DE2854703C2

DE2854703C2 - Integrierte I2L-Schaltung zur Überlagerung von tonfrequenten elektrischen Signalen einer elektronischen Orgel

Info

Publication number: DE2854703C2
Application number: DE2854703A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 7815 Kirchzarten Hoehn
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1978-12-18
Filing date: 1978-12-18
Publication date: 1985-10-03
Also published as: IT7928156A0; DE2854703B1; US4262574A; FR2444987B1; GB2040629B; NL7908895A; IT1209159B; FR2444987A1; JPS5584991A; GB2040629A

Description

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Die Erfindung beschäftigt sich mit einer integrierten Schaltung für eine elektronische Orgel, die es erlaubt, eine Vielzahl von Tonsignalen linear zu überlagern und an bestimmten Ausgängen entweder als Spannungssignal oder als Stromsignal zu erhalten. Es müssen also zunächst mittels Mutteroszillatoren noch zu überlagernde Spannungs- oder Stromeinheiten gebildet werden, welche nicht absolut in der Amplitude fixiert sind, sondern auf bestimmte Werte, die am Tastenkontakt anliegen oder erzeugt werden, ansteigen oder abfallen,

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65 wodurch bestimmte Effekte wie »Sustain«, »Percussion« usw. erzielt werden können. In diesem Zusammenhang wird verwiesen auf die Zeitschrift »Funk-Technik« (1972XNr. 19, S. 695-699, Nr. 20. S. 737-740 and Nr.21, S. 782-784.

Die Überlagerung der Einheiten bestimmter Tongruppen entsprechend dem Organisationsschema der elektronischen Orgel sollte ferner unabhängig von den obengenannten Möglichkeiten der Erzielung von besonderen Effekten ohne Wechselwirkungen auf die Amplituden bis zu einem Maximalwert sein. Diese Wechselwirkungen treten insbesondere beim Betätigen der Tasten als Klickgeräusch (»bounce«) auf und beruhen auf Gleichspannungs- bzw. Gleichstromsprüngen, wie es in der Zeitschrift »Funk-Technik« (1972), Nr. 17, S. 630 und 632, beschrieben wird.

Aus der DE-OS 26 31 334 ist eine integrierte Schaltung zur Überlagerung von tonfrequenten elektrischen Signalen bekannt, die als Stromeinheiten nach Betätigung je einer Taste einer elektronischen Orgel in Summierschienen eingespeist werden. Dabei ist jeder Stromeinheit ein Transistor zugeordnet, in dessen Emitteranschluß über einen Widerstand eines der tonfrequenten Signale bei Anlegen eines Steuersignals eingespeist wird, wobei gleichzeitig an dem Basisanschluß eines nicht mit einem Tonfrequenzsignal beaufschlagten zusätzlichen Transistors das Steuersignal in Form eines Spannung.isignals anliegt Zur Kompensation von Klickgeräuschen bei Betätigung einer der Tasten wird jeweils vom Kollektor des zusätzlichen Transistors ein Kompensationssignal abgeleitet und jedes der Überlagerungssignale durch Differenzbildung des Signals auf der betreffenden Summierschiene mit dem Kompensationssignal gewonnen. Diese bekannte integrierte Schaltung hat den Nachteil des Aufwandes einer Vielzahl von integrierten Widerständen und erfordert eine Vielzahl von Isolierzonen zur elektrischen Trennung der Schaltungskomponenten.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Angabe einer einfach aufgebauten integrierten Schaltung zur linearen wechselwirkungsarmen Überlagerung von tonfrequenten elektrischen Signalen einer elektronischen Orgel.

Die Erfindung geht aus von dem Gedanken der Realisierung in einer PL-Auslegung einer solchen Schaltung. Dieses Auslegungsprinzip der »integrierten Injektionslogik (I²L)* — vgl. »Philips Techn. Rev.«, 33, Nr. 3 (1973), S. 76-85 - wird auch als »Merged Transistor Logic« — vgl. »1972 IEEE International Solid-State Circuits Conference«, Digest of Technical Papers, S. 90—93 — bezeichnet Die Hauptmerkmale dieses Auslegungsprinzips sind an der Halbleiteroberfläche liegende Kollektorzonen und für eine Mehrzahl von Transistoren gemeinsame Injektoren, die als Teil einer lateralen Transistorstruktur den Stromfluß in den vertikal betriebenen Transistoren steuern und als Stromquellen dienen. Der Injektor kann im Ersatzschaltbild als Ersatzschaltbildtransistor dargestellt werden, dessen Basis auf Emitterpotential des betreffenden vertikalen Transistors und dessen Kollektor an der Basis dieses vertikalen Transistors liegt. Dabei ist die Kollektorzone des Ersatzschaltbildtransistors identisch mit der Basizone des vertikalen Transistors.

Die Erfindung betrifft somit eine integrierte PL-Schaltung zur Überlagerung von tonfrequenten elektrischen Signalen gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs

1 angegebenen Schaltungsmaßnahmen gelöst

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der integrierten PL-Schaitung nach der Erfindung wird das Übersprechen der Signale innerhalb eines Injektorsystems dadurch verhindert, daß das Injektorsystem in Teilinjektoren aufgeteilt wird, die in Reihe mit je einem Kollektor eines Mehrfachkollektor-PNP-Transistors verbunden ist, in dessen Emitter der Tastenstnjm eingespeist wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, dessen Prinzipschaltbild die F i g. 1 zeigt Das Prinzipschaltbild der F i g. 2 dient zur Erläuterung der bereits erwähnten Aufteilung der Injektorsysteme in Teilinjektoren zur Verhinderung des Übersprechens der tonfrequenten Signale innerhalb eines Injektorsystems.

Die I²L-Schaltung nach der Erfindung besteht im Prinzip zunächst aus einer Matrix von zeilen- und spaltenförmig angeordneten Multikollektortransistoren T11 ... Tmn, deren erste Kollektoren mit deren Basis verbunden sind, wie die Fig.! und 2 veranschaulichen.

Die Basisanschlüsse der Multikollektortransistoren jeder Zeile werden beispielsweise aus von Teilerketten gelieferten Signalen mit den entsprechenden Tonfrequenzen /Ί ... η · /1 periodisch mit Masse kurzgeschlossen. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 ist ein für alle Multikollektortransistoren einer Zeile gemeinsamer Injektor /1, /2 ... Im (nicht dargestellt) vorgesehen. Diese Injektoren, welche entsprechend der PL-Auslegung als gemeinsame Emitterzone je einer lateralen Transistorstruktur mit je einer Basiszone der Multikollektortransistoren jeder Zeile ausgebildet sind, werden über die Tastenkontakte S1, S 2... Sm mit dem positiven Pol der Versorgungsspannung geschaltet, sofern p-dotierte Injektorzonen bei NPN-Multikollektortransistoren verwendet werden, welche von jedem Injektorsystem mit Basisströmen versorgt werden, sobald die betrefiende Taste betätigt wird.

Die zweiten Kollektoren der Multikollektortransistoren Γ11 ... Tmn werden spaltenförmig entsprechend dem Organisationsschema der Orgel mit je einer Summierschiene Bl ... Bn verbunden. Somit ist jeder Taste ein Injektorsystem zugeordnet.

Entsprechend der Lehre der Erfindung liegen nun die Multikollektortransistoren jeder Taste allein im Wirkungsbereich eines Injektorsystems, so daß bei Betätigung einer anderen Taste die Multikollektortransistoren der nicht betätigten Taste keinen Basisstrom erhalten können. Das kann dadurch erreicht werden, daß die Multikollektortransistoren einer jeden Taste in bekannter Weise in einer von einer Isolierzone umgebenen Isolierwanne untergebracht werden.

Ferner ist erfindungsgemäß jedem der Injektorsysteme mindestens ein weiterer Multikollektortransistor Tl, T2 ... Tm zugeordnet, der in der gleichen Isolierwanne wie die Multikollektortransistoren derselben Taste angeordnet ist und an dessen Basisanschluß, der mit dem ersten Kollektor verbunden ist, kein tonfrequentes Signal angelegt wird. Sämtliche zweiten Kollektoren dieser zusätzlichen Multikollektortransistoren jeder Taste werden mit einer Kompensationsschiene Bk verbunden, wie die F i g. 1 veranschaulicht

Während auf den Summierschienen Bi, B2 ... Bn somit tonfrequente Stromimpulse auftreten, welche den Injektorströmen proportional sind, erscheint auf der Kompensationsschiene Bk ein Gleichstrom, der in einem festen Verhältnis zu den tonfrequenten Stromim-Dulsen auf den Summierschienen Bi ... Bn steht, der also ebenfalls proportional zu den Injektorströmen ist Der Gleichstrom auf der Kompensationsschiene Bk wird nun entsprechend der Erfindung zur Unterdrükkung des Gleichspannungssprungs beim Schalten verwendet, indem er dem mit einer Gleichstromkomponente behafteten tonrrequenten Summensignal auf jeder Summierschiene in entgegengesetzer Polarität mit halber Amplitude überlagert wird. Zu diesem Zweck wird jedes der Oberlagerungssignale auf jeder Sum-

mierschiene durch Differenzbildung des halben Signals auf der betreffenden Kompensationsschiene mit dem Signal auf der Summierschiene gewonnen.

Zur Durchführung dieser Differenzbildung ist gemäß dem Ausführungsbeispiel der F i g. 1 für jede Summierschiene eine Reihenschaltung zweier komplementärer Transistoren Ts 1, Tb 1; ... Tsn, Tbn vorgesehen, an deren miteinander verbundenen Kollektoren die Ausgangssummensignale Al, A2 ... An abgegriffen werden. In ähnlicher Weise wird der Gleichstrom der Kompensationsschiene Bk ebenfalls in eine Serienschaltung zweier komplementärer Transistoren Ts und Tb eingepeist, deren Kollektoren verbunden sind.

Die Emitter der PNP-Transistoren der komplementären Reihenschaltungen liegen gemeinsam an der Spannungsversorgung Ub, wobei der Kollektor des PNP-Transistors der Reihenschaltung der Kompensationsschiene Bk mit seiner Basiszone verbunden ist

Die Kollektorzonen der PNP-Transistoren, die als Lateraltransistoren mit gemeinsamer Basiszone ausge-

bildet sind, werden bei dem Ausführungsbeispiel mit je einem normalen Vertikal-Transistor TbI ... Tbn, Tb verbunden, der in je einer Isolierwanne untergebracht werden muß, da sowohl die Emitterzonen als auch die Kollektorzonen galvanisch zu trennen sind, während die Basiszonen der NPN-Transistoren auf einem gemeinsamen Potential liegen.

Jedes der Injektorsysteme Il ... Im kann über eine Taste S1 ... Sm betätigt werden, welche in Serie mit einem Widerstand Al ... Am liegt, der von einem Kondensator Cl ... Cm überbrückt wird. Über derartige oder ähnliche ÄC-Glieder werden die bereits erwähnten Effekte wie »Percussion« bzw. »Sustain« erzielt.

Ein Übersprechen der Tonfrequenzsignale einer Taste verhindert zuverlässig die Aufteilung der einzelnen Injektorsysteme in Teilinjektoren /11,712... /1 η gemäß dem Schaltbild der F i g. 2, die lediglich auf je einen der Multikollektortransistoren jedes tonfrequenten Signals mit den Frequenzen Fi, 2/1 ... nfl

5ü einwirken sollen. Diese Teilinjektoren 711,112... Hn liegen gemäß der Weiterbildung der Erfindung nach Fig.2 in Reihe mit je einem Kollektor eines Mehrfachkollektor-PNP-Transistors Q1, dessen Basiszone eine Vorspannung über die Diode D erhält. Die

ss Emitter und Kollektoren der so gebildeten Stromquellentransistoren QIl, Q12 ... QIn -werden lateral in gemeinsamer Basis ausgebildet, wobei die Kollektoren einzeln mit den Injektoren der Multikollektortransistoren verbunden werden.

um für bestimmte Klangeffekte geeignete Signale in Form von Sägezählen anzunähern, werden N Multikollektortransistoren mit einer abgestuften Anzahl von weiteren Kollektoren gleicher Fläche und daher gleicher Ströme verwendet Dabei ist die Annäherung des Sägezahns um so besser, je größer die Anzahl N ist. Zur Realisierung des Sägezahns erhält der n-te Transistor (mit η = 1 ... N)2^N-" weitere Kollektoren, wobei an die Basiszone des n-ten ein Tonfrequenzsignal

mit der Grundfrequenz von fn - f\ ■ 2"-' angelegt wird. Die weiteren Kollektoren sämtlicher Multikollektortransistoren werden mit einer Summierschiene verbunden.

Dieses Prinzip der Annäherung eines Sägezahns und die betreffende PL-Auslegung werden schematisch anhand der Fig.3 für N - 3 erläutert. In der linken Hälfte der F i g. 3 sind in Aufsicht drei Basiszonen 1, It und 12 dreier PL-Transistoren dargestellt, wovon der erste (n - \) vier weitere Kollektoren 21,22,23 und 24, der zweite PL-Transistor (n - 2) zwei weitere Kollektoren 2t, 22 und der dritte PL-Transistor (n - N

- 3) nur einen weiteren Kollektor 21 aufweisen. An die Basiszonen 1 der PL-Transistoren, die galvanisch mit den ersten Kollektoren 3 verbunden sind, werden die ₎₅ Tonfrequenzsignale mit den Grundfrequenzen /1 (an «

- 1), 2/1 (an π - 2) und 4/1(/J = 3) angelegt Die weiteren Kollektoren sind untereinander und mit der Summierschiene B verbunden, an der der Strom h treppenförmig abfallend auftritt, wie die Fig.3 veranschaulicht Im rechten Teil der Figur oberhalb der Darstellung des Stromes h auf der Summierschiene finden sich schematisch die Summenkollektorströme /1, /2 und /3 der links daneben dargestellten PL-Transistoren, woraus sich durch Summenbildung der Strom h auf der Summierschiene ergibt

Der in F i g. 1 dargestellte Vorspannungsgenerator V zwischen Masse und den Basiszonen der konventionell ausgebildeten Vertikaltransistoren 761, Tb2 ... Tbn und Tb, bei denen sowohl die Emitterzonen als auch die Kollektorzonen gemäß der Fig. 1 gegeneinander galvanisch getrennt sind, dient zur Einstellung des Arbeitspunktes der PL-Transistoren.

Die in den Fig. 1 und 2 angegebenen Polaritäten beziehen sich auf das Ausführungsbeispiel mit p-dotierten Injektorsystemen bzw. Teilinjektoren und NPN-PL-Transistoren. Bei Wahl des entgegengesetzten Leitungstyps werden natürlich die entgegengesetzten Polaritäten angelegt

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Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Integrierte I²L-Schaltung zur Oberlagerung von tonfrequenten elektrischen Signalen, die als Stromeinheiten nach Betätigung je einer Taste einer elektronischen Orgel in Summierschienen eingespeist werden, dadurch gekennzeichnet,

daß jeder Stromeinheit ein Multikollektortransistor (Tit...Tin... Tmn) zugeordnet ist, dessen erster Kollektor mit seiner Basis und dessen zweiter Kollektor entsprechend dem Organisationsschema der Orgel mit einer Summierschiene (Bt, B 2... Bn) verbunden ist und an dessen Basisanschluß eines der tonfrequenten Signale angelegt wird, , _s

daß die Multikollektortransistoren jeder Taste (Si, 5 2... Sn) allein im Wirkungsbereich eines Injektorsystems (Ji, 12... In) Wegen, dessen Injektorstrom mittels der Taste geschaltet wird, daß in dem Wirkungsbereich jedes der Injektorsysterne (Ii, 12... In)zusätzlich zu den Multikollektortransistoren (TU, Γ12... Tin) mindestens ein weiterer Multikollektortransistor (Ti, 72... Tm) vorgesehen ist, an dessen mit seinem ersten Kollektor verbundenen Basisanschluß kein tonfrequentes Signa! angelegt wird und dessen zweiter Kollektor mit einer Kompensationsschiene (Bk) verbunden ist, mit der sämtliche zweiten Kollektoren aller weiteren der Multikollektortransistoren (Ti, T2... Tm) kontaktiert sind, an deren Basisanschlüssen kein tonfrequentes Signal liegt, und daß jedes der Überlagerungssignale durch Differenzbildung des Signals auf der betreffenden Summierschiene (Bi, B2... bzw. Bn) mit dem halben Signal auf der Kompensationsschiene (Bk) gewonnen wird.

2. Integrierte I²L-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektorsysteme (Ii, 12... Im) in Teilinjekto.en (IU, /12... Hn) aufgeteilt sind, die in Reihe mit je einem Kollektor eines Mehrfachkollektor-PNP-Transistors (Q 1) verbunden sind, in dessen Emitter der Tastenstrom eingespeist wird.

3. Integrierte I²L-Schaltung nach Anspruch 1 oder

2, dadurch gekennzeichnet, daß N Multikollektortransistoren verwendet werden, von denen der jj-te (mit Ti=I bis N) 2^N~ⁿ weitere gleichflächige Kollektoren aufweist und daß jeweils an die Basiszone des n-ten Multikollektortransistors ein Tonfrequenzsignal mit der Grundfrequenz von /h-/l -2¹·-' (mit n·= 1 bis N) angelegt wird und daß die weiteren Kollektoren parallelgeschaltet mit einer der Summierschienen verbunden werden, so daß Sägezahnsignale angenähert werden.