KR100883052B1 - 무선 마이크로폰 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리 없이 외부에서 인가되는 RF에 응답하여 동작하거나 배터리를 내장시켜 동작시키는 무선 마이크로폰을 개시한다. 상기 무선 마이크로폰은, SAW 트랜스폰더 및 마이크로폰을 구비한다. 상기 SAW 트랜스폰더는 외부장치로부터 인가되는 수신RF신호에 응답하여 생성시킨 표면탄성파를 마이크로폰으로 전달하고, 상기 마이크로폰의 전기적 특성의 변화에 응답하여 내부에서 반사되는 반사파를 변환하여 송신RF신호를 생성한다. 상기 마이크로폰은 수신되는 음향신호(음향)에 응답하여 전기적인 특성이 변화한다. 여기서 상기 마이크로폰의 전기적인 특성의 변화는 출력 임피던스의 변화 또는 출력전압의 변화이다.

마이크로폰, SA\, 트랜스폰더, 무선

Description

무선 마이크로폰{Wireless microphone}

본 발명은 마이크로폰에 관한 것으로, 특히 SAW 트랜스폰더를 사용하는 무선 마이크로폰에 관한 것이다.

압전효과(piezo-electric effect)의 결과로서 전기신호로부터 음향파가 생성되는데, 음향파의 전계(electric field)는 탄성체 기판의 표면 부근에 집중되어, 상기 기판의 표면 바로 위에 놓인 다른 반도체의 전도전자(conduction electron)와 상호작용 할 수 있다. 탄성체 기판의 표면에서의 음향파인 표면탄성파(Surface Acoustic Wave, SAW)와 반도체 전도전자의 상호작용을 이용하여 전자 회로를 전자 기계적소자로 대치하는 것이 표면탄성파 소자이며, 대규모 집적회로 기술을 응용하여 다양한 기능을 수행하는 소자를 1개의 LSI 칩에 형성하여 만든 표면탄성파 필터, 표면탄성파 발진기 등이 디지털 무선 단말기기의 소자로 급부상하고 있다. 표면탄성파 소자를 구현하기 위해 압전기판 위에 빗살무늬형의 금속판을 양쪽에 두개씩 어긋나게 배치하는데, 어긋나게 배치된 금속판의 한쪽 방향에서 전기적 신호를 입력하면 압전기판 위에 표면탄성파가 발생하게 된다.

트랜스폰더(transponder)는 TRANSmitter(송신기)와 resPONDER(응답기)으로부 터의 영어 복합어로 수신된 전기신호를 중계 송신하거나, 수신 신호에 어떠한 응답을 돌려주는 기기의 총칭이다. 일부 트랜스폰더들은 동일하거나 다른 주파수에서 지정된 경로를 따라 신호를 전송하며, 또 일부는 프로그램 된 메시지를 자동으로 되돌려주는데, 표면탄성파를 이용하는 트랜스폰더를 SAW 트랜스폰더라고 한다.

도 1은 종래의 표면탄성파를 이용하는 트랜스폰더의 간략한 구성도이다.

도 1을 참조하면, 표면탄성파를 이용하는 트랜스폰더는 압전특성을 가지는 기판(LiNbO₃) 위에 다수의 IDT(Inter Digital Transducer) 금속전극들이 표면탄성파의 전파방향(propagation direction)을 따라서 병렬로 배치된 구조를 가진다. 외부의 송수신장치(미도시)로부터 전송되는 고주파 질의펄스신호(interrogation pulse signal)는 안테나(3)를 통해 SAW 소자블록(1)으로 인가된다. 고주파 펄스신호가 SAW 소자블록(1)에 입사되면 압전기판(5)의 응력-발전의 과정이 반복되면서 표면탄성파가 생성된다.

SAW 소자블록(1)에서 형성된 표면탄성파는 센서블록(2)으로 진행되며, 이 표면탄성파는 반사판(reflector)들을 거치면서 파의 일부는 진행방향으로 계속하여 진행하고 동시에 진행방향과 반대방향의 반사파(P₁₁)를 생성시킨다. 반사파(P₁₁)는 SAW 소자블록(1)으로 인가되며, SAW 소자블록(1)은 인가된 반사파들을 다시 펄스신호로 변환한 후 안테나(4)를 통해 외부의 송수신장치로 전송한다.

진폭과 같은 반사파(P₁₁)의 전기적 특성은 센서블록(2)을 구성하는 센서(5)의 임피던스 변화에 따라 변한다. 외부의 송수신장치는 상기 반사파의 진폭의 변화 와 같은 반사파의 형태를 통해 센서에서 계측된 데이터를 분석하게 된다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 배터리 없이 외부에서 인가되는 RF(Radio Frequency)에 응답하여 동작하거나 배터리를 내장시켜 동작시키는 무선 마이크로폰을 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 무선 마이크로폰은, SAW 트랜스폰더 및 마이크로폰을 구비한다. 상기 SAW 트랜스폰더는 외부장치로부터 인가되는 수신RF신호에 응답하여 생성시킨 표면탄성파를 마이크로폰으로 전달하고, 상기 마이크로폰의 전기적 특성의 변화에 응답하여 내부에서 반사되는 반사파를 변환하여 송신RF신호를 생성한다. 상기 마이크로폰은 수신되는 음향신호(음향)에 응답하여 전기적인 특성이 변화한다. 여기서 상기 마이크로폰의 전기적인 특성의 변화는 출력 임피던스의 변화 또는 출력전압의 변화이다.

본 발명은 배터리 없이 무선으로 일정한 장소의 상황을 음향으로 감시할 수 있을 뿐만 아니라 음성신호를 스피커에 전달될 수 있을 정도로 변환시킬 수 있으며, 배터리를 사용하는 경우에도 용이하게 음성신호를 스피커에 전달하게 할 수 있도록 하는 장점이 있다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명에 따른 무선 마이크로폰의 일실시예이다.

도 2를 참조하면, 무선 마이크로폰(200)은, 안테나(210), SAW 트랜스폰더(220) 및 마이크로폰(230)을 구비한다.

안테나(210)는 외부로부터 인가되는 수신RF신호(RF_R)를 수신하거나 SAW 트랜스폰더(220)로부터 생성된 반사파에 대응되는 송신RF신호(RF_T)를 외부로 송신한다. SAW 트랜스폰더(220)는 안테나(210)를 통해 수신된 수신RF신호(RF_R)에 응답하여 압전기판(221)에서 반복되는 응력-발전의 과정을 통해 생성시킨 표면탄성파를 마이크로폰(230)으로 전달하고 반사되는 반사파를 송신RF신호(RF_T)로 변환하여 안테나(210)로 전달한다. 상술한 바와 같이 반사파의 전기적 특성은 마이크로폰(230)의 전기적 특성의 변화에 따라 변한다. 마이크로폰(230)은 수신되는 음향신호(음향)에 응답하여 전기적인 특성을 변화시키며, 변화되는 특성의 변화를 SAW 트랜스폰더(220)에 전달한다.

여기서 반사파의 전기적 특성은 반사파의 진폭이 한 예가 되고, 마이크로폰의 전기적 특성은 예를 들면 마이크로폰의 출력임피던스 또는 출력전압의 변화가 된다.

마이크로폰으로는 ECM(Electret Condenser Microphone) 또는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술을 활용한 새로운 마이크로폰이 사용될 수 있다.

원통형의 콘덴서 마이크로폰인 ECM은 휴대기기 등을 중심으로 정보기술(Information Technology, IT)기기에서 사용되어 왔다. ECM은 보통 폴리에틸렌수지(polyethylene terephthalate, PET) 필름(film)으로 만든 진동판을 사용하며, 내부의 FET(Field Effect Transistor)가 백 플레이트(Back-plate)와 조리개(Diaphragm) 사이에서 발생하는 전압의 변화를 증폭시켜 출력한다. 일반적으로는 제조 시에 전하를 품고 있는 특수필름(Electret)을 백 플레이트에 접합시켜 진동판과의 사이에 극성을 걸어주어야 하는데, 전하 소실(Charge decay)이 생길 경우에는 감도저하가 발생한다. 또한, 잡음과 바이어스(bias) 전압에 민감한 FET를 사용함으로 인해, 회로 설계 시 각별한 주의가 요구된다.

최근에 와서는 MEMS 기술을 활용한 새로운 마이크로폰으로 점차 세대교체가 이루어지고 있다. MEMS는 미세 기술로서 기계 부품, 센서, 액추에이터, 전자회로를 하나의 실리콘 기판 위에 집적한 장치를 가리킨다. 주로 반도체 집적회로 기술을 이용해 제작되며 현재 제품으로서 시판되고 있는 것으로서는 잉크젯 프린터의 헤드, 압력센서, 가속도 센서, 자이로스코프, 프로젝터 등이 있다. 10GHz이상의 고주파에서는 MEMS 공정기술을 이용하여, 커패시터(Capacitor), 필터, 듀플렉서(Duplexer), 박막형 음향공진기(Film Bulk Acoustic Resonator, FBAR) 등을 만든다.

도 3은 도 2에 도시된 본 발명에 따른 무선 마이크로폰의 사용례를 나타낸다.

감지 및 감시 시스템(300)은 다양한 용도로 사용될 수 있는데, 도 3에 도시 된 예는, 감지 또는 감시하고자 하는 장소에 본 발명에 따른 무선 마이크로폰(MIC1~MIC4)을 설치하고, 감지 또는 감시의 필요가 있을 때 중앙 감지시스템(310)에서 RF신호(RF_R)를 해당 무선 마이크로폰(MIC2)으로 송신하고, 해당 무선 마이크로폰(MIC2)으로부터 반사되는 RF신호(RF_T)를 판독하여, 감지 또는 감시하고자 하는 장소의 상태를 판단한다.

도 2에 도시된 무선 마이크로폰은 수신되는 음향을 가공하여 사용하는 것이 아니라, 다만 음향의 존재나 음향신호의 크기만을 감지하는데 사용된다. 이하에서는 실제의 음성을 스피커를 통해 증폭시키는데 사용되는 본 발명에 따른 무선 마이크로폰에 대하여 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 무선 마이크로폰의 다른 일실시예를 나타낸다.

도 4를 참조하면, 무선 마이크로폰(400)은 안테나(410), SAW 트랜스폰더(420), 신호처리장치(430), 마이크로폰(440) 및 컨버터(450)를 구비한다.

마이크로폰(440)은 무선 마이크로폰(400)의 외부장치(미도시)로부터 입력되는 신호(음성)를 전기에너지로 변환하고 변환된 전기에너지의 전부 또는 일부(S)를 신호처리장치(430)로 전송하고 나머지 일부분(E)은 컨버터(450)로 전송한다. 컨버터(450)는 수신된 전기에너지(E)를 적절한 전압준위를 가지는 공급전압(P)으로 변환하여 신호처리장치(430)에 공급한다. 신호처리장치(430)는 컨버터(450)로부터 인가된 공급전압(P)을 이용하여 마이크로폰(440)으로부터 수신된 전기에너지(S)에 포함된 잡음을 제거하고 이를 증폭한 후 무선 마이크로폰(400)과 신호를 송수신하는 신호재생장치(미도시)에서 사용하기에 적절한 형태의 신호로 변환하여 SAW 트랜스폰더(420)에 전달한다. SAW 트랜스폰더(420)는 신호처리장치(430)로부터 인가된 신호를 안테나(410)를 통해 외부장치에 전달한다.

도 4에 도시된 본 발명에 따른 무선 마이크로폰(400)은 내부에 배터리와 같은 전원을 공급하는 장치를 별도로 두지 않고, 마이크로폰(440)을 통해 인가되는 음성신호에 포함된 전기에너지의 일부를 변환하여 전력을 공급하게 하는 컨버터(450)를 구비하는 데에 발명의 특징이 있다. 여기서 컨버터(450)에서의 변환은 입력되는 전기에너지를 단순히 충전시켜 사용한다는 것 이외에 충전된 전하들에 대응되는 전압준위를 승압 또는 감압시키는 것도 포함한다.

도 5는 본 발명에 따른 무선 마이크로폰의 또 다른 일실시예를 나타낸다.

도 5를 참조하면, 무선 마이크로폰(500)은 도 4에 도시된 실시 예에 하나의 마이크로폰을 더 추가하여 사용하므로, 2개의 마이크로폰(540, 550)이 존재한다. 도 4에 도시된 무선 마이크로폰(400)의 경우에는 하나의 마이크로폰(440)을 이용하여 수신된 음성신호에 대응되는 전기에너지를 나누어서 사용하지만, 도 5에 도시된 무선 마이크로폰(500)의 경우에는 음성신호를 처리하는데 사용되는 전기신호를 생성하는 마이크로폰(540)과 공급전원을 생성하는 마이크로폰(550)을 구비한다는 점에서 다르며 나머지는 도 4에 도시된 무선 마이크로폰의 동작과 동일하다.

도 6은 본 발명에 따른 무선 마이크로폰의 또 다른 일실시예를 나타낸다.

도 6을 참조하면, 무선 마이크로폰(600)은 안테나(610), SAW 트랜스폰더(620), 신호처리장치(630), 마이크로폰(640), 배터리(650)를 구비한다. 도 4 및 도 5에 도시된 무선 마이크로폰(400, 500)의 경우에는 음성신호를 이용하여 내부에서 사용되는 전원을 생성시키는데 반해 도 6에 도시된 무선 마이크로폰(600)은 배터리를 내장 시켜서 사용한다. 무선 마이크로폰(600)의 동작은 도 4에 도시된 무선 마이크로폰(400)의 동작과 동일하므로 설명은 생략한다.

도 4 내지 도 6에 도시된 본 발명에 따른 무선 마이크로폰의 사용은 도 3에 도시된 도면으로 쉽게 설명될 수 있다. 예를 들면 무대에서 여러 사람의 가수가 각각 무선 마이크를 가지고 노래를 부르고 있더라도, 경우에 따라서는 모든 가수가 노래를 부르지 않을 경우가 있다. 이 경우 중앙통제실에서는 노래를 부르고 있는 가수의 마이크만 동작하도록 조정할 필요가 있고 이러한 경우에 본 발명에 따른 무선 마이크로폰은 최적의 사용 조건을 갖추었다고 할 것이다.

또한 여러 사람이 회의를 할 때, 발언권이 주어진 패널의 마이크만을 동작시킬 때 사용될 수 있다. 이 외에도 무수한 사용례가 있겠지만 이는 본 발명을 사용하고자 하는 사용자의 범위에 따라 달라지고 확대될 것이다.

이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

도 1은 종래의 표면탄성파를 이용하는 트랜스폰더의 간략한 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 무선 마이크로폰의 일실시예이다.

도 3은 도 2에 도시된 본 발명에 따른 무선 마이크로폰의 사용례를 나타낸다.

도 4는 본 발명에 따른 무선 마이크로폰의 다른 일실시예를 나타낸다.

도 5는 본 발명에 따른 무선 마이크로폰의 또 다른 일실시예를 나타낸다.

도 6은 본 발명에 따른 무선 마이크로폰의 또 다른 일실시예를 나타낸다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 외부장치로부터 인가되는 수신RF신호(RF_R)에 응답하여 생성시킨 표면탄성파를 마이크로폰으로 전달하고, 마이크로폰의 전기적 특성의 변화에 응답하여 내부에서 반사되는 반사파를 변환하여 송신RF신호(RF_T)를 생성하는 SAW 트랜스폰더;

   수신되는 음향신호(음향)에 응답하여 출력 임피던스의 변화 또는 출력전압의 변화와 같이 전기적인 특성이 변화하는 마이크로폰;

   상기 SAW 트랜스폰더 및 상기 마이크로폰에 배치되어, 상기 마이크로폰으로부터 출력되는 출력전압 전부 또는 일부에 포함된 잡음을 제거하고 증폭한 후 상기 외부장치에서 처리할 수 있는 신호로 변환시키는 신호처리장치; 및

   상기 마이크로폰으로부터 출력되는 출력전압의 전부 또는 일부를 변환하여 상기 신호처리장치에 전력을 공급하는 컨버터를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 마이크로폰.
4. 제3항에 있어서,

   수신되는 음향신호(음향)에 응답하여 전기적인 특성이 변화하는 제2마이크로폰을 더 구비하며,

   상기 컨버터는 상기 제2마이크로폰으로부터 출력되는 출력전압의 전부 또는 일부를 변환하여 상기 신호처리장치에 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 무선 마이크로폰.
5. 제4항에 있어서,

   상기 외부장치로부터 상기 수신RF신호(RF_R)를 수신하여 상기 SAW 트랜스폰더에 전달하거나 상기 외부장치로 상기 송신RF신호(RF_T)를 송신하는 안테나를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 마이크로폰.
6. 제4항에 있어서,

   상기 마이크로폰 및 상기 제2마이크로폰은 ECM(Electret Condenser Microphone) 및 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술을 활용한 마이크로폰 중 하나인 것을 특징으로 하는 무선 마이크로폰.

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