HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft ein Lautsprechertelefon, das ein
Mikrofon und einen Lautsprecher verwendet, und insbesondere
ein Lautsprechertelefon mit einer variablen
Verstärkungsschaltung zum Steuern der Verstärkungen im Empfangs- und
Sendepfad.
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Beim bekannten Lauthörtelefon werden die Verstärkungen
im Empfangs- und Sendepfad durch ein variables
Widerstandselement, z. B. einen Feldeffekttransistor (FET), als Reaktion
auf die Werte der Empfangs- und Sendesignalpegel
umgeschaltet. Um Pfeifen oder Heulen zu verhindern, ist vorzugsweise
das als Gesamtverstärkung bezeichnete Produkt der
Verstärkungen im Empfangs- und Sendepfad stets konstant.
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Im bekannten Lautsprechertelefon ist die
Gesamtverstärkung jedoch infolge der Gate-Spannungsschwankungen als
Funktion der Durchlaßwiderstandskennwerte des die Verstärkungen
im Empfangs- und Sendepfad bestimmenden FET nicht unbedingt
konstant. Dabei gilt, daß in einer "stabilen Periode", in der
die Verstärkungen im Empfangs- und Sendepfad stabil sind, die
Gesamtverstärkung konstant ist. Dagegen kann sich in einer
"Umschaltperiode", in der die Verstärkungen im Empfangs- und
Sendepfad umgeschaltet werden, die Gesamtverstärkung infolge
der zuvor genannten Kennwertschwankungen erhöhen. Dies kann
zu Pfeif- oder Heulproblemen führen.
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Das bekannte Lautsprechertelefon wird in den folgenden
Dokumenten beschrieben:
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(1) A. Busala: "Fundamental Considerations in the Design ofa
voice-Switched Speakerphone" [Grundgedanken für die
Gestaltung eines Lauthörtelefons mit Sprachumschaltung], THE BELL
SYSTEM TECHNICAL JOURNAL, Vol. XXXIX, März 1960, Seiten 265
bis 294;
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(2) W. F. Clemency, et. al.: "Functional Design ofa Voice-
Switched Speakerphone" [Funktionsgestaltung eines
Lauthörtelefons mit Sprachumschaltung], THE BELL SYSTEM TECHNICAL
JOURNAL, Vol. XL, Mai 1961, Seiten 649 bis 668; und
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(3) US-A-4,629,829 für Puhl, etal., 16. Dezember 1986.
In der FR-A-2,582,885, veröffentlicht am 5. Dezember
1986, wird eine beidseitige Übertragungsschaltung
vorgeschlagen, bei der die Verstärkungen im Sende- und Empfangspfad
automatisch entsprechend der Stärke der Ausgangssignale
gesteuert werden.
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Die US-A-4,319,086, veröffentlicht im März 1982, schlägt
eine Schaltung mit Sprachumschaltung vor, die nichtlineare
Feldeffektbauelemente in Sende- und Empfangsvaristoren
verwendet, um eine Freisprechbedienung eines Telefons mit
verringertem verschlucken der ersten Silbe vorzusehen.
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In einer zu beschreibenden Ausführungsform der Erfindung
ist ein Lautsprechertelefon vorgesehen, bei dem die Erhöhung
der Gesamtverstärkung während der Umschaltperiode der
Verstärkung unterdrückt wird, um Pfeifen oder Heulen zu
verhindern.
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In einer besonderen zu beschreibenden Ausführungsform
ist ein Lautsprechertelefon mit einer variablen
Verstärkungsschaltung vorgesehen, die aufweist: einen Empfangspfad mit
einer ersten Verstärkungseinrichtung zum verstärken eines
Empfangssignals um eine erste Verstärkung, um ein
Empfangssprachsignal bereitzustellen, einen Sendepfad mit einer
zweiten Verstärkungseinrichtung zum Verstärken eines
Sendesprachsignals um eine zweite Verstärkung, um ein Sendesignal
bereitzustellen, eine erste Einrichtung zum Vergleichen eines
Signalpegels auf dem Empfangspfad mit einem Signalpegel auf
dem Sendepfad, um ein Steuersignal zum Steuern der ersten und
der zweiten Verstärkung bereitzustellen, und eine auf das
Steuersignal reagierende zweite Einrichtung zum Umschalten
zwischen der ersten und der zweiten Verstärkung, um eine der
Verstärkungen größer als die andere der Verstärkungen werden
zu lassen, wobei die sich aus der ersten und der zweiten
Verstärkung während der Umschaltperiode der Verstärkungen
ergebende
Gesamtverstärkung gleich oder kleiner als die
Gesamtverstärkung während der stabilen Periode unter Ausschluß der
Umschaltperiode ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Nachfolgend wird die Erfindung näher anhand der
beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung der ersten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lautsprechertelefons;
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Fig. 2 eine schematische Darstellung der zweiten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lautsprechertelefons; und
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Fig. 3 eine Kurve der Gate-Spannung als Funktion der
Verstärkungskennwerte der Ausführungsform von Fig. 1.
NÄHERE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In Fig. 1 stellen die Pfade vom Anschluß 1A zu 1B und
vom Anschluß 2A zu 2B den Empfangs- bzw. den Sendepfad dar.
Wird diese Ausführungsform auf ein Mobiltelefon angewendet,
sind die Anschlüsse 1A und 1B mit einem Empfänger (RX) bzw.
einem Lautsprecher verbunden, während die Anschlüsse 2A und
2B mit einem Mikrofon bzw. einem Sender (TX) verbunden sind.
Eine Empfangsverstärkerschaltung 3 mit variabler Verstärkung
weist einen Operationsverstärker 7 auf, der als
invertierender Verstärker wirkt. Die Schaltung 3 verstärkt ein
Empfangssignal vom Anschluß 1A zu einem verstärkten Signal und führt
es zum Anschluß 1B als Empfangssprachsignal. Eine
Reihenschaltung aus einem FET 4 und einem Widerstand R&sub1; ist
parallel zu einem Rückführwiderstand R&sub2; des Verstärkers 7
geschaltet. Eine Sendeverstärkerschaltung 5 mit variabler
Verstärkung weist einen Operationsverstärker 8 auf, der als
nichtinvertierender Verstärker wirkt. Die Schaltung 5 verstärkt ein
Sendesprachsignal vom Anschluß 2A zu einem verstärkten Signal
und führt es zum Anschluß 2B als Sendesignal. Eine
Reihenschaltung aus einem FET 6 und einem Widerstand R&sub5; ist
parallel zu einem eingangsinvertierenden Widerstand R&sub6; des
Verstärkers 8 geschaltet. Der Anschlußpunkt des FET 6 und des
Widerstands R&sub6; ist über einen Kondensator C an Masse gelegt.
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Der Empfangssignalpegel wird durch einen
Empfangspegeldetektor 9 detektiert, während der Sendesignalpegel durch
einen
Sendepegeldetektor 10 detektiert wird. Die detektierten
Ergebnisse der Detektoren 9 und 10 werden durch einen
Komparator 11 miteinander verglichen. Als Reaktion auf das
Vergleichsergebnis führt der Komparator 11 eine Steuerspannung
zu den Gates der FET 4 und 6, durch die beide FET 4 und 6
ausgeschaltet werden, wenn der Ausgangspegel des
Empfangspegeldetektors 9 höher als der Ausgangspegel des
Sendepegeldetektors 10 ist, während sie im umgekehrten Fall eingeschaltet
werden.
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Bei ausgeschalteten FET 4 und 6 sind ihre
Widerstandswerte im wesentlichen unendlich groß. In diesem Fall wirkt
als Rückführwiderstand des Operationsverstärkers 7 lediglich
R&sub2;, was dazu führt, daß die Verstärkung des Verstärkers 7
maximal wird. Da außerdem als eingangsinvertierender Widerstand
des Verstärkers 8 nur R&sub6; wirkt, wird die Verstärkung des
Verstärkers 8 minimal.
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Sind dagegen beide FET 4 und 6 eingeschaltet, beträgt
der Rückführwiderstand des Verstärkers 7 (r&sub1;+Rein)//r&sub2;, worin
Rein den Durchlaßwiderstand der FET 4 und 6, // die
Parallelschaltung und rn (n = 1 bis 6) den Widerstandswert des
Widerstands Rn bezeichnen. Da außerdem der Wert des
eingangsinvertierenden Widerstands des Verstärkers 8 (r&sub5;+Rein)//r&sub6;
beträgt, wird die Verstärkung des Verstärkers 8 maximal. Im
folgenden wird angenommen, daß der Durchlaßwiderstand Rein
der FET 4 und 6 in ihrem stabilen Einschaltzustand oder in
der stabilen Periode im wesentlichen gleich Null ist.
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Befinden sich die FET im aktiven Zwischenzustand
zwischen Ein- und Ausschaltung, also in der vorgenannten
Umschaltperiode, verändern sich die Verstärkungen der
verstärker 3 und 5 mit dem Durchlaßwiderstand als Funktion der Gate-
Spannungskennwerte der FET 4 und 6.
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Um Pfeifen oder Heulen zu verhindern, ist vorzugsweise
die durch das Produkt der Verstärkungen des Empfangs- und
Sendeverstärkers 3 und 5 mit variabler Verstärkung definierte
Gesamtverstärkung stets konstant. In dieser Ausführungsform
sind in der stabilen Periode, in der der Ein- und
Ausschaltzustand der FET 4 und 6 stabil ist, die Gate-Spannungen der
FET 4 und 6 konstant, wodurch die Widerstandswerte der FET 4
und 6 konstant sein können. Daher läßt sich die
Gesamtverstärkung problemlos konstant halten. Während der
Umschaltperiode, in der die Verstärkungen der Verstärkerschaltungen 3
und 5 umgeschaltet werden, d. h., in der ein Umschalten der
FET 4 und 6 zwischen dem Ein- und Ausschaltzustand
stattfindet, kann die Gesamtverstärkung vorübergehend größer als die
Gesamtverstärkung während der stabilen Periode werden, da die
Gate-Spannung als Funktion der Widerstandskennwerte der FET 4
und 6 vergleichsweise unterschiedlich sein kann. Das
bedeutet, daß in der Umschaltperiode ein Pfeifen oder Heulen
auftreten kann. Daher muß die Gesamtverstärkung während der
Umschaltperiode auf einen kleineren Wert als die
Gesamtverstärkung während der stabilen Periode eingestellt werden.
Nachfolgend wird beschrieben, wie die Einstellung vorgenommen
wird.
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Es soll nunmehr angenommen werden, daß beide FET 4 und 6
den gleichen Widerstandswert Rx bei gleicher Gate-Spannung
haben. Die Verstärkungen GRR(Rx) und GT(Rx) der Empfangs- und
Sendeverstärkerschaltungen 3 und 5 mit variabler Verstärkung
berechnen sich dann wie folgt:
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und
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Ferner wird angenommen, daß die Umschaltperioden für die
Verstärkungen der Verstärkerschaltungen 3 und 5 mit variabler
Verstärkung gleich sind. Bezeichnet man die Verstärkungen der
Empfangs- und der Sendeverstärkerschaltung 3 und 5 im
stabilen Einschaltzustand der FET durch GR(&sup0;) bzw. GT(&sup0;) und die
im stabilen Ausschaltzustand der FET durch GR(∞) bzw. GT(∞),
läßt sich die notwendige Bedingung zum Herstellen einer
Konstanz der Gesamtverstärkung wie folgt formulieren:
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Aus den Gleichungen (1), (2) und (3) ergeben sich die
folgenden Beziehungen:
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Hierbei wird angenommen, daß der Widerstandswert der FET im
Einschaltzustand Null beträgt, während er im Ausschaltzustand
unendlich groß ist. Als Ergebnis berechnet sich die
Gesamtverstärkung in der stabilen Periode durch:
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Andererseits berechnet sich die Gesamtverstärkung in der
Umschaltperiode anhand von Gleichung (1) und (2)
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Um die Gesamtverstärkung unabhängig von der Umschalt- oder
stabilen Periode konstant werden zu lassen, sollte die
folgende Beziehung gelten:
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GR(Rx)·GT(Rx) = GR(∞) (7)
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Durch Einsetzen der Gleichungen (5) und (6) in (7) ergibt
sich somit:
-
Durch Einsetzen der Gleichung (4) in (8) ergibt sich die
folgende Beziehung:
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die umgeschrieben wird zu
-
Aus Gleichung (10) erhält man
-
was umgeschrieben wird zu
-
Somit lautet ein Endergebnis
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r&sub1; = r&sub5; (13)
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Die Beziehung (13) kann jedoch nur unter der Annahme gelten,
daß sich der Widerstandswert Rx aller FET in gleichem Maß mit
der Änderung ihrer Gate-Spannungen ändert. Anders ausgedrückt
gilt die Beziehung (13) nicht unbedingt während der
Umschaltperiode. Die Gesamtverstärkung während der Umschaltperiode
kann größer als während der stabilen Periode werden. Daher
muß die Gesamtverstärkung während der Umschaltperiode auf
einen kleineren Wert als während der stabilen Periode
eingestellt werden. Dabei ist folgende Einstellung erforderlich:
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GR(Rx) GT(Rx) < GR(∞) GT(∞) (14)
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woraus man unter Verwendung der Gleichungen (4), (5) erhält:
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r&sub1; > r&sub5; (15)
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Gilt die Beziehung (15), so fällt die Gesamtverstärkung
während der Umschaltperiode auf einen Wert, der kleiner als
die Gesamtverstärkung während der stabilen Periode ist. Die
Beziehung (15) bedeutet, daß der Widerstand von r&sub5;, der in
Reihe mit dem FET 6 geschaltet ist, kleiner als der
Widerstand von r&sub1; ist, der in Reihe mit dem FET 4 geschaltet ist.
Dies gilt auch, wenn die Sendeverstärkerschaltung 5 mit
variabler Verstärkung ein invertierender Verstärker ist.
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Fig. 3 zeigt eine Gate-Spannung als Funktion einer
Verstärkungscharakteristik des FET. Eine Strichlinie 31
bezeichnet die Verstärkung des Verstärkers 3, während eine
Strichpunktlinie 32 und eine Vollinie 33 die Verstärkung des
Verstärkers 5 bzw. die Gesamtverstärkung bezeichnen. Wie aus
Fig. 3 hervorgeht, ist die Gesamtverstärkung während der
Umschaltperiode kleiner als die Gesamtverstärkung während der
stabilen Periode.
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Im folgenden soll nunmehr die zweite Ausführungsform der
Erfindung anhand von Fig. 2 erläutert werden. In Fig. 2 ist
eine Parallelschaltung aus einem FET 15 und einem Widerstand
R&sub8; in Reihe mit einem Widerstand R&sub7; eines
Operationsverstärkers 16 einer Verstärkerschaltung 14 mit variabler
Verstärkung im Empfangspfad geschaltet. Ein Operationsverstärker 19
einer Verstärkerschaltung 17 mit variabler Verstärkung im
Sendepfad ist ein invertierender Verstärker. Der
Eingangswiderstand R&sub1;&sub1; des Verstärkers 19 ist in Reihe mit der
Parallelschaltung aus einem FET 18 und einem Widerstand R&sub1;&sub2;
geschaltet.
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Die Verstärkungen GR(Rx) und GT(Rx) der Verstärker 14
und 17 berechnen sich wie folgt:
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worin rn (n = 7 bis 12) den Widerstandswert des Widerstands
bezeichnet. Bei eingeschalteten FET 15 und 18 kürzen sich die
Gleichungen (16) und (17) zu:
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während sie ansonsten wie folgt gekürzt werden:
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Da die Umschaltperioden für die Verstärkungen der
Verstärkerschaltungen 14 und 17 mit variabler Verstärkung gleich
sind und da die Verstärkungen der Schaltungen 14 und 17 in
der stabilen Periode gleich sein sollten, muß folgende
Beziehung gelten:
-
Aus den Gleichungen (18) bis (22) erhält man
-
Folglich beträgt die Gesamtverstärkung während der stabilen
Periode
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Die Gesamtverstärkung während der Umschaltperiode ergibt
sich aus den Gleichungen (16) und (17):
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Ähnlich wie in der ersten Ausführungsform sollte die folgende
Beziehung gelten, damit die Gesamtverstärkung während der
Umschaltperiode kleiner als die während der stabilen Periode
ist:
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GR(Rx) GT(Rx) < GR(0) GT(0) (26)
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Setzt man die Gleichungen (24) und (25) in die Gleichung (26)
ein, ergibt sich:
-
was sich unter Verwendung der Beziehung (23) auffolgendes
Endergebnis kürzen läßt:
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r&sub1;&sub2; < r&sub8; (28)
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Wird daher ähnlich wie in der ersten Ausführungsform der
widerstandswert r&sub8; des Widerstands R&sub8;&sub1; der parallel zum FET
15 der Verstärkerschaltung 14 mit variabler Verstärkung im
Empfangspfad geschaltet ist, größer gewählt als der
Widerstandswert r&sub1;&sub2; des Widerstands R&sub1;&sub2;, der parallel zum FET 18
der Verstärkerschaltung 17 mit variabler Verstärkung im
Sendepfad geschaltet ist, so kann die Gesamtverstärkung während
der Umschaltperiode kleiner als die Gesamtverstärkung während
der stabilen Periode sein.
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Wie erläutert wurde, nutzt die vorstehende
Ausführungsform der Erfindung den FET als variablen Widerstand, um die
Verstärkungen des Empfangs- und Sendepfads im
Lautsprechertelefon kontinuierlich und gleichmäßig umzuschalten. Indem
man ferner den Widerstandswert des zum FET im Empfangspfad in
Reihe oder parallel geschalteten Widerstands gegenüber dem
Widerstandswert des zum FET im Sendepfad in Reihe oder
parallel geschalteten Widerstands vergrößert, verkleinert sich die
Gesamtverstärkung während der Umschaltperiode gegenüber der
während des stabilen Zustands, so daß Pfeifen oder Heulen
kaum auftreten kann.