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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung bezieht sich auf Halbleiterschaltungen und -verfahren und insbesondere auf ein System und ein Verfahren für das Senden eines Hochfrequenzsignals mittels einer Lautsprecherspule.
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HINTERGRUND
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Da die elektrischen Eigenschaften einer Lautsprecherspule ähnlich sind wie die einer Ferritstabantenne, kann diese sowohl als eine Antenne für eine Hochfrequenzsendeeinrichtung (HF-Sendeeinrichtung) als auch als ein elektromechanischer Treiber für einen Lautsprecher bei hörbaren Frequenzen verwendet werden. In kostenempfindlichen tragbaren Geräten wie zum Beispiel Mobiltelefonen, digitalen Audiogeräten, Kopfhörern und Hörgeräten kann die HF-Funktionalität zu der akustischen Funktionalität hinzugefügt werden, ohne viel zusätzlichen Platz in Anspruch zu nehmen. Zum Beispiel kann das Hinzufügen der HF-Funktionalität zur Lautsprecherspule in einem Mobiltelefon Nahfeldkommunikationen für Finanztransaktionen oder den Datenaustausch zwischen Benutzern ermöglichen. Bei Hörgeräten kann die HF-Funktionalität ermöglichen, dass das Hörgerät über eine Fernsteuerung gesteuert oder programmiert wird, und sie kann es einem beidseitigen Paar von Hörgeräten ermöglichen, Daten auszutauschen, um die Richtcharakteristik des Audiosignals unter Verwendung eines Verarbeitungsalgorithmus für Audiosignale zu verbessern.
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In einigen Systemen kann ein kombiniertes akustisches und HF-Sendesystem umgesetzt werden, indem der Audioverstärker und der HF-Verstärker parallel zur Lautsprecherspule geschaltet werden. Obwohl der HF-Leistungsverstärker AC-Koppelkondensatoren zum Vermeiden einer Störung des Audiosignals verwenden kann, kann eine solche AC-Kopplung in Bezug auf den Audioverstärker eine kapazitive Impedanz darstellen, welche die vom HF-Leistungsverstärker erzeugten HF-Signale reflektiert. In einigen Systemen werden solche Reflexionen mit verlustreichen Netzwerken aus Hoch- und Tiefpassfiltern behandelt, die Verluste und Dämpfungen am Audiosignal verursachen können. In einigen Fällen treten diese Verluste wegen Verlusten in Filterinduktivitäten auf, die für hohe Frequenzen im Bereich von 100 kHz bis zu 30 MHz verwendet werden. Induktivitäten, die einen sehr kleinen Formfaktor haben, wie zum Beispiel diejenigen, die typischerweise in tragbaren Geräten verwendet werden, können besonders verlustreich sein. In anderen Systemen können ein HF-Verstärker und ein Akustikverstärker über ein mechanisches Relais mit einer Lautsprecherspule verbunden werden.
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Die
US 2011/0181395 A1 beschreibt ein Audio-Rundfunkgerät mit einer Funkfrequenzidentifikations-Funktion. Das Audio-Rundfunkgerät umfasst einen Lautsprecher mit einer Spule zum Erzeugen von Tönen und eine Audioverarbeitungsschaltung zum Ausgeben eines Audiosignals an den Lautsprecher. Die Spule des Lautsprechers und ein Kondensator wirken als Schwingkreis.
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Die
US 8,018 244 B2 beschreibt ein drahtloses Kommunikationsverfahren unter Verwendung einer drahtlosen Kommunikationsvorrichtung. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer Antenneneinheit, die durch eine erste drahtlose Kommunikationsschaltung und eine zweite drahtlose Kommunikationsschaltung verwendet wird, wobei die erste drahtlose Kommunikationsschaltung zur RFID-Kommunikation über die Antenneneinheit in einer ersten Betriebsart verwendet wird, und wobei die zweite drahtlose Kommunikationsschaltung zur RFID-Kommunikation über die Antenneneinheit in einer zweiten Betriebsart verwendet wird.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ansatz für das Senden eines Hochfrequenzsignals mittels einer Lautsprecherspule zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Gemäß einer Ausführungsform weist ein System einen Audioverstärker auf, der so konfiguriert ist, dass er über einen parallelen Schwingkreis mit einem Anschluss einer Lautsprecherspule verbunden ist, sowie einen HF-Verstärker, der konfiguriert ist, ein HF-Signal auf einer ersten HF-Sendefrequenz zu senden. Der Anschluss der Lautsprecherspule ist so konfiguriert, dass er mit einer Lautsprecherspule verbunden ist, und der parallele Schwingkreis hat eine Resonanzfrequenz, die ungefähr der ersten HF-Sendefrequenz entspricht.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird jetzt auf die nachfolgenden Beschreibungen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen Bezug genommen:
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1 zeigt ein Schaltbild eines Systems einer Ausführungsform, in welchem ein HF-Verstärker über einen magnetischen Transformator mit einem Lautsprecher verbunden ist;
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2 zeigt ein Schaltbild eines Systems einer Ausführungsform, in welchem ein HF-Verstärker über ein Symmetrierglied mit einem Lautsprecher verbunden ist;
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3 zeigt ein Schaltbild eines Systems einer Ausführungsform, in welchem ein Audioverstärker über Schwingkreise, die Bypass-Schalter aufweisen, parallel zu einem Lautsprecher geschaltet ist;
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4 zeigt ein Schaltbild eines Systems einer Ausführungsform, in welchem ein Audioverstärker über abstimmbare parallele Schwingkreise mit einem Lautsprecher verbunden ist; und
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5 zeigt ein Schaltbild eines Systems einer weiteren Ausführungsform, in welchem ein Audioverstärker über abstimmbare parallele Schwingkreise mit einem Lautsprecher verbunden ist.
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Gleiche Bezugszeichen und Symbole in verschiedenen Figuren beziehen sich im Allgemeinen auf gleiche Teile, falls nicht anderweitig angegeben. Die Figuren wurden gezeichnet, um die wichtigen Aspekte der bevorzugten Ausführungsformen darzustellen, und sie sind nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet. Um bestimmte Ausführungsformen deutlicher darzustellen, kann nach der Nummer einer Figur ein Buchstabe folgen, der Variationen der gleichen Struktur, des gleichen Materials oder des gleichen Verfahrensschritts anzeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG ANSCHAULICHER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Das Umsetzen und Verwenden der vorliegenden bevorzugten Ausführungsformen wird nachfolgend näher erörtert. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung viele anwendbare erfinderische Konzepte bereitstellt, die in einer großen Vielfalt spezifischer Zusammenhänge verkörpert werden können. Die erörterten spezifischen Ausführungsformen dienen nur zum Veranschaulichen, wie die Erfindung auf spezifische Weise umgesetzt und verwendet werden kann, und stellen keine Beschränkung des Umfangs der Erfindung dar.
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Die vorliegende Erfindung wird in Bezug auf die Ausführungsformen in einem spezifischen Zusammenhang beschrieben, und zwar einem HF-Sendesystem, das eine Lautsprecherspule verwendet. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nicht auf Systeme beschränkt, die Lautsprecherspulen verwenden, sondern können auch auf andere Arten von Schaltkreisen angewandt werden. Beispiele anderer Schaltkreise umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, verkabelte und drahtlose Kommunikationsschaltkreise sowie Schaltkreise, die mehrere Sendeverstärker und/oder Signalgeber verwenden.
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Bei einer Ausführungsform sind ein Audioverstärker und ein HF-Verstärker mithilfe eines Verlustabgleichnetzwerks, das einen oder mehrere CMOS-Schalter, Induktivitäten und Kondensatoren beinhalten kann, mit einer Lautsprecherspule verbunden. Bei einigen Ausführungsformen kann das Abgleichnetzwerk einstellbar und/oder anpassbar sein, um veränderliche HF-Umgebungen in der Nähe der Lautsprecherspule auszugleichen und/oder um Variationen bei der Herstellung auszugleichen. Daher können einige Ausführungsformen abstimmbare Filter verwenden, die mithilfe einer Induktivität umgesetzt werden, welche mit einem schaltbaren Kondensatorblock verbunden ist, der einen oder mehrere Kondensatoren aufweist, die von einem oder mehreren Hochleistungstransistoren wie zum Beispiel einem HF-CMOS-Transistor oder anderen Transistorarten geschaltet werden. In einigen Fällen wird eine wirkungsvolle Leistungsfähigkeit beibehalten, auch wenn der Leistungstransistor eine mangelhafte HF-Isolation aufweist oder wenn die Induktivität einen relativ großen Reihenwiderstand im Vergleich zum Widerstand des Hochleistungstransistors oder zum Widerstand des oder der Kondensatoren aufweist.
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1 zeigt eine Ausführungsform eines Audio- und HF-Sendesystems 100, das einen Audioverstärker 102 beinhaltet, der über die Sekundärwicklung eines Transformators 110 mit der Lautsprecherspule 106 verbunden ist. Der HF-Verstärker 104 ist außerdem über den Transformator 110 mit der Lautsprecherspule 106 verbunden, sodass die Primärwicklung des Transformators 110 mit dem HF-Verstärker 104 verbunden ist. Bei einer Ausführungsform kann der Transformator 110 ein Stromwandler sein, der eine niedrige Impedanz hat, die für die Summe der HF- und Audiosignalströme ausgelegt ist. Das Windungsverhältnis des Transformators kann ausgelegt werden, um eine maximale Leistungsanpassung zwischen der Lautsprecherspule 106 und dem HF-Leistungsverstärker 104 bereitzustellen. Da der Transformator 110 eine AC-Isolation bereitstellt, ist eine zusätzliche Entkopplung für den HF-Leistungsverstärker erforderlich.
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Die Kondensatoren 114 und 116 stellen für die HF-Signale einen Pfad mit niedriger Impedanz zur Erdung bereit. Bei einigen Ausführungsformen können die Kondensatoren 114 und 116 umgesetzt werden, indem eine bestehende parasitäre Kapazität von Geräten, die mit dem Transformator 110 verbunden sind, und/oder zusätzliche kapazitive Komponenten verwendet werden, falls diese für ein geeignetes Überbrücken der von dem HF-Verstärker 104 erzeugten HF-Signale erforderlich sind. Auf ähnliche Weise stellen die Kondensatoren 108 und 112 die parasitäre Kapazität der Primärwicklung bzw. der Sekundärwicklung des Transformators 110 dar plus zusätzlicher kapazitiver Komponenten, die verwendet werden können, um eine parallele Resonanzfrequenz des Transformators so abzustimmen, dass sie ungefähr der Sendefrequenz des von dem HF-Verstärker 104 erzeugten HF-Signals entspricht. Durch den Betrieb des Transformators 110 in einem parallelen Resonanzmodus kann im Vergleich zu denen, die für einen nichtresonanten Betrieb verwendet werden, ein kleinerer Transformator verwendet werden. Bei einigen Ausführungsformen können der Transformator 110, der HF-Verstärker 104 und der Audioverstärker 102 im gleichen integrierten Schaltkreis umgesetzt werden. Alternativ können diese Komponenten oder Kombinationen dieser Komponenten in einer Vielzahl von integrierten Schaltkreisen und/oder als Leiterplattenkomponenten umgesetzt werden, die in verschiedener Weise unterteilt sein können.
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Bei einer Ausführungsform kann der Transformator 110 konfiguriert sein, bei niedriger Frequenz einen Kopplungsfaktor von 0,98 oder größer aufzuweisen. Alternativ können je nach dem spezifischen System und seinen Spezifikationen andere Kopplungsfaktoren verwendet werden. Bei einigen Ausführungsformen kann der Transformator 110 zwischen der primären und der sekundären Seite des Transformators 104 ein Windungsverhältnis von 1:1 aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann der Transformator 110 umgesetzt werden, indem ein Transformator mit Ferritkern verwendet wird, der zum Beispiel von ungefähr fünf Windungen bis ungefähr sieben Windungen pro Seite verwendet. Alternativ können je nach spezifischer Ausführungsform und ihren Spezifikationen andere Windungsverhältnisse und/oder andere Transformatorarten verwendet werden.
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Der HF-Verstärker 104 kann konfiguriert sein, ein HF-Signal auf Frequenzen zwischen ungefähr 100 kHz und ungefähr 30 MHz zu senden, wobei jedoch auch Frequenzen außerhalb dieses Bereichs verwendet werden können. Bei einer Ausführungsform zum Beispiel, bei der eine 13-MHz-Sendefrequenz verwendet wird, kann die parallele Resonanzfrequenz aufgrund der Kombination der Kondensatoren 108 und 112 und der Induktivität des Transformators 110 auch auf die HF-Frequenz von 13 MHz abgestimmt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann der HF-Verstärker 104 als asymmetrischer Verstärker umgesetzt werden, der zum Beispiel 100 mW oder weniger Leistung an die Lautsprecherspule 106 bereitstellt. Der HF-Verstärker 104 kann alternativ mehr Leistung als 100 mW bereitstellen und/oder er kann als Differenzverstärker umgesetzt werden.
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Bei einer Ausführungsform kann der Audioverstärker 102 umgesetzt werden, indem ein Klasse-D-Verstärker verwendet wird, der eine brückenartige Endstufe aufweist, die zum Beispiel von einer (nicht gezeigten) pulsweitenmodulierten Endstufe angetrieben wird. Bei einigen Ausführungsformen kann ein Tiefpassfilter 101 zwischen den Audioverstärker 102 und den Transformator 110 geschaltet sein, um die Schaltfrequenzen des pulsweitenmodulierten Signals zu filtern, das den Audioverstärker 102 antreibt. Der Tiefpassfilter 101 kann zum Beispiel verwendet werden, um abgestrahlte Emissionen zu filtern, sodass zahlreiche behördliche Auflagen eingehalten werden. Alternativ kann der Tiefpassfilter 101 weggelassen werden.
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2 zeigt ein System 120 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das System 120 ist ähnlich wie das in 1 gezeigte System 100, mit der Ausnahme, dass der Transformator, der den HF-Verstärker 104 mit dem Rest des Schaltkreises verbindet, umgesetzt wird, indem ein elektromagnetischer Transformator oder ein Symmetrierübertrager 122 anstatt des DC-isolierten Transformators 110 verwendet wird. Bei einigen Ausführungsformen kann die Verwendung eines elektromagnetischen Transformators anstatt eines magnetischen Transformators zu einem kompakteren Schaltkreis führen, besonders für HF-Signale, die eine größere Bandbreite haben. Bei einigen Ausführungsformen kann der Transformator 122 umgesetzt werden, indem zwei Transformatoren, wie gezeigt, in einer Guanella-Topologie verwendet werden. Alternativ können andere elektromagnetische Transformatorarten oder -topologien wie zum Beispiel, ohne darauf beschränkt zu sein, eine Ruthroff-Topologie verwendet werden. Bei einigen Ausführungsformen kann der elektromagnetische Transformator 122 umgesetzt werden, indem ein verdrilltes Kabelpaar oder parallele Leitungen auf einem magnetischen Kern verwendet werden.
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Da der Transformator 122 zwischen dem HF-Verstärker 104 und der Lautsprecherspule 106 keine DC-Isolation bereitstellt, werden die DC-Koppelkondensatoren 132 und 128 mit dem Transformator 122 in Reihe geschaltet, um eine DC-Isolation für den HF-Verstärker 104 bereitzustellen. Der Mittelabgriff des Transformators 122 kann über den Kondensator 130 geerdet werden. Bei alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Mittelabgriff des Transformators 122 offen bleiben und der Kondensator 130 kann weggelassen werden.
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Das in 3 gezeigte System 200 einer Ausführungsform kann verwendet werden, wenn der Audioverstärker 102 und der HF-Verstärker 104 konfiguriert werden, zu verschiedenen Zeiten und nicht gleichzeitig zu senden. Im System 200 ist der HF-Verstärker 104 über die AC-Koppelkondensatoren 218 und 220 parallel zur Lautsprecherspule 106 geschaltet. Der Audioverstärker 102 ist über einen parallelen Schwingkreis 201, der eine Induktivität 202 und einen Kondensator 204 aufweist, und einen parallelen Schwingkreis 203, der eine Induktivität 206 und einen Kondensator 208 aufweist, mit der Lautsprecherspule 106 verbunden. Die Kondensatoren 204 und 208 können aufgrund der parasitären Kapazitäten der Transistoren 210 und 212, aufgrund der zusätzlichen zwischen die Drains und Sources der Transistoren 210 und 212 geschalteten Kapazität oder aufgrund einer Kombination davon notwendig sein. Bei einer Ausführungsform entspricht die parallele Resonanzfrequenz der parallelen Schwingkreise 201 und 203 einer vom HF-Verstärker 104 erzeugten HF-Ausgangsfrequenz. Wenn zum Beispiel die vom Verstärker 104 erzeugte HF-Sendefrequenz 13 MHz beträgt, können der erste und der zweite parallele Schwingkreis so konfiguriert werden, dass sie eine parallele Resonanzfrequenz von 13 MHz aufweisen. Die parallele Resonanzfrequenz der parallelen Schwingkreise 201 und 203 stellt dem HF-Verstärker 104 auf der HF-Sendefrequenz eine hohe Impedanz bereit. Es wird darauf hingewiesen, dass das System 200 verwendet werden kann, wenn der Audioverstärker 102 konfiguriert ist, ein Differenzausgangssignal bereitzustellen. Der parallele Schwingkreis 203 kann jedoch in asymmetrischen Ausführungsformen weggelassen werden.
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Bei einer Ausführungsform wird der parallele Schwingkreis 201 durch den Transistor 210 überbrückt und der parallele Schwingkreis 203 wird durch den Transistor 212 überbrückt. Die Transistoren 210 und 212 können über ein Signal S aktiviert werden, wenn der Audioverstärker 102 aktiviert ist und der HF-Verstärker 104 deaktiviert ist. Wenn die Transistoren 210 und 212 aktiviert sind, werden die parallelen Schwingkreise 201 und 203 mit einer niedrigen Impedanz überbrückt, wodurch ein wirkungsvoller Betrieb des Audioverstärkers 102 zum Antreiben der Lautsprecherspule 106 ermöglicht wird. Wenn andererseits die Transistoren 210 und 212 deaktiviert werden, stellen die parallelen Schwingkreise 201 und 203 dem HF-Verstärker 104 auf der HF-Frequenz eine hohe Impedanz bereit.
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Bei einer Ausführungsform wird die Kapazität der Transistoren 210 und 212 im Sperrbereich durch die Induktivitäten 202 bzw. 206 ausgeglichen, wenn diese in einer parallelen Resonanzfrequenz zur HF-Sendefrequenz abgestimmt sind. Daher wird der Lautsprecherspule 106 eine große HF-Impedanz präsentiert, wenn die Schalttransistoren 210 und 212 im Sperrbereich sind. Außerdem kann der Effekt der großen Gate-Kapazitäten der Transistoren 210 und 212 verringert werden, indem hochohmige Widerstände 214 und 216 in Reihe mit den Gates der Transistoren 210 bzw. 212 hinzugefügt werden. Die Widerstände 214 und 216 verringern die Effekte der Gate-Source- und Gate-Drain-Kapazität, die auf der Source und dem Drain der Transistoren 210 und 212 wahrgenommen werden. Der Bulk-Steuerstift VBULK kann mit der positivsten oder negativsten vom Verstärker 102 erzeugten Ausgangsspannung verbunden werden, um abhängig von der Art der Schalttransistoren eine Beschneidung des Audiosignals zu vermeiden. Da die Transistoren 210 und 212 bei Audiofrequenzen eine geringe Längsimpedanz, zum Beispiel im mΩ-Bereich, für den Audioverstärker 102 darstellen, können die Induktivitäten 202 und 206 umgesetzt werden, indem physisch kleine, hochohmige Induktivitäten verwendet werden. Bei alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Transistoren 210 und 212 weggelassen werden.
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4 zeigt ein System 230 einer Ausführungsform, in dem die Resonanzfrequenz des parallelen Schwingkreises 201 mithilfe der Schalttransistoren 250 und 252 und der Kondensatoren 232, 234, 236 und 238 abgestimmt werden kann. Auf ähnliche Weise kann die parallele Resonanzfrequenz des parallelen Schwingkreises 203 mithilfe der Schalttransistoren 254 und 256 und der Kondensatoren 240, 242, 244 und 246 abgestimmt werden. Die Schalttransistoren 252 und 256 werden durch das Signal 51 über die Widerstände 262 und 264 angetrieben und die Schalttransistoren 250 und 254 werden durch das Signal S2 über die Widerstände 258 und 260 angetrieben. Die Widerstände 258, 260, 262 und 264 verringern die Effekte der Gate-Kapazität der Transistoren 250, 252, 254 und 256 an ihren jeweiligen Ausgängen.
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Die Frequenz des parallelen Schwingkreises 201 kann durch das Aktivieren des Schalters 252 verringert werden, der eine Reihenkombination der Kondensatoren 232 und 238 parallel zum parallelen Schwingkreis 201 schaltet. Diese parallele Resonanzfrequenz kann durch das Aktivieren des Schalters 250 weiter verringert werden, der eine Reihenkombination der Kondensatoren 204 und 206 parallel zum parallelen Schwingkreis 201 schaltet. Das Einschalten der Schalter 254 und 256 hat einen ähnlichen Effekt auf die parallele Resonanzfrequenz des parallelen Schwingkreises 203. Auf ähnliche Weise kann die parallele Resonanzfrequenz der parallelen Schwingkreise 201 und 203 vergrößert werden, wenn die Schalter 250, 252, 254 und 256 offen sind. Obwohl nur zwei Schalttransistoren für jeden parallelen Schwingkreis 201 und 203 dargestellt sind, kann jede beliebige Anzahl an Schaltern mit Kondensatoren in Reihe geschaltet werden, um die parallele Resonanzfrequenz der parallelen Schwingkreise 201 und 203 einzustellen. Daher kann eine feine Steuerung der parallelen Resonanzfrequenz der parallelen Schwingkreise 201 und 203 durch die geeignete Auswahl von Schaltern und Kondensatoren erreicht werden.
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Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Schalter 250, 252, 254 und 256 sowie die Kondensatoren 232, 234, 236, 238, 240, 242, 244 und 246 in einem einzigen integrierten Schaltkreis umgesetzt werden. Die Transistoren 250, 252, 254 und 256 können mithilfe von Transistoren umgesetzt werden, die eine niedrige Kapazität und eine hohe Linearität aufweisen.
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Das System 230 kann außerdem verwendet werden, um die Mittenfrequenz der parallelen Schwingkreise 201 und 203 dynamisch abzustimmen. Die Impedanz der Lautsprecherspule 106 kann sich zum Beispiel ändern, wenn das System 230 in enge Nachbarschaft zu leitfähigen Gegenständen wie zum Beispiel metallischen Gegenständen, Wasser oder lebenden Objekten kommt. Durch das Abstimmen der parallelen Resonanzfrequenz der parallelen Schwingkreise 201 und 203 als Reaktion auf Umgebungsänderungen kann eine hohe Leistungsfähigkeit beibehalten werden. Bei einigen Ausführungsformen wird die Impedanz der Lautsprecherspule 106 in einem Sendemodus mithilfe einer zweiten Spule in enger Nachbarschaft zur Lautsprecherspule 106 erfasst, oder die Kapazität des parallelen Schwingkreises wird in einem Empfangsmodus auf das beste Signal-Rausch-Verhältnis abgestimmt. Ein Abstimmen kann auch verwendet werden, um Systeme anzupassen, in denen der HF-Verstärker 104 konfiguriert ist, auf verschiedenen HF-Sendefrequenzen zu senden.
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Bei einigen Ausführungsformen können zusätzliche Bypass-Schalttransistoren hinzugefügt werden, um die parallelen Schwingkreise 201 und 203 zu überbrücken, in ähnlicher Weise, wie die Schalter 210 und 212 die parallelen Schwingkreise im System 200 der 3 überbrücken. Daher ist der Bulk-Knoten mit einer Spannung vorgespannt, die entweder größer ist als die höchste vom Verstärker 102 erzeugte Ausgangsspannung, oder er ist mit einer Spannung vorgespannt, die niedriger ist als die negativste vom Verstärker 102 erzeugte Spannung. Bei Ausführungsformen, welche diese Schalter nicht enthalten, können Spannungsabweichungen am Ausgang des Verstärkers 102, welche Bulk-Vorspannungen überschreiten, toleriert werden, da die Transistoren 250, 252, 254, und 256 nicht mit den Schalttransistoren DC-gekoppelt sind.
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5 zeigt ein System 270 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Das System 270 ist ähnlich wie das System 230 der 4 mit der Ergänzung zusätzlicher Abstimmnetzwerke, die mit dem Ausgang des Audioverstärkers 102 verbunden sind. Diese zusätzlichen Abstimmnetzwerke können zu einer zusätzlichen Feinabstimmung des Systems verwendet werden. Alternativ können zusätzliche Abstimmnetzwerke auch mit der Lautsprecherspule 106 verbunden werden.
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Die Schalttransistoren 272, 274, 276 und 280 können über die Kondensatoren 290, 292, 296 bzw. 294 mit dem Ausgang des Audioverstärkers 102 verbunden werden. Die Vorwiderstände 282, 284, 286 und 288 sind in Reihe geschaltet mit den Gates der Schalttransistoren 272, 274, 276 bzw. 280, um die Effekte der Gate-Kapazität auf die Kapazität zu verringern, die am Ausgang des Audioverstärkers 102 wahrgenommen wird. Es wird darauf hingewiesen, dass für die Feinabstimmung der Kapazität und/oder der Reihenresonanzfrequenz, die von der Lautsprecherspule 106 wahrgenommen wird, weitere geschaltete Kondensatoreinheiten parallel mit den zusätzlichen Abstimmnetzwerken geschaltet werden können.
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Bei einigen Ausführungsformen können die Steuerklemmen S1, S2, S3 und S4 auf der Grundlage einer Systemrückmeldung oder eines empfangenen Signalpegels von einem entfernten Endgerät ferngesteuert werden. Bei weiteren Ausführungsformen kann ein (nicht gezeigter) Oszillator verwendet werden, um das System zu testen und dabei den Zustand der Steuerklemmen S1, S2, S3 und S4 zu ermitteln.
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Die Schalttransistoren 250, 252, 254, 256, 272, 274, 276 und 280 können als MOS-Transistoren oder als Transistoren einer anderen Transistorart wie zum Beispiel Bipolartransistoren mit integrierter Gate-Elektrode (Integrated Gate Bipolar Transistors, IGBTs) umgesetzt werden. Bei einigen Ausführungsformen können im Handel verfügbare Schalttransistorkomponenten wie zum Beispiel PGS22-Schalter verwendet werden. Die Systeme der Ausführungsformen können zum Beispiel in einem integrierten Schaltkreis, in einem oder mehreren integrierten Schaltkreisen, die in einem Hybridgehäuse montiert sind, oder mithilfe einer Vielfalt von Komponenten in einer Schichtschaltung umgesetzt werden. Bei einigen Ausführungsformen ist die Lautsprecherspule 106 mit den anderen Schaltkreiskomponenten über einen Lautsprecheranschluss verbunden. Der Lautsprecheranschluss kann Klemmen umfassen, die konfiguriert sind, die Lautsprecherspule 106 aufzunehmen.
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Gemäß einer Ausführungsform weist ein System einen Audioverstärker auf, der so konfiguriert ist, dass er über einen parallelen Schwingkreis mit einem Anschluss der Lautsprecherspule verbunden ist, sowie einen HF-Verstärker, der konfiguriert ist, ein HF-Signal auf der ersten HF-Sendefrequenz zu senden. Der Anschluss der Lautsprecherspule ist so konfiguriert, dass er mit einer Lautsprecherspule verbunden ist, und der parallele Schwingkreis hat eine Resonanzfrequenz, die ungefähr der ersten Hochfrequenz-Sendefrequenz (HF-Sendefrequenz) entspricht. In einigen Fällen kann das System außerdem die Lautsprecherspule beinhalten.
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Bei einer Ausführungsform beinhaltet der parallele Schwingkreis einen ersten Transformator, der mit dem Audioverstärker und dem Anschluss der Lautsprecherspule in Reihe geschaltet ist, sodass der HF-Verstärker über den ersten Transformator mit dem Anschluss der Lautsprecherspule verbunden ist. Der erste Transformator kann eine erste Wicklung beinhalten, die zwischen den Audioverstärker und den Anschluss der Lautsprecherspule geschaltet ist, sowie eine zweite Wicklung, die mit dem HF-Verstärker verbunden ist. In weiteren Ausführungsformen beinhaltet der erste Transformator ein Symmetrierglied, das einen ersten Anschluss aufweist, der zwischen den Audioverstärker und den Anschluss der Lautsprecherspule geschaltet ist, sowie einen zweiten Anschluss, der mit dem HF-Verstärker verbunden ist. Das Symmetrierglied kann zum Beispiel mithilfe eines Guanella-Symmetrierglieds umgesetzt werden.
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Bei einigen Ausführungsformen ist der HF-Verstärker parallel zum Anschluss der Lautsprecherspule geschaltet. In einem Beispiel ist der HF-Verstärker über Koppelkondensatoren mit dem Anschluss der Lautsprecherspule verbunden. Das System kann außerdem einen Bypass-Schalter beinhalten, der parallel zum parallelen Schwingkreis geschaltet ist, wobei der Bypass-Schalter so konfiguriert ist, dass er geschlossen ist, wenn der Audioverstärker aktiv ist, und dass er offen ist, wenn der Audioverstärker inaktiv ist. In diesen Fällen kann der parallele Schwingkreis eine Induktivität beinhalten, die mit dem Bypass-Schalter in Reihe geschaltet ist, und eine parasitäre Kapazität des Bypass-Schalters kann mindestens einen Teil einer Kapazität des parallelen Schwingkreises bereitstellen. Zum Umsetzen des Bypass-Schalters kann ein MOS-Transistor oder eine andere Transistorart verwendet werden. Bei einigen Ausführungsformen ist ein Widerstand mit einem Gate des MOS-Transistors in Reihe geschaltet. Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Resonanzfrequenz des parallelen Schwingkreises abstimmbar.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein Schaltkreis einen Audioverstärker, der konfiguriert ist, über einen Ausgangsanschluss eines Transformators, der mit dem Audioverstärker in Reihe geschaltet ist, mit einem Anschluss der Lautsprecherspule verbunden zu sein, und einen HF-Verstärker, der konfiguriert ist, ein HF-Signal zu senden, das mit einem Eingangsanschluss des Transformators verbunden ist. Der Anschluss der Lautsprecherspule kann konfiguriert sein, mit einer Lautsprecherspule verbunden zu sein. Bei einigen Ausführungsformen kann der Schaltkreis auch die Lautsprecherspule beinhalten.
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Bei einer Ausführungsform beinhaltet der Eingangsanschluss des Transformators eine erste Wicklung und der Ausgangsanschluss des Transformators beinhaltet eine zweite Wicklung. Außerdem kann eine Kapazität parallel zur zweiten Wicklung geschaltet werden, sodass die zweite Wicklung und die Kapazität ein paralleles Schwingnetzwerk bilden, das eine Mittenfrequenz aufweist. Der HF-Verstärker kann konfiguriert werden, auf einer HF-Sendefrequenz zu senden, die ungefähr der Mittenfrequenz entspricht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein Schaltkreis einen HF-Verstärker, der parallel zu einem Anschluss einer Lautsprecherspule geschaltet ist, der seinerseits so konfiguriert ist, dass er mit einer Lautsprecherspule verbunden ist. Ein einstellbarer paralleler Schwingkreis weist einen ersten Anschluss auf, der mit dem Anschluss der Lautsprecherspule verbunden ist, und ein Audioverstärker ist mit einem zweiten Anschluss des einstellbaren parallelen Schwingkreises verbunden. In einigen Schaltkreisen ist auch die Lautsprecherspule enthalten. Ein Bypass-Schalter kann außerdem über den parallelen Schwingkreis so angeschlossen sein, dass der Bypass-Schalter konfiguriert ist, geschlossen zu sein, wenn der Audioverstärker aktiv ist, und offen zu sein, wenn der HF-Verstärker aktiv ist.
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Bei einer Ausführungsform beinhaltet der einstellbare parallele Schwingkreis einen ersten parallelen Schwingkreis, der zwischen eine erste Klemme des Audioverstärkers und eine erste Klemme des Anschlusses der Lautsprecherspule geschaltet ist, und einen zweiten parallelen Schwingkreis, der zwischen eine zweite Klemme des Audioverstärkers und eine zweite Klemme des Anschlusses der Lautsprecherspule geschaltet ist. In einigen Fällen beinhaltet der einstellbare parallele Schwingkreis einen einstellbaren Kondensator und eine feste Induktivität. Der einstellbare Kondensator kann zum Beispiel umgesetzt werden, indem mindestens ein schaltbarer Kondensator mit der festen Induktivität verbunden wird. Der schaltbare Kondensator kann ein Kondensator sein, der mit einem MOS-Schalter in Reihe geschaltet ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zum Betreiben einer Lautsprecherspule, die mit einem HF-Verstärker parallelgeschaltet ist und über einen einstellbaren parallelen Schwingkreis mit einem Audioverstärker verbunden ist, ein Betreiben der Lautsprecherspule in einem Audiomodus und ein Betreiben der Lautsprecherspule in einem HF-Modus. Der Audiomodus beinhaltet ein Aktivieren des Audioverstärkers und ein Deaktivieren des HF-Verstärkers. Das Betreiben der Lautsprecherspule im Audiomodus kann außerdem ein Überbrücken des einstellbaren parallelen Schwingkreises beinhalten. Der HF-Modus andererseits beinhaltet ein Senden eines HF-Signals mit dem HF-Verstärker, wobei das HF-Signal eine Frequenz nahe einer Resonanzfrequenz des einstellbaren parallelen Schwingkreises hat.
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Bei einer Ausführungsform kann das Verfahren außerdem ein Einstellen einer Kapazität beinhalten, die mit einer Induktivität des einstellbaren parallelen Schwingkreises verbunden ist. Das Einstellen der Kapazität kann ein Aktivieren eines Schaltnetzwerks beinhalten, das mit mindestens einer Klemme der Induktivität verbunden ist, wobei das Schaltnetzwerk einen Schalttransistor umfasst, der mit mindestens einem Kondensator in Reihe geschaltet ist.
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Vorteile der Systeme der Ausführungsformen beinhalten die Fähigkeit einen Audioleistungsverstärker und einen Hochfrequenzleistungsverstärker (HF-Leistungsverstärker) mit einem elektromagnetischen Lautsprecher zu verbinden, während eine hohe Leistungseffizienz des Systems aufrechterhalten wird. Ein weiterer Vorteil beinhaltet die Fähigkeit, eine gute Signalisolation für den Audioleistungsverstärker und den HF-Leistungsverstärker bereitzustellen, während gleichzeitig eine geringe Einfügungsdämpfung sowohl für Audiosignale als auch für HF-Signale bereitgestellt wird.
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Obwohl diese Erfindung in Bezug auf veranschaulichende Beispiele beschrieben wurde, darf diese Beschreibung nicht in einem einschränkenden Sinn verstanden werden. In Bezug auf die Beschreibung werden für den Fachmann sowohl zahlreiche Veränderungen und Kombinationen der veranschaulichenden Ausführungsformen als auch andere Ausführungsformen der Erfindung offensichtlich. Daher sind die angefügten Ansprüche so zu verstehen, dass sie alle diese Veränderungen oder Ausführungsformen umfassen.
