DE3823088C2 - Integrierte Schaltung in einem Kompaktbaustein mit sieben Anschlüssen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf integrierte Schaltungen und betrifft insbesondere integrierte Audio­ verstärker.

Es wird eine immer größer werdende Ausgangsleistung von batteriebetriebenen, integrierten Audioverstärkern (Autoradios, tragbare Radios und tragbare Rekorder etc.) verlangt. Hierzu sind integrierte Verstärker populär geworden, die in einer "Brücken"-Konfiguration betrieben werden können und infolgedessen in der Lage sind, im Prinzip zu dem Lautsprecher der Schallwiedergabeanordnung eine maximale Spitzenspannung zu liefern, die gleich dem zweifachen Wert der Versorgungsspannung (Batterie) ist. Jedoch wird im Falle von geringerwertigen Apparaten die Eintakt(single-ended)-Konfiguration mit einer Ausgangs­ dynamik gleich der Versorgungsspannung noch im weiten Umfang angewendet. Diese Konfiguration erlaubt einen reduzierten Leistungsverbrauch und eine verringerte Anzahl von Verstärkungsstufen.

Aus offensichtlichen Gründen favorisieren Hersteller dieser Geräte integrierte Einrichtungen, die einerseits die geringste Anzahl äußerer Komponenten erfordern und anderer­ seits einen standardisierten Kompaktbaustein geringer Größe bilden bzw. ein standardisiertes Package geringer Größe aufweisen.

Aus verständlichen Gründen einfacherer Lagerhaltung bevor­ zugen Hersteller dieser Geräte die Lagerung eines einzigen Typs einer integrierten Schaltung, die in eine äußere Schaltung einschaltbar ist und korrekt in einer Brücken- oder Gegentakt-Konfiguration ebenso wie in einer Eintakt- oder Stereo-Konfiguration arbeiten kann.

Heutzutage gibt es viele integrierte Schaltungen, die es ermöglichen, zwei monolithische integrierte Verstärker, die auf dem Chip vorhanden sind, entweder in einer Brücken- oder einer Stereo-Konfiguration zu verbinden. Diese bekannten Anordnungen haben insbesondere ein ziemlich großes Package bzw. erfordern einen ziemlich großen Baustein, da sie eine relativ große Anzahl von Stiften bzw. Pins erfordern, um die Verbindung der darin inte­ grierten zwei Verstärker in einer Brücken-Konfiguration oder in einer Stereokonfiguration durch eine geeignete äußere Schaltung des Gerätes zu ermöglichen.

Aus der US 4,494,077 ist eine solche Anordnung mit zehn Pins bekannt. Diese Anordnung enthält eine Verstärkerschaltung, die wahlweise in einen Brücken- oder in einen Gegentaktbetriebsmodus umschaltbar ist. Bedingt durch die zehn erforderlichen Pins, läßt sich jedoch eine Kompaktbauweise nicht realisieren.

Aus der DE 33 28 554 A1 ist eine ähnliche Schaltung bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine integrierte Schaltung mit zwei Verstärkern vorzuschlagen, die eine Brücken-(Gegentakt-) oder eine Eintakt-(Stereo-)Konfiguration in einem standardisiertem Kompaktbaustein mit Sieben-Pins annehmen kann.

Die Lösung dieser Aufgabe wird bei einer erfindungsgemäßen Einrichtung dadurch erreicht, daß unter Beibehaltung zweier Eingangs-Pins, zweier Ausgangs-Pins, eines elektrischen Versorgungs-Pins und eines Masse-Pins ein siebenter Pin, der üblicherweise über Widerstände mit den invertierenden Eingängen und den nicht-invertierenden Eingängen der zwei Verstärker der integrierten Schaltung verbunden ist, um die Funktion der Gleichtaktunterdrückung auszuführen, (auch als SVR-Pin bezeichnet) ebenfalls benutzt wird, die Funktion der automatischen Umschaltung der zwei Verstärker aus einer Brücken-Konfiguration in eine Stereo-Konfiguration oder umgekehrt zu implementieren. Mit anderen Worten wird, während die Gegentaktsignalunter­ drückung durch den siebenten Pin in der integrierten Schaltung gemäß einer allgemein üblichen Technik ausge­ führt wird, mittels desselben Pins und in Abhängigkeit von dem Pegel der an einen solchen SVR-Pin angelegten Spannung eine automatische Umschaltung der internen Struktur der integrierten Schaltung ausgeführt, um eine Stereo-(Eintakt-)Konfiguration der zwei Verstärker in eine Brücken-(Gegentakt-)Konfiguration von diesen und umgekehrt umzuwandeln. Die interne Umschaltung wird durch einen Komperator erreicht, der einen ersten, mit dem SVR-Pin verbundenen Eingang und einen zweiten Eingang aufweist, der durch eine konstante Bezugsspannung vorge­ spannt ist, die in der integrierten Schaltung erzeugt wird. Daß an dem Ausgang des Komparators erzeugte Signal bestimmt den Zustand von zumindest drei integrierten Schaltern, welche in geeigneter Weise die integrierte Schaltung modifizieren, indem sie eine Verschaltung der zwei Verstärker in einer gewünschten Konfiguration (Brücke oder Stereo) vorsehen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 ein Basis-Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Einrichtung, welches veranschaulicht, wie die sieben Pins der integrierten Schaltung mit einer äußeren Schaltung verbunden sind, wenn die Verstärker der integrierten Schaltung in einer Stereo- oder Eintakt-Konfiguration angeordnet sind;

Fig. 2 ein Basis-Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Einrichtung, die veranschaulicht, wie die sieben Pins der integrierten Schaltung mit einer äußeren Schaltung verbunden sind, wenn die zwei Verstärker in eine Brücken- oder Gegentakt-Konfiguration umgeschaltet sind;

Fig. 3 ein Blockdiagramm der inneren Struktur der inte­ grierten Schaltung;

Fig. 4 ein Funktions-Blockdiagramm der integrierten Schaltung in Fig. 3 bei einer Stereo-Konfiguration; und

Fig. 5 ein Funktions-Blockdiagramm der integrierten Schaltung in Fig. 3 bei einer Brückenkonfiguration.

Nach den Fig. 1 und 2 kann die interne Konfiguration der zwei Verstärker A1 und A2 modifiziert werden, indem der Wert eines äußeren Vorspannungswiderstandes RA1, RA2, d. h. das Verhältnis zwischen den zwei Widerständen RA(1 bzw. 2) und RB verändert wird, die einen Spannungsteiler bilden, der zwischen die Versorgungsschiene und Masse geschaltet ist. Dieses Verhältnis bestimmt die Vorspannung, die an den Stift bzw. Pin 2 der integrierten Anordnung (den sogenannten SVR-Pin) angelegt wird, wie es aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist. Der jeweilige Pegel der an den Pin 2 der integrierten Anordnung angelegten Vorspannung bewirkt entweder ein "Hoch-" oder ein "Niedrig-"-Zustand des Ausgangssignals einer Vergleichsschaltung des Aus­ gangssignals einer Vergleichsschaltung C. Das Ausgangs­ signal der Vergleichsschaltung bzw. des Komperators treibt das Öffnen oder Schließen von zumindest drei integrierten Schaltern S1, S2 und S3. Diese zwei von außen wählbaren Zustände des Komperators C und infolgedessen der inte­ grierten Schalter S1, S2 und S3 sind in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellt. Die Art und Weise, in der die integrierte Anordnung außen für eine Verbindung mit einem Stereoverstärker verbunden ist, ist in Fig. 1 gezeigt. Die benutzten Symbole werden üblicherweise verwendet und bedürfen kaum einer detaillierten Beschreibung. Wie ersichtlich ist, sehen die zwei Verstärker A1 und A2, die monolithisch integriert sind, zwei getrennte Ver­ stärkungskanäle vor, die zwei Lautsprecher SPK1 und SPK2 in Abhängigkeit von Audiosignalen antreiben, die an Eingangsklemmen IN1 und IN2 angelegt werden, welche den Pins 1 bzw. 3 der integrierten Anordnung entsprechen.

Andererseits sind in Fig. 2 die äußeren Verbindungen der integrierten Anordnung gezeigt, mit denen eine Brücken­ konfiguration des Audioverstärkers hergestellt werden kann, um einen einzigen Lautsprecher SPK mit einer Spitzen­ spannung, die den zweifachen Wert der Versorgungsspannung haben kann, in Abhängigkeit von einem Audiosignal zu betreiben, das an eine Eingangsklemme IN entsprechend dem Pin 1 der in Fig. 2 gezeigten integrierten Anordnung angelegt ist. Ebenfalls in diesem Fall sind die verwendeten Symbole für einen Fachmann leicht verständlich und bedürfen keiner weiteren Beschreibung.

Die innere Struktur bzw. der innere Aufbau der erfindungs­ gemäßen integrierten Anordnung ist in Fig. 3 gezeigt. Ersichtlich ist mit dem Pin 2 (SVR) der integrierten Anordnung, der üblicherweise über Widerstände R′3, R3, R7 und R′7 mit dem invertierenden bzw. dem nicht-inver­ tierenden Eingang der zwei integrierten Verstärker A1 und A2 verbunden ist, ebenfalls eine Eingangsklemme einer Vergleichsschaltung C bzw. Komperators C verbunden, dessen Schaltschwelle intern mittels einer konstanten Bezugs­ spannung V_ref gesetzt ist.

Wenn die an den Pin 2 der Anordnung angelegte, durch den äußeren, von den zwei Widerständen RA(1 oder 2) und RB (Fig. 1 und 2) gebildeten Spannungsteiler festgelegte Spannung geringer als V_ref ist, bestimmt das Ausgangs­ signal des Komperators C den folgenden Zustand der drei integrierten Schalter: S3 offen, S2 und S1 geschlossen. Unter dieser Bedingung ist mittels des Netzwerkes, welches durch die integrierten Widerstände R1, R2, R6, R5, R4 und R8 gebildet ist, die interne Funktionsstruktur der integrierten Schaltung diejenige die in Fig. 4 dargestellt ist und einer Stereo-(Eintakt-)Konfiguration der zwei integrierten Verstärker A1 und A2 entspricht wenn die an den Pin 2 der Anordnung angelegte Spannung größer als V_ref ist, bestimmt das Ausgangssignal des Komperators C den folgenden Zustand der integrierten Schalter: S3 ge­ schlossen, S2 und S1 offen. Unter dieser Bedingung ist mittels des Netzwerkes, welches von den integrierten Widerständen R1, R2, R′2, R′6, R6, R5, R4, R9 und R8 gebildet ist, eine innere Funktionsstruktur der inte­ grierten Anordnung gegeben, die einer Brücken-(symmetrie- bzw. Gegentakt-)Konfiguration der zwei Verstärker A1 und A2 entspricht, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist. Wenn man die in Fig. 4 dargestellte Stereokonfiguration analysiert, stellt man fest, daß das Verhältnis der Widerstandspaare R1, R2 und R5, R6 die Gleichstromverstärkung der Verstärker A1 und A2 festlegt. Diese Verstärkung muß die Vorspannung bzw. Spannung am Ausgang OUT1 und OUT2 auf eine Spannung festlegen, die gleich der halben Versorgungsspannung V_CC ist, um die größte Ausgangsspannungsschwingung ohne Clipping zu gewährleisten.

Die Gleichstrom-Ausgangsspannung V_out wird durch eine solche Verstärkung bzw. einen derartigen Verstärkungsgrad mit der Vorspannung verbunden, die am Pin 2 der Anordnung anliegt, und zwar durch folgende Beziehung:

Stereosignale werden über die Klemmen 1 und 3 an die nicht-invertierenden Eingänge der zwei integrierten Verstärker A1 und A2 angelegt. Die Wechselstromverstärkung wird durch die Verhältnisse unter den Widerständen R3, R4, R1, R2 für den Verstärker A1 und unter den Widerständen R7, R8, R5 und R6 für den Verstärker A2 gemäß den üblichen Auslegungsregeln festgelegt.

Das Hochfrequenz-Verhalten bzw. der Frequenzgang im oberen Bereich kann durch eine äußeren Kondensator gestaltet werden, der zwischen dem Pin 2 und einer äußeren Signal­ masse geschaltet wird, während das Niedrigfrequenz-Ver­ halten bzw. der Frequenzgang am unteren Ende d. h. das "Schließen" der Gleichstromverstärkung durch Benutzen der internen Masseschiene der integrierten Schaltung gemäß üblicher Praxis beeinflußt werden.

Um Verzerrungsprobleme, die durch Restsignale auf der internen Masseschiene der integrierten Schaltung hervor­ gerufen werden können, zu vermeiden, wird bevorzugt die Gleichstromverstärkung so weit wie möglich reduziert, während die Hochfrequenzverstärkung, die auf einer äußeren, eigentlich "sauberen" Signalmasse "abgeschlossen" ist, ebenfalls einen erwünschten verbesserten Wert haben kann.

Wenn man die in Fig. 5 dargestellte Brückenkonfiguration analysiert, stellt man fest, daß in diesem Falle ebenfalls die Gleichstromverstärkung bestimmt ist durch die Beziehung:

Es ist unmittelbar ersichtlich, daß die Gleichstromver­ stärkung bei dieser Konfiguration geringer als diejenige bei der Stereokonfiguration ist. Dies ist so, weil die Spannung am Pin 2, die erforderlich ist, um die Ver­ gleichsschaltung C umzuschalten, in der Brückenkon­ figuration im Verhältnis zu derjenigen der Stereokon­ figuration größer ist (eine solche Bedingung kann selbst­ verständlich umgekehrt werden).

In diesem Fall wird das Audiosignal an den nicht-inver­ tierenden Eingang des integrierten Verstärkers A1 (Pin 1) angelegt, während der nicht-invertierende Eingang des anderen integrierten Verstärkers A2 (Pin 3) in geeigneter Weise durch einen äußeren Kondensator (C3 in Fig. 2) an Masse geschlossen ist. Das an den Eingang angelegte Signal wird von A1 um einen Wert verstärkt, der durch den Wert der Rückkopplungs-Netzwerk-Widerstände bestimmt ist. Ein Teil dieses verstärkten Signals wird von dem Widerstand R9 aufgenommen und an den invertierenden Eingang des Verstärkers A2 angelegt, der es wiederum verstärkt und das verstärkte Signal, welches eine umgekehrte Phase hat, an die Ausgangsklemme OUT2 anlegt.

Die gleichen Anordnungen für die Festlegung des Hochfrequenz-Ver­ haltens der Verstärker A1 und A2 und des "Schließens" bzw. "Abschließens" der Gleichstromverstärkung von diesen, die für den Fall der Stereokonfiguration erläutert worden sind, können im Fall einer Brückenkonfiguration angewendet werden.

Natürlich kann der Schaltungsaufbau des Komperators C irgendeine der für diesen Schaltungstyp bekannten Strukturen aufweisen. Ebenfalls können die integrierten Schalter auf verschiedene Weise realisiert sein, beispielsweise durch Verwendung von bipolaren Transistoren, MOS-Transistoren, SCR-Strukturen etc. gemäß den bekannten Techniken.

Folgende Vorteile ergeben sich bei der erfindungsgemäßen integrierten Anordnung:
Erleichterung der Wahl zwischen einer Brücken- und einer Stereo-Konfiguration durch Änderung eines einzigen äußeren Widerstandes;
begrenzte Anzahl von äußeren Komponenten, die für das Implementieren einer der zwei Konfigurationen erforderlich sind;
geringe Abmessung des Package, wenn die Möglichkeit für die Ausführung einer solchen intern umschaltbaren integrierten Schaltung mit zwei Funktions-Konfigurationen in einem standardisierten Sieben-Pin-Package ausgenutzt wird;
internes Umschaltsystem für die Verstärkungsfaktoren und für die Schaltungsstruktur mittels integrierter Schalter, die durch einen Komperator angetrieben werden, welcher seinerseits durch eine außen angelegte Vorspannung betätigt wird;
gute Verzerrungs- bzw. Klirrfaktor-Eigenschaften in Abwesenheit eines Signalmassepins.

Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße integrierte Sieben-Anschlußstift-Schaltung ebenfalls in einem Package angeordnet werden, welches eine größere Anzahl von Pins bzw. Anschlußstiften hat, wobei die überschüssigen Pins unbenützt oder gegebenenfalls für eine andere monolithisch integrierte Schaltung benutzt werden.

Der Begriff Package umfaßt auch Begriffe wie Kompaktbau-Schal­ tungsgruppe, Kompaktbausteine bzw. Kompaktschaltung.

Claims (2)

1. Integrierte Schaltung in einem Kompaktbaustein mit sieben An­ schlüssen, der zumindest zwei getrennte Audioverstärker, die wahlweise in eine Brücken- oder Gegentakt-Konfiguration oder in eine Stereo- oder Eintakt-Konfiguration umschaltbar sind, umfaßt und einen ersten Eingangspin, der mit einem nicht­ invertierenden Eingang des ersten integrierten Audiover­ stärkers verbunden ist, einen zweiten Eingangspin, der mit dem nicht-invertierenden Eingang des zweiten integrierten Audioverstärkers verbunden ist, einen elektrischen Ver­ sorgungspin, der mit einer äußeren elektrischen Versorgungs­ quelle verbunden ist, einen Massepin, einen ersten Ausgangs­ pin, der mit dem Ausgang des ersten integrierten Audio­ verstärkers verbunden ist, einen zweiten Ausgangspin, der mit dem Ausgang des zweiten integrierten Audioverstärkers verbunden ist, und einen SVR-Pin aufweist, der über inte­ grierte Widerstände mit den invertierenden Eingängen und den nicht-invertierenden Eingängen des ersten und zweiten Audioverstärkers verbunden ist, wobei eine von der äußeren elektrischen Versorgungsquelle abgeleitete Vorspannung an den SVR-Pin zur Unterdrückung von Gleichtaktsignalen ange­ legt wird, wobei eine darin integrierte Vergleichsschaltung bzw. ein solcher Komparator einen Schwellwert hat, der intern durch eine konstante Bezugsspannung gesetzt wird, die intern durch die integrierte Schaltung erzeugt wird, und der eine Eingangs­ klemme, die mit dem SVR-Pin verbunden ist, und eine Ausgangs­ klemme zur Erzeugung eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von der an den SVR-Pin angelegten Vorspannung aufweist, und wobei zumindest drei integrierte Schalter vorgesehen sind, die durch das Ausgangssignal des Komparators angetrieben werden und die Umschaltung der zwei Audioverstärker aus einer Brückenkonfiguration in eine Stereokonfiguration und umgekehrt in Abhängigkeit von der an den SVR-Stift der integrierten Schaltung angelegten Vorspannung bestimmen.

2. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, bei welcher die zwei integrierten Audioverstärker in einer Brücken- oder in einer Stereokonfiguration über ein Netzwerk von integrierten Widerständen verbunden sind, welches zwei symmetrische Zweige umfaßt, von denen jeder von drei Widerständen gebildet ist, die in Reihe zwischen die Ausgangsklemme des einen bzw. des anderen der zwei Ver­ stärker und die interne Masse der integrierten Schaltung geschaltet sind, die mittleren Widerstände der zwei symmetrischen Zweige des Netzwerkes gemeinsam durch einen ersten und einen zweiten Schalter der drei integrierten Schalter, die parallel zu dem einen bzw. dem anderen mittleren Widerstand der zwei symmetrischen Zweige liegen, für die Realisierung einer Stereokonfiguration kurzge­ schlossen werden, zwei Rückkopplungswiderstände, jeweils einer zwischen den zugeordneten invertierenden Eingang jedes Verstärkers und die Verbindungsstelle zwischen dem mittleren Widerstand und dem Widerstand geschaltet ist, der zwischen den letzteren und dem Ausgang des zugehörigen Verstärkers geschaltet ist, ein Brücken- Verbindungszweig einen Widerstand, der in Reihe mit dem dritten der drei integrierten Schalter verbunden ist, umfaßt und von dem ein Anschluß mit der Verbindungsstelle zwischen dem mittleren Widerstand und dem Widerstand, der zwischen dem Letzteren und dem Ausgang des integrierten Audioverstärkers, an dessen nicht-inver­ tierenden Eingang ein zu verstärkendes Signal angelegt wird, geschaltet ist, verbunden ist und dessen anderer Anschluß mit dem invertierenden Eingang des anderen der zwei integrierten Audioverstärker verbunden ist, und der Schaltzustand des ersten und zweiten Schalters ent­ gegengesetzt zu dem Schaltzustand des dritten Schalters ist.