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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Audio-Steckverbinder, und
bezieht sich im Besonderen auf vierpolige Buchsen und Stecker, die eine
Kompatibilität
mit standardisierten dreipoligen Buchsen und Steckern sicherstellen.
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Standardisierte
Audiostecker und -buchsen werden häufig in Audio- und Telekommunikationsprodukten
für Verbraucher
eingesetzt. Die meisten Verbraucher sind mit den typischen Audiosteckern
vertraut, die eine Anzahl von elektrisch isolierten, zylindrischen
Segmenten, die in einem „Spitzen"segment am Ende enden,
umfassen. Genauer gesagt umfasst die Buchse gewöhnlich eine Manschette, einen
Ring und eine Spitze am Ende. Während
sie allgemein in Audioanwendungen gebräuchlich ist, leitet sich die Bezeichnung
mit Manschette, Ring und Spitze aus einer Zeit ab, als ähnlich konstruierte
Stecker von Bedienpersonal in frühen
Telefonzentralen eingesetzt wurden. In der Tat werden solche Stecker
im Allgemeinen als Telefonstecker bezeichnet, obwohl sie meist in
Audiogeräten
eingesetzt werden. Viele Hersteller, wie z.B. SWITCHCRAFT, produzieren
standardisierte 2,5 mm und 3,5 mm Audiostecker und -buchsen. Einige
der gebräuchlichsten
Anwendungen für
Audiostecker beinhalten Anschlüsse
für Kopfhörer-/Headset-Kabel,
Mikrofonkabel, Gitarrenkabel und andere Arten von Audioanschlusskabeln.
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Audiostecker
werden allgemein sowohl für stereophone
als auch für
monaurale Geräte
eingesetzt. Beispielsweise umfasst ein Stereo-Headset, das beispielsweise
in einen WALKMAN oder in ein anderes tragbares Audiogerät eingesteckt
wird, typischerweise einen Kabelanschluss mit einem Audiostecker.
In einer gewöhnlichen
elektrischen Anordnung für
stereophone Peripheriegeräte
ist der linke Lautsprecher mit der Steckerspitze verbunden, der rechte
Lautsprecher ist mit dem Ring des Steckers verbunden, und die Steckermanschette
dient als Masse bzw. Schalterde. Selbstverständlich umfasst das Audiogerät eine Audiobuchse
mit innenliegenden Kontakten, die so angeordnet sind, dass sie jeweils
wahlweise die Manschette, den Ring und die Spitze des eingeführten Steckers
berühren.
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Telefon-Headsets,
die allgemein bei Telephonie-Anwendungen zum Einsatz kommen, erfordern
keinen Stereoklang. Solche Headsets umfassen typischerweise einen
monauralen Lautsprecher für das
Audioausgangssignal und ein Mikrofon für das Audioeingangssignal.
Auch hier weist das Headset-Kabel typischerweise einen standardisierten
dreipoligen Audiosteckeranschluss auf, wobei z.B. das Mikrofon mit
der Steckerspitze, der Lautsprecher mit dem Ring und das Headset
geerdet mit der Steckermanschette verbunden ist. Ebenso weist das
entsprechende Audiogerät
eine standardisierte Audiobuchse auf, die geeignet angeordnete innenliegende Kontakte
umfasst.
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Da
die Abmessungen und die typischen Schaltpläne für solche Audiostecker und -buchsen
jeweils standardisiert sind, ist die Kompatibilität dieser Stecker
und Buchsen von einem Hersteller zum anderen gegeben. Beispielsweise
kann ein Hersteller von Headsets bzw. Kopfhörern, der einen industriell standardisierten
Stecker für
seine verschiedenen Kopfhörermodelle
verwendet, relativ sicher sein, dass diese Headsets bzw. Kopfhörer mit
den Audiogeräten
anderer Hersteller kompatibel sein werden. Folglich gibt es einen
erheblichen Impetus für
Hersteller, standardisierte Stecker- und Buchsenanordnungen zu verwenden.
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Aus
US 6 394 852 ist ein Multisegment-Audiostecker
und – kontakt
für Mehrkanal-Audioanwendungen
bekannt, wobei jedes Steckersegment und jeder Buchsenkontakt einer
jeweils anderen Verbindung zu einem Mehrkanal-Lautsprecher zugeordnet ist.
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Das
Stecker-Buchsen-System sieht eine Zuordnung von jeweils ausschließlich einem
der Buchsenkontakte zu einem der Steckerkontakte vor.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung befasst sich mit verbesserten Audiobuchsen
nach Anspruch 1 und Steckern nach Anspruch 8, die zusätzliche
Verbindungsmöglichkeiten
bieten, wobei die Kompatibilität mit
vorhandenen standardisierten Audiosteckern und -buchsen sichergestellt
wird. Beispielsweise umfasst in einer Ausführungsform ein Audiogerät eine verbesserte
vierpolige Audiobuchse, welche sowohl mit Audioperipheriegeräten mit
einem entsprechenden, verbesserten vierpoligen Audiostecker kompatibel ist,
als auch mit Peripheriegeräten
mit den dreipoligen Standard-Audiosteckern. Ebenso ist ein Audioperipheriegerät, welches
mit einem verbesserten vierpoligen Audiostecker ausgerüstet ist,
kompatibel mit Audiogeräten
mit entsprechenden vierpoligen Audiobuchsen und mit solchen mit
den dreipoligen Standardbuchsen. Ein beispielhaftes Audioperipheriegerät mit einem
vierpoligen Audiostecker gemäß der vorliegenden
Erfindung kann beispielsweise zwei Stereoklang bereitstellende Lautsprecher
sowie ein Mikrofon umfassen.
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Der
vierpolige Stecker nach der vorliegenden Erfindung umfasst vier
angeordnete Segmente, nämlich
eine Spitze, einen ersten Ring, einen zweiten Ring und eine Manschette.
Die Dimensionierung des vierpoligen Steckers kann übereinstimmend
mit jeder der Standardgrößen einer
dreipoligen Buchse erfolgen, so dass der Stecker sowohl in dreipolige
als auch in vierpolige Buchsen eingeführt werden kann. In einer beispielhaften
Anordnung sind die Manschette und der zweite Ring nebeneinander
positioniert und ihre gesamte Länge
entspricht im Wesentlichen der Länge
der Manschette eines dreipoligen Steckers ähnlicher Größe. Bei der Verwendung mit
einem Audioperipheriegerät
mit zwei Lautsprechern und einem Mikrofon ist die Steckerspitze
elektrisch mit dem Mikrofon verbunden, der erste Ring ist elektrisch
mit einem ersten Lautsprecher verbunden, der zweite Ring ist elektrisch
mit einem zweiten Lautsprecher verbunden und die Manschette ist
elektrisch mit der Masse bzw. Schalterde verbunden. Bei dieser Konfiguration
werden beim Einführen
des Steckers in eine vierpolige Buchse eines kompatiblen Audiogerätes die
Audioausgangsstromkreise des Gerätes
mit den Lautsprechern des Peripheriegerätes gekoppelt, die Audioeingangsstromkreise
MIK ein des Gerätes mit
dem Mikrofon, und die entsprechende Schalterde des Gerätes mit
der Schalterde des Peripheriegerätes
gekoppelt. Die physikalische und elektrische Beispielanordnung des
vierpoligen Steckers ist mit dreipoligen Standardsteckern kompatibel.
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Die
vierpolige Buchse gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst vier getrennte Kontakte, welche so angeordnet
sind, dass jeder der Buchsenkontakte genau das entsprechende Segment
eines kompatibel dimensionierten, vierpoligen Steckers berührt, wobei
eine Kompatibilität
mit ähnlich
dimensionierten, dreipoligen Steckers gegeben ist. Daher sind die
Kontakte der Manschette und des zweiten Rings des vierpoligen Steckers
so angeordnet, dass sie einzeln die Segmente der Manschette bzw.
des zweiten Rings eines vierpoligen Steckers bzw. einer vierpoligen
Buchse berühren,
oder aber das Manschettensegment eines dreipoligen Steckers bzw.
einer dreipoligen Buchse. Gleichermaßen ist der erste Ringkontakt
der vierpoligen Buchse physikalisch derartig angeordnet, dass er
das erste Ringsegment von vierpoligen Steckern bzw. das einzelne
Ringsegment von dreipoligen Steckern berührt. Schließlich ist der Spitzenkontakt
so angeordnet, dass er regelrecht mit der Spitze von sowohl einem
dreipoligen als auch der eines vierpoligen Steckers verbunden ist.
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Eine
beispielhafte Anordnung einer Schaltung bzw. eines Schaltkreises
des Audiogerätes
gemäß Anspruch
17, welche die vierpolige Buchse umfasst, verbindet den ersten und
zweiten Audioausgangsstromkreis, z.B. die Stereoausgänge, mit
dem ersten und zweiten Ringkontakt der Buchse, verbindet einen Mikrofoneingang
mit dem Spitzenkontakt der Buchse und verbindet eine Schalterde
mit dem Manschettenkontakt der Buchse. Bei dieser Anordnung ist
die vierpolige Buchse mit Audioperipheriegeräten kompatibel, bei denen dreipolige
Stecker verwendet werden, wie z.B. Stereokopfhörer-Peripheriegeräte und Headsets mit Lautsprechern
und Mikrofon.
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Bei
vielen Typen von elektronischen Geräten und Peripheriegeräten können die
Vorteile der verbesserten Buchsen und Stecker der vorliegenden Erfindung
genutzt werden. Beispielsweise kann bei einem tragbaren Kommunikationsgerät, wie etwa
einem Mobilfunkendgerät,
die Audioausgangsfunktion und die Mikrofoneingangsfunktion in einer
einzigen verbesserten Audiobuchse integriert werden. Der Einbau
der verbesserten Audiobuchse spart auf diese Weise wertvollen Raum
im Gerät
und verringert die Herstellungskosten, ermöglicht jedoch gleichzeitig
die Rückwärtskompatibilität mit Audioperipheriegeräten, die
mit dreipoligen Steckern verwendet werden. Ähnlich können bei Audioperipheriegeräten die Vorteile
des verbesserten Audiosteckers insoweit genutzt werden, als diese
Peripheriegeräte
entweder mit Audiogeräten
mit verbesserten Audiobuchsen oder mit den dreipoligen Standard-Audiosteckern verwendet
werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1A-1C zeigen
ein herkömmliches Audioperipheriegerät und den
dazugehörigen
Stecker, sowie die dazugehörige
schematische Darstellung der Stecker-Buchsen-Verbindung.
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2A-2B zeigen
ein weiteres herkömmliches
Audioperipheriegerät
und den dazugehörigen
Stecker, sowie die dazugehörigen
schematische Darstellung der Stecker-Buchsen-Verbindung.
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3A-3B zeigen
Beispiele von Audioperipheriegeräten,
die Beispiele von Ausführungsformen
des verbesserten vierpoligen Steckers nach der vorliegenden Erfindung
umfassen.
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4 ist
ein detailliertes Schaubild des vierpoligen Audiosteckers der vorliegenden
Erfindung, das ein Beispiel der Dimensionierung in Relation zu dreipoligen
Standardsteckern darstellt.
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5 ist
ein schematisches Schaubild, bei dem eine beispielhafte Anordnung
des erfinderischen vierpoligen Steckers einer herkömmlichen
Anordnung eines dreipoligen Steckers gegenübergestellt wird.
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6 ist
eine detailliertere schematische Darstellung eines Beispiels einer
vierpoligen Anordnung eines Steckers und einer Buchse, und veranschaulicht
beispielhaft Details einer Schaltung für ein elektronisches Gerät, das eine
beispielhafte vierpoligen Buchse enthält.
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7A-7B und 8A-8B veranschaulichen
Beispiele von Anwendungen einer beispielhaften vierpoligen Buchse
nach der vorliegenden Erfindung.
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9 ist
ein Diagramm einer beispielhaften Schaltung zum Wahrnehmen bzw.
Erkennen und Reagieren auf das Einführen eines dreipoligen Audiosteckers
in eine beispielhafte vierpolige Buchse.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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Vielen
Typen von Audioperipheriegeräten verwenden
standardisierte Audiostecker zum Verbinden mit den entsprechenden
Audiogeräten.
Beispielsweise zeigt 1A ein Audioperipheriegerät 10,
das einen Lautsprecher 12 umfasst, ein Mikrofon 14,
und einen standardisierten dreipoligen Audiostecker 16,
welcher wie in der gezeigten Anwendung eine Schalterde, Lautsprecher,
und ein Mikrofon mit einem Audiogerät nicht gezeigt verbindet.
Für den Zweck
dieser Diskussion wird der Fachmann es zu schätzen wissen, dass der Audiostecker 16 typischerweise
so konzipiert ist, dass er in der Größe einer jeglichen der „Standard"-Größen entspricht,
wie beispielsweise den Industrie-Standardgrößen 2,5 mm oder 3,5 mm.
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1B veranschaulicht
den Audiostecker 16 in größerer Einzelheit. Der Audiostecker 16 umfasst
drei elektrisch isolierte Segmente, die nachfolgend als Manschette 18,
Ring 20 und Spitze 22 bezeichnet werden. Für jede der
Standardgrößen von Steckern
weist die Manschette 18 eine definierte Segmentlänge d1 auf, der Ring 20 weist eine definierte
Segmentlänge
d2 auf und der Abstand vom Beginn der Manschette 20 zum
Beginn der Spitze 22 weist eine entsprechend definierte
Abstandslänge
dT auf. Andersherum betrachtet stellt die
Abstandslänge
dT die kombinierten Längen der Manschette 18 und
des Rings 20 dar. Selbstverständlich sind die entsprechenden
Standardabmessungen der Spitze 22 so ausgebildet, dass
die Gesamtlängen
und die Durchmesser der Stecker von einem Hersteller zum anderen übereinstimmen.
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1C veranschaulicht
Beispiele von Verbindungen zwischen den elektrisch isolierten Segmenten
des Steckers 16 und den Audiokomponenten des Audioperipheriegerätes 10.
Wie in 1C gezeigt, ist die Spitze 22 elektrisch
mit dem Mikrofon 14 verbunden, ist der Ring 20 elektrisch
mit dem Lautsprecher 12 verbunden, und ist die Manschette 18 elektrisch
mit der Schalterde bzw. Masse des Peripheriegerätes 24 verbunden. 1C beinhaltet
ferner eine schematische Darstellung einer dreipoligen Standard-Audiobuchse 26 gemäß einer
ersten Audiogeräteanordnung.
Die Buchse 26 umfasst einen Manschettenkontakt 28,
einen Ringkontakt 30, und einen Spitzenkontakt 32.
Zum Zwecke der funktionellen Kompatibilität mit dem Anschluss bzw. Schaltkreis
des beim Audioperipheriegerät 10 verwendeten Steckers 16,
ist der Spitzenkontakt 32 der Buchse mit dem Mikrofoneingang
verbunden, ist der Ringkontakt 30 mit einem Lautsprecherausgang
verbunden, und ist der Manschettenkontakt 28 mit einer
entsprechenden Schalterde bzw. Masse verbunden.
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2A veranschaulicht
ein anderes Audioperipheriegerät 34,
bei dem ein Audiostecker 16 verwendet wird, jedoch in einer
Anordnung als Stereo-Headset. Das Audioperipheriegerät 34 ist
ein Stereo-Headset mit zwei Lautsprechern 12-1 und 12-2,
die Stereoklang bereitstellen. Daher ist der Stecker 16 mit
beiden Lautsprechern statt mit einem Lautsprecher, sowie mit einem
Mikrofon verbunden, wie beim Audioperipheriegerät 10 gezeigt.
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2B stellt
eine schematische Darstellungen für das Peripheriegerät 34 mit
dem Stecker 16, sowie für
die dreipolige Standardbuchse 26 in einer weiteren elektrischen
Anordnung bereit. Wie in der Darstellung zu sehen, ist der Lautsprecher 12-1 mit der
Spitze 22 des Steckers 16 verbunden, der Lautsprecher 12-2 ist
mit dem Ring 20 des Steckers 16 verbunden, und
die Schalterde bzw. Masse 24 ist mit der Manschette 18 des
Steckers 16 verbunden. Die Buchse 26 ist kompatibel
hierzu angeordnet. Der Spitzenkontakt 32 der Buchse 26 ist
funktionell mit einem linken Lautsprecherausgang verbunden, der Ringkontakt 30 ist
mit einem rechten Lautsprecherausgang verbunden, und der Manschettenkontakt 28 ist
mit der Schalterde bzw. Masse verbunden. So wird beim Einführen des
Steckers 16 in die Buchse 26 die Spitze 22 mit
dem Spitzenkontakt 32 verbunden, der Ring 20 mit
dem Ringkontakt 30, und die Manschette 18 mit
dem Manschettenkontakt 28.
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Die
vorliegende Erfindung erweitert die Flexibilität der oben genannten dreipoligen
Anordnungen von Steckern und Buchsen durch das Hinzufügen eines
vierten Segmentes. Beispielsweise ermöglicht das zusätzliche
Segment sowohl die Verwendung mit Stereoaudioausgangsfunktion als
auch mit Mikrofoneingangsfunktion in einer einzigen Kombination
von Stecker und Buchse. Dennoch ist vorzugsweise gefordert, dass
die Hinzufügung
einer weiteren Funktionalität
weder die Verwendung der neuen vierpoligen Steckeranordnung mit
dreipoligen Standardbuchsen ausschließt, noch die Verwendung der
neuen vierpoligen Buchsenanordnung mit dreipoligen Standardsteckern
ausschließt.
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3A zeigt
ein Audioperipheriegerät 40, das
beispielsweise in einer Telefonieanwendung benutzt wird, damit beide
Hände des
Benutzers frei bleiben. Das Audioperipheriegerät 40 umfasst Stereolautsprecher 12-1 und 12-2 und
ein Mikrofon 14. In der vorliegenden Ausführungsform
sind die Anschlüsse
für die
Lautsprecher 12 und das Mikrofon 14 mit einem
vierpoligen Audiostecker 42 verbunden. 3B zeigt
ein Beispiel eines zweiten Audioperipheriegerätes 44, das ebenso
ein Paar Lautsprecher 12 und ein Mikrofon 14 umfasst,
welche mit dem Stecker 42 verbunden sind; jedoch ist diese
physikalische Anordnung des Audioperipheriegerätes 44 besser für beispielsweise
Computer-Audioanwendungen geeignet.
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4 veranschaulicht
eine beispielhafte Ausführungsform
des vierpoligen Audiosteckers 42 in größerer Einzelheit. Der Stecker 42 umfasst
vier Segmente, hierunter eine Manschette 46, einen ersten
bzw. zweiten Ring 48 bzw. 50, und eine Spitze 52. Um
eine Kompatibilität
mit dreipoligen Standard-Audiosteckern
zu erreichen, entsprechen die gesamten Abmessungen des Steckers 42 vorzugsweise
den Abmessungen von Standard-Audiosteckern. Ferner sind die Manschette 46 und
der daneben angeordnete Ring 50 so ausgebildet, dass die
kombinierten Segmentlängen
d3 + d4 der Segmentlänge d1 der Manschette 18 eines ähnlich groß dimensionierten dreipoligen Audiosteckers 16 im
Wesentlichen entsprechen. Ähnlich
ist die Gesamtlänge
dT der Manschette 46 und der Ringe 48, 50 (d2 + d3 + d4) so ausgebildet, dass sie im Wesentlichen
die gleiche Gesamtlänge
hat wie die Kombination von Manschette 18 plus Ring 20 des
dreipoligen Audiosteckers 16. Ebenso ist die Spitze 52 des
Steckers 42 so ausgebildet, dass sie gleich oder ähnlich groß dimensioniert
ist wie die Spitze 22 des Steckers 16.
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Die
oben beschriebene physikalische Anordnung für den Stecker 42 gewährleistet
die physikalische Kompatibilität
mit der dreipoligen Standardbuchse 26. Selbstverständlich hängt die
elektrische Kompatibilität
zwischen dem Stecker 42 und der Buchse 26 von
der elektrischen Anordnung des Steckers 42 ab. 5 zeigt
beispielhafte Einzelheiten der Verdrahtung bzw. Verbindung für den Stecker 42 im
Vergleich mit gängigen
Verdrahtungs- bzw. Verbindungspraktiken der verschiedenen Konfigurationen
von dreipoligen Audiosteckern 16. Beispielsweise entspricht
die erste Konfiguration 16-1 der Verdrahtung bzw. Verbindung,
die in dem vorstehend beschriebenen Audioperipheriegerät 10,
das einen Lautsprecher 12 und ein Mikrofon 14 umfasst,
verwendet wird, während
die zweite Konfiguration 16-2 einer Verdrahtung, die für ein Audioperipheriegerät 34 mit
Stereolautsprechern 12 verwendet wird. Entsprechend ist
in der ersten Anordnung 16-1 die Spitze 22 eine
Mikrofonausgangsverbindung, der Ring 20 ist eine Lautsprechereingangsverbindung,
und die Manschette 18 ist eine Masseverbindung Erdrückleitung.
Vergleichsweise ist in der elektrischen Beispielanordnung des Steckers 42 die
Spitze 52 mit dem Mikrofon 14 verbunden, der Ring 48 mit
einem ersten Lautsprecher 12-1, der Ring 50 mit
einem zweiten Lautsprecher 12-2 und die Manschette 46 mit
der Masse bzw. Schalterde 54 des Peripheriegerätes.
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Mit
dieser beispielhaften elektrischen Konfiguration gewährleistet
der Audiostecker 42 eine elektrische Kompatibilität mit den
typischen elektrischen Konfigurationen der in 1C und 2B gezeigten dreipoligen
Standard-Audiobuchsen 26.
Beispielsweise wird beim Einführen
des Steckers 42 in die in 1C gezeigte
Buchse 26 die Spitze 52 mit dem Spitzenkontakt 32 (MIK
ein) verbunden, der Ring 48 wird mit dem Ringkontakt 30 (LSPR
AUS) verbunden, und die Manschette 46 wird mit dem Manschettenkontakt 28 (ERDE)
verbunden. Der zweite Ring, Ring 50 des Steckers 42 kann
elektrisch unverbunden bleiben, aber wird voraussichtlich von dem
Manschettenkontakt 30 des Steckers 26 so überbrückt, dass
sie zum Manschettenkontakt 46 kurzgeschlossen wird. Jedoch
führt in
den Audioperipheriegeräten 40 oder 44 eine
solche Überbrückung lediglich
zu einer unschädlichen
Erdung eines der Lautsprecher 12-1, 12-2. Ähnlich führt das
Einführen
des Steckers 42 in die Buchse 26 gemäß 2B dazu,
dass die Spitze 52 mit dem Spitzenkontakt 32 (LSPR
AUS) verbunden ist, der Ring 48 mit dem Ringkontakt 30 (LSPR
AUS) verbunden ist, und die Manschette 46 mit dem Manschettenkontakt 28 (ERDE)
verbunden ist. Auch hier kann der Ring 50 von dem Manschettenkontakt 30 des
Steckers 26 elektrisch überbrückt sein,
so dass er zum Manschettenkontakt 46 kurzgeschlossen wird.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass bei jeder der vorgenannten Buchsenanordnungen
beim Einführen
des Steckers 42 in die Buchse 26 wenigstens ein
Lautsprecher 12 des Peripheriegerätes mit einem Lautsprecherausgang
der Buchse verbunden wird, und somit die Funktionalität eines
Audioausgangs gegeben ist. Ferner sind die anderen Stecker-Buchsen-Verbindungen
unschädlich,
auch wenn sie funktionell nicht korrekt sind. Deshalb ist der vierpolige Stecker 42 mit
der standardmäßigen elektrischen
Anordnung bei dreipoligen Buchsen 26 kompatibel.
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6 zeigt
ein Beispiel eines Audiogerätes 60,
das eine vierpolige Audiobuchse 62 der vorliegenden Erfindung
umfasst und das mit Audioperipheriegeräten verwendet wird, die wie
die vorstehend beschriebenen Peripheriegeräte 40, 44 einen beispielhaften
vierpoligen Stecker 42 umfassen. Die Buchse 62 umfasst
einen Manschettenkontakt 64, einen ersten bzw. einen zweiten
Ringkontakt 66 bzw. 68, und einen Spitzenkontakt 70.
In einer Beispielanordnung der Buchse 62 ist der Manschettenkontakt 64 mit
der Schalterde bzw. Masse 72 des Audiogerätes 60 verbunden,
der Ringkontakt 66 ist mit einem ersten Audioausgangsschaltkreis 74-1 verbunden,
der Ringkontakt 68 ist mit einem zweiten Audioausgangsschaltkreis 74-2 verbunden,
und der Spitzenkontakt 70 ist mit einem Audioeingangsschaltkreis 76 verbunden.
Für Diskussionszwecke
umfasst jedes der Beispiele eines Audioausgangsschaltkreises 74 einen
Verstärker 80 und
einen Digital-Analog-Wandler (DAC) 82. Der Audioeingangsschaltkreis 76 des
Beispiels umfasst einen Verstärker 84,
dessen Eingang mit der Spitze 70 über einen Eingangsfilter 86 verbunden
ist, und dessen Ausgang mit einem Analog-Digital-Wandler (ADC) 88 verbunden
ist.
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Der
ADC 88 leitet ein digitales Mikrofoneingangssignal zu einem
oder mehreren zusätzlichen Weiterverarbeitungsschaltkreisen,
die nachstehend generisch als zusätzliche Schaltkreise 90 bezeichnet sind.
Der Fachmann wird zu schätzen
wissen, dass diese zusätzlichen
Schaltkreise 90 für
eine beabsichtigte Verwendung mit dem Audiogerät 60 unterschiedlich
ausgebildet sind. Beispielsweise werden die zusätzlichen Schaltkreise 90 typischerweise
einen oder mehrere Mikroprozessoren, mehrere Hochfrequenzschaltkreise
sowie andere Kommunikations- und Eingangs/Ausgangsschaltkreise umfassen, wenn
das Audiogerät 60 ein
mobiles Kommunikationsgerät
ist. Diese Einzelheiten sind für
das Verständnis
der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich und werden nicht näher untersucht.
In der Tat kann durch den Einbau des DAC 82 und des ADC 88 vorausgesetzt
werden, dass die zusätzlichen
Schaltkreise 90 digitale Audiosignale verarbeiten, aber
diese Annahme ist nicht relevant für die vorliegende Erfindung,
und es versteht sich von selbst, dass solche Wandler nicht erforderlich
sind, wenn das Audiogerät 60 eine
ausschließlich
analoge Funktion besitzt.
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Unabhängig von
den Einzelheiten der Ausführung
des Audiogerätes 60 ist
die elektrische Beispielanordnung der Buchse 62 so gewählt, dass
sie mit dem Audiostecker 42 kompatibel ist, und gleichermaßen mit
den typischen elektrischen Anordnungen der dreipoligen Standard-Audiostecker 16 kompatibel
ist. Auf diese Weise ist das Audioausgangssignal des Audioausgangsschaltkreises 74-1 mit
dem Ringkontakt 66 der Buchse 62 gekoppelt, und
das Audioausgangssignal des Audioausgangsschaltkreises 74-2 ist
mit dem Ringkontakt 68 der Buchse 62 gekoppelt.
Schließlich
ist der Audioeingang des Audioeingangsschaltkreises 76 mit
dem Spitzenkontakt 70 der Buchse 62 gekoppelt.
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Zusätzlich zu
dieser elektrischen Anordnung sind die verschiedenen Kontakte der
Buchse 62 physikalisch so angeordnet oder anderweitig so
positioniert, dass sie physikalisch mit den korrespondierenden Segmenten
der eingeführten
Audiostecker 16, 42 auf die gewünschte Weise
verbunden sind. Um eine Kompatibilität mit den dreipoligen Steckern 16 zu
erreichen, ist der Ringkontakt 68 so positioniert, dass
sowohl dieser Ringkontakt 68 als auch der Manschettenkontakt 64 mit
der Manschette 18 des dreipoligen Steckers 16 verbunden
sind. Mit anderen Worten ist der Ringkontakt 66 mit dem
Ring 20 des dreipoligen Steckers 16 und mit dem
Ring 48 des vierpoligen Steckers 42 verbunden,
der Ringkontakt 68 jedoch ist mit einem korrespondierenden
Ring verbunden, wenn der Stecker 42 eingeführt wird;
und ist andererseits mit der Manschette verbunden, wenn der Stecker 16 eingeführt wird.
Auf diese Weise führt diese
Verbindungsanordnung zu einer Erdung (Manschettenverbindung) des
Ausgangs des Audioausgangsschaltkreises 74-2, wenn ein
dreipoliger Stecker 16 in die Buchse 62 eingeführt wird.
Diese Erdung ist jedoch im Hinblick auf den Ausgangsschaltkreis 74-2 unschädlich.
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7A und 7B zeigen
Beispielanwendungen der Audiobuchse 62, wie sie bei Computersystemen
bzw. -installationen verwendet werden. In 7A umfasst
ein Computer 100 eine Soundkarte 102, welche eine
Stereoeingangsbuchse 104 und die vierpolige Audiobuchse 62 des
Beispiels umfasst. Die Soundkarte 102 umfasst typischerweise
Audioschaltkreise, die denen in 6 bei dem
allgemeinen bzw. generischen Audiogerät 60 abgebildeten ähnlich sind,
und entsprechend weist die Buchse 62 einen kombinierten
Stereoausgang mit einem Mikrofoneingang auf.
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Üblicherweise
würde die
Soundkarte 102 drei Buchsen umfassen, mit je einer separaten
Buchse für
den Stereoeingang, einer Buchse für den Mikrofoneingang und einer
Buchse für
den Stereoausgang. Bei der Verwendung der Buchse 62 sind
jedoch die Stereoausgangfunktion und die Mikrofoneingangsfunktion
oder die Stereoeingangsfunktion plus Mikrofoneingangsfunktion in
einer einzigen Buchse kombiniert. Beispielsweise kann das Audioperipheriegerät 44 in 3B in
die Buchse 62 eingesteckt und hierbei die Lautsprecher 12-1, 12-2 mit den
Audioausgangsschaltkreisen der Soundkarte 102 verbunden
werden, und das Mikrofon 14 kann mit einem ebenfalls von
der Soundkarte 102 umfassten Mikrofoneingangsschaltkreis
verbunden werden.
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Die
Verwendung der Audiobuchse 62 ermöglicht nicht nur solche Mehrfachverbindungen
an einem einzigen Schnittstellenpunkt, ihre Verwendung gewährleistet
auch die Kompatibilität
der Soundkarte 102 mit älteren
Typen von Audioperipheriegeräten mit
der Standard-Konfigurationen des dreipoligen Audiosteckers 16,
wie etwa in 1A und 2A gezeigt.
Gemäß der beispielhaften
physikalischen Konfiguration der für die Buchse 62 in 6 gezeigten
Buchsenkontakte wird beim Einführen
des dreipoligen Standardsteckers 16 in die Buchse 62 die Steckerspitze 22 mit
dem Spitzenkontakt 70 der Buchse verbunden, der Ring 20 des
Steckers wird mit dem ersten Ringkontakt 66 der Buchse
verbunden, die Steckermanschette 18 wird mit dem Manschettenkontakt 64 der
Buchse und typischerweise mit dem zweiten Ringkontakt 68 der
Buchse verbunden.
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Um
die Rückwärtskompatibilität der oben
genannten vierpoligen Anordnung besser zu verstehen, muss man die
in 5 gezeigte Leitungsführung des Steckers 16 in
der Belegung 16-1 für
das Audioperipheriegerät 10 (Mikrofon
+ Lautsprecher) und der Belegung 16-2 für das Audioperipheriegerät 34 (Stereolautsprecher)
mit dem in 6 gezeigten beispielhaften Schema
der Buchse 62 vergleichen. Bei der Belegung 16-1 des
Steckers 16 wird beim Einstecken des Audioperipheriegerätes 10 in
die Buchse 62 des Audiogerätes 60 das Mikrofon 14 des
Audioperipheriegerätes 10 regelrecht
mit dem Audioeingangsschaltkreis 76 verbunden, und der
Lautsprecher 12 wird mit dem Audioausgangsschaltkreis 74-1 verbunden.
Wie vorstehend erwähnt,
wird der Audioausgangsschaltkreis 74-2 unschädlich mit
der Schalterde bzw. Masse der Manschette 18 des Steckers 16 verbunden.
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Bei
der Belegung 16-2 wird beim Einstecken des Audioperipheriegerätes 34 in
die Buchse 62 des Audiogerätes 60 der Lautsprecher 12-1 unschädlich mit
dem Audioeingangsschaltkreis 76 verbunden, der Lautsprecher 12-2 wird
regelrecht mit dem Audioausgangsschaltkreis 74-1 verbunden,
und die Schalterde bzw. Masse 24 des Audioperipheriegerätes 34 wird
mit der Schalterde bzw. Masse 72 des Audiogerätes 60 verbunden.
Ferner kann das Audiogerät 60, wie
nachstehend genauer beschrieben, so konzipiert sein, dass eine Unterscheidung
zwischen dreipoligen und vierpoligen Audiosteckern und als Antwort
jeweils eine entsprechende Audioausgabe möglich ist. Beispielsweise kann
das Audiogerät 60 beim
Wahrnehmen des eingeführten
Steckers 16 die Audiosignalausgabe des Audioausgangsschaltkreises 74-1 so
anpassen, dass diese von einer Monokanalausgabe in eine kombinierte
Stereokanalausgabe verändert
wird.
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Die
universelle Kompatibilität
der Buchse 62 kann bei Anwendungen, bei denen nur begrenzter Platz
bzw. Raum zur Verfügung
steht, von noch höherem
Wert sein. 7B zeigt die Verwendung einer Audiobuchse 62 in
einem Laptop-Computer 106. Hier erscheinen die Vorteile
einer Kombination von Mikrofon- und Lautsprecherausgangsanschluss
in der gleichen Buchse noch deutlicher, da bei der typischen Konstruktion
von Laptops der Raumbedarf von Anschlüssen für Peripheriegeräte an oberster
Stelle steht. 8A zeigt eine ähnliche
Anwendung der Audiobuchse 62, bei der ebenfalls nur wenig
Raum zur Verfügung
steht, und bei der die Buchse in eine mobile Station bzw. ein mobiles
Gerät 110 eingebaut
ist, z.B. ein Mobiltelefon oder einen Minicomputer PDA; hier ist
es von großer
Bedeutung, so wenige Peripherieanschlüsse wie möglich einzubauen. 8B zeigt die
Verbindung eines Telefon-Freisprech-Peripheriegerätes 112,
das die Lautsprecher 12-1, 12-2 und ein Mikrofon 14 umfasst,
und bei dem das Peripheriegerät 112 mit
einer mobilen Station 110 durch das Einführen des
Audiosteckers 42 in die Buchse 62 verbunden wird.
Auf diese Weise wird bei der beispielhaften Konfiguration des vierpoligen
Steckers 42 und der entsprechenden vierpoligen Buchse 62 platz- bzw.
raumkritische Anwendungen, wie etwa mobile Telefonie, bereit mit
einer Lösung
mit einem einzigen Anschluss für
Freisprech-Peripheriegeräte.
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Wie
vorstehend erwähnt,
führt das
Einführen des
dreipoligen Audiosteckers 16, in einer oder mehreren seiner
standardmäßigen Verdrahtungs-
bzw. Verbindungskonfigurationen zur Erdung des Audioausgangsschaltkreises 74-2 des
Audiogerätes 60 durch
die physikalische Positionierung des Ringkontakts 68 in
der Buchse 62. Das bedeutet, dass die Segmentlänge der
Manschette 18 des Steckers 16 so ausgebildet ist,
dass der Ringkontakt 68 mit der Manschette 18 verbunden
ist und, da der Manschettenkontakt 64 der Buchse 62 ebenfalls
mit der Manschette 18 verbunden ist, der Ringkontakt 68 geerdet wird
und somit den Audioausgangsschaltkreis 74-2 erdet. Wenn
eine solche Erdung unerwünscht
ist, kann das Audiogerät 60 diese
Erdung erkennen und entsprechend geeignet darauf zu reagieren.
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9 zeigt
eine Beispielanordnung eines Schaltkreises zum Erkennen einer Erdung
des Audioschaltkreises und zum Reagieren darauf. Selbstverständlich wird
der Fachmann verstehen, dass die in 9 gezeigten
Anordnungen lediglich Beispiele darstellen und dass andere Schaltkreisanordnungen für ein ähnliches
Ergebnis verwendet werden können.
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Das
in 9 dargestellte Audiogerät 60 umfasst die Audioausgangsschaltkreise 74-1, 74-2 und den
Audioeisgangsschaltkreis 76 wie bei den anderen Beispielen,
aber ist so abgewandelt, dass es einen Kurzschluss-Steuerungsschaltkreis 120 umfasst,
und wahlweise einen Audiosteuerungsschaltkreis mit Schaltkreiselementen 128, 130.
Der Kurzschluss-Steuerungsschaltkreis 12 umfasst einen Sensor 122,
der beispielsweise als Strom- bzw. Spannungssensor ausgebildet sein
kann, und eine Steuerelektronik bzw. eine Verknüpfungssteuerung 124 zum
Empfangen einer Messgröße oder
eines anderen Signals des Sensors 122, der Indikativ dafür ist, ob
der Ringkontakt 68 und der Manschettenkontakt 64 der
Buchse kurzgeschlossen sind.
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Wenn
zwischen den Kontakten ein Kurzschluss entsteht, aktiviert die Steuerelektronik
bzw. Verknüpfungssteuerung 124 einen
Schalter 126, der als digital gesteuerter Schalter ausgebildet
sein kann, und der die Verbindung zwischen dem Audioausgangsschaltkreis 74-2 und
dem Ringkontakt 68 öffnet
bzw. schaltet. Das bedeutet, dass der Kurzschluss-Steuerungsschaltkreis 120 so
angeordnet sein kann, dass die Verbindung des Audioausgangsschaltkreises 74-2 mit
der Buchse 62 unterbrochen wird, wenn am Ringkontakt 68 ein
Kurzschluss oder eine andere Erdung erkannt wird.
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Der
Steuerungslogikschaltkreis 124 kann eine weitere Funktion
umfassen, nämlich
zum Abschalten oder anderweitigen Deaktivieren des Verstärkers 80 des
Audioschaltkreises 74-2 zur Stromeinsparung während der
Audioschaltkreis 74-2 nicht mit der Buchse 62 verbunden
ist. Es wird darauf hingewiesen, dass die Ausgangsleistung des Verstärkers 80 immer
dann eine hohe Impedanz aufweisen kann, wenn der Verstärker deaktiviert
wird. Wenn dies der Fall ist, kann auf den Schalter 126 verzichtet werden,
und der Verstärker
des Audioausgangsschaltkreises 74-2 kann der Einfachheit
halber so angeordnet werden, dass er bei der Erkennung eines Kurzschlusses
zwischen dem Manschettenkontakt 64 und dem Ringkontakt 68 mit
einer hohen Impedanz antwortet.
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Ferner,
wenn der Audioschaltkreis 74-2 deaktiviert oder anderweitig
abgeschaltet ist, kann es wünschenswert
sein, dass die Größe des verbleibenden
Audioausgangssignals durch den Audioausgangsschaltkreis 74-1 angepasst
wird. So liefern die Audioausgangsschaltkreise 74-1, 74-2 vorzugsweise rechte
und linke Stereoausgangssignale, wenn der Ringkontakt 68 der
Buchse 62 nicht kurzgeschlossen ist. Wenn jedoch der Ringkontakt 68 kurzgeschlossen
ist und ein Stereoausgang nicht verfügbar ist, kann das Audiogerät 60 das
Audiosignal des Audioausgangsschaltkreises 74-1 so anpassen,
dass es die kombinierten Informationen des rechten und linken Kanals
umfasst, oder es anderweitig so anpassen, dass es für einen
monauralen Ausgabemodus geeignet ist.
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Diese
Anpassung des Audioausgangs kann auf vielfältige Weise erreicht werden,
wie etwa durch Steuern eines Multiplexers 128, so dass
dieser in einem ersten Zustand einen der beiden Stereokanäle rechts
oder links ausgibt, und in einem zweiten Zustand die durch einen
Addierer 130 erzeugte Summe des rechten und linken Stereosignals
ausgibt. Die Steuerungslogikschaltkreis 124 kann zur Steuerung des
Zustandes des Multiplexers 128 in Antwort auf den Sensor 122 verwendet
werden. Alternativ dazu können
die zusätzlichen Schaltkreise 90 einen
Signalprozessor umfassen oder Signalverarbeitungsschaltkreise, die
einfach den vom Audioschaltkreis 74-1 verstärkten Audioanteil
des Audiosignals nach Bedarf umwandeln. Bei diesem Ansatz könnte der Multiplexer 128 und
der Addierer 130 weggelassen werden.
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Im
Allgemeinen definiert die vorliegende Erfindung elektrische und
physikalische beispielhafte Anordnungen für vierpolige Audiostecker und
-buchsen, die eine verbesserte Verbindungsfunktionalität bieten,
wenn sie als Stecker-Buchsen-Paar
verwendet werden, und die gleichzeitig eine Rückwärtskompatibilität mit Anordnungen
von dreipoligen Standardbuchsen und -steckern gewährleisten.
Die vorgenannten Einzelheiten stellen Beispielanordnungen und -anwendungen
für die
neuheitliche Buchsen- und Steckeranordnung dar, diese Einzelheiten
sind jedoch nicht auf die erwähnten
beschränkt.
Tatsächlich
ist die vorliegende Erfindung nur durch den Umfang der folgenden
Ansprüche
und angemessene Äquivalente
derselben beschränkt.