KR100599528B1 - 디지털 앰프의 톱니파 주파수 변환장치 - Google Patents

Abstract

디지털 앰프에서 톱니파 발생장치의 발진 주파수와 입력되는 라디오 방송의 AM 주파수가 동일 대역이거나 고조파의 관계로 간섭을 일으키는 경우 톱니파 발생장치의 발진 주파수 대역을 변환시켜 출력하여 해당 주파수에서의 AM 라디오 방송 수신이 제공되도록 하는 것으로,

아날로그 입력신호를 디지털 신호로 변조하기 위해 하나 이상 대역의 발진 주파수를 출력하는 톱니파 발생기와 아날로그 입력신호와 발진 주파수를 비교하여 펄스폭 변조를 통해 PWM 신호로 변조하는 제1비교기, PWM 신호의 진폭을 증폭하는 전력 스위치, 진폭이 증폭된 PWM 신호를 아날로그 신호로 복조하는 제1필터, 아날로그 입력신호에서 음성 신호원을 필터링하는 제2필터, 필터링된 아날로그 입력신호를 설정된 레벨로 증폭하는 증폭기, 발진 주파수를 제2고주파와 제3고주파로 분주하는 분주기, 증폭된 아날로그 입력신호의 주파수 대역과 제2고조파와 제3고조파로 분주된 주파수 대역을 비교하여 그 결과를 출력하는 제2비교기, 제2비교기의 출력에 따른 스위칭으로 내부의 접점이 선택되어 톱니파 발생기의 발진 주파수 대역을 결정하는 스위치회로를 포함한다.

디지털 앰프, 분주기, 발진 주파수, 스위치회로, AM 라디오 방송

Description

디지털 앰프의 톱니파 주파수 변환장치{A SAW WAVE CONVERSION SYSTEM OF DIGITAL AMPLIFIER}

도 1은 종래의 디지털 앰프에 대한 개략적인 구성 블록도이다.

도 2는 종래의 디지털 앰프의 신호 처리에 대한 동작 파형도이다.

도 3은 본 발명에 따른 디지털 앰프의 톱니파 발생 변환장치에 대한 구성 블록도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

101 : 톱니파 발생기 103 : 제1비교기

105 : 전력 스위치 107 : 제1필터

201 : 제2필터 203 : 증폭기

205 : 분주기 207 : 제2비교기

본 발명은 디지털 앰프에 관한 것으로, 더 상세하게는 톱니파 발생장치의 발진 주파수와 수신되는 AM 라디오의 방송 주파수가 인접하여 간섭을 일으키는 경우 톱니파 발생장치의 발진 주파수 대역을 변환시켜 출력하도록 하는 디지털 앰프의 톱니파 주파수 변환장치에 관한 것이다.

디지털 앰프란 신호를 디지털 상태에서 증폭하는 앰프로, 진공관 앰프의 장점과 반도체 소자를 기초로 한 오디오 앰프의 단점을 보완한 것이다.

디지털 앰프는 아날로그 오디오 신호를 PWM(Pulse-Width-Modulation)이라고 하는 디지털 신호의 한 형태로 변조한 다음 FET(Field Effect Transistor)와 같은 반도체 스위칭 소자를 사용한 증폭회로를 이용하여 PWM 신호의 진폭을 대용량으로 증폭하고, 증폭된 PWM신호를 저역 통과 필터(Low Pass Filter) 통과시켜 원래의 아날로그 신호를 복조하여 스피커를 통해 출력하는 앰프이다.

상기한 디지털 앰프에 대하여 도 2를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도시된 바와 같이, 디지털 앰프는 톱니파 발생기(11)와, 비교기(13), 전력 스위치(15), 저역필터(17)를 포함하여 구성된다.

톱니파 발생기(11)는 입력되는 아날로그 신호(Vi)를 디지털 신호로 변조하기 위하여 설정된 대역, 일 예를 들어 450Khz의 주파수를 발진하여 출력한다.

비교기(13)는 입력되는 아날로그 신호(Vi)와 톱니파 발생기(11)에 출력되어 입력되는 발진 주파수를 비교하여 펄스폭 변조를 통해 아날로그 신호(Vi)를 디지털 신호인 PWM 신호로 변조하여 출력한다.

전력 스위치(15)는 반도체 전력소자, 바람직하게는 FET 소자로 구성되어, 온/오프 스위칭을 통해 비교기(13)에서 디지털 신호로 변조된 PWM 신호의 진폭을 증폭하여 출력한다.

저역필터(17)는 상기 전력 스위치(15)에 의해 진폭이 증폭되어 인가되는 PWM 신호의 고주파 대역 필터링 및 적분을 통해 아날로그 신호로 복조하여 스피커(Spk)를 통해 출력한다.

전술한 구성을 포함하는 디지털 앰프의 동작에 대하여 도 2와 함께 설명하면 다음과 같다.

디지털 앰프의 동작이 개시되면 톱니파 발생기(11)는 설정된 대역의 주파수, 예를 들어 450Khz의 주파수를 발진하여 비교기(13)의 일측단자에 입력한다.

이때, 라디오 방송의 AM 주파수가 수신되어 아날로그의 입력신호(Vi)로 비교기(13)의 다른 일측 단자에 입력되어지면 비교기(13)는 톱니파 발생기(11)에서 입력되는 발진 주파수와 AM 주파수의 아날로그 입력신호(Vi)를 비교하여 펄스폭 변조를 통해 디지털 신호인 PWM 신호로 변조한다.

상기 비교기(13)는 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 톱니파 발진 주파수(S1)와 AM 주파수의 아날로그 입력신호(Vi)를 비교하여 아날로그 입력신호(Vi)가 톱니파 발진 주파수(S1) 보다 높은 위상의 구간에서는 '하이' 신호를 출력하고, 아날로그 입력신호(Vi)가 톱니파 발진 주파수(S1) 보다 낮은 위상의 구간에서는 '로우' 신호를 출력하여 도 2의 (b)와 같은 구형파 신호, 즉 PWM 신호(S2)를 출력한다.

이 PWM 신호(S2)는 아날로그 입력신호(Vi)와 톱니파 발진 주파수간의 크기 변화 시간에 대응하여 변환된 펄스 폭을 갖는다.

상기와 같이 비교기(13)에 의해 디지털 신호로 변조된 PWM 신호(S2)는 전력 스위치(15)에 인가되어, 전력 스위치(15)를 구성하는 반도체 전력소자, 바람직하게 는 FET 소자의 온/오프 스위칭을 통해 도 2의 (c)와 같이 설정된 일정 레벨로 진폭 증폭된 PWM 신호(S3)로 출력된다.

상기 전력 스위치(15)에 의해 진폭 증폭된 PWM 신호(S3)는 구형파로서 많은 고조파를 포함하고 있으며, 입력전압의 크기에 따라 듀티비가 변화하는 신호이므로 저역필터(17)의 통과에 따라 고조파 성분이 제거됨과 동시에 적분되어 도 2의 (d)와 같이 아날로그 신호(S4)로 복조되어 스피커(Spk)를 통해 출력되어진다.

전술한 바와 같은 종래의 디지털 앰프는 톱니파 발생기에서 출력되는 발진 주파수와 입력되는 라디오 방송의 AM 주파수가 동일한 경우에는 신호의 간섭에 의해 AM 라디오 방송을 수신할 수 없는 문제점이 있다.

일 예를 들어, 톱니파 발생기의 발진 주파수가 450Khz라 하는 경우 라디오 방송의 AM 주파수 수신에서 입력되는 신호가 450Khz인 경우 발진 주파수와 입력 주파수의 간섭으로 AM 라디오 방송을 수신할 수 없게 된다.

또한, 톱니파 발생기에서 출력되는 발진 주파수와 이것의 제2고조파 및 제3고조파의 AM 라디오 방송 주파수에서는 신호간의 간섭으로 인하여 AM 라디오 방송을 수신할 수 없는 단점이 있다.

일 예를 들어, 톱니파 발생기의 발진 주파수가 450Khz인 경우 이것의 제2고조파인 900Khz와 제3고조파인 1350Khz의 부근의 AM 방송 주파수를 수신할 수 없게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 디지털 앰프에서 톱니파 발생장치의 발진 주파수와 입력되는 라디오 방송의 AM 주파수가 동일 대역이거나 고조파의 관계로 간섭을 일으키는 경우 톱니파 발생장치의 발진 주파수 대역을 변환시켜 출력하여 해당 주파수에서의 AM 라디오 방송 수신이 제공되도록 한 것이다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 아날로그 입력신호를 디지털 신호로 변조하기 위해 하나 이상 대역의 발진 주파수를 출력하는 톱니파 발생기; 아날로그 입력신호와 톱니파 발생기의 발진 주파수를 비교하여 펄스폭 변조를 통해 디지털 신호인 PWM 신호로 변조하는 제1비교기; 온/오프 스위칭을 통해 상기 PWM 신호의 진폭을 증폭하는 전력 스위치; 상기 진폭이 증폭된 PWM 신호를 아날로그 신호로 복조하는 제1필터; 상기 아날로그 입력신호에서 노이즈 성분으로 작용하는 음성 신호원을 필터링하는 제2필터; 상기 제2필터로 필터링된 아날로그 입력신호를 설정된 레벨로 증폭하여 출력하는 증폭기; 상기 톱니파 발생기에서 출력되는 발진 주파수를 제2고주파와 제3고주파로 분주하여 출력하는 분주기; 상기 증폭기에서 증폭된 아날로그 입력신호의 주파수 대역과 분주기에서 발진 주파수에 대하여 제2고조파와 제3고조파로 분주된 주파수 대역을 비교하여 비교된 결과의 신호를 출력하는 제2비교기; 상기 제2비교기의 출력에 따른 스위칭으로 내부의 접점이 선택되어 상기 톱니파 발생기의 발진 주파수 대역을 결정하는 스위치회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 앰프의 톱니파 주파수 변환장치를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설 명하면 다음과 같다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 디지털 앰프의 톱니파 주파수 변환장치는 톱니파 발생기(101)와 제1비교기(103), 전력 스위치(105), 제1필터(107), 제2필터(201), 증폭기(203), 분주기(205), 제2비교기(207) 및 스위치회로(209)를 포함하여 구성된다.

톱니파 발생기(101)는 입력되는 아날로그 신호(Vi)를 디지털 신호로 변조하기 위하여 설정된 대역의 발진 주파수를 출력하며, 아날로그 신호(Vi)의 주파수와 간섭이 발생되지 않도록 하기 위해 제1대역의 발진 주파수, 예를 들어 450Khz와 제2대역의 발진 주파수, 예를 들어 460Khz를 출력한다.

제1비교기(103)는 도시되지 않은 일측 단자에 입력되는 아날로그 신호(Vi)와 톱니파 발생기(101)에 출력되어 도시되지 않은 다른 일측단자에 입력되는 발진 주파수를 비교하여 펄스폭 변조를 통해 아날로그 신호(Vi)를 디지털 신호인 PWM 신호로 변조하여 출력한다.

전력 스위치(105)는 반도체 전력소자, 바람직하게는 FET 소자로 구성되어, 온/오프 스위칭을 통해 비교기(103)에서 디지털 신호로 변조된 PWM 신호의 진폭을 설정된 레벨로 증폭하여 출력한다.

제1필터(107)는 상기 전력 스위치(105)에 의해 진폭이 증폭되어 인가되는 PWM 신호의 고주파 대역 필터링 및 적분을 통해 아날로그 신호로 복조하여 스피커(Spk)를 통해 출력한다.

제2필터(201)는 아날로그 신호(Vi)의 입력단과 연결되는 고역통과필터(High Pass Filter)로, 입력되는 아날로그 신호(Vi)에서 노이즈(Noise) 성분으로 작용하는 음성 신호원을 차단한다.

증폭기(203)는 상기 제2필터(201)에서 인가되는 음성 신호원이 차단된 아날로그 신호를 설정된 레벨로 증폭하여 출력한다.

분주기(205)는 상기 톱니파 발생기(101)에서 출력되는 발진 주파수를 제2고주파와 제3고주파로 분주하여 출력한다.

상기 분주기(205)의 경우 발진 주파수의 제2고조파 및 제3고조파로 분주하는 것으로 설정하였으나, 입력되는 아날로그 신호(Vi)의 주파수 대역 확장에 따라 그 이상의 고조파로 분주함은 자명하다.

제2비교기(207)는 상기 증폭기(203)에서 증폭된 후 도시되지 않은 일측단자에 인가되는 아날로그 신호(Vi)의 주파수 대역과 분주기(205)에서 발진 주파수에 대하여 제2고조파와 제3고조파로 분주되어 인가되는 주파수 대역을 비교하여 비교된 결과의 신호를 출력한다.

상기 제2비교기(207)는 아날로그 신호(Vi)의 주파수 대역과 발진 주파수의 제2고조파나 제3고조파 혹은 그 이상의 고조파와 주파수 대역이 일치하는 경우 제1의 신호, 예를 들어 '하이' 신호를 출력하고, 그러하지 않은 경우 제2의 신호, 예를 들어 '로우' 신호를 출력한다.

스위치회로(209)는 상기 제2비교기(207)의 출력에 따른 스위칭으로 내부의 접점이 선택되어 상기 톱니파 발생기(101)의 발진 주파수 대역을 결정한다.

상기 스위치 회로(209)는 상기 제2비교기(207)에서 '로우' 신호가 인가되는 경우 제1접점(P1)을 선택하여 상기 톱니파 발생기(101)는 현재 출력되고 있는 제1대역의 발진 주파수, 예를 들어 450Khz의 발진 주파수가 출력되도록 하고, '하이' 신호가 인가되는 경우 제2접점(P2)을 선택하여 현재 출력되고 있는 제1대역의 발진 주파수에서 제2대역의 발진 주파수, 예를 들어 460Khz의 발진 주파수로 전환되어 출력되도록 한다.

전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 디지털 앰프의 톱니파 주파수 변환 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.

디지털 앰프의 동작이 개시되면 톱니파 발생기(11)는 스위치회로(209)의 내부 접점(P1 혹은 P2)의 선택에 따라 결정된 제1대역의 발진 주파수, 예를 들어 450Khz 혹은 제2대역의 발진 주파수, 예를 들어 460Khz를 발진하여 제1비교기(103)의 일측단자에 입력되고, 수신되는 라디오 방송의 AM 주파수인 아날로그 신호(Vi)는 제1비교기(103)의 다른 일측 단자에 입력되어진다.

이때, 아날로그 신호(Vi)의 입력단과 연결되는 고역통과필터로 이루어지는 제2필터(201)는 입력되는 아날로그 신호(Vi)에서 노이즈 성분으로 작용하는 음성 신호원을 차단한 다음 증폭기(203)에 인가한다.

증폭기(203)는 상기 제2필터(201)에서 인가되는 음성 신호원이 차단된 아날로그 신호를 설정된 레벨로 증폭하여 제2비교기(207)의 도시되지 않은 일측단자에 인가한다.

동시에, 분주기(205)는 상기 톱니파 발생기(101)에서 출력되는 제1대역의 발진 주파수 혹은 제2대역의 발진 주파수를 분주하여 발진 주파수에 대하여 제2고주 파와 제3고주파로 생성한 다음 상기 제2비교기(207)의 도시되지 않은 다른 일측단자에 인가한다.

따라서, 제2비교기(207)는 상기 증폭기(203)를 통해 도시되지 않은 일측단자에 인가되는 아날로그 신호(Vi)의 주파수 대역과 분주기(205)를 통해 발진 주파수에 대하여 제2고조파와 제3고조파로 생성되어 도시되지 않은 다른 일측단자에 인가되는 두 신호의 주파수 대역을 비교하여 비교된 결과의 신호를 스위칭회로(209)에 인가한다.

상기 제2비교기(207)는 아날로그 신호(Vi)의 주파수 대역과 발진 주파수의 제2고조파나 제3고조파 혹은 그 이상의 고조파와 주파수 대역이 일치하는 경우 제1의 신호, 예를 들어 '하이' 신호를 출력하고, 그러하지 않은 경우 제2의 신호, 예를 들어 '로우' 신호를 출력한다.

이때, 스위치회로(209)는 상기 제2비교기(207)의 출력에 따른 스위칭으로 내부의 접점이 선택되어 상기 톱니파 발생기(101)의 발진 주파수 대역을 결정한다.

상기 스위치 회로(209)는 상기 제2비교기(207)에서 '로우' 신호가 인가되는 경우 제1접점(P1)을 선택하여 상기 톱니파 발생기(101)는 현재 출력되는 제1대역의 발진 주파수, 예를 들어 450Khz의 발진 주파수가 출력되도록 하고, '하이' 신호가 인가되는 경우 제1접점(P1)에서 제2접점(P2)으로 절환 선택하여 제2대역의 발진 주파수, 예를 들어 460Khz의 발진 주파수가 출력되도록 한다.

즉, 입력되는 아날로그 신호의 주파수 대역과 톱니파 발생기(101)에서 출력되는 발진 주파수, 혹은 발진 주파수의 제2고조파 또는 제3고조파와 주파수 대역이 일치하지 하지 않는 경우 톱니파 발생기(101)는 현재 주파수 대역으로 발진 주파수를 출력하고, 일치하는 경우 서로 동일한 주파수에 의한 간섭으로 AM 라디오 방송의 수신에서 해당 주파수 대역에서의 수신이 불가능하게 되는 것을 방지하기 위하여 다른 대역으로 발진 주파수가 출력되도록 한다.

일 예를 들어, 톱니파 발생기(101)가 제1대역인 450Khz의 발진 주파수를 출력하는 상태에서 입력되는 아날로그 신호의 주파수 대역이 발진 주파수와 동일한 450Khz이거나 발진 주파수의 제2고조파인 900Khz 혹은 제3고조파인 1350Khz인 경우에는 톱니파 발생기(101)에서 출력되는 발진 주파수를 450Khz에서 460Khz로 출력되도록 함으로써, 입력되는 아날로그 신호의 주파수와 발진 주파수간의 간섭이 발생되지 않도록 한다.

또한, 톱니파 발생기(101)가 제2대역인 460Khz의 발진 주파수를 출력하는 상태에서 입력되는 아날로그 신호의 주파수 대역이 발진 주파수와 동일한 460Khz이거나 발진 주파수의 제2고조파인 920Khz 혹은 제3고조파인 1380Khz인 경우에는 톱니파 발생기(101)에서 출력되는 발진 주파수를 460Khz에서 450Khz로 출력되도록 함으로써, 입력되는 아날로그 신호의 주파수와 발진 주파수간의 간섭이 발생되지 않도록 한다.

그러므로, 상기 제1비교기(103)는 톱니파 발생기(101)에서 입력되는 발진 주파수와 AM 주파수의 아날로그 입력신호(Vi)를 비교하여 전술한 종래의 방법과 동일한 과정으로 펄스폭 변조하여 디지털 신호인 PWM 신호로 변조한 다음 반도체 전력 소자로 이루어지는 전력 스위치(105)에 입력한다.

전력 스위치(105)는 온/오프 스위칭을 통해 인가되는 PWM 신호를 설정된 일정 레벨로 진폭 증폭한 다음 저역필터로 이루어지는 제1필터(107)를 통과시켜 고조파 성분을 제거함과 동시에 적분하여 아날로그 신호로 복조한 다음 스피커(Spk)를 통해 출력한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 디지털 앰프에서 입력되는 아날로그 신호의 주파수 대역이 톱니파 발생장치에서 출력되는 발진 주파수와 동일하거나 발진 주파수의 제2,제3고조파와 동일한 경우 톱니파 발생장치에서 출력되는 발진 주파수를 다른 대역의 주파수로 출력되도록 함으로써, 입력되는 아날로그 신호와 발진 주파수간의 간섭이 발생되지 않도록 하여 안정된 수신 성능을 제공한다.

Claims (7)

1. 아날로그 입력신호를 디지털 신호로 변조하기 위해 하나 이상 대역의 발진 주파수를 출력하는 톱니파 발생기;

   아날로그 입력신호와 톱니파 발생기의 발진 주파수를 비교하여 펄스폭 변조를 통해 디지털 신호인 PWM 신호로 변조하는 제1비교기;

   온/오프 스위칭을 통해 상기 PWM 신호의 진폭을 증폭하는 전력 스위치;

   상기 진폭이 증폭된 PWM 신호를 아날로그 신호로 복조하는 제1필터;

   상기 아날로그 입력신호에서 노이즈 성분으로 작용하는 음성 신호원을 필터링하는 제2필터;

   상기 제2필터로 필터링된 아날로그 입력신호를 설정된 레벨로 증폭하여 출력하는 증폭기;

   상기 톱니파 발생기에서 출력되는 발진 주파수를 제2고주파와 제3고주파로 분주하여 출력하는 분주기;

   상기 증폭기에서 증폭된 아날로그 입력신호의 주파수 대역과 분주기에서 발진 주파수에 대하여 제2고조파와 제3고조파로 분주된 주파수 대역을 비교하여 비교된 결과의 신호를 출력하는 제2비교기;

   상기 제2비교기의 출력에 따른 스위칭으로 내부의 접점이 선택되어 상기 톱니파 발생기의 발진 주파수 대역을 결정하는 스위치회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 앰프의 톱니파 주파수 변환장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 톱니파 발생기는 제1대역으로 450Khz의 발진 주파수를 출력하고, 제2대역으로 460Khz의 발진 주파수를 출력하는 것을 특징으로 하는 디지털 앰프의 톱니파 주파수 변환장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 분주기는 아날로그 입력신호의 주파수 대역의 확장에 따라 톱니파 발생기의 발진 주파수에 대하여 제2,제3고조파 이상의 고조파로 분주하는 것을 특징으로 하는 디지털 앰프의 톱니파 주파수 변환장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제2비교기는 아날로그 입력신호의 주파수 대역과 발진 주파수의 제2고조파나 제3고조파 혹은 그 이상의 고조파와 주파수 대역이 일치하는 경우 제1의 신호(하이)를 출력하고, 그러하지 않은 경우 제2의 신호(로우)를 출력하는 것을 특징으로 하는 디지털 앰프의 톱니파 주파수 변환장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 스위치 회로는 톱니파 발생기의 발진 주파수 대역을 결정하는 적어도 하나 이상의 내부 접점이 구비되는 것을 특징으로 하는 디지털 앰프의 톱니파 주파 수 변환장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 스위치 회로는 상기 제2비교기에서 제2신호(로우)가 인가되는 경우 현재의 선택 접점을 유지하여 상기 톱니파 발생기로 하여금 현재의 발진 주파수가 출력되도록 하고,

   상기 제2비교기에서 제1신호(하이)가 인가되는 경우 현재의 접점에서 다른 접점으로 절환되어 톱니파 발생기로 하여금 현재의 발진 주파수와 다른 대역으로 설정된 발진 주파수가 출력되도록 하는 것을 특징으로 하는 디지털 앰프의 톱니파 주파수 변환장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 제1필터는 저역통과필터로 구성되고, 제2필터는 고역통과필터로 구성되는 것을 특징으로 하는 디지털 앰프의 톱니파 주파수 변환장치.

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