Brevet FR2618274A1 — publié le 19890120

AMPLIFICATEUR AUDIO INTEGRE COMMUTABLE DANS UNE CONFIGU- RATION EN PONT OU STEREO DANS UN BOITIER A SEPT BROCHES ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION La présente invention concerne de façon générale les circuits intégrés, et, plus particulièrement, les ampli- ficateurs audio intégrés. On réclame une puissance de sortie toujours crois- sante aux amplificateurs audio intégrés fonctionnant sur batteries (autoradios, postes de radio et magnétophones portatifs, etc.). Cela a rendu populaires les amplificateurs intégrés capables de fonctionner dans une configuration "en pont", et, par conséquent, capables en principe de délivrer au haut-parleur du système de reproduction sonore une tension de crête maximale égale à deux fois la valeur de la tension d'alimentation (tension de la batterie). Toutefois, dans le cas d'appareils d'une qualité quelque peu infé- rieure, la configuration à sortie unique ayant une dynamique de sortie égale à la tension d'alimentation est encore largement utilisée. Cette configuration autorise une dissi- pation de puissance réduite et un nombre d'étages d'amplifi- cation réduit. Pour des raisons évidentes, les fabricants de ces appareils favorisent les dispositifs intégrés qui, d'une part, n6cessitent le plus petit nombre de composants externes, et qui, d'autre part, ont un boîtier standard de petite taille. Egalement, pour des raisons compréhensibles de simplification des inventaires, les fabricants de ces appa- reils favorisent le stockage d'un type unique de circuit intégré susceptible d'être connecté dans un circuit externe et de fonctionner correctement dans une configuration en pont ou équilibrée -aussi bien que dans une configuration stéréo ou à sortie unique. - Actuellement, il existe de nombreux circuits intégrés capables de permettre la connexion de deux amplifi- cateurs intégrés présents de façon monolithique dans le circuit intégré soit dans une configuration stéréo soit dans une configuration en pont. Ces dispositifs connus ont, de façon notable, un boîtier plutôt grand car ils nécessitent un nombre de broches relativement grand afin de permettre la connexion dans une configuration en pont ou dans une confi- guration stéréo des deux amplificateurs intégrés à l'inté- rieur de ceux-ci au moyen d'un circuit externe approprié de l'appareil. Il est évident que les circuits intégrés de configuration stéréo et de configuration en pont non modi- fiables sont disponibles dans des boîtiers de petite taille à sept broches. L'objectif principal de la présente invention est de procurer un dispositif intégré comportant deux amplifi- cateurs, capable de prendre une configuration en pont (équi- librée) ou à sortie unique (stéréo) dans un boîtier norma- lisé à sept broches. Un tel objectif est atteint au moyen du dispositif de l'invention, dans lequel, tout en conservant deux broches d'entrée, deux broches de sortie, une broche d'alimentation électrique et une broche-de masse, une septième broche, qui est habituellement connectée par l'intermédiaire de résis- tances aux entrées inverseuses et aux entrées non inver- seuses des deux amplificateurs du circuit intégré pour assurer la fonction de réjection en mode commun (désignée sous le nom de broche SVR), est également utilisée pour assurer la fonction de commutation automatique desdits deux amplificateurs d'une configuration en pont à une configu- ration stéréo, ou vice-versa. En d'autres termes, lorsque l'on effectue la rjéfection des signaux de mode commun par l'intermédiaire de ladite septième broche du dispositif intégré selon une technique courante, au moyen de la même broche et en fonction du niveau de la tension appliquée à cette broche SVR, une commutation automatique de la struc- ture interne du circuit intégré est effectuée de façon à convertir une configuration stéréo (à sortie unique) des deux amplificateurs en une configuration en pont (équi- librée) de ceux-ci, et vice-versa. La commutation interne est effectuée au moyen d'un comparateur ayant une première entrée connectée à ladite broche SVR et une deuxième entrée polarisée par une tension de référence constante générée dans le circuit intégré. Le signal généré en sortie dudit comparateur détermine l'état d'au moins trois commutateurs intégrés qui modifient de façon appropriée le circuit intégré en assurant l'interconnexion desdits deux amplifi- cateurs dans une configuration désirée (en pont ou stéréo). La Figure 1 est un schéma général de base du dispositif de la présente invention montrant comment les sept broches du dispositif intégré sont connectées à un circuit externe lorsque les amplificateurs du dispositif intégré sont dans une configuration stéréo ou à sortie unique. La Figure 2 est un schéma général de base du dispositif de l'invention montrant comment les sept broches du dispositif sont connectées à un circuit externe lorsque les deux amplificateurs sont commutés dans une configuration en pont ou équilibrée. La Figure 3 est un schéma général de la structure interne du circuit intégré. La Figure 4 est un schéma général fonctionnel du circuit intégré de la Fig. 3 lorsqu'il est dans une cohfigu- ration stéréo. La Figure 5 est un schéma général fonctionnel du circuit intégré de la Fig. 3 lorsqu'il est dans une configu- ration en pont. Si l'on se réfère aux Figures 1 et 2, la configu- ration interne des deux amplificateurs A1 et A2 peut être modifiée en faisant varier la valeur d'une résistance de polarisation externe (RA1, RA2), c'est-à-dire en faisant varier le rapport entre les deux résistances RA (1 ou 2) et RB, qui forment un diviseur de tension connecté entre la ligne d'alimentation et la masse. Ce rapport détermine la tension de polarisation appliquée à la broche 2 du dispo- sitif intégré (la broche appelée broche SVR), comme cela peut être facilement observé dans les Figures 1 et 2. Le niveau particulier de la tension de polarisation appliquée à la broche 2 du dispositif intégré détermine soit un état "haut", soit un état "bas" du signal de sortie d'un circuit de comparateur C. Le signal de sortie du comparateur commande l'ouverture ou la fermeture d'au moins trois commu- tateurs intégrés Sl, S2 et S3. Ces deux états sélection- nables de l'extérieur du comparateur C, et, par conséquent, des commutateurs intégrés S1, S2 et S3, sont schématiquement montrés dans les Figures 1 et 2. La façon dont le dispositif intégré est connecté à l'extérieur pour réaliser un ampli- ficateur audio stéréo est montrée en Figure 1. Les symboles utilisés sont ceux qui sont utilisés normalement et ne nécessitent pratiquement pas d'explication détaillée. Comme 2618Z74 cela est facilement observé, les deux amplificateurs A1 et A2, intégrés de façon monolithique, procurent deux canaux d'amplification distincts attaquant deux haut-parleurs HP1 et HP2 en fonction des signaux audio appliqués aux bornes d'entrée ENTREE 1 et ENTREE 2, qui correspondent aux broches 1 et 3 du dispositif intégré. Par contre, les connexions externes du dispositif intégré pour réaliser une configuration en pont de l'ampli- ficateur audio pour attaquer un haut-parleur unique HP avec une tension de crête qui peut être le double de la valeur de la tension d'alimentation en fonction d'un signal audio appliqué à une borne d'entrée ENTREE correspondant à la broche 1 du dispositif intégré sont montrées en Figure 2. Egalement, dans ce cas, les symboles utilisés sont facile- ment compréhensibles par une personne du métier et aucune autre description n'est nécessaire. La structure interne du circuit intégré de la présente invention est montrée en Figure 3. Comme cela peut être facilement observé, sur la broche 2 (SVR) du circuit intégré, qui est habituellement connectée par l'intermé- diaire des résistances R'3, R3, R7 et R'7, respectivement aux entrées inverseuses et non inverseuses des deux amplifi- cateurs intégrés A1 et A2, est également connectée une borne d'entrée d'un circuit de comparateur C dont le seuil de commutation est fixé de façon interne au moyen d'une tension de référence constante Vref. Si la tension appliquée à la broche 2 du dipositif imposée au moyen du diviseur de tension externe formé par les deux résistances RA (1 ou 2) et RB (Figures 1 et 2) est inférieure à Vref le signal de sortie du comparateur C détermine l'état suivant des trois commutateurs intégrés: S3 ouvert, S2 et S1 fermés. Dans cet état, au moyen du réseau formé par les résistances intégrées R1, R2, R6, R5, R4 et R8, la structure fonctionnelle interne du circuit intégré devient celle décrite dans la Figure 4, qui corres- pond à une configuration stéréo (à sortie unique) des deux amplificateurs intégrés A1 et A2. Si la tension appliquée à.la broche 2 du dispo- sitif est supérieure à Vref, le signal de sortie du compa- rateur C détermine l'état suivant des commutateurs inté- grés: S3 fermé, S2 et Sl ouverts. Dans cet état, au moyen du réseau formé par les résistances intégrées R1, R2, R'2, R'6, R6, R5, R4, R9 et R8, une structure fonctionnelle interne du circuit intégré correspondant à une configuration en pont (équilibrée) des deux amplificateurs A1 et A2 est déterminée, comme montré en Figure 5. En analysant la configuration stéréo décrite en Figure 4, le rapport de la paire de résistances R1, R2 et R5, R6 détermine le gain en courant continu des amplifica- teurs A1 et A2. Ce gain doit déterminer la polarisation de la sortie SORTIE 1 et SORTIE 2 à une tension égale à la moitié de la tension d'alimentation Vcc afin d'assurer la plus grande amplitude de tension de sortie possible sans écrêtage. La tension continue de sortie VSORTIE est liée par un tel gain à la tension de polarisation présente sur la broche 2 du dispositif par la relation suivante: VSORTIE 1 BROCHE 2 (R1 + R2) = VSORTIE I R2 VBROCHE 2 (R + R6)VCC VSORTIE 2 = R6 2 Des signaux stéréo sont appliqués par l'intermé- diaire des bornes 1 et 3 aux entrées non inverseuses des deux amplificateurs intégrés A1 et A2. Le gain en courant alternatif sera déterminé par les rapports entre les résis- tances R3, R4, R1, R2 pour l'amplificateur A1 et entre les résistances R7, R8, R5 et R6 pour l'amplificateur A2, selon des règles de conception habituelles. La réponse à haute fréquence peut être adaptée aux besoins au moyen d'un condensateur externe connecté entre la broche 2 et une masse de signaux externe; alors que la réponse à basse fréquence, c'est-à-dire la "fermeture" du gain en courant continu, peut être assurée en utilisant la ligne de masse interne du circuit intégré selon la pratique courante. Pour éviter des problèmes de distorsion provoqués par des signaux résiduels sur la ligne de masse interne du circuit intégré, il est préférable de réduire autant que possible le gain en courant continu, alors que le gain à haute fréquence, étant "fermé" sur une masse de signaux externe intrinsèquement "propre", peut également prendre une valeur accrue comme on le souhaite. En analysant la configuration en pont décrite en Figure 5, on observe que, dans ce cas également, le gain en courant continu sera déterminé par la relation: VC C VBROCHE 2 (R1 + R2 + R'2) VSORTIE I VSORTIE 2 = 2 - R2 + R'2 (R + R2 + R2) On reconnaît immédiatement que le gain en courant continu dans cette configuration est inférieur à celui de la configuration stéréo. Ceci est dû au fait que la tension sur la broche 2 nécessaire pour commuter le circuit de compara- teur C est plus élevée dans la configuration en pont que dans la configuration stéréo (il est évident qu'une telle condition peut également être inversée). Dans ce cas, le signal audio est appliqué à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur intégré A1 (broche 1) tandis que l'entrée non inverseuse de l'autre amplificateur intégré A2 (broche 3) est, de façon appro- priée, mise à la masse au moyen d'un condensateur externe (C3 dans la Figure 2). Le signal appliqué à l'entrée est amplifié par A1 d'une valeur déterminée par la valeur des résistances du réseau de rétroaction. Une partie de ce signal amplifié est prélevée au moyen de la résistance R9 et appliquée à l'entrée inverseuse de l'amplificateur A2 qui l'amplifie à son tour et transfère le signal amplifié ayant une phase inversée à la borne de sortie SORTIE 2. Les mêmes dispositions pour déterminer la réponse à haute fréquence des amplificateurs A1 et A2 et la "ferme- ture" du gain en courant continu de ceuX-ci que celles qui ont été indiquées pour le cas de la configuration stéréo peuvent de même être.utilisées dans le cas d'une configu- ration en pont. Naturellement, la structure de circuit du compa- rateur C peut être n'importe laquelle des structures connues pour ce type de circuit. Egalement, les commutateurs inté- grés peuvent être réalisés de diverses façons, par exemple en utilisant des transistors bipolaires, des transistors à grille isolée par oxyde métallique, des structures à thyris- tors, etc., selon des techniques bien connues par les personnes du métier. Les avantages du dispositif intégré de la présente invention peuvent être énumérés comme suit: facilité de sélection d'une configuration en pont ou stéréo par la modification d'une résistance externe unique; nombre limité de composants externes nécessaires pour réaliser l'une ou l'autre des deux configurations; taille réduite du boîtier lorsque la possibilité de faire un tel circuit intégré commutable de façon interne entre deux configurations fonctionnelles est exploitée dans un bottier à sept broches normalisé; système de commutation interne pour les gains et pour la structure du circuit au moyen de commutateurs intégrés commandés par un comparateur, qui est attaqué par une polarisation appliquée de façon externe; bonnes caractéristiques de distorsion malgré l'absence d'une broche de masse de signaux. Il est évident que le circuit intégré à sept broches de la présente invention peut également être monté dans un boîtier ayant un grand nombre de broches, les broches en excès restant inutilisées ou étant éventuellement utilisées par un autre circuit intégré de façon monoli- thique. Revendications 1. Circuit intégré dans un boîtier à sept broches, comportant au moins deux amplificateurs audio (A1, A2) distincts pouvant être connectés sélectivement dans un pont ou une configuration équilibrée ou dans une configuration stéréo ou à sortie unique, et ayant une première broche d'entrée (1) connectée à une entrée non inverseuse d'un premier amplificateur audio intégré, une deuxième broche d'entrée (3) connectée à une entrée non inverseuse d'un deuxième amplificateur audio intégré, une broche d'alimen- tation (S) électrique, connectée de façon opérationnelle à une source d'alimentation électrique externe et une broche de masse (G), une première broche de sortie (SORTIE 1) connectée à la sortie dudit premier amplificateur audio (A1) intégré, une deuxième broche de sortie (SORTIE 2) connectée à la sortie dudit deuxième amplificateur audio (A2) intégré et une broche (2) Je réjection en mode commun connectée au moyen de résistances intégrées aux entrées inverseuses et aux entrées non inverseuses desdits premier et deuxième amplificateurs audio, une tension de polarisation dérivée de ladite source d'alimentation électrique externe étaht appliquée à ladite broche (2) de réjection en mode commun pour rejeter les signaux de mode commun, caractérisé en ce que un circuit de comparateur intégré à l'intérieur de celui-ci a un seuil fixé de façon interne au moyen d'une tension de référence constante générée de façon interne dans le circuit intégré et a une borne d'entrée connectée à ladite broche (2) de réjection en mode commun et une borne de sortie pour produire un signal de sortie en fonction de ladite tension de polarisation appliquée à ladite broche (2) de réjection en mode commun; au moins trois commutateurs intégrés (Sl, S2, S3) sont commandés par le signal de sortie dudit circuit de comparateur et déterminent la commutation entre une configu- ration en pont des deux amplificateurs audio et une configu- ration stéréo de ceux-ci, et vice-versa, en fonction de ladite tension de polarisation appliquée à ladite broche (2) de réjection en mode commun du circuit intégré. 2. Dispositif intégré selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits deux amplificateurs audio (Ai, A2) intégrés sont connectés dans une configuration en pont ou dans une configuration stéréo au moyen d'un réseau de résistances intégrées, comportant deux branches symétriques formées chacune de trois résistances (R1, R2, R'2, R5, R6, R'6) connectées en série entre la borne de sortie de l'un et de l'autre desdits deux amplificateurs, respectivement, et la masse interne du circuit intégré; les résistances intermédiaires (R2, R6) desdites deux branches symétriques du réseau qui sont conjointement court-circuitées au moyen d'un premier (S1) et d'un deuxième (S2) commutateurs desdits trois commutateurs intégrés, respectivement connectés aux bornes de l'une et de l'autre desdites résistances intermédiaires desdites deux branches symétriques afin de réaliser une configuration stéréo; deux résistances de rétroaction (R4, R8g) respec- tivement connectées entre l'entrée inverseuse relative de chaque amplificateur et le noeud entre ladite résistance intermédiaire (R2, R6) et la résistance (R1, R5) connectée entre cette dernière et la sortie du même amplificateur; une branche d'interconnexion du pont formée par une résistance (R9) connectée en série avec le troisième (S3) desdits trois commutateurs intégrés, une borne de ladite branche étant connectée au noeud entre la résistance inter- médiaire (R2)-et la résistance (R1) connectée entre cette dernière et la sortie de l'amplificateur audio (A1) intégré sur la borne d'entrée non inverseuse duquel est appliqué un signal à amplifier, et l'autre borne de celle-ci étant connectée à l'entrée inverseuse de l'autre (A2) desdits deux amplificateurs audio intégrés; l'état desdits premier (S1) et deuxième (S2) commutateurs étant opposé à l'état dudit troisième commu- tateur (S3).