KR101446252B1 - 입력신호를 감지하여 pwm 신호를 제어하는 회로를 구비한 앰프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 입력신호를 감지하여 PWM 신호를 제어하는 회로를 구비한 앰프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존의 Class-D 앰프에 있어서 전력손실을 절감할 수 있도록 입력신호를 감지하여 PWM 신호를 제어하는 회로를 구비한 앰프에 관한 것으로, 입력 오디오 신호가 존재하는 경우에만 PWM 스위칭 동작을 하도록 구성되어 전력손실, 무신호시 잡음 발생 및 발열 측면에서 우수한 효과가 있다.

Description

입력신호를 감지하여 PWM 신호를 제어하는 회로를 구비한 앰프{Amp containing a PWM signal controlling ciruit using detection of input signal}
본 발명은 입력신호를 감지하여 PWM 신호를 제어하는 회로를 구비한 앰프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존의 Class-D 앰프에 있어서 전력손실을 절감할 수 있도록 입력신호를 감지하여 PWM 신호를 제어하는 회로를 구비한 앰프에 관한 것이다.
도 1은 종래의 Class-D 앰프의 구조를 나타낸 블록도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 Class-D 앰프는 입력신호(110)를 삼각파와 비교하여 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 생성하는 비교기(130)를 가진다.
비교기(130)는 입력신호(110)와 삼각파 신호 발생기(120)의 출력 신호를 받아 이를 서로 비교하여 PWM 신호를 생성한다. 이 때, 비교기(130)는 입력신호(110)가 삼각파 신호보다 크면 하이(high), 작으면 로우(low)를 가지도록 하여 PWM 신호를 생성한다.
비교기(130)의 출력 신호는 딜레이 블록(140)을 거쳐 게이트 드라이버(Gate Driver)(150)에 입력되고, 출력증폭부단(160)의 모스펫(MOSFET)을 통해 증폭된다. 이렇게 증폭된 신호는 로우패스필터(Low Pass Filter, LPF)(170)를 통해 아날로그 신호로 변환된다.
이러한 종래의 Class-D 앰프는 전력효율 및 발열량 측면에서 우수한 효과를 가진다. 그러나, 도 1을 통해 살펴본 구조와 같이 입력신호가 없어도 지속적으로 PWM 신호가 On-Off 스위칭을 하는 구조를 가지기 때문에, 스위칭 신호의 고조파(하모닉) 성분에 의한 잡음 문제가 있다.
또한, 지속적인 전력 소모에 의해 전력효율과 발열측면에서 개선이 필요하다.
그리고, 이러한 지속적 잡음, 전력소모, 발열 외에도 입력신호 없는 PWM 신호가 가청주파수 범위를 벗어나지만 체배되어 낮은 잡음의 원인이 되는 문제점을 가진다. 그 외에도 타 기기에 대한 영향을 줄 수 있다.
본 발명의 목적은 입력 오디오 신호가 존재하는 경우에만 PWM 스위칭 동작을 하도록 구성된 입력신호를 감지하여 PWM 신호를 제어하는 회로를 구비한 앰프를 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 입력신호를 삼각파와 비교하여 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 생성하는 PWM 신호 생성부; 상기 PWM 신호 생성부가 생성한 상기 PWM 신호에 따라 오디오 출력하는 출력단; 및 상기 PWM 신호 생성부와 구분되어 상기 입력신호를 입력받아, 상기 입력신호의 존재여부를 판정하여 상기 PWM 신호 생성부에서 생성된 상기 PWM 신호를 출력단에 전달되는 것을 제어하는 회로;를 포함하는 입력신호를 감지하여 PWM 신호를 제어하는 회로를 구비한 앰프가 제공된다.
바람직하게는, 상기 제어하는 회로는, 상기 입력신호가 존재하는지 판단하는 입력감시부; 상기 입력신호가 없는 경우, 상기 입력감시부로부터 일정신호를 수신하여 상기 PWM 신호가 상기 출력단에 전달되지 않도록 하는 제어신호를 출력하는 제어부; 및 상기 제어부로부터 상기 제어신호를 수신하여, 상기 PWM 신호 생성부와 상기 출력단 사이의 전기적 신호가 전달되지 않도록 온/오프전환하는 온/오프전환부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 입력감시부는, 상기 입력신호가 상기 PWM 신호로 생성되어 오디오 출력해야하는 레벨기준을 설정하는 동작점설정부; 및 상기 입력신호와 상기 동작점설정부에서 설정한 레벨기준을 비교하여 상기 입력신호가 존재하는지 판단하는 비교부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제어부는 사용자에 의해 음성 신호가 음소거(mute)되는 제어가 선택된 신호 또는 보호회로가 작동되는 신호를 수신하여 상기 PWM 신호가 상기 출력단에 전달되지 않도록 하는 상기 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 온/오프전환부는, 상기 제어부로부터 수신한 상기 제어신호가 상기 입력신호가 존재하지 않음을 나타낸 신호인 경우 제어전압을 로우(low)가 되도록 하여 상기 출력단으로 상기 PWM 신호가 전달되지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 온/오프전환부는, 상기 제어부로부터 수신한 상기 제어신호가 상기 입력신호가 존재하고 있음을 나타낸 신호인 경우 제어전압을 하이(high)가 되도록 하되, 접합형 트랜지스터(Bipolar Junction Transistors, BJT)와 전계효과 트랜지스터(field effect transistor, FET)를 통해 상기 PWM 신호가 하이 사이드(High Side)와 로우 사이드(Low Side)로 분리되어 상기 출력단에 전달되도록 하는 것을 특징으로 한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명은 입력 오디오 신호가 존재하는 경우에만 PWM 스위칭 동작을 하도록 구성되어 전력손실, 무신호시 잡음 발생 및 발열 측면에서 우수한 효과가 있다.
도 1은 종래의 Class-D 앰프의 구조를 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입력신호를 감지하여 PWM 신호를 제어하는 회로를 구비한 앰프의 구조를 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입력신호를 감지하여 PWM 신호를 제어하는 회로 중 입력감시부의 구성을 나타낸 블록도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 입력신호를 감지하여 PWM 신호를 제어하는 회로 중 제어부의 구성을 나타낸 블록도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 입력신호를 감지하여 PWM 신호를 제어하는 회로 중 온/오프전환부의 구성을 나타낸 블록도.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 입력신호를 감지하여 PWM 신호를 제어하는 회로 중 온/오프전환부의 예시 회로도를 나타낸 도면.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입력신호를 감지하여 PWM 신호를 제어하는 회로를 구비한 앰프의 구조를 나타낸 블록도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입력신호를 감지하여 PWM 신호를 제어하는 회로를 구비한 앰프는 입력신호를 감지하여 PWM 신호를 제어하는 회로(200)를 포함한다.
입력신호를 감지하여 PWM 신호를 제어하는 회로(200)는 입력신호를 삼각파와 비교하여 PWM 신호를 생성하는 부(310)와 구별되도록 입력신호를 수신한다.
입력신호를 감지하여 PWM 신호를 제어하는 회로(200)는 입력감시부(210), 제어부(220) 및 온/오프전환부(230)를 포함하도록 구성된다.
입력감시부(210)는 입력신호가 존재하는지를 판단한다.
예를 들어, 입력감시부(210)는 입력신호가 일정신호 이상인지를 판별하여 입력신호의 존재를 판단한다.
입력감시부(210)는 입력신호가 존재하는 경우, 제어부(220)에 동작신호를 인가한다.
제어부(220)는 입력감시부(210)로부터 동작신호를 인가받아 PWM 파형을 On/Off 동작하는 제어신호를 발생시킨다.
또한, 바람직하게는, 제어부(220)는 입력감시부(210)로부터 동작신호를 인가받는 것 외에 사용자의 음소거 명령, 출력스피커의 과부하, 단락(short)에 의한 내부 보호 회로의 동작을 확인하여 PWM 파형을 On/Off 동작하는 제어신호를 발생시킨다. 예를 들어, 제어부(220)는 PWM 파형을 On/Off 동작하는 제어신호로서 PWM 파형의 전달 유무를 동작시키는 제어신호를 발생시킨다.
온/오프전환부(230)는 제어부(220)의 제어신호를 받아 PWM 신호를 온/오프한다. 예를 들어, 온/오프전환부(230)는 제어부(220)의 제어신호를 받아 PWM 신호의 전달을 ON 시킬지, OFF시킬지 결정한다.
입력신호를 삼각파와 비교하여 PWM 신호를 생성하는 부(310)는 입력신호와 삼각파 발생부의 출력신호를 서로 비교하여 PWM 신호를 생성하는데, 생성한 PWM 신호는 입력신호를 감지하여 PWM 신호를 제어하는 회로(200)에 의하여 출력단(320)으로 전달되지 않는다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입력신호를 감지하여 PWM 신호를 제어하는 회로 중 입력감시부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입력신호를 감지하여 PWM 신호를 제어하는 회로 중 입력감시부는 신호 입력부(410), 동작점설정부(421), 비교부(422) 및 신호전달부(430)로 구성된다.
신호 입력부(410)는 앰프에 입력된 입력신호를 수신하고, 비교부(422)에 이를 전달한다.
동작점설정부(421)는 PWM 신호의 생성을 출력하지 않도록 하는 입력신호의 레벨기준을 설정하여 비교부(422)에 전달한다.
비교부(422)는 신호 입력부(410)로부터 전달된 입력신호와 동작점설정부(421)를 통해 전달된 입력신호의 레벨기준을 비교하여 비교결과를 신호전달부(430)에 전달한다.
신호전달부(430)는 비교부(422)로부터 전달된 비교결과가 입력신호가 레벨기준보다 낮으면 입력신호가 없음을 나타내는 신호를, 레벨기준보다 높으면 입력신호가 있음을 나타내는 신호를 제어부로 전달한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 입력신호를 감지하여 PWM 신호를 제어하는 회로 중 제어부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입력신호를 감지하여 PWM 신호를 제어하는 회로 중 제어부는 입력감시부로부터 전달된 신호를 수신한다.
또한, 제어부는 사용자에 의해 음성 신호가 음소거(mute)되는 제어가 선택된 신호를 수신할 수 있다.
그리고, 제어부는 앰프 출력부에 연결된 스피커 회로의 단락(short)이나 다른 장애 발생에 따른 보호회로가 작동되는 신호를 수신할 수 있다.
제어부는 입력감시부로부터 전달된 신호, 사용자에 의해 음성 신호가 음소거(mute)되는 제어가 선택된 신호 또는 보호회로가 작동되는 신호를 수신하여 PWM 신호를 발생시킬 것인지의 제어신호를 발생한다.
예를 들어, 제어부는 입력감시부로터 전달된 신호가 입력신호의 존재를 의미하는 경우 PWM 신호가 출력단에 전달될 수 있도록 하는 제어신호를 발생하고, 입력신호의 부존재를 의미하는 경우 PWM 신호가 출력단에 전달되지 않도록 하는 제어신호를 발생한다.
또한, 제어부는 사용자에 의해 음성 신호가 음소거(mute)되는 제어가 선택된 신호 또는 앰프 출력부에 연결된 스피커 회로의 단락(short)이나 다른 장애 발생에 따른 보호회로가 작동되는 신호를 수신하면 PWM 신호를 발생시키지 않도록 하는 제어신호를 발생한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 입력신호를 감지하여 PWM 신호를 제어하는 회로 중 온/오프전환부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입력신호를 감지하여 PWM 신호를 제어하는 회로 중 온/오프전환부는 제어부로부터 전달받은 제어신호를 받아 게이트 드라이브 단을 포함하는 출력단에 PWM 신호의 전달 유무를 제어하게 된다.
즉, 온/오프전환부는 오디오 입력신호가 있는 경우에는, 출력단 중 게이트 드라이브 단으로 높은영역(high side) 및 낮은영역(low side)으로 구분되어 PWM 신호를 전달하고, 오디오 입력신호가 없는 경우에는, PWM 신호가 게이트 드라이버 단으로 전달되지 않도록 한다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 입력신호를 감지하여 PWM 신호를 제어하는 회로 중 온/오프전환부의 예시 회로도를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입력신호를 감지하여 PWM 신호를 제어하는 회로 중 온/오프전환부의 예시 회로도는 3개의 접합형 트랜지스터(Bipolar Junction Transistors, BJT)(T1, T2, T3)와 2개의 전계효과 트랜지스터(field effect transistor, FET)(Q1, Q2)로 구성된다.
온/오프전환부는 오디오 입력이 있어서 제어부로부터의 제어신호가 PWM 신호 전달을 의미하는 하이 상태로 존재하는 경우, 아래의 동작이 수행된다. 제어부로부터의 제어신호는 예시 회로도 상에서 CONTROL로 표현된다.
PWM 입력신호가 하이(high)인 경우, 제1 접합형 트랜지스터(T1)는 온(on)된다.
제1 접합형 트랜지스터(T1)가 온(on)되면, 제1 전계효과 트랜지스터(Q1)는 온(on)된다.
제1 전계효과 트랜지스터(Q1)가 온(on)되면, 접지연결에 따라 A'영역은 로우(low)가 되고, 이에 따라 제2 접합형 트랜지스터(T2)는 오프(off)된다.
A'영역이 로우(low)이고 제2 접합형 트랜지스터(T2)가 오프(off)이므로, A영역은 로우(low)가 되고 낮은영역(low side)의 출력신호는 로우(low)가 된다.
또한, A영역이 로우(low)이므로, 제2 전계효과 트랜지스터(Q2)는 오프(off)된다.
제2 전계효과 트랜지스터(Q2)가 오프(off)되면, B영역은 하이(high)가 되고, 제3 접합형 트랜지스터(T3)는 온(on)된다.
제3 접합형 트랜지스터(T3)가 온(on)되면, 높은영역(high side)의 출력신호는 하이(high)가 된다.
입력신호가 로우(low)인 경우, 제1 접합형 트랜지스터(T1)는 오프(off)된다.
제1 접합형 트랜지스터(T1)가 오프(off)되면, 제1 전계효과 트랜지스터(Q1)는 오프(off)된다.
제1 전계효과 트랜지스터(Q1)가 오프(off)되면, 접지연결에 따라 A'영역은 하이(high)가 되고, 이에 따라 제2 접합형 트랜지스터(T2)는 온(on)된다.
A'영역이 하이(high)이고 제2 접합형 트랜지스터(T2)가 온(on)이므로, A영역은 하이(high)가 되고 낮은영역(low side)의 출력신호는 하이(high)가 된다.
또한, A영역이 하이(high)이므로, 제2 전계효과 트랜지스터(Q2)는 온(on)된다.
제2 전계효과 트랜지스터(Q2)가 온(on)되면, B영역은 로우(low)가 되고, 제3 접합형 트랜지스터(T3)는 오프(off)된다.
제3 접합형 트랜지스터(T3)가 오프(off)되면, 높은영역(high side)의 출력신호는 로우(low)가 된다.
이를 통해, 도 6의 예시 회로도는 평소에는 입력 PWM 신호로부터 서로 상보적인 로우 사이드(low side) 및 하이 사이드(high side) 출력을 얻을 수 있다.
반면에 오디오 입력이 없다고 감지하여 제어신호부에서 제어신호를 로우 상태로 보내게 되면 도 6의 트랜지스터와 전계효과 트랜지스터가 모두 OFF가 되므로 PWM 신호가 아예 전달되지 않는다.
즉, 제어부(220)가 출력하는 제어신호(CONTROL)를 이용하여 입력 PWM 신호의 로우 사이드(low side) 및 하이 사이드(high side)로의 전달 여부 자체를 제어할 수 있다.
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이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
200: 입력신호를 감지하여 PWM 신호를 제어하는 회로
210: 입력감시부 220: 제어부
230: 온/오프전환부
310: 입력신호를 삼각파와 비교하여 PWM 신호를 생성하는 부
320: 출력단

Claims (6)

  1. 입력신호를 삼각파와 비교하여 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 생성하는 PWM 신호 생성부;
    상기 PWM 신호 생성부가 생성한 상기 PWM 신호에 따라 오디오 출력하는 출력단; 및
    상기 PWM 신호 생성부와 구분되어 상기 입력신호를 입력받아, 상기 입력신호의 존재여부를 판정하여 상기 PWM 신호 생성부에서 생성된 상기 PWM 신호를 출력단에 전달되는 것을 제어하는 회로;를 포함하고,
    상기 제어하는 회로는,
    상기 입력신호가 존재하는지 판단하는 입력감시부;
    상기 입력신호가 없는 경우, 상기 입력감시부로부터 일정신호를 수신하여 상기 PWM 신호가 상기 출력단에 전달되지 않도록 하는 제어신호를 출력하는 제어부; 및
    상기 제어부로부터 상기 제어신호를 수신하여, 상기 PWM 신호 생성부와 상기 출력단 사이의 전기적 신호가 전달되지 않도록 온/오프전환하는 온/오프전환부;를 포함하고,
    상기 온/오프전환부는,
    상기 제어부로부터 수신한 상기 제어신호가 상기 입력신호가 존재하지 않음을 나타낸 신호인 경우 제어전압을 로우(low)가 되도록 하여 상기 출력단으로 상기 PWM 신호가 전달되지 않도록 하고,
    상기 제어부로부터 수신한 상기 제어신호가 상기 입력신호가 존재하고 있음을 나타낸 신호인 경우 제어전압을 하이(high)가 되도록 하되, 접합형 트랜지스터(Bipolar Junction Transistors, BJT)와 전계효과 트랜지스터(field effect transistor, FET)를 통해 상기 PWM 신호가 하이 사이드(High Side)와 로우 사이드(Low Side)로 분리되어 상기 출력단에 전달되도록 하는 것을 특징으로 하는 입력신호를 감지하여 PWM 신호를 제어하는 회로를 구비한 앰프.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 입력감시부는,
    상기 입력신호가 상기 PWM 신호로 생성되어 오디오 출력해야하는 레벨기준을 설정하는 동작점설정부; 및
    상기 입력신호와 상기 동작점설정부에서 설정한 레벨기준을 비교하여 상기 입력신호가 존재하는지 판단하는 비교부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 입력신호를 감지하여 PWM 신호를 제어하는 회로를 구비한 앰프.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 사용자에 의해 음성 신호가 음소거(mute)되는 제어가 선택된 신호 또는 보호회로가 작동되는 신호를 수신하여 상기 PWM 신호가 상기 출력단에 전달되지 않도록 하는 상기 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 입력신호를 감지하여 PWM 신호를 제어하는 회로를 구비한 앰프.
  5. 삭제
  6. 삭제
KR1020130145972A 2013-11-28 2013-11-28 입력신호를 감지하여 pwm 신호를 제어하는 회로를 구비한 앰프 KR101446252B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20130097502A (ko) * 2012-02-24 2013-09-03 한국과학기술원 이중 스위칭증폭기를 이용한 효율 향상된 포락선 증폭기 및 그 설계방법

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