MXPA96003522A - Receptor de barra colectora de diferencial paraaudio para interconexion de audio/video - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un aparato receptor de barra colectora de audio, diferencial a terminación sencilla, que comprende:un par de transistores bipolares, cada uno teniendo un electrodo de base acoplado por medio de un resistor de entrada respectivo a una terminal de entrada receptora de barra colectora, cada una que tiene un electrodo emisor que es el diodo acoplado a una fuente de corriente respectiva y cada uno teniendo un electrodo colector acoplado por medio de un resistor de carga respectivo a una fuente de potencial de referencia;y en donde los electrodos de emisor están acoplados juntos por medio de un resistor de control de ganancia y los electrodos de colector están acoplados a una terminal de salida por medio de un amplificador diferencial que tiene una etapa de salida de terminación sencilla.

Description

RECEPTOR DE BARRA COLECTORA DE DIFERENCIAL PARA AUDIO PARA INTERCONEXIÓN DE AUDIO/VIDEO Esta invención se refiere a sistemas de interconexión de audio/video, general y particularmente para receptores de barra colectora de audio diferencial, adecuados para utilizarse en dichos sistemas . Los sistemas de interconexión de audio/video bidireccional , orientados, de barra colectora, son conocidos y utilizados, por ejemplo, para interconectar aparatos de audio/video de componentes, tales como grabadoras de cinta de video, reproductoras de disco de video, sintonizadores para televisión , cámaras de video, monitores de video y similares. En sistemas típicos , una barra colectora que contiene señales de control , audio y video, está "eslabonada" entre varios equipos y es impulsada por los impulsores de tres estados, de tal forma que la barra colectora puede ser "compartida" , por así decirlo, por todas la unidades de audio/video conectadas. Dicho sistema se describe, por ejemplo, por Beyers, Jr. , en la Patente de E . U .A. 4, 581 ,645, titulada "DISTRI BUTED SWITCH ED COMPON ENT AU DIO/VI DEO SYSTEM" la cual se expidió el 8 de abril de 1986. Más recientemente, la Asociación de Industrias Eléctricas de E. U A. , (AI E) ha considerado la normalización considerada de i nterconexiones de audio, video y control para aparatos de televisión. Una interconexión de audio y video, normal bajo propósitos de consideración , utilizan cables en pares torcidos, impulsados por impulsores en l ínea balanceados de tres estados . Los dispositivos están conectados en forma "eslabonada" a la barra colectora, la cual termina con cargas de 120 Ohms en los primero y último dispositivos, y los dispositivos intermedios teniendo entradas de impedancia relativamente altas, conectadas para la operación en puente. Un ejemplo de dicho sistema se describe por White y otros, en la solicitud de patente de E. U .A. permitida, Serie No. 08/294, 146, titulada "TRI-STATE VI DEO DI FFERENTIAL DRIVER" presentada el 8 de agosto de 1994. Los parámetros significativos de la porción del receptor de la barra colectora de audio de la norma propuesta, incluye (i) un nivel de señal diferencial de audio de barra colectora de 2.0 voltios "RMS" (más o menos 20%) , (ii) una escala de modo común de receptor de barra colectora de 5.0 voltios (más o menos 2.0 voltios CD), (iii) una impedancia de entrada mínima (con el dispositivo del receptor encendido o apagado) de diferencial de 3K Ohms, modo común de DC-20kHz y 1 .5 K Ohms y (iv) un radio de rechazo de modo común de 60 dB. Para satisfacer estos requerimientos, se debe tomar en consideración el u so de técnicas convencionales, de tal forma que se provea un suministro de potencia de reserva, o redes de atenuación de precisión (para proveer el aislamiento de la barra colectora deseado , bajo condiciones de disminución de potencia) y seleccionando los amplificadores operativos controlados, de retroalimentación , para satisfacer los requerimientos de ganancia y modo común, y para proveer la conversión de simple a diferencial. Sin embargo, la combinación de dichas técnicas convencionales, puede resultar un diseño de receptor global que puede ser prohibitivamente costoso y demasiado complejo para utilizarse en productos del consumidor producidos masivamente, tales como receptores de VCR o de televisión . Existe la necesidad de un receptor de barra colectora para video simplificado, el cual no requiera el uso de suministros de reserva , redes de precisión o amplificadores operativos controlados de retroalimentación. La presente invención está dirigida para satisfacer dichas necesidades. El diferencial del aparato receptor de barra colectora para audio sencillo, que modaliza la invención , comprende un par de transistores bipolares, teniendo cada uno una base acoplada vía un resistor respectivo a una terminal de entrada de receptor de barra colectora respectiva, teniendo cada una un emisor que está acoplado a diodo a una fuente de corriente respectiva y teniendo cada una un colector acoplado cía un resistor de carga respectiva a una fuente de potencial de referencia. Los emisores están acoplados juntos vía un resistor de control de ganancia y los colectores están acoplados a una terminal de salida vía un amplificador diferencial .

Los aspectos anteriores y adicionales de la invención , se muestran en el dibujo anexo, en el cual , elementos similares son denotados por indicadores de referencia similares, y en los cuales: La FIGU RA 1 , es un diagrama esquemático detallado de un receptor de barra colectora diferencial que modaliza la invención ; y La FIGU RA 2 , ilustra una modificación del receptor de la barra colectora diferencial para audio de la FIGU RA 1 . El receptor de la barra colectora de la FIGU RA 1 , comprende primero y segundo transistores Q 1 y Q2 de "PN P". Los primero y segundo resistores de entrada R 1 y R2 , están conectados entre las primera y segunda terminales de entrada de señales, 1 y 2, y electrodos de base respectivos de los primero y segundo transistores de "PN P". Las primera y segunda fuentes de corriente constante ( 16 y 20, mostradas cada una en l íneas punteadas) son provistas teniendo salidas respectivas, 18 y 22, acopladas vía los diodos primero y segundo de "PN" respectivos, CR 1 y CR2, a los electrodos emisores respectivos de los primero y segundo transistores de "PN P", Q 1 y Q2. Los primero y segundo resistores de carga del colector, R7 y R8, están acoplados entre los electrodos del colector respectivos de los primero y segundo transistores de "PN P" , Q1 y Q2 , respectivos , y una fuente de potencial de referencia (14) mostrada en la presente , como una conexión a tierra . Un resistor de carga del emisor R5 , está acoplada entre los electrodos emisores de los primero y segundo transistores Q 1 y Q2.

Un amplificador diferencial está provisto (30, mostrado en l íneas punteadas) teniendo primera y segunda entradas (24 y 26, respectivamente) conectados a los electrodos de colector respectivos de los primero y segundo transistores (Q 1 y Q2) para proveer una señal de salida sencilla en la terminal de salida del amplificador diferencial 28. Para los amplificadores diferenciales del tipo que tienen un voltaje paralelo de entrada, relativamente bajo, se podrían seleccionar los valores de los resistores R7 y R8 de carga del colector, de los transistores de entrada Q 1 y Q2 que son substancialmente iguales y no se necesita introducir ningún voltaje paralelo en la ruta de carga del colector de los transistores de entrada Q 1 y Q2. El amplificador diferencial particular mostrado para usarse como amplificador 30, comprende un transistor bipolar sencillo (Q7) y requiere un ramal de voltaje de entrada. El ramal de CD está provisto por las conexiones de dos diodos de "PN", CR3 y CR4, conectados en serie con el resistor de carga R7 del transistor de entrada Q 1 . El resistor R7 también es seleccionado para proveer ligeramente menos resistencia que el resistor de carga del colector R8. Estos ajustes compensan el ramal de entrada del amplificador diferencial 30 que utiliza u n solo transistor de "N PN" para proveer d iferencial a la conversión sencilla (es decir, sin diferencial) . En mayor detalle, será observado que el amplificador del diferencial 30 , no incluye rutas de retroalimentación globales, asegurando así estabilidad incondicional. Como se observó antes, para utilizar un solo transistor (v.gr. , Q7) como un diferencial para el convertidor sencillo, un ramal de CD es adicionado a la carga del colector de la etapa de entrada. En este ejemplo de la invención , el ramal de CD está provisto por los diodos conectados en serie CR3 y C R4 en la carga del colector Q 1 . Consecuentemente, el transistor de entrada Q7 del amplificador 30, está conectado en la base del mismo al colector del transistor Q 1 (el cual tiene el voltaje de carga en reposo más positivo) y está conectado en el emisor del mismo al colector del transistor de entrada Q2 (que tiene un voltaje de carga en reposo menos positivo). Los elementos restantes del amplificador de diferencial 30, comprenden una etapa de salida des seguidor del emisor (transistor "PN P" Q9) y una etapa del amplificador de base común (transistor "PN P" Q8) para acoplar el electrodo del colector del transistor de entrada del amplificador de diferencial Q7 a la entrada de la etapa de salida del seguidor del emisor. La etapa de base común comprende el transistor "PN P" Q8, el electrodo de base del cual está conectado a una fuente de voltaje de referencia positivo provisto por un separador de voltaje comprendiendo resistores R12 y R13 acoplados entre la terminal 12 de suministro y conexión a tierra. Este voltaje de referencia, en la unión común de los dos resistores R 12 y R 13, es filtrado o uniformizado por un capacitor C 1 acoplado entre la unión del resistor y la terminal de suministro, y es aplicada a la base del transistor Q8.

El emisor del transistor conectado a la base común Q8, está conectado al colector del transistor de entrada del amplificador de diferencial Q7, regulando así el voltaje del colector del transistor de entrada a un valor constante con corriente de operación para ambos transistores, siendo suministrada por un resistor R 10 (conectado entre la entrada de la etapa de base común y la terminal de suministro 12). El voltaje del colector del transistor Q7, siendo regulado por la etapa de base común (Q2) , es igual a la salida del separador de potencial menos la disminución de voltaje del emisor de base de la etapa de base común Q8. El voltaje de salida de etapa de base común es desarrollado a través del resistor de carga R 14, acoplado entre el colector de Q8 y conectado a tierra. El capacitor C2, paralelo al resistor de carga de etapa de base común R14, funciona como un filtro de paso lento, el cual, para los valores del elemento mostrados, tiene un tiempo constante de aproximadamente 1 microsegundo, limitando así la respuesta de alta frecuencia a aproximadamente 160 kHz. Esta frecuencia está por arriba de la banda de audio, pero es suficientemente baja para reducir la interferencia y ruido de video de alta frecuencia en el canal de audío. La ganancia global para la etapa de entrada del diferencial (Q 1 , Q2) y el amplificador diferencial 30 , está determinado por el valor del resistor de carga del emisor R5 de la etapa de entrada diferencial y el valor del resistor R 14 de carga del colector de la etapa de salida del diferencial . La ganancia neta es aproximadamente igual a la relación de R 14/R 15. Se puede considerar la etapa de base común (Q8, R 10 y la red de polarización de base R 1 1 -R 13 y C 1 ) como se utiliza en la presente invención, llevando a cabo la función de lo que comúnmente se llama un "amplificador de espejo de corriente" en cuanto a que "representa" o "refleja" la corriente del colector del transistor Q7 desde el riel de suministro positivo. En otras palabras , en esta aplicación específica, un amplificador de espejo de corriente es una alternativa adecuada para la etapa del amplificador de base común mostrada. Como se muestra en la FIGURA 2 , si se desea, se puede reemplazar la etapa de base común (Q8) con un amplificador de espejo de corriente (200) removiendo el transistor Q8 y su red de polarización de base asociada y conectando la entrada de "espejo" al colector del transistor Q7 y conectando la salida de espejo del resistor de carga R 14. En la FIG U RA 2, el amplificador de espejo de corriente 200 (mostrado en líneas punteadas) comprendiendo un diodo CR5 y un transistor de "PN P" Q 10. El diodo está conectado en el ánodo del mismo, a la terminal 12 de suministro y en el cátodo del mismo , al colector del transistor Q7 y a la base del transistor Q 10. Los electrodos emisores y colectores del transistor Q 10, están conectados, receptivamente, a la terminal de suministro 12 y a I resistor de carga R 14. En operación, el diodo CR5 polariza el transistor Q 10 para suministrar una corriente de salida del colector al resistor de carga R 14 que es proporcional a la corriente del colector suministrada a al entrada de espejo de corriente desde el transistor Q7. Además de este cambio, la operación global es como se describió previamente para la etapa de base común. Considerando ahora la etapa de salida del seguidor del emisor, del amplificador de diferencial 30, esta etapa comprende el transistor Q9 de "PNP" acoplado en la base del mismo a la salida de la etapa de base común (colector de Q8), acoplado en el colector del mismo a la fuente del potencial de referencia 14 (es decir, conectado a tierra) y acoplado en el emisor a la terminal de suministro 12 vía un resistor de carga del emisor R 15 y acoplado a la terminal 28 de salida del amplificador del diferencial. La fuente de corriente 16, es una fuente de corriente constante que emplea dos transistores de "PN P" Q3 y Q5 para lograr la regulación precisa que esencialmente es independiente de las variaciones de voltaje en la terminal de salida del regulador 18. Específicamente, en la fuente de corriente 16, la terminal de suministro 12 está acoplada directamente al emisor del transistor Q5 y vía el resistor R3 a la base del transistor Q5 y el emisor del transistor Q3. La base del transistor Q3 y el colector del transistor Q5 están acoplados ambos a tierra (14) vía un resistor R5 y corriente de salida desarrollada en el colector del transistor Q3 es suministrada a la terminal de salida 18. La corriente de salida es aproximadamente igual a la "Vbe" del transistor Q5 dividido por el valor del resistor R3 que, para los valores ilustrativos mostrados, es de aproximadamente un miliamperio. El resistor R5 prueba la corriente del colector del transistor Q5 y genera u n voltaje de retroalimentación para el transistor Q3 que tiende a apagar el transistor Q3 si se incrementa la corriente a través de R3 en relación al valor nominal de un mA. I nversamente, si la corriente a través de R3 no disminuye por debajo del valor nominal , el voltaje reducido a través del resistor R5 podría tender a impulsar el transistor Q3 para conducir más corriente, impidiendo así cualquier tendencia a variar la corriente de salida suministrada a la terminal 18. La fuente de corriente 20 es idéntica a la fuente de corriente 16 (resistores R4 y R6 y transistores Q6 y Q4 están conectados como los elementos correspondientes R3, R5, Q5, Q3) y por lo tanto no será repetida la descripción . En operación , el receptor de la barra colectora del diferencial de las FIGU RAS 1 y 2, logra aislamiento "Estado Apagado" de la barra colectora conectada a las entradas 1 y 2 cuando se apaga el voltaje de suministro (es decir, voltaje 12 de terminal reducido a cero) por las características de las uniones de colector/base de Q 1 y Q2 y la acción de los diodos CR 1 y CR2. Con "+V" en la conexión a tierra o a un potencial bajo y con un voltaje de modo común positivo en las entradas 1 y 2 , los diodo CR 1 y CR2 son polarizados inversamente y no conducen el aislamiento de la barra colectora de la conexión a tierra . Sin corriente en el emisor en Q 1 y Q2 y mientras el voltaje de modo común no sea negativo, entonces tanto las bases como los colectores de Q 1 y Q2 no son conductores . Por lo tanto , no hay carga de las señales de entrada bajo condiciones de potencia apagada. Con la potencia encendida, la impedancia de entrada es de aproximadamente R5 veces la beta de los transistores Q1 y Q2 que es un valor muy alto. Lis resistores de entrada R1 y R2, contribuyen muy poco a la impedancia de entrada real dado que son muy inferiores al producto beta R5 pero proveen una medición de protección para la entrada del amplificador. Se puede observar que si la amplitud máxima del voltaje de modo común es menor que la base del voltaje de suspención del emisor de los transistores Q 1 y Q2, entonces los diodos CR1 y CR2 no son necesarios y pueden ser eliminados, su acción siendo duplicada por las uniones de base/emisor de los transistores Q1 y Q2. También, si el voltaje de diferencial máximo a través de las terminales de entrada 1 y 2 es mayor que la base al voltaje de suspención del emisor de Q1 y Q2, el resistor R5 debe ser cambiado a los ánodos de diodos CR1 y CR1 en lugar de los cátodos como se muestra. Sin embargo, para linearidad de circuito máxima, la conexión del resistor R4 a los cátodos (es decir, se prefieren los emisores de los transistores Q1 y Q2). Una consideración especial de los valores de las impedancias de carga del colector (R7, CR3, CR4, y R8) de transistores Q1 y Q2 y las características del amplificador 30 es que un voltaje mínimo sea producido a través de los resistores R7 y R8 en relación a la conexión a tierra con el fin de conservar la escala de modo común del circuito. Alternativamente, esto no es necesario si se utilizara un suministro negativo , dado que las cargas del colector podrían ser regresadas al suministro negativo y un amplificador operativo convencional podría ser utilizado para el amplificador diferencial 30. Sin embargo, como se explicó previamente, para los productos del consumidor producidos masivamente, tales como receptores de televisión o VCR, se prefiere la operación sencilla, en lugar de operación de suministro dividido. Considerando el efecto de los diodos de desviación de CD, CR3 y CR4, la ganancia de corriente diferencial para la carga del colector de los transistores Q 1 y Q2, pueden ser substancialmente iguales seleccionando la impedancia resistiva neta de la carga de Q 1 (es decir, CR3, CR4 más R7) substancialmente igual al valor de la carga de Q2 (es decir, resistor R8). Los diodos CR3 y CR4 están incluidos para polarizar por CD (desviar) apropiadamente el transistor de amplificador del diferencial Q7. Uno de los diodos actúa para cancelar aproximadamente el "Vbe" del transistor Q7. El otro diodo actúa como una "batería" de CD de tal forma que su potencial más el voltaje de CD a través del resistor R7 actúa para fijar el voltaje en el emisor del transistor Q7 y por lo tanto establece la condición polarizada del transistor Q7. Este uso de uno diodo para actuar como una "batería" de CD, se prefiere utilizando un resistor de polarización desde el suministro positivo 12 a la base del transistor Q7 dado que no introduce una dependencia relacionada con el suministro de potencia en la salida, lo cual podría tender a reducir la relación de rechazo de suministro de potencia del receptor de la barra colectora global. Aunque algún cambio en la salida de CD podría resultar sobre la escala de temperatura de operación debido a la "Vbe" no es cancelada para los diodos, esto no es significante dado que la salida estará acoplada por CA en aplicaciones del receptor de la barra colectora de audio. Como se estableció previamente, el transistor del amplificador de base común Q8 funciona como un "amplificador de espejo de corriente" para reflejar la corriente de señal desde el colector del transistor de entrada Q7 de regreso a tierra a través del resistor de carga R14. Como se explicó, una alternativa es utilizar un amplificador de espejo de corriente. Para cada caso, el propósito de la segunda etapa del amplificador diferencial es desarrollar un voltaje a través del resistor de carga R14 (y el capacitor C2) relativo a la conexión a tierra. La ganancia de voltaje de CA en el colector del transistor Q8 es aproximadamente igual a la relación de los resistores R14/R5. El capacitor C2 se provee para producir deliberadamente algún grado de función de paso lento para reducir la susceptibilidad de los siguientes circuitos a cantidades pequeñas de "RF" y video que pueden ser recogidas en la barra colectora. El transistor Q9 se requiere solamente para proveer una impedancia de salida relativamente baja. Si la impedancia de carga es relativamente alta de tal forma que no afecta la ganancia o respuesta como se estableció por el resistor R14 y el Capacitor C2, el transistor Q9 y el resistor R15 pueden ser eliminados y la salida puede ser tomada a través del resistor R14. También se puede observar que pueden haber algunas aplicaciones en donde sea deseable tomar la salida del transistor Q8 (Figura 1 ) o Q10 (Figura 2) como una corriente de señal y captar remotamente el voltaje de salida a través del resistor R 14 y el capacitor C2 localizando remotamente R 12 y C2 con el fin de reducir problemas de potencial de conexión a tierra internos en una aplicación específica.

Claims (5)

REIVI N DICACION ES

1 . Diferencial para aparato receptor de barra colectora para audio sencillo, caracterizada por: un par (Q1 , Q2) de transistores, cada uno teniendo un electrodo de base acoplado vía un resistor de entrada respectivo (R12 , R2) a una terminal de entrada receptora de barra colectora (1 , 2) respectiva, cada una teniendo un electrodo emisor que es acoplado por diodo a una fuente de corriente respectiva (16, 20) y cada una teniendo un electrodo de colector acoplado vía un resistor de carga respectivo (R7, R8) a una fuente de potencial de referencia; y en donde dichos electrodos del emisor están acoplados juntos vía un resistor de control de ganancia (R5) y dichos electrodos del colector están acoplados a una terminal de salida (28) vía un amplificador diferencial (30) teniendo una etapa de salida sencilla.

2. Aparato como se recita en la reivindicación 1 , caracterizado porque: por lo menos un medio de desviación de CD (CR3, CR4) está acoplado a uno de dichos resistores de carga del colector (R7, R8).

3. Aparato como se recita en la reivindicación 2 , caracterizado porq ue dicho amplificador de diferencial (30) incluye un tercer transistor (Q7) teniendo un emisor y electrodos de base conectados a dichos electrodos del colector respectivos de dicho par (Q 1 , Q2) de los transistores y teniendo un electrodo del colector para desarrollar una sola señal de salida terminada.

4. Aparato como se recita en la reivindicación 3, caracterizado porque dicho amplificador de diferencial (30) comprende además un amplificador de espejo de corriente para acoplar dicha señal de salida sencilla finalizada a dicha terminal de salida (28).

5. Aparato como se recita en la reivindicación 3, caracterizado porque dicho amplificador de diferencial (30) comprende además un amplificador de base común para acoplar dicha señal de salida sencilla finalizada a dicha terminal de salida. R ESU MEN El receptor de barra colectora para audio incluye un par (Q 1 , Q2) de transistores bipolares , teniendo cada uno una base acoplada vía un resistor respectivo (R 1 , R2) a una terminal de entrada de receptor de barra colectora respectiva ( 1 , 2), teniendo cada una un emisor que es un diodo acoplado a una fuente de corriente respectiva (16, 20) y cada una teniendo un colectora acoplado vía un resistor de carga respectivo (R7, R8) a una fuente de potencial de referencia. Los emisores están acoplados juntos vía un resistor de control de ganancia (R5) y los colectores están acoplados a una terminal de salida (28) vía un amplificador de diferencial (30). Ventajosamente, el receptor evita cargar la barra colectora bajo condiciones de potencia reducida sin requerir el uso de suministros de potencia de reserva. Adicionalmente, el rechazo de modo común alto, es logrado sin la necesidad de la igualación de precisión de los componentes y solamente se requiere un voltaje de suministro sencillo para la operación .