Verstärkerschaltung für eine Zwei-Draht-Schnittstelle Die Erfindung betrifft eine Verstärkerschaltung für eine

Zwei-Draht-Schnittstelle, die zur Verstärkung von Sprachsig ^¬ nalen eines Mikrofons einsetzbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Mikrofonverstärker, der zur Verstärkung von Sprachsignalen eines Mikrofons einsetzbar ist.

Zur Verstärkung von Sprachsignalen eines Mikrofons werden Verstärkerschaltungen eingesetzt, die die verstärkten Sprachsignale an Schaltungen zur weiteren Signalverarbeitung, beispielsweise Analog-/Digitalwandler weiterleiten. Die Verstär- kerschaltungen bilden eine Schnittstelle zwischen dem Mikrofon und den nachgeordneten Schaltungen zur weiteren Signalverarbeitung .

ECM(Electret Condenser Microphone ) -Mikrofone werden im Allge- meinen an Verstärkerschaltungen, die als Zwei-Draht-Schnittstelle verwendet werden, angeschlossen. Bei einer derartigen Verstärkerschaltung erfolgt die Übertragung der Spannungsversorgung und des verstärkten Signals über eine gemeinsame Lei ^¬ tung. Als geeignete Verstärkerschaltungen können beispiels- weise Source-Folger-Schaltungen eingesetzt werden. Mit derartigen Verstärkerschaltungen lassen sich zur Verstärkung von Sprachsignalen eines Mikrofons Verstärkungen von ungefähr 1 erzeugen . Insbesondere zur Verstärkung von Sprachsignalen eines Mikrofons ist es jedoch in vielen Fällen wünschenswert, eine Ver ^¬ stärkerschaltung bereitzustellen, die als Zwei-Draht-Analogschnittstelle einsetzbar ist, sodass die Spannungsversorgung und die Signalübertragung über eine gemeinsame Leitung erfolgen, und mit der eine Verstärkung größer als 1 realisierbar ist . Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verstärkerschaltung für eine Zwei-Draht-Analogschnittstelle an ^¬ zugeben, bei der die Verstärkung auf einfache Weise einstell ^¬ bar ist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Mikrofonverstärker anzugeben, mit dem sich Signale, insbesondere akustische Signale eines Mikrofons, auf einfache und zuverlässige Weise verstärken lassen und die Verbindung zwischen Verstärkerschaltung und nachfolgenden Schaltungen mit einem möglichst geringen Verdrahtungsaufwand erfolgen kann .

Gemäß einer Aus führungs form umfasst die Verstärkerschaltung für eine Zwei-Draht-Schnittstelle einen Eingangsanschluss zum Anlegen eines Eingangssignals, einen Ausgangsanschluss zum Auskoppeln eines Ausgangssignals, einen Bezugsspannungsan- schluss zum Anlegen eines Bezugspotentials, einen ersten Wi ^¬ derstand und einen zweiten Widerstand. Des Weiteren umfasst die Verstärkerschaltung einen ersten Strompfad, der eine spannungsgesteuerte Stromquelle mit einem Steueranschluss enthält. Der Steueranschluss der spannungsgesteuerten Strom- quelle des ersten Strompfads ist an den Eingangsanschluss an ^¬ geschlossen. Darüber hinaus umfasst die Verstärkerschaltung einen zweiten Strompfad, der eine spannungsgesteuerte Strom ^¬ quelle aufweist, wobei die spannungsgesteuerten Stromquelle des zweiten Strompfads in Serie zu dem zweiten Widerstand ge- schaltet ist. Der erste und zweite Strompfad sind in einer Parallelschaltung angeordnet. Der erste Widerstand und die Parallelschaltung des ersten und zweiten Strompfades sind in Serie zwischen den Ausgangsanschluss und den Bezugsspannungs anschluss geschaltet.

Die Verstärkerschaltung weist eine hohe Eingangsimpedanz und eine niedrige Ausgangsimpedanz auf. Die Bereitstellung einer Versorgungsspannung und eines Nutzsignals können an dem Ausgangsanschluss über dieselbe Leiterbahn erfolgen. Die Verstärkung der Schaltung kann im Wesentlichen über das Verhält nis des ersten und zweiten Widerstands auf vorteilhafte Weis eingestellt werden. Die Verstärkerschaltung kann als Zwei- Draht-Analogschnittstelle zwischen einem Mikrofon und nach ^¬ folgenden Schaltungskomponenten zur Signalverarbeitung einge setzt werden. Die Verstärkerschaltung kann insbesondere in einem Mikrofonverstärker eingesetzt werden.

Eine Aus führungs form eines derartigen Mikrofonverstärkers kann einen Eingangsanschluss zum Anlegen eines Eingangssig ^¬ nals, einen Ausgangsanschluss zum Ausgeben eines Ausgangssig nals und einen weiteren Ausgangsanschluss zum Ausgeben eines weiteren Ausgangssignals umfassen. Der Mikrofonverstärker kann eine Verstärkerschaltung zum Erzeugen des Ausgangssignals durch ein Verstärken des Eingangssignals nach der oben angegebenen Ausführungsart umfassen. Des Weiteren kann der Mikrofonverstärker einen Spannungsgenerator zum Erzeugen eines weiteren Ausgangssignals mit einem Versorgungsspannungs- anschluss zum Anlegen einer Versorgungsspannung aufweisen. Die Verstärkerschaltung ist zwischen den Eingangsanschluss des Mikrofonverstärkers und den Ausgangsanschluss des Mikro ^¬ fonverstärkers derart geschaltet, dass der Eingangsanschluss der Verstärkerschaltung mit dem Eingangsanschluss des Mikro ^¬ fonverstärkers verbunden ist und der Ausgangsanschluss der Verstärkerschaltung mit dem Ausgangsanschluss des Mikrofonverstärkers verbunden ist. Des Weiteren ist der Versorgungs- spannungsanschluss des Spannungsgenerators mit dem Ausgangs- anschluss des Mikrofonverstärkers verbunden.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren, die Aus- führungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zeigen, näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Aus führungs form einer Anordnung mit einem Mikrofon und einer Verstärkerschaltung zur Verstär- kung von Audiosignalen des Mikrofons,

Figur 2 eine Aus führungs form einer Verstärkerschaltung für eine Zwei-Draht-Analogschnittstelle, Figur 3 ein Wechselspannungs-Kleinsignalersatzschaltbild einer Verstärkerschaltung für eine Zwei-Draht- Analogschnittstelle,

Figur 4 eine weitere Aus führungs form einer Verstärkerschal- tung für eine Zwei-Draht-Analogschnittstelle,

Figur 5 einen Mikrofonverstärker zur Verstärkung von Audiosignalen eines MEMS-Mikrofons . Figur 1 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Verstärkung von Sprachsignalen eines Mikrofons 200. Das Mikrofon 200 kann beispielsweise ein ECM(Electret Condenser Microphone ) -Mikro ^¬ fon oder ein MEMS (Microelectromechanical Systems ) -Mikrofon sein, das an einen Eingangsanschluss El einer Verstärker- Schaltung 10 geschaltet ist. Zur Verstärkung von Audiosignalen des Mikrofons ist die Verstärkerschaltung 10 vorgesehen, die über ihren Eingangsanschluss El mit dem Mikrofon 200 verbunden ist. Somit werden die Ausgangssignale des Mikrofons der Verstärkerschaltung 10 als Eingangssignale IN über den Eingangsanschluss El zugeführt.

Ein weiterer Eingangsanschluss E2 der Verstärkerschaltung 10 ist über einen Widerstand R ₃ mit dem Eingangsanschluss El der Verstärkerschaltung verbunden. An dem Eingangsanschluss E2 liegt ein Referenzsignal VREF1, beispielsweise eine Referenz ^¬ spannung, an. Durch die Referenzspannung VREF1 wird ein

Gleichspannungspegel am Eingangsanschluss El definiert. Ins- besondere bei Verwendung der Verstärkerschaltung 10 in Verbindung mit einem MEMS-Mikrofon ist es erforderlich, am Eingangsanschluss El eine Gleichspannung zu definieren, da das MEMS-Mikrofon lediglich eine Wechselsignalspannung am Eingangsanschluss El einspeist. Der Widerstand R ₃ kann in einer Größenordnung von einigen hundert Ohm, beispielsweise 500 Ω, bis zu mehreren Teraohm, beispielsweise bis 100 ΤΩ, liegen.

Des Weiteren ist eine Versorgungsspannungsquelle 300 zum Be ^¬ reitstellen einer Versorgungsspannung VDDA vorgesehen. Die Versorgungsspannungsquelle 300 kann eine Gleichspannungsquel ^¬ le sein, die über einen Widerstand Rp und eine Leiterbahn L mit dem Ausgangsanschluss A der Verstärkerschaltung 10 verbunden ist. Die Verstärkerschaltung 10 erzeugt an ihrem Ausgangsanschluss A das verstärkte Ausgangssignal OUT, das über einen Trennkondensator C Schaltungskomponenten zur weiteren Signalverarbeitung zugeführt werden kann.

Figur 2 zeigt eine Aus führungs form 10a der Verstärkerschal ^¬ tung 10 zur Verstärkung des Eingangssignals IN. Der Ausgangs- anschluss A der Verstärkerschaltung 10a ist über einen Widerstand Ri mit einem Strompfad 1 verbunden. In dem Strompfad 1 ist eine spannungsgesteuerte Stromquelle Ti vorgesehen. Die spannungsgesteuerte Stromquelle Ti kann als Transistor, bei- spielsweise als MOS-FET-Transistor, ausgebildet sein. Des Weiteren ist in den Strompfad 1 in Serie zu der spannungsge ^¬ steuerten Stromquelle ΤΊ ein Widerstand R geschaltet. Der Strompfad 1 beziehungsweise die spannungsgesteuerte Strom- quelle ΤΊ und der Widerstand R sind somit zwischen den Wi ^¬ derstand Ri und einen Bezugsspannungsanschluss B zum Anlegen eines Bezugspotentials GND, beispielsweise eines Massepoten ^¬ tials, geschaltet. Alternativ kann an Stelle von R eine Stromquelle IQ ₄ verwendet werden.

Die Aus führungs form 10a der Verstärkerschaltung 10 weist des Weiteren einen Strompfad 2 auf, der eine spannungsgesteuerte Stromquelle T ₂ umfasst. In Serie zu dem Strompfad 2 bezie ^¬ hungsweise der spannungsgesteuerten Stromquelle T ₂ ist ein Widerstand R ₂ angeordnet. Die Serienschaltung aus dem Wider ^¬ stand R ₂ und dem Strompfad 2 beziehungsweise der spannungsge ^¬ steuerten Stromquelle T ₂ ist parallel zu dem Strompfad 1 ge ^¬ schaltet . Die Aus führungs form 10a der Verstärkerschaltung weist des Weiteren einen Strompfad 3, der eine spannungsgesteuerte Stromquelle T ₃ umfasst, auf. Der Strompfad 3 und somit die spannungsgesteuerte Stromquelle T ₃ ist parallel zu der Se ^¬ rienschaltung des Widerstandes Ri und des Strompfades 1 zwi- sehen den Ausgangsanschluss A und den Bezugsspannungsanschluss B geschaltet.

Ein Steueranschluss GT1 der spannungsgesteuerten Stromquelle Ti ist mit dem Eingangsanschluss El zum Anlegen des Eingangs- signals IN verbunden. Die spannungsgesteuerte Stromquelle T ₂ weist einen Steueranschluss GT2 auf, der mit dem Eingangsan ^¬ schluss E2 zum Anlegen des Referenzsignals VREF1 verbunden ist. Ein Steueranschluss GT3 der spannungsgesteuerten Strom- quelle T ₃ ist an den Strompfad 1 zwischen die spannungsge ^¬ steuerte Stromquelle ΤΊ und den Widerstand R geschaltet.

Im Folgenden wird die Funktionsweise der Aus führungs form 10a der Verstärkerschaltung 10 erläutert. Die Verstärkerschaltung kann zur Verstärkung von Audiosignalen eines Mikrofons verwendet werden, das an den Eingangsanschluss El angeschlossen ist. Insbesondere bei Verwendung eines ECM-Mikrofons oder ei ^¬ nes MEMS-Mikrofons kann zwischen den Eingangsanschluss El und den Eingangsanschluss E2 ein Widertand R3 geschaltet sein.

Ein ECM-Mikrofon beziehungsweise ein MEMS-Mikrofon stellt an dem Eingangsanschluss El lediglich ein Wechselspannungssignal zur Verfügung. Durch das Einkoppeln der Referenz-Gleichspannung VREFl an dem Eingangsanschluss E2 wird an dem Ein- gangsanschluss El ein Gleichspannungspegel definiert, da die Eingangsanschlüsse El und E2 über den Widerstand R ₃ gekoppelt sind .

Das Vorsehen des Widerstandes R ₃ zwischen dem Eingangsan- schluss El und dem Eingangsanschluss E2 der Verstärkerschal ^¬ tung 10a ist optional. Wenn an den Eingangsanschluss El eine Signalquelle, die einen Gleichspannungspegel generiert, ange ^¬ schlossen wird, kann der Widerstand R ₃ entfallen und die Eingangsanschlüsse El und E2 können voneinander entkoppelt sein.

Der Widerstand R ₃ kann beispielsweise durch zwei antiparallel geschaltete Dioden realisiert werden. Dadurch kann insbesondere für den Anwendungsfall, dass an den Eingangsanschluss El ein ECM-Mikrofon beziehungsweise ein MEMS-Mikrofon ange- schlössen ist, eine hochohmige Eingangsimpedanz der Verstärkerschaltung 10a realisiert werden. Der Widerstand R ₃ kann beispielsweise Widerstandswerte im Bereich zwischen 500 Ω bis 100 ΤΩ aufweisen. Zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung für die Verstärkerschaltung 10a ist eine Versorgungsspannungsquelle 300 zur Bereitstellung der Versorgungsspannung VDDA über einen Widerstand R _P mit dem Ausgangsanschluss A der Verstärkerschaltung verbunden. Beim Einspeisen des Eingangssignals IN an dem Steueranschluss GT1 des Transistors ΤΊ wird an dem Ausgangs ^¬ anschluss A nach einer Verstärkung des Eingangssignals IN das Ausgangssignal OUT erzeugt.

Der Widerstand Rp und die Ausgangsimpedanz der Verstärkerschaltung 10a am Ausgangsanschluss A bilden einen Spannungs ^¬ teiler, der zur Dämpfung des Ausgangssignals OUT führt. Zur Reduzierung der Ausgangsimpedanz ist der Transistor T ₃ zwischen den Ausgangsanschluss A und den Bezugsspannungsan- schluss B geschaltet. Wenn ein Strom vom Source-Anschluss des Transistors Ti über die Source-Drain-Strecke des Transistors Ti fließt, generiert der Strom einen Spannungsabfall über dem Widerstand R . Bei ansteigendem Strom erhöht sich der Spannungsabfall über dem Widerstand R . Der erhöhte Spannungsab ^¬ fall über dem Widerstand R bewirkt, dass der Transistor T ₃ leitend gesteuert wird. Ab diesem Zeitpunkt bleibt der Strom durch den Transistor Ti konstant. Ein ansteigender Strom am Ausgangsanschluss A, der in die Verstärkerschaltung fließt, wird über den Transistor T ₃ zum Bezugsspannungsanschluss B abgeleitet. Beim Auftreten eines Stromflusses über dem Tran ^¬ sistor T ₃ wird die Impedanz am Ausgangsanschluss A sehr klein. Die durch den Transistor T ₃ und den Widerstand R gebildete Rückkopplung führt somit zur Reduzierung der Ausgangsimpedanz der Verstärkerschaltung, sodass die Verstärkung der Schaltungsanordnung 10a nahezu lastunabhängig wird. Durch das Parallelschalten des Strompfades 2 zu dem Strompfad 1 lässt sich eine Verstärkung erzeugen. Infolge des Anlegens des Referenzspannungspotentials VREF1 an den Eingangsan- schluss E2 tritt eine definierte, nahezu konstante Spannung zwischen dem Steueranschluss GT2 und dem Source-Anschluss des Transistors T ₂ auf. Wenn die Spannung am Eingangsanschluss El variiert, verhält sich die Spannung am Source-Anschluss des Transistors i abgesehen von einem Gleichspannungs-Versatz wie das Eingangssignal IN am Eingangsanschluss El. Das Ein ^¬ gangssignal IN wird somit über dem Widerstand R ₂ in einen Strom I _R2 gewandelt. Da am Source-Anschluss des Transistors Ti und am Source-Anschluss des Transistors T ₂ der gleiche

Gleichspannungspegel anliegt, ermöglicht die Schaltungsanord ^¬ nung lediglich eine Verstärkung des eingangsseitig angelegten Wechselspannungssignals. Durch den Widerstand Ri und den Wi ^¬ derstand R ₂ fließt ein signalabhängiger Strom über den Transistor T ₂ zum Bezugsspannungsanschluss B. Der Transistor T ₂ wirkt als ein Impedanzwandler mit einer hochohmigen Eingangsimpedanz und einer niederohmigen Ausgangsimpedanz.

Der Transistor Ti bildet zusammen mit dem Widerstand R die erste Verstärkerstufe. Die Verstärkung dieser Stufe ergibt sich zu A = gm{TX) xR ₄ , wobei gm{TX) die Transkonduktanz des Transistors Ti bezeichnet. Eine zweite Verstärkerstufe wird durch den Transistor T ₃ und die Last am Ausgangsanschluss A gebildet. Der Steueranschluss GT2 des Transistors T ₂ bildet den zweiten Eingangsanschluss der Verstärkerschaltung. In einer möglichen Aus führungs form wird an dem Steueranschluss GT2 des Transistors T ₂ der gleiche Gleichspannungs-Referenzpegel VREF1 wie an dem Steueranschluss GT1 des Transistors Ti ein ^¬ gespeist, sodass die Source-Spannung am Transistor T ₂ nahezu mit der Source-Spannung des Transistors Ti übereinstimmt. Da ^¬ durch wird eine Gleichspannungs-Verschiebung an dem Ausgangs- anschluss A verhindert. Der Transistor T2 wird somit als ein Spannungsgenerator betrieben. In einer möglichen Ausführungs- form kann der Eingangsanschluss E2 mit dem Bezugsspannungsan- schluss B verbunden werden

Die Verstärkung der Schaltungsanordnung 10 kann mittels der Widerstände Ri und R2 eingestellt werden. Figur 3 zeigt das Wechselspannungs-Kleinsignalersatzschaltbild der Schaltungs ^¬ anordnung 10a der Verstärkerschaltung aus Figur 2. Im Ersatzschaltbild der Figur 3 sind die Transistoren Ti, T ₃ und der Widerstand R in der Verstärkereinheit V zusammengefasst . Die Verstärkereinheit V ist zwischen den Eingangsanschluss El zum Anlegen des Eingangssignals IN und den Ausgangsanschluss A zur Erzeugung des Ausgangssignal OUT geschaltet. Um an dem Eingangsanschluss El einen Gleichspannungspegel zu definie ^¬ ren, ist der Eingangsanschluss E2 zum Anlegen der Referenzspannung VREF1 über den Widerstand R3 mit dem Eingangsanschluss El verbunden. Der Eingangsanschluss El ist mit dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss der Verstärkereinheit V verbunden. Der invertierende Eingangsanschluss der Verstär ^¬ kerschaltung ist über die Widerstände R2 und die Transkonduk- tanz gm^ ₂ des Transistors T2 mit der Referenzspannung VREF1 verbunden. Der Ausgangsanschluss A der Verstärkerschaltung V ist über den Widerstand Ri auf den invertierenden Eingangsanschluss zurückgekoppelt. Bei Annahme einer unendlichen

Schleifenverstärkung für die Verstärkereinheit V ergibt sich aus dem Wechselspannungs-Kleinsignalersatzschaltbild eine

Verstärkung A der Schaltung von

R ₂ +—

gm T2

Figur 4 zeigt eine weitere Aus führungs form 10b der Verstär- kerschaltung zur Verstärkung von Audiosignalen eines Mikro- fons . Gleiche Schaltungselemente in Figur 2 und Figur 4 sind mit gleichen Symbolen dargestellt. Zur grundsätzlichen Funktionsweise der in Figur 4 dargestellten Schaltungsanordnung 10b wird auf die Ausführungen zu Figur 2 verwiesen. Im Fol- genden wird lediglich auf die Unterschiede in den beiden Schaltungsvarianten eingegangen.

Die Schaltungsanordnung 10b weist im Vergleich zur Schaltungsanordnung 10a zusätzlich einen Strompfad 4 auf. Der Strompfad 4 enthält eine spannungsgesteuerte Stromquelle T4, die beispielsweise als ein Transistor ausgebildet sein kann. In den Strompfad 2 ist in Serie zu der spannungsgesteuerten Stromquelle T2 ein Widerstand R5 geschaltet, der mit dem Be- zugsspannungsanschluss B verbunden ist. Alternativ kann eine Stromquelle IQ ₅ anstelle des Widerstands R5 vorgesehen wer ^¬ den. Der Transistor T ist parallel zu dem Strompfad 2 ge ^¬ schaltet. Ein Steueranschluss GT4 des Transistors T ist an den Strompfad 2 zwischen den Transistor T2 und den Widerstand R5 geschaltet. Durch das Hinzufügen des Strompfades 4 und des Widerstandes R5 wird der Einfluss der Transkonduktanz gm _T 2 des Transistors T2 auf die Verstärkung A der Verstärkerschaltung reduziert. Aufgrund der von dem Transistor T und dem Widerstand R5 gebildeten Rückkopplung wird die Impedanz am Source- Anschluss von T2 sehr klein.

Bei den in den Figuren 2 und 4 gezeigten Aus führungs formen der Verstärkerschaltung sind die Transistoren Ti und T2 als MOS-FET-Transistoren, insbesondere als MOS-FET-Transistoren vom P-Kanal-Typ, ausgebildet. Die Transistoren T ₃ und T4 sind als Bipolartransistoren, insbesondere als npn-Bipolartransis- toren ausgebildet. Gemäß einer weiteren Aus führungs form können die Transistoren Ti und T2 als Bipolartransistoren ausge- führt sein und die Transistoren T ₃ und T können als MOS-FET- Transistoren ausgebildet sein.

Die in den Figuren 2 und 4 gezeigten Schaltungsanordnungen der Verstärkerschaltungen 10a und 10b sind insbesondere für den Anwendungsfall ausgelegt, dass die Versorgungsspannungs- quelle 300 eine Versorgungsspannung VDDA mit einem Pegel oberhalb des am Bezugsspannungsanschluss B anliegenden Be ^¬ zugspotentials bereitstellt. Wenn die Spannungsquelle 300 ei ^¬ ne im Vergleich zu dem am Bezugsspannungsanschluss B anlie ^¬ genden Bezugspotential geringere Spannung bereitstellt, kön ^¬ nen anstelle der MOS-FET-Transistoren ΊΊ und T ₂ vom p-Kanal- Typ MOS-FET-Transistoren vom n-Kanal-Typ verwendet werden. Die Transistoren T ₃ und T können in diesem Fall als pnp- Bipolartransistoren ausgeführt werden.

Die Aus führungs formen 10a und 10b der Verstärkerschaltungen weisen eine hohe Eingangsimpedanz und eine niedrige Ausgangs ^¬ impedanz auf. Des Weiteren hat die Verstärkerschaltung einen großen dynamischen Eingangsbereich und weist ein geringes Rauschen und eine niedrige Verzerrung für große Eingangssig ^¬ nale auf. Die Verstärkung A der Verstärkerschaltung kann durch eine entsprechende Skalierung der Widerstände Ri und R ₂ eingestellt werden.

Die Verstärkerschaltungen 10a und 10b können als Zwei-Draht- Analogschnittstellen verwendet werden, bei denen die Spannungsversorgung und das Nutzsignal am Ausgangsanschluss A über eine gemeinsame Leitung im Modulationsbetrieb bereitge ^¬ stellt werden. Somit kann die Verstärkerschaltung insbesondere zur Verstärkung von Audioausgangssignalen von ECM- Mikrofonen oder MEMS-Mikrofonen verwendet werden. Figur 5 zeigt eine Aus führungs form eines MEMS-Mikrofonver- stärkers, der eine Verstärkerschaltung 10 umfasst, die zwischen einen Eingangsanschluss El des Mikrofonverstärkers zum Anlegen eines Eingangssignals IN und einen Ausgangsanschluss AlOOa des Mikrofonverstärkers zum Ausgeben eines Ausgangssig ^¬ nals OUT geschaltet ist. Die Verstärkerschaltung 10 kann beispielsweise gemäß der Ausführungsvariante 10a oder der Aus ^¬ führungsvariante 10b ausgebildet sein. Da die Eingangsseite der Verstärkerschaltung mit dem Eingangsanschluss El verbun- den ist, bildet der Eingangsanschluss El des Mikrofonverstär ^¬ kers gleichzeitig auch einen Eingangsanschluss der Verstär ^¬ kerschaltung. Ebenso stellt der Ausgangsanschluss AlOOa des Mikrofonverstärkers auch einen Ausgangsanschluss der Verstär ^¬ kerschaltung 10 dar, da die Verstärkerschaltung 10 ausgangs- seitig mit dem Mikrofonverstärker verbunden ist.

Das Eingangssignal IN kann beispielsweise ein Signal sein, das von einem an den Eingangsanschluss El angeschlossenen Mikrofon, beispielsweise von einem MEMS-Mikrofon, bereitge- stellt wird. Die Verstärkerschaltung 10 verstärkt das Eingangssignal IN und erzeugt ausgangsseitig am Ausgangsan ^¬ schluss AlOOa das Ausgangssignal OUT. Des Weiteren kann an den Eingangsanschluss El der Verstärkerschaltung ein Referenzsignal VREF1 über einen steuerbaren Schalter 20 angelegt werden. Einem weiteren Eingangsanschluss E2 der Verstärkerschaltung kann ebenfalls das Referenzsignal VREF1 zugeführt werden. Zwischen den Eingangsanschluss El und den Eingangsanschluss E2 ist der Widerstand R3 geschaltet, dessen Funktion bereits anhand der Verstärkerschaltungen 10a und 10b erläu- tert worden ist.

Der Mikrofonverstärker weist des Weiteren einen Spannungsgenerator 30 auf, der an einem Ausgangsanschluss AlOOb des Mik- rofonverstärkers ein weiteres Ausgangssignal VBIAS bereit ^¬ stellt. Das weitere Ausgangssignal kann beispielsweise eine Spannung sein, die als Vorladespannung für die Membran des an den Mikrofonverstärker angeschlossenen Mikrofons verwendet wird. Der Mikrofonverstärker umfasst darüber hinaus einen Spannungs-/Stromgenerator 40 zur Erzeugung des Referenzsignals VREFl . Das Referenzsignal VREF1 wird an einem Ausgangs- anschluss A40a des Spannungs-/Stromgenerators 40 erzeugt und kann über den steuerbaren Schalter 20 dem Eingangsanschluss El des Mikrofonverstärkers zugeführt werden. Der Spannungs- /Stromgenerator 40 ist somit ausgangsseitig über den steuerbaren Schalter mit dem Eingangsanschluss El der Verstärkerschaltung 10 verbindbar. Des Weiteren stellt der Spannungs- /Stromgenerator 40 ein weiteres Referenzsignal VREF2 an einem weiteren Ausgangsanschluss A40b des Spannungs-/Stromgene- rators für den Spannungsgenerator 30 zur Verfügung. Das Referenzsignal VREF2 dient für den Spannungsgenerator 30 als Referenzspannung zur Erzeugung des Pegels des Ausgangssignals VBIAS. Das Referenzsignal Vref2 kann auch den gleichen Pegel wie Vrefl aufweisen.

Zum Betreiben des Spannungsgenerators 30 sowie des Spannungs- /Stromgenerators 40 ist ein Versorgungsspannungsanschluss V30 des Spannungsgenerators 30 und ein Versorgungsspannungsanschluss V40 des Spannungs-/Stromgenerators 40 jeweils zum An ^¬ legen einer Versorgungsspannung V vorgesehen. Bei der in Figur 5 gezeigten Aus führungs form eines Mikrofonverstärkers sind die Versorgungsspannungsanschlüsse V30 und V40 nicht an einen eigens dafür an dem Gehäuse des Mikrofonverstärkers vorgesehenen separaten Anschluss zum Anlegen einer externen Versorgungsspannung angeschlossen. Stattdessen sind die Versorgungsspannungsanschlüsse V30 und V40 mit dem Ausgangsan ^¬ schluss AlOOa der Verstärkerschaltung 10 beziehungsweise des Mikrofonverstärkers 100 verbunden. Die Versorgungsspannung für den Spannungsgenerator 30 und den Strom-/Spannungsgene- rator 40 wird somit von der Verstärkerschaltung 10 definiert. Der Pegel der Versorgungsspannung ergibt sich somit aus dem Pegel der Referenzspannung VREF1 zusätzlich dem Verstärker- Spannungsversatz zwischen dem Eingangsanschluss El und dem Ausgangsanschluss A. Der benötigte Speisestrom IDDA wird durch die Spannungs-Versorgungsquelle 300 und einen Wider ^¬ stand 310 zur Verfügung gestellt. Die Versorgungsspannungs- quelle 300 ist dazu über den Widerstand 310 oder alternativ über eine Stromquelle IQ _S mit dem Ausgangsanschluss AlOOa der Verstärkerschaltung 10 verbunden.

Zum Betreiben des zwischen den Eingangsanschluss El und den Ausgangsanschluss AlOOb angeschlossenen Mikrofons stellt der Spannungsgenerator 30 ein Ausgangssignal VBIAS bereit, das insbesondere bei einem an den Mikrofonverstärker angeschlossenen MEMS-Mikrofon zur Erzeugung der Vorladespannung der Mikrofonmembran des MEMS-Mikrofons bereitgestellt wird. Das Mikrofon liefert am Eingangsanschluss El das Eingangssignal IN, das der Verstärkerschaltung 10 eingangsseitig zugeführt wird. Nach einer Verstärkung des Signals IN erzeugt die Verstärkerschaltung 10 an dem Ausgangsanschluss AlOOa das verstärkte Ausgangssignal OUT. Darüber hinaus generiert die Ver ^¬ stärkerschaltung 10 in Verbindung mit der an dem Ausgangsanschluss AlOOa eingespeisten Versorgungsspannung VDDA die Versorgungsspannung V für den Spannungsgenerator 30 sowie den Spannungs-/Stromgenerator 40.

In einem Zustand eines bestimmungsgemäßen Betriebs erzeugt die Verstärkerschaltung 10 das Ausgangssignal OUT mit einem Pegel über einem Schwellwert der Versorgungsspannung V, die zum Betrieb des Spannungsgenerators 30, insbesondere zur Er- zeugung des Ausgangssignals VBIAS mit einem Sollpegel, erfor ^¬ derlich ist. Der Sollpegel des Ausgangssignals VBIAS kann ein Pegel, der zur Erzeugung der Vorladespannung des Mikrofons notwendig ist, sein. Des Weiteren erzeugt die Verstärker- Schaltung 30 in dem bestimmungsgemäßen Betrieb das Ausgangssignal OUT mit einem Pegel über einem Schwellwert der Versorgungsspannung V, die zum Betrieb des Spannungs-/Strom- generators 40, insbesondere zur Erzeugung der Referenzsignale VREF1 und VREF2 mit einem Sollpegel, erforderlich ist. Der Sollpegel des Referenzsignals VREF2 kann ein Pegel sein, der zur Erzeugung des Ausgangssignals VBIAS erforderlich ist.

Im Falle des Auftretens eines Signals am Eingangsanschluss El mit einer großen Signalamplitude wird der Verstärker 10 über seinen bestimmungsgemäßen Betrieb hinaus ausgesteuert. Ein derartiger Störfall kann beispielsweise beim Auftreten eines hohen Geräuschpegels auf die Membran des Mikrofons auftreten. Als Beispiel sei eine Explosion oder Windgeräusche genannt, die mit ihrem Schalldruck auf die Membran des Mikrofons wir- ken.

Wenn die Verstärkerschaltung 10 infolge des Störereignisses in dem nicht bestimmungsgemäßen Betrieb betrieben wird, kann an dem Ausgangsanschluss AlOOa ein Pegel des Ausgangssignals OUT erzeugt werden, der zu gering ist, um den Spannungsgene ^¬ rator 30 beziehungsweise den Spannungs-/Stromgenerator 40 mit einer ausreichend hohen Versorgungsspannung zu versorgen. Aufgrund des Absinkens der Ausgangsspannung OUT in derartigen Störfällen erzeugt der Spannungsgenerator 30 das Ausgangssig- nal VBIAS mit einem zu geringen Pegel, beispielsweise einem Pegel, der unter einem zur Erzeugung einer Vorladespannung der Mikrofonmembran notwendigen Mindestpegel liegt. Ebenso kann auch der Spannungs-/Stromgenerator 40 von der zu geringen Ausgangsspannung am Ausgangsanschluss AlOOa betrof ^¬ fen sein und erzeugt aufgrund des Absinkens des Gleichspan ^¬ nungspegels des Ausgangssignal OUT das Referenzsignal VREF2 mit einem zu geringen Pegel, so dass der Spannungsgenerator 30 das Ausgangssignal VBIAS mit einem zu niedrigen Pegel er ^¬ zeugt .

Der niedrige Pegel des Ausgangssignals VBIAS am Ausgangsan- schluss AlOOb bewirkt, dass sich der Pegel der Vorladespan ^¬ nung für die Membran des Mikrofons verringert. Dies führt zu einem weiteren Absinken der Spannung am Eingangsanschluss El und am Ausgangsanschluss A. Durch diese positive Rückkopplung tritt ein Störfall auf, der zur Funktionsuntüchtigkeit des Mikrofons führt. Aufgrund der hohen Zeitkonstante im Sekun ^¬ den- bis zum Minuten-Bereich am Eingang der Verstärkerschaltung 10, kann der Funktionsausfall des Mikrofons längere Zeit andauern, was in den meisten Anwendungsfällen nicht mehr akzeptabel ist.

Um einen Störfall schnell zu erkennen und die Funktionstüchtigkeit des Mikrofonverstärkers möglichst schnell wiederher ^¬ zustellen, um einen längeren Ausfall des Mikrofons von mehreren Sekunden zu verhindern, weist der Mikrofonverstärker 100 eine Steuerschaltung 50 zum Schalten des steuerbaren Schalters in einen ersten und zweiten Zustand auf. Die Steuerschaltung erzeugt dazu das Steuersignal S _R .

Der steuerbare Schalter 20 kann durch das Steuersignal S _R in den ersten oder zweiten Zustand geschaltet werden. Im ersten Zustand ist der steuerbare Schalter beispielsweise leitend beziehungsweise niederohmig gesteuert und verbindet den Aus ^¬ gangsanschluss A40a des Spannungs-/Stromgenerators 40 nieder- ohmig mit dem Eingangsanschluss El des Mikrofonverstärkers. Im zweiten Zustand des steuerbaren Schalters ist der Schalter 20 nichtleitend beziehungsweise hochohmig gesteuert, so dass der Ausgangsanschluss A40a des Spannungs-/Stromgenerators 40 von dem Eingangsanschluss El des Mikrofonverstärkers getrennt ist beziehungsweise mit diesem hochohmig verbunden ist.

Die Verstärkerschaltung 10 ist derart ausgebildet, dass sie aus dem Zustand des nicht bestimmungsgemäßen Betriebs in den Zustand des bestimmungsgemäßen Betriebs zurückversetzt wird, wenn dem Eingangsanschluss El das Referenzsignal VREF1 zuge ^¬ führt wird und das Referenzsignal einen Sollpegel aufweist. Der Sollpegel des Referenzsignals VREF1 wird von dem Span- nungs-/Stromgenerator 40 erzeugt, wenn die Verstärkerschal ^¬ tung 10 im bestimmungsgemäßen Betrieb an dem Ausgangsanschluss AlOOa einen ausreichend hohen Pegel des Ausgangssig ^¬ nals OUT bereitstellt, der zur Spannungsversorgung des Span- nungs-/Stromgenerators 40 verwendet werden kann. Die Steuer ^¬ schaltung 50 ist dazu ausgebildet, den steuerbaren Schalter 20 von dem zweiten Zustand in den ersten Zustand zu schalten, wenn die Steuerschaltung 50 feststellt, dass die Verstärkerschaltung 10 in einem Zustand außerhalb des bestimmungsgemä ^¬ ßen Betriebs betrieben wird, beziehungsweise wenn der Pegel des Referenzsignals VREF2 und der Pegel des Ausgangssignals VBIAS nicht mehr mit den korrekten Werten generiert werden.

Die Steuerschaltung 50 kann beispielsweise zur Überwachung der Lage eines Arbeitspunktes der Verstärkerschaltung 10 aus ^¬ gelegt sein. Die Lage des Arbeitspunktes der Verstärkerschal ^¬ tung 10 kann beispielsweise dadurch überwacht werden, indem eine den Arbeitspunkt kennzeichnende Spannung MIO ermittelt wird. Zum Feststellen des Arbeitspunktes der Verstärkerschal ^¬ tung wird der Steuerschaltung 50 eingangsseitig ein Überwa- chungssignal MIO von der Verstärkerschaltung 10 zugeführt. Das Überwachungssignal MIO kennzeichnet die Lage des Arbeits ^¬ punktes der Verstärkerschaltung 10. Die Steuerschaltung 50 kann einen Überwachungsschaltkreis 51 aufweisen, der das Überwachungssignal MIO auswertet. Beispielsweise wird eine den Arbeitspunkt kennzeichnende Spannung mit einem Sollpegel der Spannung verglichen.

Wenn der Überwachungsschaltkreis 51 feststellt, dass der Ar- beitspunkt der Verstärkerschaltung 10 außerhalb des Bereichs des bestimmungsgemäßen Betriebs der Verstärkerschaltung liegt, das heißt außerhalb desjenigen Bereiches, in dem die Verstärkerschaltung 10 das Ausgangssignal OUT mit einem ausreichend hohen Pegel erzeugt, um den Spannungsgenerator 30 beziehungsweise den Spannungs-/Stromgenerator 40 mit einer ausreichend hohen Versorgungsspannung zu versorgen, um das Ausgangssignal VBIAS beziehungsweise die Referenzsignale VREFl und VREF2 zu erzeugen, wird der steuerbare Schalter 20 von der Steuerschaltung 50 mittels des Steuersignals S _R von dem zweiten in den ersten Zustand geschaltet.

Zusätzlich beziehungsweise alternativ zur Überwachung der Lage des Arbeitspunktes der Verstärkerschaltung kann die Steu ^¬ erschaltung 50 zur Überwachung eines Pegels der von dem Span- nungs-/Stromgenerator 40 bereitgestellten Referenzsignale

VREFl und/oder VREF2 verwendet werden. Dazu kann der Steuerschaltung 50 der Pegel des Referenzsignals VREFl und/oder des Referenzsignals VREF2 eingangsseitig zugeführt werden, indem die Steuerschaltung 50 mit dem Ausgangsanschluss A40a bezie- hungsweise A40b des Spannungs-/Stromgenerators 40 verbunden ist. Die Steuerschaltung 50 kann bei dieser Aus führungs form einen Überwachungsschaltkreis 52 aufweisen, die den Pegel des Referenzsignals VREFl und/oder des Referenzsignals VREF2 aus- wertet. Wenn der Überwachungsschaltkreis 52 feststellt, dass der Pegel des Referenzsignals VREFl und/oder des Referenzsig ^¬ nals VREF2 über oder unter einem Sollpegel des Referenzsig ^¬ nals liegt, erzeugt die Steuerschaltung 50 das Steuersignal S _R derart, dass der steuerbare Schalter 20 von dem zweiten in den ersten Zustand geschaltet wird.

Alternativ beziehungsweise zusätzlich zur Überwachung der Lage des Arbeitspunkts der Verstärkerschaltung beziehungsweise des Pegels der Referenzsignale VREFl und VREF2 kann gemäß ei ^¬ ner weiteren Aus führungs form das von dem Spannungsgenerator 30 ausgangsseitig erzeugte Ausgangssignal VBIAS der Steuer ^¬ schaltung 50 zugeführt werden. Die Steuerschaltung 50 weist einen Überwachungsschaltkreis 53 zur Überwachung des Pegels des Ausgangssignals VBIAS auf. Wenn der Überwachungsschalt ^¬ kreis 53 feststellt, dass der Pegel des Ausgangssignals VBIAS über einen Sollpegel steigt oder unter einen Sollpegel fällt, erzeugt die Steuerschaltung 50 das Steuersignal S _R zum Schal ^¬ ten des steuerbaren Schalters 20 von dem zweiten in den ers- ten Zustand.

Durch das leitend beziehungsweise niederohmig Steuern des steuerbaren Schalters 20 wird das Referenzsignal VREFl an dem Eingangsanschluss El der Verstärkerschaltung 10 eingespeist. Der Eingangsanschluss El der Verstärkerschaltung, der mit dem Mikrofon verbunden ist, weist eine hohe Impedanz, beispiels ^¬ weise eine Impedanz im Bereich von einigen hundert Ohm bis mehreren Tera Ohm auf. Beispielsweise kann die Impedanz zwischen 500 Ω und 100 ΤΩ betragen. Das Referenzsignal VREFl be- wirkt, dass das Eingangssignal am Eingangsanschluss El einen Eingangs-Mittelwert aufweist. Das Referenzsignal VREFl ist im bestimmungsgemäßen Betrieb der Verstärkerschaltung über einen hochohmigen Pfad mit dem Eingangsanschluss El verbunden. Der hochohmige Pfad kann beispielsweise durch zwei antiparallel geschaltete Dioden gebildet werden.

Aufgrund des hochohmigen Pfades, über den das Referenzsignal VREF1 an der Verstärkerschaltung anliegt, ergibt sich eine große Zeitkonstante und somit eine lange Zeitdauer von mehre ^¬ ren Sekunden bis sich der Eingangsanschluss El auf den Pegel des Referenzsignals VREF1 auflädt. Wenn der steuerbare Schal ^¬ ter 20 leitend gesteuert wird, wird der hochohmige Pfad, auf dem das Referenzsignal im bestimmungsgemäßen Betrieb des Ver ^¬ stärkers bereitgestellt wird, niederohmig überbrückt bezie ^¬ hungsweise kurzgeschlossen. Dadurch kann das von dem Span- nungs-/Stromgenerator 40 erzeugte Referenzsignal niederohmig auf den Eingangsanschluss El eingespeist werden. Wenn der steuerbare Schalter leitend gesteuert worden ist, da sich die Verstärkerschaltung außerhalb des bestimmungsgemäßen Betriebszustandes und somit im nicht bestimmungsgemäßen Betrieb befunden hat, wird die Verstärkerschaltung 10 sehr schnell wieder von dem nicht bestimmungsgemäßen Betriebszustand in den bestimmungsgemäßen Betriebszustand zurückversetzt.

Nachdem die Verstärkerschaltung 10 wieder in den bestimmungsgemäßen Betriebszustand geschaltet worden ist, tritt am Aus ^¬ gang der Verstärkerschaltung 10 das Ausgangssignal OUT wieder mit einem ausreichend hohen Gleichspannungspegel auf, um auch den bestimmungsgemäßen Betrieb des Spannungsgenerators 30 so ^¬ wie des Spannungs-/Stromgenerators 40 sicherzustellen. In dem bestimmungsgemäßen Betrieb des Spannungsgenerators 30 erzeugt der Spannungsgenerator 30 das Ausgangssignal VBIAS mit einem ausreichend hohen Pegel, wodurch die Funktionalität des Mik ^¬ rofons 200 gewährleistet ist. Des Weiteren werden im bestim ^¬ mungsgemäßen Betrieb des Spannungs-/Stromgenerators 40 die Referenzsignale VREF1 und VREF2 mit einem Pegel erzeugt, der für die bestimmungsgemäße Funktionalität des Spannungsgenera ^¬ tors 30 und der Verstärkerschaltung 10 erforderlich ist.

Somit wird es durch die in Figur 5 gezeigte Schaltung eines Mikrofonverstärkers ermöglicht, die Versorgungsspannung für den Spannungsgenerator 30 sowie den Spannungs-/Stromgenerator 40 am Ausgangsanschluss AlOOa der Verstärkerschaltung 10 bereitzustellen. Ein zusätzlicher Anschluss zum Bereitstellen einer externen Versorgungsspannung für den Spannungsgenerator 30 beziehungsweise den Spannungs-/Stromgenerator 40 ist nicht notwendig. Die Verstärkerschaltung ist derart ausgebildet, dass der am Ausgangsanschluss A100 auftretende Pegel des Aus ^¬ gangssignals OUT auch bei einem Betrieb der Verstärkerschal ^¬ tung im nicht bestimmungsgemäßen Betrieb noch ausreichend hoch ist, um als Versorgungsspannung für die Steuerschaltung 50 zu dienen.

Der Mikrofonverstärker 100 ermöglicht es, dass ein ECM- Mikrofon auf einfache Weise durch ein MEMS-Mikrofon ersetzt werden kann, ohne dass dazu der Verdrahtungsaufwand erhöht werden müsste. Dies ist insbesondere bei Headset-Anwendungen von Interesse. Des Weiteren kann durch das Einsparen eines separaten Anschlusses zum Anlegen einer externen Versorgungsspannung für den Spannungsgenerator 30 beziehungsweise den Spannungs-/Stromgenerator 40 wertvolle Chipfläche eingespart werden . Bezugs zeichenliste

1, 2, 3, 4 Strompfad

10 Verstärkerschaltung

20 steuerbarer Schalter

30 Spannungsgenerator

40 Spannungs-/Stromgenerator

50 Steuerschaltung

100 Mikrofonverstärker

200 Mikrofon

300 Versorgungsspannungsquelle

VDDA Versorgungspotential

B Bezugsspannungsanschluss

T spannungsgesteuerte Stromquelle/Transistor R Widerstand

E Eingangsanschluss

A Ausgangsanschluss

IN Eingangssignal

VREFl , VREF2 Referenzsignal

OUT Ausgangssignal

GT Steueranschluss der Transistoren