DE69430360T2

DE69430360T2 - Lautstärkeregler

Info

Publication number: DE69430360T2
Application number: DE69430360T
Authority: DE
Inventors: Reiji Tagomori
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1994-12-28
Publication date: 2002-08-14
Anticipated expiration: 2014-12-29
Also published as: EP0661804A3; KR0159309B1; JPH07202599A; US5761321A; KR950022057A; EP0661804B1; DE69430360D1; EP0661804A2

Description

Die Erfindung betrifft einen Lautstärkeregler, der in Tonverarbeitungsschaltungen usw. verwendet wird. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Lautstärkeregler, der die Lautstärke logisch regelt, beispielsweise ein Busleitungs-Klangprozessor-IC.
Normalerweise werden diverse Audio-ICs mit einem geeigneten Verfahren entwickelt, z. B. der Spektralanalyse der Audiofrequenz. Die Lautstärke oder die Tonqualität einer Klangquelle werden mit Hilfe eines Audiosignal-Übertragungssystems untersucht, beispielsweise einem menschlichen Hörorgan oder einem Signalübertragungsmedium.
Allgemein kann man sagen, dass ein mit dem menschlichen Hörorgan mit etwa der halben Lautstärke gehörter Klang einer Dämpfung des Lautstärkepegels einer Klangquelle um 20 dB entspricht. Drückt man dies mit einem numerischen Ausdruck aus, so erhält man die logarithmische Charakteristik gemäß der folgenden Gleichung:

[Gleichung 1]

A = -20·log&sub2;X,
wobei A die Hörempfindlichkeit ist und X die Intensität einer Klangquelle.
Eine Schaltung, die dieser Charakteristik genügt, kann man als idealen Lautstärkeregler bezeichnen.
Fig. 1 zeigt eine ideale Lautstärke-Regelkurve. Die Y-Koordinate zeigt die Lautstärkedämpfungen und die X-Koordinate die Skalierung.
Fig. 2 zeigt eine übliche in einem Lautstärkeregler-IC verwendete Schaltung. Diese Schaltung reguliert eine Lautstärke durch das Einstellen des Steuerstroms ICONT; dies wird später anhand der Zeichnungen erklärt.
Ein Eingangsaudiosignal IN aus einer Klangquelle AC1 wird in einer Differenzverstärkerschaltung 11 verstärkt, die aus einem Emitterwiderstand RE besteht, der gemeinsam an die Emitter der entsprechenden Transistoren angeschlossen ist, und einer Stromquelle 10. Das Signal wird über einen Lastwiderstand RL ausgegeben.
Die Kollektoren der Transistoren Q9, Q10 der Differenzverstärkerschaltung 11 sind über die Differenzschaltungen 12a, 12b einer Vorbelastungsregelschaltung 12 gemeinsam an eine Gleichspannungsquelle VCC angeschlossen.
Die Differenzschaltungen 12a, 12b für die Vorbelastung umfassen zwei Transistorpaare Q5-Q6 und Q7-Q8, eine Gleichspannungsquelle VCC, die mit den Kollektoren der Transistoren Q6 und Q7 zu verbinden ist, an Kollektor und Basis verbundene Dioden Q2, Q3, die mit den Kollektoren der Transistoren Q5 und Q8 zu verbinden sind, und die Transistoren Q1, Q4, deren Basen mit den Dioden Q2, Q3 verbunden sind und deren Emitter an die Gleichspannungsquelle Vcc angeschlossen sind.
Die Emitter der Transistoren Q11 und Q12, die die Fähigkeit verbessern, eine äußere Last zu treiben, sind an eine Bezugsspannung angeschlossen. Ihre Basen liegen am Emitter eines Transistors Q13. Die Basis des Transistors Q13 ist mit dem Kollektor des Transistors Q11 verbunden. Der Kollektor des Transistors Q13 liegt an der Gleichspannungsquelle Vcc.
Die Basen der Transistoren Q5-Q8 in der Differenzschaltung 12 sind mit einer Bezugsstromschaltung 13 verbunden, die einen Bezugsstrom (Iref) liefert, und mit Regelstrom- Einstellschaltungen 14A, 14B, die über den Steuerstrom ICONT eingestellt werden. Die Basispotentiale VB1, VB2 werden mit dem Bezugsstrom Iref und dem Steuerstrom ICONT eingestellt.
Die Bezugsstromschaltung 13 ist mit zwischen Kollektor und Basis verbundenen Dioden Q19 bis Q23 versehen, die an die Gleichspannungsquelle VCC und die Bezugsstromquelle Iref angeschlossen sind. Sie enthält zudem einen Transistor Q26, dessen Basis mit der Bezugsstromquelle Iref verbunden ist und dessen Emitter an der Bezugspotentialquelle liegt. Diese besteht aus zwei zwischen Kollektor und Basis verbundenen Dioden Q24, Q25, einem Widerstand R3 und der Gleichspannungsquelle VCC. Die Emitterspannung des Transistors Q26 der Bezugsstromschaltung 13 wird über die Dioden Q24, Q25 in die Basis des Transistors Q5 der Differenzschaltung 12a der. Vorbelastungs-Regelschaltung 12 eingespeist sowie in die Basis des Transistors Q8 in der anderen Differenzschaltung 12b.
Ähnlich wie die Bezugsstromschaltung 13 enthält die Regelstrom-Einstellschaltung 14a eine Konstantstromquelle, die aus einem Transistor Q31 und fünf, hintereinander geschalteten Dioden Q14-Q18 besteht. Der Basisstrom des Transistors Q31 wird vom Steuerstrom ICONT bestimmt. Die Emitterspannung des Transistors Q31 regelt eine Spannung VB2, die im Weiteren beschrieben wird. Weiterhin besteht die Regelstrom-Einstellschaltung 14b aus zwei in Reihe geschalteten Dioden Q27, Q28, einem Transistor Q29 und einem Widerstand R4, die in Reihe geschaltet werden. Der Verbindungsknoten der Diode Q27 und des Widerstands R4 ist mit den Basen der Transistoren Q6, Q7 der Differenzschaltungen 12a, 12b verbunden.
Eine Lautstärkeregelschaltung 10 dämpft die gewichtete Lautstärke um ungefähr 20 dB, wenn der Lautstärkepegel vom Höchstpegel auf einen mittleren Pegel gesenkt wird. Wird die Lautstärke weiter unter den mittleren Pegel abgesenkt, so dämpft die Lautstärkeregelschaltung 10 die gewichtete Lautstärke kräftig.
Dies geschieht, da man bei unzureichender Dämpfung den Klang als Restklang hört. Zum Beseitigen dieses Restklangs sind die beiden Reihen der zwischen Kollektor und Basis verbundenen Dioden Q14-Q18 und Q19-Q23 jeweils fünffach hintereinander geschaltet.
Im Weiteren werden die Potentialbeziehungen an PN-Übergangssystemen mit Hilfe der elektrophysikalischen Eigenschaften ausführlich erklärt.
Der Kollektorstrom eines Bipolartransistors sei mit IC bezeichnet, der Sättigungsstrom eines PN-Übergangs in Sperrrichtung mit 15, der Koeffizient der thermischen Molekularbewegung, die Boltzmann-Konstante, mit K, die absolute Temperatur im Kelvin mit T und die Elektronenladung mit q. Die Spannungen an Kollektor, Basis und Emitter werden durch Anfügen eines Indexes C für Kollektor, B für Basis und E für Emitter ausgedrückt. VBE bezeichnet beispielsweise das Potential zwischen Basis und Emitter. Ferner wird der Stromwert der Bezugsstromquelle mit Iref bezeichnet. Der Regelstrom wird mit ICONT bezeichnet. Der Stromverstärkungsfaktor zwischen Emitter und Kollektor eines Bipolartransistors sei &A.
Sind die Eingangsspannungen der Differenzschaltungen 12a, 12b VB1 und VB2 (siehe Fig. 2), so gelten die folgenden Zusammenhänge.

[Gleichung 2]

VB1 = Vα - 5 · VBE + 3 · VBE = Vα - 5 · h · ln(Iref/IS) + 3 · VBE
VB2 = Vα - 5 · VBE + 3 · VBE = Vα - 5 · h · ln(Icont/IS) + 3 · VBE
wobei gilt:
h = kT/g
Wird mit der obigen Gleichung eine Differenz berechnet, so gilt:

[Numerische Gleichung 3]

ΔVB/h = in(Iref/Icont)&sup5;
Drückt man die Stromcharakteristik des PN-Ubergangssystems durch eine Exponentialfunktion wie folgt aus:

[Gleichung 4]

IE = IS(exp(VBE/h) - 1) = I&sub0;
so kann man die nachstehende Gleichung ermitteln: [Gleichung 5]
Die Gleichspannung und das Kollektorausgangssignal werden über den Lastwiderstand RL auf die Basis des Transistors Q10 der Differenzverstärkerschaltung 11 zurückgeführt. Die Verstärkung des Audiosignals wird aus dem Emitterwiderstand RE, dem Lastwiderstand RL und dem Emitterstrom bestimmt, d. h. dem Verhältnis der Stromquelle 10 und des Kollektorstroms IC nach Gleichung 5. Ausgedrückt in der Einheit Dezibel lautet die Verstärkungsgleichung wie folgt: [Gleichung 6]
Der obigen Gleichung kann man entnehmen, dass ein Verhältnis von Iref/Icont = 1,55 dazu ausreicht, eine Dämpfung von 20 dB zu erzielen.
Stellt man die Dämpfungscharakteristik mit Iref/Icont = 1,55 als Mittelwert ein, siehe Fig. 3, so ändert sich der Regelstrom ICONT linear. Damit werden der Maximalwert und der Minimalwert auf einmal festgelegt. Das größtmögliche Stromverhältnis wird also 0,775, und die Dämpfung nimmt den Wert 2,14 dB an.
Stellt man den Regelstrom so ein, siehe die gestrichelte Linie in Fig. 3, dass der Regelstromwert den Maximalwert beim Dreifachen des Mittelwerts erreicht, indem man die Dämpfungscharakteristik verändert, so verbessert sich die Dämpfung am Maximalwert auf 0,31 dB. Es tritt jedoch die Schwierigkeit auf, dass die Einstellung des Minimalwerts nicht der Charakteristik des geringsten Lautstärkepegels entspricht, der außerhalb des Betriebsbereichs fällt. Es entsteht eine tote Zone, die sich bis nahe an den Mittelwert erstreckt.
Als Maßnahme zum Lösen dieses Problems kann man in Betracht ziehen, die Verstärkung zu erhöhen, indem man dem Lastwiderstand RL vergrößert. Berücksichtigt man jedoch das thermische Rauschen von Widerständen, Impedanzfehlanpassungen und die Rauschmerkmale der Rückführpfade, so ist die obige Vorgehensweise mit der Schwierigkeit behaftet, dass der Lastwiderstand RL eine Verschlechterung der Rauscheigenschaften bewirkt und das Restgeräusch erhöht.
Zusätzlich nimmt die Höhe einer Gleichspannungs-Offsetkomponente, d. h. eine Fehlerkomponente von Eingangssignalen und Ausgangssignalen, durch einen größeren Lastwiderstand zu. Eine Vergrößerung dieses Werts ist damit für die Betriebscharakteristik nachteilig.
Verkleinert man den Emitterwiderstand RE, so führt dies nicht nur zu einer geringeren minimalen Eingangsempfindlichkeit, sondern auch zu einem kleineren Eingangsdynamikbereich. Damit muss man den Vorbelastungsstrom größer einstellen. Dies führt jedoch dazu, dass der Stromverbrauch zunimmt und der Gleichspannungsoffset schlechter wird.
Bei der Verbesserung der Dämpfungsrate mit Hilfe des Lastwiderstands RL und des Emitterwiderstands RE ist weiterhin nachteilig, dass man keine großen Verbesserungen erzielen kann. Der Rauschpegel beim größten Lautstärkewert wird ziemlich schlecht, und seine Verluste nehmen zu. Bei eingestellter maximaler Lautstärke ist es zudem nicht möglich, die Verstärkung zu verbessern, ohne die Schaltungseigenschaften zu verschlechtern, falls der Regelstrom eine lineare Charakteristik hat.
Da in der herkömmlichen Schaltung die Lautstärkeänderung wie beschrieben durch eine lineare Veränderung des Regelstroms erfolgt, tritt die Schwierigkeit auf, dass man die folgenden Betriebsmerkmale nicht gemeinsam verbessern kann, z. B. Verringerung des Verstärkungsverlusts beim Einstellen der größten Lautstärke, Vergrößerung des Eingangsdynamikbereichs, Rauschminderung usw.
GB-A-2068186 beschreibt einen digital programmierbaren Transkonduktanzverstärker, der zwei Digital-Analog-Umsetzer enthält. Ausgehend von einem digitalen Eingangssignal werden die Digital-Analog-Umsetzer zum Gewichten eines Analogsignals verwendet, damit ein regelbarer Ausgangsstrom erzeugt wird.
Die Erfindung zielt darauf ab, einen Lautstärkeregler bereitzustellen, der in bevorzugten Ausführungsformen eine Kompensation des mangelnden Regelstroms bei größtem Lautstärkepegel ausführt, Verstärkungsverluste unterdrückt und den Dynamikbereich erweitert.
Erfindungsgemäß wird ein Lautstärkeregler bereitgestellt, umfassend:
eine Lautstärke-Regelschaltung (10), die einen Eingangsanschluss (IN) aufweist, der mit einer Audiosignalquelle (AC1) verbunden ist, und einen Regelanschluss, an den eine Lautstärke-Regelspannung angelegt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass der Lautstärkeregler zudem umfasst:
eine Vorrichtung, die parallele Daten mit mehreren Bits liefert;
eine D/A-Umsetzschaltung (20), die zahlreiche parallel ausgebildete Stromschaltungen (22-27) aufweist, die jeweils einem Bit der parallelen Daten entsprechen, wobei der Ein/Aus- Zustand einer jeden Stromschaltung dem Wert des entsprechenden Bits der parallelen Daten entspricht, und die Umsetzschaltung (20) den Gesamtsummenstrom liefert, der durch die Stromschaltungen fließt;
eine Regelvorrichtung (30), die den Summenstrom in nichtlinearer Weise regelt, indem sie die Pegel der Ströme, die die Stromquellen (I&sub2;-I&sub7;) der jeweiligen Stromschaltungen (22-27) liefern, abhängig vom höchstwertigen Bit der parallelen Daten schaltet; und
eine Vorrichtung, die eine Lautstärke-Regelspannung erzeugt, indem sie den Gesamtsummenstrom auf einen Spannungspegel umsetzt.
Damit ist es vorteilhafterweise möglich, den Verstärkungsverlust beim höchsten Lautstärkepegel zu unterdrücken und den Dynamikbereich zwischen dem kleinsten Lautstärkepegel und dem größten Lautstärkepegel dadurch zu erweitern, dass man einen Bezugsstrom in einem Digital-Analog-Umsetzer geeignet einstellt, indem man den Bezugsstrom mit einem Regler regelt.
Fachleute können der folgenden Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen, die hiermit eingeschlossen sind und einen Teil der Patentschrift bilden, weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung entnehmen.
Zum besseren Verständnis der Erfindung und vieler ihrer Vorteile wird nun beispielhaft auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Skizze einer idealen Lautstärke-Regelcharakteristik;
Fig. 2 einen Schaltplan eines herkömmlichen Lautstärkereglers;
Fig. 3 ein Diagramm der Regelstrom-Charakteristik eines herkömmlichen Lautstärkereglers;
Fig. 4 einen Schaltplan einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lautstärkereglers;
Fig. 5 eine Skizze, die der Erläuterung der Wirkungsweise des Digital-Analog-Umsetzers in Fig. 4 dient;
Fig. 6 ein Diagramm der Regelstromcharakteristik des Lautstärkereglers in Fig. 4;
Fig. 7 ein Diagramm der Lautstärkecharakteristik des Lautstärkereglers in Fig. 4;
Fig. 8 einen Schaltplan einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lautstärkereglers;
Fig. 9 ein Diagramm der Lautstärkecharakteristik des Lautstärkereglers in Fig. 8;
Fig. 10 einen Schaltplan einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lautstärkereglers; und
Fig. 11 ein Diagramm der Lautstärkepegel-Charakteristik des Lautstärkereglers in Figur. 10.
Die Erfindung wird nun anhand von Fig. 4 bis 11 ausführlich beschrieben.
Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lautstärke-Regelschaltung. Gleiche oder ähnliche Bauteile wie in Fig. 2 werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und anhand der Bezugszeichen erklärt.
In Fig. 4 ist eine Lautstärke-Regelschaltung mit einer Regelschaltung 10, einem Digital-Analog-Umsetzer 20 und einem nichtlinearen Regler 30 versehen, der den Regelstrom mit nichtlinearer Charakteristik regelt.
Die Lautstärke-Regelschaltung 10 ist genauso aufgebaut wie die herkömmliche Lautstärke-Regelschaltung. Der Regelstrom wird mit dem nichtlinearen Regler 30 geregelt.
Der nichtlineare Regler 30 besteht aus einer Konstantstromquelle und einer Umschaltschaltung 31. Die Konstantstromschaltung besteht aus einer Differenzschaltung, die umfasst: zwei Transistoren Q49, Q50, eine Gleichspannungsquelle VCC, die Transistoren Q46, Q52, Q53, die eine Konstantstromquelle bilden, die Widerstände R17, R20, einen Transistor Q48, der zwischen Kollektor und Basis verbunden ist und als Diode wirkt, die mit dem Kollektor des Transistors Q50 der Differenzschaltung verbunden ist, und einen Transistor Q47, dessen Basis mit der Basis des Transistors Q48 verbunden ist und dessen Kollektor mit der Bezugsstromschaltung 21 verbunden ist.
Die Umschaltschaltung 31 ist mit der Basis eines Transistors Q49 der Differenzschaltung Q49/Q50 verbunden. Eine Gleichspannungsquelle V2 ist mit der Basis des anderen Transistors Q50 der Differenzschaltung Q49/Q50 verbunden.
Die Umschaltschaltung 31 besteht aus einer weiteren Gleichspannungsquelle V1, einem Widerstand R18, einem Schalttransistor Q51, einem Widerstand R19 und einer Gateschaltung G1. Die Gleichspannungsquelle V1 ist über den Widerstand R18 mit dem Kollektor des Schalttransistors Q51 verbunden. Der Emitter des Transistors Q51 liegt über den Widerstand R19 an einer Gateschaltung G1, beispielsweise einer Open-Collector- Inverterschaltung. Die Basis der Umschaltschaltung Q51 ist mit einer weiteren Gleichspannungsquelle V3 verbunden.
Die Umschaltschaltung 31 dient dazu, das höchstwertige Bit (im Weiteren mit MSB = Most Significant Bit bezeichnet) von Daten auf einem parallelen Bus zu empfangen.
Die Bezugsstromschaltung 21 besteht aus einer Bezugsstromquelle 11, einem als Diode wirkenden Transistor Q45 und einen Widerstand R16. Zudem umfasst die Bezugsstromquelle I1 eine Vorbelastungs-Einstellschaltung und einen Transistor Q44.
Die Vorbelastungs-Einstellschaltung besteht aus einem als Diode wirkenden Transistor Q43, der mit der Basis des Transistors Q44 verbunden ist, einem mit dem Emitter an Masse liegenden Transistor Q42 und einer Vorbelastungsschaltung für den Transistor Q42, die aus den Widerständen R13, R14 und den als Diode wirkenden Transistoren Q40, Q41 besteht.
Der Digital-Analog-Umsetzer 20 besteht aus dem nichtlinearen Regler 30, der Bezugsstromschaltung 21, den Konstantstromschaltungen 22-27 und der Gleichspannungsquelle VCC. Die Konstantstromschaltungen 22-27 sind für jedes Bit des parallelen Datenbuses bereitgestellt. Die Gesamtheit der Konstantstromschaltungen 22-27 im parallelen Datenbus liefert den Regelstrom ICONT. Den Wert des Regelstroms ICONT kann man auf jeden Konstantstromwert eines niedrigstwertigen Bits einstellen (im Weiteren mit LSB = Least Significant Bit bezeichnet). Die Konstantstromschaltung 22 entspricht dem LSB. Die Konstantstromschaltung 27 entspricht dem MSB. Die Konstantstromschaltungen 22-27 enthalten jeweils Konstantstromquellen I2-I7. Diese bestehen aus den Transistoren Q45-Q65, die zu fünf Differenzschaltung verbunden sind, den Umschaltschaltungen 22a-27a, den Widerständen R22- R27 und den Transistoren Q66-Q71.
Beginnend mit der Konstantstromquelle 12 sind Ströme mit jeweils dem doppelten Wert nacheinander in den Konstantstromquellen I2-I7 eingestellt. Damit ist beispielsweise ein Strom mit dem 16-fachen Wert für die Konstantstromquelle 16 eingestellt.
Die Konstantstromschaltungen 22-27 für die jeweiligen Bits sind über den als Diode wirkenden Transistor Q100 und den Widerstand R1 mit der Gleichspannungsquelle VCC verbunden, damit sie den Einstellwert des Regelstroms ICONT der Lautstärkeschaltung 10 kontrollieren.
Der als Diode wirkende Transistor Q100 ist mit der Basis eines Transistors Q200 der Regelstrom-Einstellschaltung 14a verbunden. Damit fließt der Regelstrom ICONT abhängig von einer Veränderung im Strom des Digital-Analog-Umsetzers 20 von der Gleichspannungsquelle VCC über die Emitter-Kollektor- Strecke des Transistors Q200. Der Regelstrom ICONT stellt die Basisspannungen VB2 an den Basen der Transistoren Q6 und Q7 in den benachbarten Differenzschaltungen Q5/Q6 und Q7/Q8 in der Vorbelastungs-Einstellschaltung 12 ein, die mit den Kollektoren der Transistoren Q9, Q10 der Differenzverstärkerschaltung 11 verbunden sind.
Die Arbeitsweise der Lautstärke-Regelschaltung in Fig. 4 wird nun anhand von Fig. 2 und 4 erklärt.
Fig. 5 zeigt eine Skizze, die die Arbeitsweise des Digital-Analog-Umsetzers der Lautstärke-Regelschaltung in Fig. 4 erläutert. Fig. 6 zeigt eine Kurve der Regelstromcharakteristik der Schaltung in Fig. 5.
In Fig. 5 sind die Stromquellen in der Bezugsstromschaltung 21 und der nichtlineare Regler 30 durch 12-17 und 11 dargestellt; es fließen jedoch die gleichen Ströme hindurch. Die Umschaltschaltung 31 im nichtlinearen Regler 30 und die Umschaltschaltungen 22a-27a in den Konstantstromschaltungen 22-27 sind jeweils durch die Schalter SW1-SW7 dargestellt. Die Ein/Aus-Zustände der Schalter SW1-SW7 werden über parallele Bitdaten gesteuert. Die LSB-Datenausgabe von 6-Bit- Daten wird an den Schalter SW2 angelegt. Die anderen Daten von Bits über dem LSB werden nacheinander an die Schalter SW3-SW6 angelegt. Die MSB-Daten werden an den Schalter SW7 angelegt.
Die Schalter SW1-SW7 werden eingeschaltet, wenn die daran angelegten Daten "1" sind bzw. ausgeschaltet, wenn die angelegten Daten "0" sind. Zudem sind die Konstantstromquellen I2, I3, ... I6 so beschaffen, dass ihre Werte nacheinander jeweils um den Faktor zwei zunehmen.
Sind die den Schaltern SW1-SW7 zugeführten Bitdaten alle "0", siehe Fig. 5, so sind die Schalter SW1-SW7 ausgeschaltet, und die Transistoren Q49, Q54, Q58, Q60, Q62 und Q64 sind eingeschaltet. Solange die Transistoren Q50, Q55, Q57, Q59, Q61, Q63, und Q65 ausgeschaltet bleiben, fließt keinerlei Strom durch den Transistor Q100. Damit hat der Regelstrom den Wert Null. Ist nur das niedrigstwertige Bit (LSB) "1", so ist nur der Schalter SW2 in der Konstantstromschaltung 22 eingeschaltet. Damit fließt ein Strom mit dem Wert des Stroms I2 durch den Transistor Q100.
In gleicher Weise fließen abhängig von den daran angelegten Bitdaten die Konstantströme I3-I6 durch den Transistor Q100. D. h., der aus den Strömen I3-I6 gebildete Gesamtstrom fließt durch den Transistor Q100.
Wird das höchstwertige Bit (MSB) "1", so sind die Schalter SW1 und SW7 eingeschaltet. Nun wird der Transistor Q49 abgeschaltet und der Transistor Q50 eingeschaltet. Damitfließt durch den Transistor Q45 ein Strom, der auf der Stromspiegelverbindung aufgrund des Stromspiegels Q48, Q47 zwischen den Transistoren Q45 und Q50 beruht. Der Strom des Transistors Q45 setzt sich aus der Summe des Konstantstroms I1 und dem Strom zusammen, der durch den Transistor Q47 fließt. Der Strom nimmt also den doppelten Wert des Konstantstroms I1 an. Damit nehmen die Ströme, die jeweils durch die Transistoren Q66, Q67, Q68, Q69, Q70 und Q71 fließen, und die zusammen mit dem Transistor Q45 ähnliche Stromspiegel bilden, ebenfalls den doppelten Wert des Konstantstroms 11 an. Nimmt das MSB den Wert "1" an (der Mittelpunkt von 64 Tönen), so nimmt der durch den Transistor Q100 fließende Strom derart zu, dass man für den Regelstrom ICONT eine Charakteristik nach Fig. 6 erhält.
Der Strom in der Bezugsstromquelle Iref wird 100 uA. Damit nimmt der minimale Stromeinstellwert des Digital-Analog- Umsetzers (d. h. die Auflösung des Digital-Analog-Umsetzers 20) einen Wert an, den man durch das Dividieren des Bezugsstroms durch die Datenzahl erhält, d. h. den Wert 100 ÷ 32 = 3.125 uA. Ist dagegen der Schalter SW1 eingeschaltet, d. h. ist das MSB gesetzt, so nimmt der Bezugsstrom den Wert 200 uA an. Die Summe des Stromwerts 100 uA der Konstantstromschaltung und der minimale Stromeinstellwert des Digital- Analog-Umsetzers 20 nimmt den Wert 200 ÷ 32 = 6.25 uA an. Damit ist es möglich, die Regelstromcharakteristik nach Fig. 6 zu erhalten, indem man den Schalter SW1 für den leisen Lautstärkebereich ausschaltet und den Schalter SW1 für den Lautstärkebereich zwischen mittlerer Lautstärke und maximaler Lautstärke einschaltet.
Man erhält eine beispielhafte Lautstärkecharakteristik nach Fig. 7. An einem Punkt in der Nähe des Mittelabschnitts erzielt man eine Dämpfung von 20 dB. Bei maximaler Lautstärke ist es möglich, dass ein Strom von 300 uA fließt, der durch die Gesamtsumme aller Bits bestimmt ist. Damit kann man den Verstärkungsverlust bei höchster Lautstärke verringern. Die gestrichelte Linie in der Graphik gibt die ideale Lautstärkencharakteristikkurve an. Die durchgezogenen Linie zeigt die Lautstärkencharakteristikkurve der Ausführungsform der Lautstärke-Regelschaltung der Erfindung. Der Punkt A bezeichnet den Übergangspunkt der Ein- und Ausschaltbereiche des Schalters SW1.
Fig. 8 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei diesem Beispiel werden statt 6-Bit-Daten 7-Bit-Daten verwendet. Mit Ausnahme des für ein Bit zugefügten Schaltkreises gleicht diese Ausführungsform vollständig der bereits beschriebenen Ausführungsform. Es wird also eine Konstantstromschaltung 28 (die die Transistoren Q78, Q81 und Q82 enthält) neu hinzugefügt, die zum MSB der 7-Bit-Daten gehört.
Mit der obigen Anordnung wird es möglich, die Daten zu vergrößern und damit den Stromwert bei maximaler Lautstärke zu erhöhen. Der Verstärkungsverlust nimmt also noch weiter ab.
Fig. 9 zeigt eine Graphik der Lautstärke-Regelcharakteristik der zweiten Ausführungsform in Fig. 8. Die Darstellung zeigt ein Beispiel, bei dem 100 Töne verwendet wurden. 7-Bit- Daten erlauben bis zu 128 Töne. Die gestrichelte Linie in der Graphik zeigt eine ideale Pegelcharakteristik. Die durchgezogene Linie zeigt die Lautstärkecharakteristik des Lautstärkereglers in Fig. 8.
Fig. 10 zeigt eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lautstärkereglers, bei dem zwei Reihen von vier hintereinander geschalteten Dioden Q14-Q17, Q19-Q22 anstelle der zwei Reihen von fünf hintereinander geschalteten Dioden Q14-Q18, Q19-Q23 verwendet werden.
Fig. 11 zeigt die Lautstärke-Pegelcharakteristik des Lautstärkereglers in Fig. 10. Gut zu erkennen ist die verbesserte Charakteristik bei geringen Lautstärken.
Die Erfindung stellt damit einen Lautstärkeregler bereit, der erwünschte Eigenschaften hat.
Es wurden die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Fachleuten ist jedoch klar, dass verschiedene Abwandlungen und Veränderungen ausführbar sind, und dass Elemente durch gleichartige ersetzbar sind, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Zusätzlich können an den Lehren der Erfindung viele Abwandlungen vorgenommen werden, um sich an eine besondere Situation oder ein besonderes Material anzupassen, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Daher ist beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die besondere offenbarte Ausführungsform eingeschränkt ist, die als die beste Art betrachtet wird, die Erfindung auszuführen, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen enthält, die in den Bereich der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

1. Lautstärkeregler, umfassend:

eine Lautstärke-Regelschaltung (10), die einen Eingangsanschluss (IN) aufweist, der mit einer Audiosignalquelle (AC1) verbunden ist, und einen Regelanschluss, an den eine Lautstärke-Regelspannung angelegt wird,

dadurch gekennzeichnet, dass der Lautstärkeregler zudem umfasst:

eine Vorrichtung, die parallele Daten mit mehreren Bits liefert;

eine D/A-Umsetzschaltung (20), die zahlreiche parallel ausgebildete Stromschaltungen (22-27) aufweist, die jeweils einem Bit der parallelen Daten entsprechen, wobei der Ein/Aus-Zustand einer jeden Stromschaltung dem Wert des entsprechenden Bits der parallelen Daten entspricht, und die Umsetzschaltung (20) den Gesamtsummenstrom liefert, der durch die Stromschaltungen fließt;

eine Regelvorrichtung (30), die den Summenstrom in nichtlinearer Weise regelt, indem sie die Pegel der Ströme, die die Stromquellen (12-17) der jeweiligen Stromschaltungen (22-27) liefern, abhängig vom höchstwertigen Bit der parallelen Daten schaltet; und

eine Vorrichtung, die eine Lautstärke-Regelspannung erzeugt, indem sie den Gesamtsummenstrom auf einen Spannungspegel umsetzt.

2. Lautstärkeregler nach Anspruch 1, wobei jede Stromschaltung der D/A-Umsetzschaltung enthält:

eine entsprechende erste Differenzschaltung, die einen ersten und einen zweiten Transistor (Q54-Q55, Q56-Q57, Q58-Q59, Q60-Q61, Q62-Q63, Q64-Q65) enthält, die über ihre Emitter miteinander verbunden sind;

eine erste Konstantstromquelle (I&sub2;, I&sub3;, I&sub4;, I&sub5;, I&sub6;, I&sub7;), die mit den Emittern des ersten und des zweiten Transistors verbunden ist;

die Basisvorbelastungsquelle (V1, V2) für den ersten und zweiten Transistor, und

Vorrichtungen (SW&sub2;, SW&sub3;, SW&sub4;, SW&sub5;, SW&sub6;, Sw&sub7;), die den Ein/Aus-Zustand der ersten und zweiten Transistoren umschalten, indem sie die Basisspannung des ersten Transistors (Q54, Q56, Q58, Q60, Q62, Q64) abhängig von den parallelen Daten regeln, wobei

die Kollektoren der ersten Transistoren der Stromschaltungen mit einer Gleichspannungsquelle (Vcc) verbunden sind und die Kollektoren der zweiten Transistoren (Q55, Q57, Q59, Q61, Q63, Q65) miteinander verbunden sind, damit man den Summenstrom erhält.

3. Lautstärkeregler nach Anspruch 1, wobei die Regelvorrichtung (30) enthält:

eine Differenzschaltung, die einen dritten und einen vierten Transistor (Q49, Q50) umfasst, die an ihren Emittern miteinander verbunden sind;

eine zweite Konstantstromquelle (I1), die mit den Emittern des dritten und des vierten Transistors verbunden ist;

die Basisvorbelastungsquelle (V1, V2) für den dritten und vierten Transistor;

eine Vorrichtung (SW&sub1;), die den Ein/Aus-Zustand des dritten und des vierten Transistors umschaltet, indem sie die Basisspannung des dritten Transistors (Q49) abhängig vom höchstwertigen Bit der parallelen Daten regelt;

eine erste Stromspieqelschaltung (Q47, Q48), die den Eingangsanschluss mit dem Kollektor des vierten Transistors (Q50) verbindet, und

eine zweite Stromspiegelschaltung (Q43, Q44), der der Ausgangsstrom der ersten Stromspiegelschaltung (Q47, Q48) und der Strom aus einer dritten Konstantstromquelle (I1) als Eingangsstrom zugeführt wird,

wobei die Strommenge, die die Stromquellen (I&sub2;- I&sub7;) der entsprechenden Stromschaltungen (22-27) abgeben, abhängig vom Ausgangsstrom der zweiten Stromspiegelschaltung bestimmt ist.

4. Lautstärkeregler nach Anspruch 1, wobei die D/A-Umsetzschaltung die parallele Datenzufuhrvorrichtung enthält und zudem dadurch gekennzeichnet ist,

dass durch das Umschalten der Pegel der Ströme, die die Stromquellen abhängig vom höchstwertigen Bit der parallelen Daten zuführen, die Regelvorrichtung die D/A-Umsetzschaltung veranlasst, eine Charakteristik zu haben, die zwischen einer ersten und einer zweiten Region eines Wertebereichs der parallelen Daten nichtlinear ist.