsgesteuerte Stromquelle/Transistor
R: Widerstand
E: Eingangsanschluss
A: Ausgangsanschluss
IN: Eingangssignal
VREF1,: VREF2 Referenzsignal
OUT: Ausgangssignal
GT: Steueranschluss der Transistoren

Claims

Verstärkerschaltung für eine Zwei-Draht-Schnittstelle, umfassend: – einen Eingangsanschluss (E1) zum Anlegen eines Eingangssignals (IN), – einen Ausgangsanschluss (A) zum Auskoppeln eines Ausgangssignals (OUT), – einen Bezugsspannungsanschluss (B) zum Anlegen eines Bezugspotentials (GND), – einen ersten Widerstand (R₁), – einen zweiten Widerstand (R₂) – einen ersten Strompfad (1) umfassend eine spannungsgesteuerte Stromquelle (T₁) mit einem Steueranschluss (GT1), wobei der Steueranschluss der spannungsgesteuerten Stromquelle (T₁) des ersten Strompfads an den Eingangsanschluss (E1) angeschlossen ist, – einen zweiten Strompfad (2) umfassend eine spannungsgesteuerte Stromquelle (T₂), wobei die spannungsgesteuerten Stromquelle (T₂) des zweiten Strompfads in Serie zu dem zweite Widerstand (R₂) geschaltet ist, – wobei der erste und zweite Strompfad (1, 2) in einer Parallelschaltung angeordnet sind, – wobei der erste Widerstand (R₁) und die Parallelschaltung des ersten und zweiten Strompfades (1, 2) in Serie zwischen den Ausgangsanschluss (A) und den Bezugsspannungsanschluss (B) geschaltet sind.
Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, – wobei die spannungsgesteuerte Stromquelle (T₂) des zweiten Strompfads einen Steueranschluss (GT2) zum Anlegen eines Referenzsignals (VREF1) aufweist, – wobei die spannungsgesteuerte Stromquelle (T₂) des zweiten Strompfads derart ausgebildet ist, dass zwischen dem zweiten Widerstand (R₂) und dem Bezugsspannungsanschluss (B) ein festes Spannungspotential in den zweiten Strompfad (2) eingeprägt wird, wenn das Referenzsignal (VREF1) an dem Steueranschluss (GT2) der spannungsgesteuerten Stromquelle (T₂) des zweiten Strompfades angelegt wird.
Verstärkerschaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, umfassend: einen dritten Strompfad (3) umfassend eine spannungsgesteuerte Stromquelle (T₃), wobei der dritte Strompfad (3) zwischen den Ausgangsanschluss (A) und den Bezugsspannungsanschluss (B) geschaltet ist.
Verstärkerschaltung nach Anspruch 3, – wobei der erste Strompfad (1) einen Widerstand (R₄) oder eine Stromquelle (IQ₄) aufweist, wobei der Widerstand (R₄) des ersten Strompfades (10) oder die Stromquelle (IQ₄) zwischen die spannungsgesteuerte Stromquelle (T₁) des ersten Strompfades und den Bezugsspannungsanschluss (B) geschaltet ist, – wobei die spannungsgesteuerte Stromquelle (T₃) des dritten Strompfades (3) einen Steueranschluss (GT3) aufweist, – wobei der Steueranschluss (GT3) der steuerbaren Stromquelle (T₃) des dritten Strompfades (3) zwischen die steuerbare Stromquelle (T₁) des ersten Strompfades und den Widerstand (R₄) des ersten Strompfades oder die Stromquelle (IQ₄) geschaltet ist.
Verstärkerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend: – einen vierten Strompfad (4) umfassend eine spannungsgesteuerte Stromquelle (T₄) mit einem Steueranschluss (GT4), – wobei der zweite Strompfad (2) einen Widerstand (R₅) oder eine Stromquelle (IQ₅) aufweist, wobei der Widerstand (R₅) des zweiten Strompfades oder die Stromquelle (IQ₅) des zweiten Strompfades zwischen die spannungsgesteuerte Stromquelle (T₂) des zweiten Strompfades und den Bezugsspannungsanschluss (B) geschaltet ist, – wobei der Steueranschluss (GT4) der spannungsgesteuerten Stromquelle (T₄) des vierten Strompfades zwischen der steuerbaren Stromquelle (T₂) des zweiten Strompfades und den Widerstand (R₅) des zweiten Strompfades (2) oder die Stromquelle (IQ₅) des zweiten Strompfades angeschlossen ist.
Verstärkerschaltung nach Anspruch 5, wobei die spannungsgesteuerten Stromquellen (T₁, T₂, T₃, T₄) des ersten, zweiten, dritten und vierten Strompfades (1, 2, 3, 4) jeweils als Transistoren, insbesondere als MOS-FET-Transistoren oder als Bipolartransistoren, ausgebildet sind.
Verstärkerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Eingangsanschluss (E1) und der Steueranschluss (GT2) der spannungsgesteuerten Stromquelle (T₂) des zweiten Strompfades über einen dritten Widerstand (R₃) miteinander verbunden sind.
Mikrofonverstärker, umfassend: – einen Eingangsanschluss (E1) zum Anlegen eines Eingangssignals (IN), – einen Ausgangsanschluss (A100a) zum Ausgeben eines Ausgangssignals (OUT), – einen weiteren Ausgangsanschluss (A100b) zum ausgeben eines weiteren Ausgangssignals (VBIAS), – eine Verstärkerschaltung (10a, 10b) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zum Erzeugen des Ausgangssignals (OUT) durch ein Verstärken des Eingangssignals (IN), – einen Spannungsgenerator (30) zum Erzeugen eines weiteren Ausgangssignals (VBIAS) mit einem Versorgungsspannungsanschluss (V30) zum Anlegen eine Versorgungsspannung, – wobei die Verstärkerschaltung (10a, 10b) zwischen den Eingangsanschluss (E1) des Mikrofonverstärkers und den Ausgangsanschluss (A100a) des Mikrofonverstärkers derart geschaltet ist, dass der Eingangsanschluss (E1) der Verstärkerschaltung (10a, 10b) mit dem Eingangsanschluss (E1) des Mikrofonverstärkers verbunden ist und der Ausgangsanschluss (A) der Verstärkerschaltung mit dem Ausgangsanschluss (A100a) des Mikrofonverstärkers verbunden ist, – wobei der Versorgungsspannungsanschluss (V30) des Spannungsgenerators (30) mit dem Ausgangsanschluss (A100a) des Mikrofonverstärkers verbunden ist.
Mikrofonverstärker nach Anspruch 8, umfassend: – einen steuerbaren Schalter (20), der in einen ersten und zweiten Zustand schaltbar ist, wobei der steuerbare Schalter in dem ersten Zustand den Eingangsanschluss (E1) des Mikrofonverstärkers mit einem Anschluss (A40a) zum Anlegen des Referenzsignal (VREF1) verbindet und der Eingangsanschluss (E1) des Mikrofonverstärkers von dem Anschluss (A40a) zum Anlegen des Referenzsignals (VREF1) getrennt ist.
Mikrofonverstärker nach Anspruch 9, wobei der Steueranschluss (GT2) der spannungsgesteuerten Stromquelle (T2) des zweiten Strompfades (2) mit dem Anschluss (A40a) zum Anlegen des Referenzsignals (VREF1) verbunden ist.
Mikrofonverstärker nach Anspruch 10, – wobei die Verstärkerschaltung (10) derart ausgebildet ist, dass die Verstärkerschaltung in einem Zustand eines bestimmungsgemäßen Betriebs das Ausgangssignal (OUT) mit einem Pegel innerhalb eines Spannungsbereichs der Versorgungsspannung des Spannungsgenerators (30) erzeugt und die Verstärkerschaltung in einem Zustand des nicht bestimmungsgemäßen Betriebs das Ausgangssignal (OUT) mit einem Pegel außerhalb des Spannungsbereichs der Versorgungsspannung des Spannungsgenerators (30) erzeugt, wobei der Spannungsbereich erforderlich ist, damit der Spannungsgenerator (30) das weitere Ausgangssignal (VBIAS) mit einem Sollpegel erzeugt, – wobei die Verstärkerschaltung (10) derart ausgebildet ist, dass sie aus dem Zustand des nicht bestimmungsgemäßen Betriebs in den Zustand des bestimmungsgemäßen Betriebs zurückversetzt wird, wenn dem Eingangsanschluss (E1) des Mikrofonverstärkers das Referenzsignal (VREF1) zugeführt wird und das Referenzsignal den Sollpegel aufweist.
Mikrofonverstärker nach Anspruch 11, umfassend – eine Steuerschaltung (50) zur Steuerung eines ersten und zweiten Zustands des steuerbaren Schalters (20), – wobei die Steuerschaltung (50) derart ausgebildet ist, dass die Steuerschaltung den steuerbaren Schalter (20) von dem zweiten Zustand in den ersten Zustand schaltet, wenn die Steuerschaltung (50) feststellt, dass die Verstärkerschaltung (10) in einem Zustand des nicht bestimmungsgemäßen Betriebs betrieben wird.
Mikrofonverstärker nach einem der Ansprüche 9 bis 12, umfassend: – einen weiteren Spannungsgenerator (40) zum Erzeugen des Referenzsignals (VREF1) und eines weiteren Referenzsignals (VREF2), – wobei der weitere Spannungsgenerator (40) einen Versorgungsspannungsanschluss (V40) zum Anlegen der Versorgungsspannung (V) aufweist, – wobei der Versorgungsspannungsanschluss (V40) des weiteren Spannungsgenerators (40) mit dem Ausgangsanschluss (A100a) des Mikrofonverstärkers verbunden ist, – wobei das weitere Referenzsignal (VREF2) dem Spannungsgenerator (30) zugeführt wird, – wobei der Spannungsgenerator (30) derart ausgebildet ist, dass der Spannungsgenerator (30) das weitere Ausgangssignal (VBIAS) mit einem Pegel, der zum Betreiben eines mit dem weiteren Ausgangsanschluss (A100b) verbundenen Mikrofons (200) erforderlich ist, erzeugt, wenn der weitere Spannungsgenerator (40) das weitere Referenzsignal (VREF2) mit einem Pegel in einem Sollpegelbereich des weiteren Referenzsignals erzeugt.
Mikrofonverstärker nach Anspruch 13, wobei die Steuerschaltung (50) den Zustand des steuerbaren Schalters (20) in Abhängigkeit von der Lage des Arbeitspunktes der Verstärkerschaltung (10) und/oder dem Pegel des weiteren Ausgangssignals (VBIAS) und/oder dem Pegel des weiteren Referenzsignals (VREF2) steuert.
Schaltungsanordnung zur Umwandlung eines Sprachsignals in ein elektrisches Signal, umfassend: – einen Mikrofonverstärker (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, – ein Mikrofon (200), – wobei das Mikrofon (200) zwischen den Eingangsanschluss (E1) und den weiteren Ausgangsanschluss (A100b) des Mikrofonverstärkers geschaltet ist, – wobei der Ausgangsanschluss (A100a) des Mikrofonverstärkers über einen Widerstand (310) oder eine Stromquelle (IQ_S) an eine Versorgungsspannungsquelle (300) angeschlossen ist.