KR100952176B1 - 디지털 오디오 증폭장치의 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디지털 증폭기에서 발생하는 하모닉 신호를 고속 스위칭에 의하여 소싱 및 싱킹으로 소거하므로 디지털 증폭기의 높은 효율을 유지하면서 오디오 신호에 대한 음질 충실도(FIDELITY)를 높이는 디지털 음향 증폭장치의 구조에 관한 것으로 특히, 본 발명의 디지털 오디오 증폭장치의 구조는 스위칭 주파수 신호가 발생하는 하모닉 성분을 보상하고 오디오 신호를 고효율로 증폭하는 동시에 음질의 충실도를 높게 개선하며, 고속 스위칭의 하모닉 신호에 의한 전류를 신속하게 소싱하고 싱킹하므로 디지털 증폭기의 스위칭에 의한 하모닉 왜곡을 소거하여 음질을 개선하며, 고속 스위칭으로 발생하는 하모닉 성분을 컨덴서로 필터링하여 음질의 충실도를 높이는 효과가 있다.

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Description

디지털 오디오 증폭장치의 구조{A STRUCTURE OF DIGITAL AUDIO AMPLIFIER}

본 발명은 디지털 음향 증폭기에 관한 것으로 특히, 고속 스위칭 동작에 의하여 디지털 증폭기에서 발생하는 하모닉 신호를 소거하므로 효율 높은 디지털 증폭기의 오디오 신호에 대한 음질 충실도(FIDELITY)와 시스템 안정도(STABILITY)를 높이는 디지털 음향 증폭장치의 구조에 관한 것이다.

가청의 오디오(AUDIO) 신호를 증폭하는 증폭기는 낮은 전압 레벨의 오디오 신호를 입력하여 소정 레벨의 전력으로 높이는 기능을 하고, 투입되는 전력 대비 출력되는 전력의 효율(전원 이용률)에 따라 이론적으로 25 %의 효율을 갖는 A 급 증폭기, 25 % 내지 78.5 %의 효율을 갖는 AB 급 증폭기, 78.5 % 의 B 급 증폭기로 분류되며, 주로 아날로그 방식 증폭기에 적용된다.

이러한 종래의 아날로그 방식 증폭기(앰프, AMP: AMPLIFIER)는 투입된 전력이 증폭된 오디오 신호의 전력으로 변환되어 출력되지 못하는 경우, 나머지 전력은 열로 발생되므로 발생된 열을 식히기 위하여 히트 싱크(HEAT SINK) 장치를 필요로 하며, 따라서 부피와 중량이 커지고 유지 관리가 어려운 등의 문제가 있다.

최근에는 오디오 신호를 디지털 신호로 변환하며, 디지털 신호를 증폭하는 D 급 증폭기(이하, ‘디지털 증폭기’라 한다.)는 이론적으로 100 %의 전력효율을 갖고 실제로는 설계에 따라 90 % 이상의 전력효율을 갖는다.

그러므로 디지털 증폭기는 전력 효율이 우수하여 출력되지 못하고 열로 변환되는 비율이 매우 적어 히트싱크 장치가 필요하지 않으므로 증폭기의 부피와 무게를 대폭적으로 줄이는 장점이 있다.

디지털 증폭기는 디지털 상태의 음향신호를 증폭하는 것으로, 입력된 아날로그 음향신호를 PWM(PULSE WIDTH MODULATION) 방식의 디지털 신호로 변조하고, 펄스폭 변조 방식인 PWM 신호를 원하는 전력의 레벨로 증폭한 후에 저주파 대역 통과 필터(LOW PASS FILTER: LPF)를 이용하여 아날로그 신호로 변조하여 출력한다.

도 1 은 종래 기술의 일례에 의한 것으로 디지털 증폭기의 기능 구성도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 의한 디지털 증폭기(50)를 설명하면, 변조부(10), 스위칭 출력부(20), 저손실 저역필터부(30)를 포함하는 구성이다. 그리고 동작전원 Vdd와 Vss는 동일한 레벨이며 구분된 직류 전압이고 극성은 Vdd가 + 이며 Vss가 - 이다. 또한, 구분되지 않은 하나의 직류 전압을 이용하여 + 극성을 Vdd로 접지(GROUND 또는 EARTH)를 Vss로 지정하여 공급할 수 있다.

변조부(10)는 낮은 레벨의 아날로그 오디오 신호(Vin)를 입력하고 PWM 방식 에 의하여 폭(WIDTH)이 변하는 펄스파의 일종인 디지털 신호로 변조(MODULATION)한다.

스위칭 출력부(20)는 제 1 게이트 드라이브(22), 제 2 게이트 드라이브(24), 제 1 스위치(26), 제 2 스위치(28)를 포함하여 이루어진다.

제 1 게이트 드라이브(22)는 변조부(10)의 디지털 펄스 신호를 입력하고 제 1 스위치(26)를 온(ON) 또는 오프(OFF) 상태로 구동하며, 제 2 게이트 드라이브(24)는 변조부(10)의 디지털 펄스 신호를 입력하여 제 2 스위치(28)를 온(ON) 또는 오프(OFF) 상태로 구동한다.

제 1 및 제 2 게이트 드라이브(22, 24)는 변조부(10)로부터 동일한 상태의 디지털 펄스 신호를 입력하고 접속된 해당 스위치(26, 28)를 온(ON) 상태로 구동하는 구성이다.

일례로, 변조부(10)로부터 펄스 신호의 하이레벨(HIGH LEVEL)을 입력한 제 1 게이트 드라이브(22)는 제 1 스위치(26)를 온(ON) 상태로 제어하므로 + 극성의 동작전원 Vdd를 출력한다. 이때, 변조부(10)로부터 동일한 상태의 펄스 신호를 입력한 제 2 게이트 드라이브(24)는 제 2 스위치(28)를 오프(OFF) 상태로 제어한다.

그리고 변조부(10)로부터 로우레벨(LOW LEVEL)의 펄스신호가 제 1 및 제 2 게이트 드라이브(22, 24)에 동시 인가되는 경우, 제 1 게이트 드라이브(22)는 제 1 스위치(26)를 오프(OFF) 상태로 제어하고, 제 2 게이트 드라이브(24)는 제 2 스위치(28)를 온(ON) 상태로 제어하므로 - 극성의 동작전원 Vss를 출력한다.

즉, PWM 방식으로 변조된 낮은 전압 레벨의 디지털 오디오 신호를 Vdd와 Vss 를 합한 전압 레벨로 증폭하여 출력하고, 저손실 저역필터부(30)에 의하여 아날로그 신호로 변환하여 출력(Vo)하며, 스피커에 인가하여 가청 신호로 변환 출력한다.

종래 기술에 의한 디지털 증폭기(50)는 제 1 스위치(26)와 제 2 스위치(28)가 동시에 온(ON) 상태가 되지 않도록 일정한 대드타임(DEAD TIME)으로 제어하여야 한다.

데드타임(DEAD TIME)은 일례로, 제 1 및 제 2 스위치(26, 28)를 제어하는 데 있어서 임의의 지연시간(DELAY TIME)을 설정하여 제 1 및 제 2 스위치(26, 28)가 동시에 온 상태로 제어되는 것을 방지하는 것이다.

일례로, 제 1 스위치와 제 2 스위치가 동시에 온(ON) 상태가 되면 과대 전류가 흐르게 되어 전자회로가 손상되거나 오디오 신호의 음질이 열화되는 왜곡 등의 문제를 발생한다. 이러한 문제는 각 전자부품의 고유한 오차 특성 등에 의하여 발생할 수 있다.

따라서 이러한 구성의 종래 기술에서는 임의의 대드 타임을 갖도록 하는 대드 타임 컨트롤 기능부를 부가하여 제 1 스위치(26)와 제 2 스위치(28)가 동시에 온(ON) 상태가 되지 않도록 제어한다.

한편, 스위칭 과정에서 발생하는 하모닉 주파수 성분에 의하여 음질이 떨어지고 왜곡(DISTORTION)이 발생하는 문제가 여전히 남아 있다.

이러한 종래 기술의 문제를 일부 개선한 것으로 특허 출원 제1999-10734호(1999. 03. 29.) “혼합형 증폭기”가 있다.

도 2 는 종래 기술의 일례에 의하여 개선된 디지털 증폭장치의 기능 구성도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 개선된 디지털 증폭장치를 설명하면, 아날로그 증폭기(110), 디지털 증폭기(120) 및 스피커(130)를 포함하는 구성이다.

아날로그 증폭기(110)는 입력신호(Vi)를 임피던스(Z11, Z21)로 부궤환하므로 소정 레벨로 증폭하여 스피커(130)에 리플전류(Ia)를 공급하는 동시에 디지털 증폭기(120)에 인가한다.

디지털 증폭기(120)는 인가된 전류를 저항(R11, R12)에 의하여 히스테리히스 전압(Vt)으로 입력하고 디지털에 의한 PWM 신호로 변조하며 하이 파워 스위치(M11, M12)의 스위칭 동작에 의하여 PWM 신호로 변조된 오디오 신호를 동작전원 +Vdd와 -Vdd의 전압레벨로 디지털 증폭한다. 디지털 증폭된 신호는 인덕터(L1)에 의하여 아날로그 신호로 변조하고 주동작전류(Id)로 스피커(130)에 인가(출력)한다.

디지털 증폭기(120)에 의하여 공급되는 주동작전류(Id)가 스피커(130)로 출력되는 전력의 주성분이 되므로 고효율(HIGH EFFICIENCY)의 장점이 있고, 아날로그 증폭기(110)에 의하여 공급되는 리플전류(Ia)는 주동작전류(Id)의 삼각파 형상에 의한 왜곡을 보상하므로 고충실도(HIGH FIDELITY)의 장점이 있다. 개선된 디지털 증폭기에 의한 파형의 상태가 도 3 에 상세히 도시되어 있다.

도 3 은 종래 기술의 일례에 의하여 개선된 디지털 증폭기가 출력하는 파형 도시도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, PWM 방식으로 변조되어 디지털 증폭된 신호(Vd)는 인덕터(L1)에 의하여 아날로그 신호(Vo)로 변환되어 출력한다.

디지털 증폭기(120)에 의하여 증폭되는 동시에 하모닉 왜곡의 영향을 받은 아날로그 신호(Vo)는 주동작전류(Id)에 의하여 삼각파 형상이 포함되는 동시에 전체적으로 오디오 신호에 의한 사인파 선형을 하는 아날로그 파형을 출력한다.

이때, 아날로그 증폭기(110)로부터 출력되는 리플전류(Ia)가 주동작전류(Id)와 합하여져 삼각파 형상을 보상하므로 전체적으로 삼각파 형상이 개선되어 부드러운 사인파 선형을 이루므로 출력되는 오디오 신호의 음질을 일부 개선한다.

그러나 개선된 종래 기술에 의한 디지털 증폭기에서도 스위칭 신호에 의한 하모닉 왜곡에 의한 음질의 문제를 완전히 개선하지 못하는 한계가 있다.

이러한 문제는 아날로그 증폭기의 이득을 높이고 주파수 대역을 매우 넓게 설정하는 경우 하모닉 왜곡을 흡수하여 이론적으로 보상(해결)할 수 있다.

그러나 실제적으로 아날로그 증폭기의 이득을 크게 하며 주파수 대역을 넓게 하는 것이 비교적 어렵고 비용이 많이 소요되는 등 비현실적이므로 하모닉의 왜곡 문제를 근본적으로 해결하지 못하는 문제가 있다.

그러므로 디지털 증폭기의 스위칭 동작으로 발생하는 하모닉 왜곡을 신속하게 보상하여 높은 효율과 고충실도에 의한 우수한 음질의 오디오 신호를 출력하는 디지털 증폭장치를 개발할 필요성이 있다.

본 발명은 종래 기술에 의한 디지털 증폭장치의 문제와 필요성을 해소하기 위한 것으로 스위칭 주파수에 의한 하모닉 신호 성분을 보상하는 디지털 음향 증폭장치의 구조를 제공하는 것이 그 목적이다.

또한, 본 발명은 디지털 증폭장치의 스위칭에 의하여 발생하는 하모닉 신호의 전류를 고속 스위칭에 의하여 신속하게 소싱(SOURCING)하고 싱킹(SINKING)하여 보상하고 시스템의 안정도(STABILITY)를 높이는 디지털 음향 증폭장치의 구조를 제공하는 것이 그 목적이다.

또한, 본 발명은 고속 스위칭으로 발생하는 하모닉 신호를 병렬 캐패시터(이하, ‘컨덴서’라 한다.)에 의하여 필터링하여 음질의 충실도를 개선하는 디지털 음향 증폭장치의 구조를 제공하는 것이 그 목적이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명의 디지털 오디오 증폭장치의 구조는, 아날로그 오디오 신호를 입력하여 소정 레벨로 증폭하는 오차증폭부; 상기 오차증폭부의 신호를 입력하고 제 1 스위칭 주파수로 스위칭하여 펄스폭변조(PWM)의 디지털 신호로 변조하며 디지털 증폭하는 디지털 증폭부; 상기 디지털 증폭부가 출력하는 디지털 신호를 저손실의 저역통과로 필터 처리하여 아날로그 신호로 출력하는 인덕터부; 상기 오차증폭부의 신호를 입력하고 제 2 스위칭 주파수로 고속 스위칭하며 상기 인덕터부의 아날로그 신호에 포함된 하모닉 신호를 소싱과 싱킹으로 보상함에 따라 상기 하모닉 신호를 소거시키는 고속 스위칭부; 및 상기 인덕터부에 접속하여 가청의 오디오 신호를 출력하는 부하부를 포함하는 디지털 오디오 증폭장치의 구조로,
상기 제 1 스위칭 주파수는 상기 아날로그 오디오 신호 주파수의 2 배수 이상 중에서 선택된 어느 하나의 주파수이고, 상기 제 2 스위칭 주파수는 상기 제 1 스위칭 주파수의 4 배수 이상 정수배 중에서 선택된 어느 하나의 주파수로 이루어지며
상기 고속 스위칭부는, 상기 제 2 스위칭 주파수로 삼각파를 발생하는 제 1 삼각파부; 상기 제 2 스위칭 주파수로 상기 제 1 삼각파부와 중심 전위 레벨이 다르거나 진폭레벨이 같은 삼각파를 발생하는 제 2 삼각파부; 상기 제 1 삼각파부의 삼각파 신호를 입력하고 오차증폭부의 아날로그 신호를 입력하여 펄스폭 변조(PWM)의 디지털 신호로 변조하는 제 1 비교기부; 상기 제 2 삼각파부의 삼각파 신호를 입력하고 상기 오차증폭부의 아날로그 신호를 입력하여 펄스폭 변조(PWM)의 디지털 신호로 각각 변조하는 제 2 비교기부; 상기 제 1 비교기부의 디지털 신호를 입력하고 제 1 동작전원(Vdd)의 전압레벨에 의한 디지털 신호로 증폭하는 제 1 스위칭 출력부; 상기 제 2 비교기부의 디지털 신호를 입력하고 제 2 동작전원(Vss)의 전압레벨에 의한 디지털 신호로 증폭하는 제 2 스위칭 출력부; 및 상기 제 1 및 제 2 스위칭 출력부로부터 출력되는 디지털 신호에 포함되는 상기 제 2 스위칭 주파수에 의한 하모닉 신호를 소거하고 부하부와 병렬 접속하는 컨덴서부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

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상기와 같은 구성의 본 발명은 디지털 증폭기에서 스위칭 주파수 신호에 의하여 발생하는 하모닉 신호의 성분을 보상하여 오디오 신호를 고효율로 증폭하는 동시에 음질의 충실도를 원음에 가깝게 개선하는 산업적 이용효과가 있다.

또한, 상기와 같은 구성의 본 발명은 고속 스위칭에 의하여 하모닉 신호에 의한 잡음 및 맥류성 전류를 신속하게 소싱하고 싱킹하므로 디지털 증폭기의 스위칭에 의한 하모닉 왜곡을 소거하여 증폭된 디지털 오디오 신호의 음질을 개선하는 사용상 편리한 효과가 있다.

또한, 상기와 같은 구성의 본 발명은 고속 스위칭으로 발생하는 하모닉 신호의 성분을 컨덴서를 이용하여 필터링하므로 원음에 대한 충실도를 더욱 높이는 사용상 편리한 효과가 있다.

또한, 상기와 같은 구성의 본 발명은 디지털 증폭을 위하여 입력된 디지털 오디오 신호와 출력되는 디지털 오디오 신호의 위상 편차가 매우 작게 발생되어 시스템의 안정도(STABILITY) 확보가 용이한 산업적 이용효과가 있다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성은 도면과 상세한 설명에서 생략한다.

오디오 증폭기에는 아날로그(ANALOG) 증폭기와 디지털(DIGITAL) 증폭기가 있으며, 아날로그 증폭기는 전자의 열운동 특성에 의한 열잡음에 의하여 일정 수준 이상의 신호대잡음비(S/N)를 갖는 증폭기의 개발이 이론적으로 불가능하고, 증폭소자의 불완전한 선형성 특징에 의하여 비선형적인 부분 일례로, 증폭률이 높은 부분에서 증폭된 신호에 왜곡(DISTORTION)이 발생하는 것이 일반적이다.

디지털 증폭기는 신호대잡음비가 우수하고, 증폭률을 높일 수 있으며 이론적으로는 투입된 전력을 모두 이용할 수 있으나 전자부품의 특성, 설계 등에 의하여 실제로 90 % 이상의 전력효율을 얻을 수 있다.

디지털 증폭기는 오디오신호(음향신호)를 디지털 상태로 증폭하는 것으로, 입력된 아날로그 음향신호를 펄스폭 변조인 PWM(PULSE WIDTH MODULATION) 방식 디지털 펄스 신호로 변조하고, 디지털 증폭한 후에 저주파 대역 통과 필터(LOW PASS FILTER: LPF)를 이용하여 아날로그 신호로 변조한 후에 출력하는 방식이다.

디지털 증폭기는 오디오 신호를 증폭 처리하는 과정에서 오디오 신호가 항상 디지털 상태이므로 디지털 증폭기라 하고, 입력되는 오디오 신호가 아날로그 이면 ANALOG PWM 디지털 증폭기라 하며, 일반적으로 D 급 디지털 증폭기로 불리는 것이 여기에 속한다. 또한, 디지털 오디오 신호를 입력하면 DIGITAL PWM 디지털(D 급) 증폭기라 하거나 FULL 디지털 증폭기라 한다.

디지털 증폭기의 PWM 신호는 비트(BIT)에 의한 펄스(PULSE) 신호이므로 디지털 구형파 신호의 폭(WIDTH)에 의하여 레벨을 표시하고, 이러한 디지털 신호 상태에서 증폭하므로 이론적으로 증폭에 의한 왜곡이 발생하지 않으며 증폭에 FET 소자를 사용하는 것이 일반적이므로 열잡음이 발생하지 않고 출력 임피던스를 낮추며 양자화 비트수에 비례하여 높은 신호대잡음비(S/N)를 확보하는 장점이 있다.

디지털 회로는 스위칭 신호에 의하여 구동하고, 스위칭 신호는 스위칭 노이즈(NOISE)에 의한 하모닉 신호를 발생하며, 이러한 하모닉 신호는 증폭된 오디오 신호의 음질을 열화 또는 나쁘게 변화 시킨다. 그리고 디지털 신호의 불연속 특징에 의하여 아날로그 신호로 변환하는 경우 맥류 성분이 포함되므로 음질의 충실도가 떨어진다. 본 발명은 고속 스위칭을 통하여 하모닉 신호를 제거하고 맥류 성분을 보상하여 음질의 높은 충실도와 시스템의 안정도가 개선된 고효율 디지털 증폭장치 기술에 관한 것이다.

맥류는 맥류파를 일반적으로 지칭하는 표현이고 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 과정에서 아날로그의 사인파에 혼합되는 잡음성 신호 파형이다.

삼각파(TRIANGULAR WAVE)는 파형이 시작되는 라이징(RISING) 에지(EDGE)와 파형이 종료되는 폴링(FALLING) 에지의 경사도가 동일한 경사도의 값이고, 톱니파(SAW TOOTH WAVE)는 라이징 에지의 경사도는 완만한 값이고 폴링 에지의 경사도 는 매우 급격한 경사도의 값을 갖는다. 본 발명에서는 라이징 에지와 폴링 에지가 동일 유사한 경사도의 값을 갖는 삼각파를 사용하고 또한 설명한다.

도 4 는 본 발명의 일실시 예에 의한 디지털 오디오 증폭장치의 기능 구성도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 본 발명에 의한 디지털 오디오 증폭장치(200)는 오차증폭부(210), 디지털증폭부(220), 인덕터부(230), 고속스위칭부(240), 부하부(250)를 포함하는 구성이다.

오차증폭부(210)는 입력된 신호(Vin)와 출력되는 신호(Vo)가 부궤환(NEGATIVE FEEDBACK)된 신호와의 오차를 적분(INTEGRAL)하므로 증폭한다.

디지털증폭부(220)는 오차증폭부(210)로부터 증폭한 신호를 입력하고 제 1 스위칭 주파수로 스위칭하여 펄스폭변조(PWM) 방식의 디지털 신호로 변조(변환)하며 스위칭 소자에 공급되는 동작전원(Vdd, Vss)으로 디지털 증폭하는 것으로, 오차증폭부(221), 삼각파부(222), 비교기부(223), 스위칭 출력부(224)를 포함하는 구성이다.

디지털 증폭부(220)를 구성하는 오차증폭부(221)는 오차증폭부(210)와 동일한 구성 및 증폭기능을 하고 증폭률에 차이가 있을 수 있으며, 도면에서는 접지(GROUND 또는 EARTH)를 도시하지 않고 있다.

삼각파부(222)는 선택된 제 1 스위칭 주파수로 삼각파(TRIANGULAR WAVE)를 발생하여 비교기부(223)에 인가한다.

도 5 는 본 발명의 일례에 의한 것으로 디지털 증폭부를 구성하는 삼각파부에서 생성된 삼각파형의 중심 전위와 시간 축에 대응하는 파형 도시도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 디지털 증폭부(220)를 구성하는 삼각파부(222)에서 선택된 제 1 스위칭 주파수로 생성(발생)하여 비교기부(223)에 인가하는 삼각파형은 중심 전위인 0 볼트 전압을 기준으로하고 상하 진폭이 동일한 상태로 시간(t) 축 상에 도시되어 있다. 여기서의 중심 전위와 기준 전압은 0 볼트로 동일하다.

이때, 제 1 스위칭 주파수는 오디오 신호의 2 배수 이상의 주파수 중에서 어느 하나의 주파수를 선택하고, 배수가 커질수록 오디오 신호의 원음에 가까운 상태로 디지털 증폭 및 신호처리 할 수 있으나 전자회로의 구성 부품 숫자 및 처리 시간 등이 늘어나므로 실험에 의하여 최적의 배수를 선택하는 것이 바람직하다.

도 4 로 돌아가서 설명하면, 비교기부(223)는 오차증폭부(221)로부터 증폭된 오디오의 아날로그 신호와 삼각파부(222)가 발생한 삼각파 신호를 각각 입력하여 아날로그 신호를 펄스폭변조(PWM) 방식의 디지털 펄스 신호로 변조하고 스위칭출력부(224)에 인가한다.

스위칭출력부(224)는 제 1 및 제 2 게이트 드라이브(225, 226)와 N 형 FET(FIELD EFFECT TRANSISTOR) 및 P 형 FET로 이루어지는 제 1 및 제 2 스위치(227, 228)로 구성된다. 제 1 스위치(227)에는 플러스(+) 극성의 제 1 동작전 원(Vdd)을 공급하고, 제 2 스위치(228)에는 마이너스(-) 극성의 제 2 동작전원(Vss)을 공급한다.

각각의 동작전원(Vdd, Vss)은 공급하는 단자 측면에서 극성이 +와 -로 서로 반대이고 동일한 전압 레벨의 분리된 전원이며, 선택(OPTION)에 의하여 하나의 전원을 Vdd 단자와 Vss 단자 사이에 공급할 수도 있다.

제 1 및 제 2 게이트 드라이브(225, 226)는 비교부(223)로부터 동일한 위상(PHASE)의 PWM 디지털 펄스 신호를 입력하고 각각 연결된 제 1 및 제 2 스위치(227, 228)를 스위칭하므로 제 1 및 제 2 스위치(227, 228) 중에서 어느 하나가 온 상태로 동작하고 나머지는 오프 상태로 동작한다.

일례로, 비교부(223)로부터 인가되는 PWM 방식 디지털 펄스 신호에 의하여 제 1 스위치(227)가 온(ON) 상태로 동작하면 플러스(+) 극성의 제 1 동작전원(Vdd)을 출력하고, 제 2 스위치(228)가 온(ON) 상태로 동작하면 마이너스(-) 극성의 제 2 동작전원(Vss)을 출력한다.

즉, 제 1 및 제 2 게이트 드라이브(225, 226)는 비교기부(223)로부터 동일한 디지털 신호를 입력하므로 제 1 및 제 2 스위치(227, 228) 중에서 어느 하나가 온 상태로 동작한다.

따라서 비교부(223)로부터 입력된 PWM의 디지털 펄스 신호는 제 1 동작전원(Vdd)과 제 2 동작전원(Vss)의 합에 해당하는 전압 레벨로 증폭되어 인덕터부(230)에 인가된다.

이러한 구성의 디지털 증폭부(220)는 구성이 간단하여 입력되는 디지털 오디 오 신호와 디지털 증폭되어 출력되는 디지털 오디오 신호의 지연(DELAY) 시간차 값이 매우 적어, 디지털 오디오 증폭 시스템의 안정도(STABILITY)를 높이는 장점이 있다.

인덕터(INDUCTOR)부(230)는 코일로 이루어지고 저손실(LOSSLESS)의 저역통과필터(LOW-PASS FILTER) 기능을 하는 것으로, 디지털 신호를 아날로그 신호로 변조한 전류(Id)를 출력한다. 이 전류가 디지털 오디오 증폭장치(200)의 주동작전류(Id)이다.

이때 인덕터부(230)로부터 변조된 아날로그 신호에는 디지털증폭부(220)의 삼각파부(222)에서 발생한 스위칭 신호에 의하여 생성된 하모닉(HARMONIC, 고조파) 신호를 포함한다. 또한, 디지털 신호를 아날로그 신호로 변조하는 과정에서 발생하는 맥류 성분의 신호가 혼합(포함)된다. 이러한 하모닉과 맥류 성분의 신호는 잡음성 신호가 된다. 이와 같이 아날로그 신호에 혼합(포함)된 잡음성 신호 성분의 상태는 첨부된 도 3 의 Id 파형 설명에서 상세히 설명하였다.

특히, 하모닉 성분의 신호는 비교적 평균값 이상으로 높거나 낮은 전류의 특성을 나타내어 최종적인 오디오 신호의 품질에 큰 영향을 준다.

즉, 인덕터부(230)를 통하여 출력되는 주동작전류(Id)는 스피커로 이루어지는 부하부(250)에 인가되고 가청의 오디오 신호로 변환되어 출력되는데, 하모닉 신호에 의하여 음질에 왜곡(DISTORTION)이 발생한다. 이러한 삼각파부(222)의 스위칭 주파수에 의하여 발생하는 하모닉 신호에 의한 왜곡을 보상하기 위한 것이 고속 스위칭부(240)이다.

고속 스위칭부(240)는 오차증폭부(210)의 신호를 입력하고 제 2 스위칭 주파수로 고속 스위칭하여 인덕터부(230)가 출력하는 아날로그 신호에 포함된 하모닉 신호를 고속으로 소싱(SOURCING)과 싱킹(SINKING)으로 보상하는 것으로, 제 1 삼각파부(241), 제 2 삼각파부(242), 제 1 비교기부(243), 제 2 비교기부(244), 제 1 스위칭 출력부(245), 제 2 스위칭 출력부(246) 및 컨덴서부(247)를 포함하는 구성이다.

제 1 및 제 2 삼각파부(241, 242)는 제 2 스위칭 주파수에 의한 고속 스위칭 주파수로 동일한 진폭이며 중심 전위가 상이한 삼각파를 각각 발생한다. 제 1 및 제 2 삼각파부(241, 242)가 각각 출력하는 삼각파는 중심 전위에 차이가 있다. 그리고 기준 전압의 + 영역과 - 영역에 위치하면서 서로 인접한다.

이때, 제 2 스위칭 주파수는 제 1 스위칭 주파수의 4 배수 이상이며 정수배인 고속 주파수 중에서 어느 하나의 주파수를 선택하며, 4 내지 6 배수 범위의 주파수를 선택하는 것이 비교적 바람직하다.

제 1 비교기부(243)는 오차증폭부(210)로부터 인가되는 아날로그의 오디오 신호와 제 1 삼각파부(241)로부터 인가되는 고속 스위칭의 삼각파 신호를 각각 입력하고 펄스폭변조(PWM) 방식에 의한 디지털 신호로 변조한다.

또한, 제 2 비교기부(244)는 오차증폭부(210)로부터 인가되는 아날로그의 오디오 신호와 제 2 삼각파부(242)로부터 중심 전위가 상이하게 인가되는 고속 스위칭의 삼각파 신호를 각각 입력하고 펄스폭변조(PWM) 방식에 의한 디지털 신호로 변조한다.

도 6 은 본 발명의 일례에 의한 것으로 제 1 삼각파부와 제 2 삼각파부에서 각각 생성된 삼각파형의 시간 축에 대한 전위 상태 도시도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 제 1 삼각파부(241)에서 제 2 스위칭 주파수로 생성(발생)하여 제 1 비교기부(243)에 인가하는 삼각파형이 243으로 표시되고, 제 2 삼각파부(242)에서 제 2 스위칭 주파수로 생성(발생)하여 제 2 비교기부(244)에 인가하는 삼각파형이 244로 표시되어 시간(t) 축 상에 도시한다.

제 1 삼각파부(241)에서 생성하여 제 1 비교기부(243)에 인가된 삼각파형은 기준 전압으로부터 + 영역에 위치하고 하단부 전위와 일치하게 인접하고, 제 2 삼각파부(242)에서 생성하여 제 2 비교기부(244)에 인가된 삼각파형은 기준 전압으로부터 - 영역에 위치하여 상단부 전위와 일치하게 인접한다.

그러므로 각각의 삼각파는 중심 전위가 상이하고, 기준 전압을 중심으로 제 1 삼각파부(241)가 출력하는 삼각파는 + 영역에 위치하여 하단부 전위가 기준 전압에 일치하고, 제 2 삼각파부(242)가 출력하는 삼각파는 - 영역에 위치하여 상단부 전위가 기준 전압에 일치한다.

다시 설명하면, 일례로, 제 1 삼각파부(241)가 생성하여 출력하는 삼각파는 기준 전압인 0 볼트의 + 영역에서 삼각파의 가장 낮은 전위인 하단부 전위가 기준 전압인 0 볼트에 일치하는 상태로 출력한다.

또한, 제 2 삼각파부(242)가 생성하여 출력하는 삼각파는 기준 전압인 0 볼 트의 - 영역에서 삼각파의 가장 높은 전위인 상단부 전위가 기준 전압인 0 볼트에 일치하는 상태로 출력한다.

여기서 기준 전압의 레벨은 임의 값 중에서 어느 하나의 전압 값을 선택할 수 있으며 0 볼트를 선택하는 것이 비교적 바람직하다.

그리고 제 1 삼각파부(241)와 제 2 삼각파부(242)가 각각 생성하여 출력하는 삼각파는 중심 전위의 전압 레벨 및 위상차는 상이하고, 진폭 레벨이 동일하다.

이와 같이 중심 전위가 상이한 삼각파를 이용하는 것이 본 발명의 주요 기술 사상 중에 하나이다.

첨부된 도면의 동일한 시간(t) 축에서 제 1 삼각파부(241)가 생성하여 출력한 삼각파와 제 2 삼각파부(242)에서 생성하여 출력한 삼각파는 동일한 진폭 레벨이고, 중심 전위가 서로 상이한 동시에 기준 전압인 0 볼트에 각각의 하단부 전위 및 상단부 전위를 일치시키고 위상(PHASE)에 차이가 있으나 위상 차이는 비교적 중요하지 않다.

또한, 도 5 에 도시된 삼각파형의 제 1 스위칭 주파수와 도 6 에 도시된 삼각파형의 제 2 스위칭 주파수를 시간(t) 축 상에서 비교하면, 제 2 스위칭 주파수가 제 1 스위칭 주파수의 4 배수 이상 정수배인 5 배수 주파수로 도시되어 있다.

계속하여, 첨부된 도 4 에서의 고속 스위칭부(240)를 상세히 설명하면, 제 1 비교기부(243)와 제 2 비교기부(244)는 오차증폭부(210)로부터 동일한 아날로그 오 디오 신호를 입력받지만, 각각 연결된 제 1 삼각파부(241)와 제 2 삼각파부(242)로부터 중심 전위의 레벨(전압)에 차이가 있는 삼각파를 각각 인가받아 입력된 아날로그 오디오 신호를 PWM 방식 디지털 펄스 신호로 변조하여 출력한다.

따라서 대드 타임 컨트롤(DEAD TIME CONTROL) 기능부가 필요하지 않게 된다.

제 1 비교기부(243)로부터 출력된 PWM 신호는 제 1 스위칭 출력부(245)에 인가되고 제 1 동작전원(Vdd)에 의한 전압레벨로 디지털 증폭되어 출력하며, 제 2 비교기부(244)로부터 출력된 PWM 신호는 제 2 스위칭 출력부(246)에 인가되고 제 2 동작전원(Vss)에 의한 전압레벨로 디지털 증폭되어 각각 출력한다.

제 1 스위칭 출력부(245)는 게이트 드라이버와 N 형 FET 트랜지스터로 이루어지고, 제 2 스위칭 출력부(246)는 게이트 드라이버와 P 형 FET 트랜지스터로 이루어지며, 상기 각 FET 트랜지스터의 드레인(DRAIN) 단자는 연결되어 보상전류(If)를 출력한다.

이와 같이 고속 스위칭부(240)로부터 출력되는 신호에는 제 1 및 제 2 삼각파부(241, 242)의 고속 스위칭 주파수에 의하여 발생하는 하모닉 신호의 성분이 포함되고, 컨덴서부(247)에 인가되어 하모닉 신호의 성분을 필터링하므로 소거(제거)한다. 컨덴서부(247)는 부하부(250)와 병렬 상태로 접속되도록 구성한다.

이때, 디지털증폭부(220)로부터 출력되는 신호에 포함되는 하모닉 신호와 인덕터부(230)에 의하여 아날로그 신호로 변조되면서 포함되는 맥류성 신호를 잡음성 신호로 포함하는 주동작전류(Id)를 고속스위칭부(240)로부터 출력되는 보상전류(If)에 의하여 고속 스위칭 주파수로 소싱하고 싱킹하므로 잡음성 신호를 소거한 다.

그러므로 디지털 증폭되어 최종 출력되는 아날로그 오디오 신호는 원음 오디오 신호에 충실(FIDELITY)하도록 보상한 출력전류(Io)로 부하부(250)에 인가한다.

따라서 상기와 같은 구성의 본 발명에 의한 디지털 오디오 증폭장치(200)는 디지털 증폭부(220)에 의하여 입력된 아날로그 오디오 신호를 높은 효율(EFFICIENCY)로 디지털 증폭하고 고속스위칭부(240)에 의하여 하모닉 신호 및 맥류신호에 의한 잡음성 신호 성분을 고속 스위칭으로 소싱과 싱킹하여 보상하므로 오디오 신호를 원음 상태로 복원하는 충실도(FIDELITY)가 더욱 높아지는 장점이 있다.

그러나 본 발명의 일실시 예에 의한 구성은 오차증폭부(210)에서 아날로그 오디오 신호를 직접 입력하고, 이와 같이 외부로부터 입력되는 아날로그 오디오 신호의 레벨은 그 범위를 제한할 수 없다.

따라서 오차증폭부(210)는 증폭을 위한 선형영역의 범위가 넓은 특성을 필요로 한다.

도 7 은 본 발명의 디지털 오디오 증폭장치에 의한 각 기능부에 입력되고 출력되는 동작파형의 이상적인 상태 도시도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 첨부된 도 4 에 도시된 디지털 오디오 증폭장치(200)의 각 기능부에서 입력단 또는 출력단에서 검출되는 동작파형을 이상적인 상태로 도시한다.

Vin 파형은, 오차증폭부(210)에 입력되는 아날로그 오디오 신호(Vin)의 이상적인 파형을 일례로 도시한다.

241 파형은, 고속스위칭부(240)의 제 1 삼각파부(241)에서 생성하여 출력하는 삼각파(TRIANGULAR WAVE)의 이상적인 파형을 일례로 도시한다. 점선으로 도시된 파형은 오차증폭부(210)의 출력파형이며, 제 1 비교기부(243)에 입력되는 상태를 도시한다.

즉, 제 1 비교기부(243)에 입력하는 경우 점선으로 도시한 210 파형과 삼각파형인 241 파형을 중첩 상태로 도시한다.

241 파형은 기준전압의 + 영역에 위치하고 삼각파의 하단부 전위가 기준 전압과 일치한다.

242 파형은, 고속스위칭부(240)의 제 2 삼각파부(242)에서 생성하여 출력하는 삼각파의 이상적인 파형을 일례로 도시한다. 여기서 241 파형과 242 파형은 기준 레벨이 다른 것을 알 수 있다. 점선으로 도시한 파형은 오차증폭부(210)에서 증폭한 후에 출력하는 파형으로 210으로 표시하며 제 2 비교기(244)에 입력하는 경우에 210 파형과 242 파형이 중첩된 상태를 도시한다.

242 파형은 기준전압의 - 영역에 위치하고 삼각파의 상단부 전위가 기준 전압과 일치한다. 즉, 241 파형과 242 파형의 중심 전위가 다르고 진폭 레벨은 동일하다. 또한, 241 파형의 하단부 전위와 242 파형의 상단부 전위는 인접하거나 동일한 전압레벨이 된다.

243 파형은, 제 1 비교기부(243)에서 출력하는 이상적인 파형이다. 즉, 제 1 삼각파부(241)가 출력하는 삼각파인 241 파형과 오차증폭부(210)가 출력하는 아날로그 오디오 신호인 210 파형을 제 1 비교기부(243)가 각각 입력하고 펄스폭 변조인 PWM 방식 디지털 펄스 파형으로 변조하여 출력하는 파형이다.

그러므로 제 1 삼각파부(241)에서 출력하는 삼각파와 오차증폭부(210)에서 출력하는 아날로그 오디오 신호가 중첩되는 경우에만 디지털 펄스 신호로 변조되는 PWM 방식 디지털 펄스 신호가 243 파형으로 도시된다.

이러한 243 파형의 실제 파형에서는 라이징 에지와 폴링 에지에 해당 하모닉 신호에 의한 임펄스 신호 성분이 포함된다.

244 파형은, 제 2 비교기부(244)에서 출력하는 이상적인 파형이다. 즉, 제 2 비교기부(244)가 제 2 삼각파부(242)에서 출력하는 삼각파와 오차증폭부(210)에서 출력하는 아날로그 오디오 신호를 각각 입력하고 펄스폭 변조인 PWM 방식 디지털 펄스 파형으로 변조하여 출력하는 파형이다.

여기에서도 제 2 삼각파부(242)에서 출력하는 삼각파인 242 파형과 오차증폭부(210)에서 출력하는 아날로그 오디오 신호인 210 파형이 중첩되는 경우에만 디지털 펄스 신호로 변조하여 출력하는 상태가 244 파형으로 도시된다.

그러므로 241의 삼각파와 242의 삼각파는 그 중심 전위의 레벨이 서로 다른 것으로 확인된다. 이때, 중심 전위의 레벨 차이는 241 또는 242 파형의 진폭 레벨에 의한 직류 전압 값만큼 차이가 있다. 그리고 고속 스위칭 신호에 의한 임펄스 신호 성분이 하모닉 신호로써 포함된다.

If 파형은, 제 1 스위칭 출력부(245)와 제 2 스위칭 출력부(247)가 각각 증 폭하여 출력하는 보상전류(If)의 파형을 도시한다.

222 파형은, 디지털 증폭부(220)를 구성하는 삼각파부(222)에서 출력하는 이상적인 삼각파이다.

점선은 디지털 증폭부(220)의 오차증폭부(221)가 증폭하여 출력한 아날로그 오디오 신호이고 221 파형으로 표시하며, 비교기부(223)에 입력되는 경우, 222 파형과 중첩된 상태를 도시한다.

223 파형은, 비교기부(223)에서 펄스폭 변조 방식으로 출력하는 PWM 디지털 펄스 신호의 이상적인 파형이다.

즉, 비교기부(223)는 톱니파부(222)가 출력하는 삼각파와 오차증폭부(221)가 출력하는 아날로그 오디오 신호를 입력하고, 삼각파와 아날로그 오디오 신호가 중첩되는 시간대에 디지털 펄스 파형을 출력하므로 펄스폭 변조 방식의 PWM 디지털 펄스 신호로 변조하여 출력한 상태를 도시한다.

따라서 도면에서는 오차증폭부(221)가 출력하는 아날로그 오디오 신호가 222 파형의 + 영역에 위치하는 경우의 PWM 방식 디지털 펄스 파형인 223 파형은 폭이 비교적 좁고, - 영역에 위치하는 경우는 폭이 비교적 넓은 것으로 도시한다.

Id 파형은, 디지털 증폭부(220)에 의하여 디지털 증폭된 오디오 신호가 인덕터부(230)를 통과하면서 아날로그 오디오 신호로 변조되는 이상적인(IDEAL) 파형이 도시되어 있다. 즉, Id 파형은 최종 출력되는 주동작전류(Id)이고 사인파 형상이며, 맥류 파형 잡음성으로 혼합되어 있음을 알 수 있다.

도면에 도시하지 않고 있으나, Id 파형에 의한 주동작전류(Id)는 하모닉과 맥류 신호에 의한 잡음성 신호 성분을 포함하고, If 파형에 의한 보상전류(If)는 하모닉과 맥류 신호의 성분을 고속으로 소싱(SOURCING)과 싱킹(SINKING)하여 보상하므로 최종적으로 Id 파형을 원만한 파형의 아날로그 오디오 신호로 변환(보상)하므로 원음에 가까운 파형으로 충실도(FIDELITY)를 높인다.

도 8 은 본 발명의 일례에 의한 것으로 디지털 오디오 증폭장치가 가청주파수 대역의 아날로그 오디오 신호를 입력하고 디지털 증폭하여 출력하는 아날로그 오디오 신호의 실제 관측 파형도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, (a)는 본 발명에 의한 디지털 오디오 증폭장치(200)의 오차증폭부(210)에 1 킬로헤르츠(KHz)의 아날로그 오디오 신호를 200 밀리볼트(mv)로 입력하고, 450 밀리볼트(mv)로 디지털 증폭하여 출력하는 아날로그 오디오 신호의 관측 파형이다.

출력된 아날로그 오디오 신호가 입력된 원음의 아날로그 오디오 신호 파형에 매우 근접하여 충실도가 높음을 알 수 있다.

(b)는 본 발명의 디지털 오디오 증폭장치(200)를 구성하는 오차증폭부(210)에 1 킬로헤르츠(KHz)의 아날로그 오디오 신호를 1290 밀리볼트(mv)로 입력하고, 2900 밀리볼트(mv)로 디지털 증폭하여 출력하는 아날로그 오디오 신호의 관측 파형이다.

출력된 아날로그 오디오 신호는 증폭률이 높은 상태에서도 하모닉과 맥류 신호 성분이 소거되므로 입력된 원음의 아날로그 오디오 신호 파형에 매우 근접하여 충실도가 높음을 알 수 있다.

(c)는 상기 (a)와 같은 조건이고 입력되는 오디오 신호의 주파수를 20 킬로헤르츠(KHz)로 높인 상태이며, (d)는 상기 (b)와 같은 조건이며 입력된 오디오 신호의 주파수를 20 킬로헤르츠(KHz)로 높인 상태이다. 여기서도 입력된 원음에 대한 충실도가 매우 높은 것으로 관측된다.

일반적으로 20 내지 20,000 헤르츠(Hz) 대역의 주파수를 가청 주파수 대역이라 한다. 그리고 모든 전자 소자는 주파수 특성을 1,000 헤르츠에서 측정하는 것이 일반적이다.

그러므로 본 발명에 의한 디지털 오디오 증폭장치(200)는 1,000(1 K) 헤르츠(Hz)와 20,000(20 K) 헤르츠(Hz)의 아날로그 신호를 입력하고 디지털 증폭하여 출력한 오디오 신호가 원음과 매우 유사한 경우 충실도는 높은 것으로 한다.

도 9 는 본 발명의 일례에 의한 것으로 디지털 증폭부가 입력한 디지털 오디오 신호와 디지털 증폭하여 출력한 디지털 오디오 신호의 지연 특성을 실제 관측한 파형도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 본 발명에 의한 디지털 증폭부(220)가 1 킬로헤르츠, 1.5 볼트(V)의 디지털 펄스 신호를 입력하고 디지털 증폭하여 3 볼트(V)의 디지털 펄스 신호로 출력하는 상태의 관측 도시도 이다.

디지털 펄스 신호의 라이징 에지와 폴링 에지에서의 지연 시간(DELAY TIME)을 관측한 결과 8 마이크로 세크(us)로 확인된다.

즉, 디지털 증폭을 위하여 입력된 디지털 펄스 신호와 출력되는 디지털 펄스 신호의 편차가 매우 작으므로 디지털 오디오 증폭 시스템(장치)의 안정도(STABILITY)가 증가한다.

도 10 은 본 발명의 다른 일실시 예에 의한 디지털 오디오 증폭장치의 기능 구성도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 본 발명에 의한 디지털 오디오 증폭장치(200)는 초단증폭부(260), 오차증폭부(210), 디지털 증폭부(220), 인덕터부(230), 고속스위칭부(240) 및 부하부(250)를 포함하는 구성이다.

여기서 오차증폭부(210), 디지털 증폭부(220), 인덕터부(230), 고속스위칭부(240) 및 부하부(250)는 본 발명의 일실시 예에 의한 구성 및 기능과 동일하므로 동일한 도면 부호를 사용하였고 반복 설명을 생략하기로 한다.

초단증폭부(260)는 외부에서 입력되는 아날로그 오디오 신호를 소정의 레벨로 초단 증폭하여 오차증폭부(210)에 인가하는 것으로, 입력된 아날로그 오디오 신호를 설정된 소정 레벨로 증폭하는 기능이면 충분하다.

그러므로 오차증폭부(210)는 항상 일정한 레벨의 오디오 신호를 입력하게 되어 증폭 기능이 안정되고 음질의 충실도를 개선하는 동시에 전체적인 디지털 증폭기의 구성 및 설계를 간편하게 하는 등의 장점이 있다.

도 11 은 본 발명의 일례에 의한 것으로 디지털 오디오 증폭장치를 구성하는 오차증폭부의 기능 구성도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 오차증폭부(210)는 전압 신호를 입력하여 증폭된 전류 신호로 출력하는 트랜스 컨덕턴스 증폭부(TRANS CONDUCTANCE AMP)(이하, ‘전류증폭부’라 한다.)와 증폭된 전압 신호로 출력하는 전압증폭부(VOLTAGE AMP) 중에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다. 일반적으로 전류증폭부 보다 전압증폭부를 많이 사용한다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

도 1 은 종래 기술의 일례에 의한 것으로 디지털 증폭기의 기능 구성도,

도 2 는 종래 기술의 일례에 의하여 개선된 디지털 증폭장치의 기능 구성도,

도 3 은 종래 기술의 일례에 의하여 개선된 디지털 증폭기가 출력하는 파형 도시도,

도 4 는 본 발명의 일실시 예에 의한 디지털 오디오 증폭장치의 기능 구성도,

도 5 는 본 발명의 일례에 의한 것으로 디지털 증폭부를 구성하는 삼각파부에서 생성된 삼각파형의 중심 전위와 시간 축에 대응하는 파형 도시도,

도 6 은 본 발명의 일례에 의한 것으로 제 1 삼각파부와 제 2 삼각파부에서 각각 생성된 삼각파형의 시간 축에 대한 전위 상태 도시도,

도 7 은 본 발명의 디지털 오디오 증폭장치에 의한 각 기능부에 입력되고 출력되는 동작파형의 이상적인 상태 도시도,

도 8 은 본 발명의 일례에 의한 것으로 디지털 오디오 증폭장치가 가청주파수 대역의 아날로그 오디오 신호를 입력하고 디지털 증폭하여 출력하는 아날로그 오디오 신호의 실제 관측 파형도,

도 9 는 본 발명의 일례에 의한 것으로 디지털 증폭부가 입력한 디지털 오디오 신호와 디지털 증폭하여 출력한 디지털 오디오 신호의 지연 특성을 실제 관측한 파형도,

도 10 은 본 발명의 다른 일실시 예에 의한 디지털 오디오 증폭장치의 기능 구성도,

그리고

도 11 은 본 발명의 일례에 의한 것으로 디지털 오디오 증폭장치를 구성하는 오차증폭부의 기능 구성도 이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 **

200 : 디지털 오디오 증폭장치 210, 221 : 오차증폭부

220 : 디지털 증폭부 222 : 삼각파부

223 : 비교기부 224 : 스위칭 출력부

225 : 제 1 게이트 드라이브 226 : 제 2 게이트 드라이브

227 : 제 1 스위치 228 : 제 2 스위치

230 : 인덕터부 240 : 고속스위칭부

241 : 제 1 삼각파부 242 : 제 2 삼각파부

243 : 제 1 비교기부 244 : 제 2 비교기부

245 : 제 1 스위칭 출력부 246 : 제 2 스위칭 출력부

247 : 컨덴서부 250 : 부하부

260 : 초단증폭부

Claims (12)

1. 삭제
2. 아날로그 오디오 신호를 입력하여 소정 레벨로 증폭하는 오차증폭부; 상기 오차증폭부의 신호를 입력하고 제 1 스위칭 주파수로 스위칭하여 펄스폭변조(PWM)의 디지털 신호로 변조하며 디지털 증폭하는 디지털 증폭부; 상기 디지털 증폭부가 출력하는 디지털 신호를 저손실의 저역통과로 필터 처리하여 아날로그 신호로 출력하는 인덕터부; 상기 오차증폭부의 신호를 입력하고 제 2 스위칭 주파수로 고속 스위칭하며 상기 인덕터부의 아날로그 신호에 포함된 하모닉 신호를 소싱과 싱킹으로 보상함에 따라 상기 하모닉 신호를 소거시키는 고속 스위칭부; 및 상기 인덕터부에 접속하여 가청의 오디오 신호를 출력하는 부하부를 포함하는 디지털 오디오 증폭장치의 구조로,

   상기 제 1 스위칭 주파수는 상기 아날로그 오디오 신호 주파수의 2 배수 이상 중에서 선택된 어느 하나의 주파수이고,

   상기 제 2 스위칭 주파수는 상기 제 1 스위칭 주파수의 4 배수 이상 정수배 중에서 선택된 어느 하나의 주파수로 이루어지며

   상기 고속 스위칭부는,

   상기 제 2 스위칭 주파수로 삼각파를 발생하는 제 1 삼각파부;

   상기 제 2 스위칭 주파수로 상기 제 1 삼각파부와 중심 전위 레벨이 다르거나 진폭레벨이 같은 삼각파를 발생하는 제 2 삼각파부;

   상기 제 1 삼각파부의 삼각파 신호를 입력하고 오차증폭부의 아날로그 신호를 입력하여 펄스폭 변조(PWM)의 디지털 신호로 변조하는 제 1 비교기부;

   상기 제 2 삼각파부의 삼각파 신호를 입력하고 상기 오차증폭부의 아날로그 신호를 입력하여 펄스폭 변조(PWM)의 디지털 신호로 각각 변조하는 제 2 비교기부;

   상기 제 1 비교기부의 디지털 신호를 입력하고 제 1 동작전원(Vdd)의 전압레벨에 의한 디지털 신호로 증폭하는 제 1 스위칭 출력부;

   상기 제 2 비교기부의 디지털 신호를 입력하고 제 2 동작전원(Vss)의 전압레벨에 의한 디지털 신호로 증폭하는 제 2 스위칭 출력부; 및

   상기 제 1 및 제 2 스위칭 출력부로부터 출력되는 디지털 신호에 포함되는 상기 제 2 스위칭 주파수에 의한 하모닉 신호를 소거하고 부하부와 병렬 접속하는 컨덴서부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 증폭장치의 구조.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 디지털 증폭부는,

   아날로그 오디오 신호를 입력하여 소정 레벨로 증폭하는 오차증폭부;

   상기 제 1 스위칭 주파수로 삼각파 신호를 발생하는 삼각파부;

   상기 증폭부의 아날로그 신호와 상기 삼각파부의 삼각파 신호를 입력하고 펄스폭변조(PWM)의 디지털 신호로 변조하는 비교기부; 및

   상기 비교기부의 디지털 신호를 입력하고 제 1 동작전원(Vdd)과 제 2 동작전원(Vss)의 전압레벨에 의한 디지털 신호로 증폭하는 스위칭 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 증폭장치의 구조.
4. 삭제
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 제 1 삼각파부는 생성된 삼각파의 하단부 전위를 기준 전압의 + 영역에서 일치시켜 출력하고,

   상기 제 2 삼각파부는 생성된 삼각파의 상단부 전위를 기준 전압의 - 영역에서 일치시켜 출력하는 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 증폭장치의 구조.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제 1 삼각파부와 제 2 삼각파부는,

   진폭 레벨은 동일하고 중심 전위가 상이한 삼각파를 각각 생성하여 출력하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 증폭장치의 구조.
7. 제 2 항에 있어서, 상기 오차증폭부는,

   전압을 증폭하여 출력하는 전압증폭부와 전류를 증폭하여 출력하는 전류증폭부 중에서 선택된 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 증폭장치의 구조.
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9. 제 2 항에 있어서, 상기 오차증폭부는,

   상기 입력된 오디오 신호를 부궤환(NEGATIVE FEEDBACK)를 통해 적분(INTEGRAL)한 후, 상기 적분화된 오디오 신호를 상기 소정 레벨로 증폭시키는 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 증폭장치의 구조.
10. 제 2 항에 있어서, 상기 고속 스위칭부는,

    상기 제 1 및 제 2 삼각파부에 의해 각각 생성된 서로 다른 삼각파 상에 존재하는 하모닉 신호 성분을 필터링하는 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 증폭장치의 구조.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 제 1 삼각파부(241)와 제 2 삼각파부(242)로부터 각각 생성된 서로 다른 삼각파의 진폭 레벨은 동일하며, 위상차 및 중심 전위의 전압 레벨은 상이한 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 증폭장치의 구조.
12. 제 2 항에 있어서,

    상기 제 1 스위칭 출력부는 게이트 드라이버와 N 형 FET 트랜지스터로 이루어지고, 제 2 스위칭 출력부는 게이트 드라이버와 P 형 FET 트랜지스터로 이루어지며, 상기 각 FET 트랜지스터의 드레인(DRAIN) 단자는 서로 연결되어 보상전류를 출력하는 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 증폭장치의 구조.

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