KR101789614B1 - 왜곡을 감소시키는 동적 전류 부스터 증폭기 - Google Patents

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Abstract

개시된 장치는 증폭기 회로 및 검출 회로를 포함한다. 증폭기 회로는 고전압 공급 레일, 저전압 공급 레일 및 출력단을 포함한다. 검출 회로는 증폭기의 출력단에 전기적으로 연결되며, 출력단의 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하는 경우를 나타내는 표지를 생성한다. 증폭기 회로는 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값보다 작으면 제1 바이어스 전류 값으로 증폭기 회로를 바이어스하고, 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하면, 제2 바이어스 전류 값으로 증폭기 회로를 바이어스하도록 구성된 바이어스 회로를 더 포함한다.

Description

왜곡을 감소시키는 동적 전류 부스터 증폭기{DYNAMIC CURRENT BOOST AMPLIFIER FOR LOW DISTORTION}
개인 전자 장치(personal electronic device)는 휴대용 MP3 미디어 플레이어, 셀폰, 및 스마트폰을 포함한다. 이들 장치는 그 크기와 상관없이 이들이 제공하는 기능에 의해 그 편리성이 정해진다. 이들 장치는 배터리 구동 방식이기 때문에, 배터리를 교체하기 전까지의 동작 기간과 크기 사이에 설계 균형이 있을 수 있다. 이러한 장치를 동일한 소형의 크기로 유지하거나 더 소형으로 하면서도, 이러한 장치에 더 많은 기능을 제공하고자 하는 것이 요구되고 있다.
본 개시는 일반적으로 전자 회로와 전자 회로의 구현 방법에 관한 것이다. 개시된 장치는 증폭기 회로 및 검출 회로를 포함한다. 증폭기 회로는 고전압 공급 레일, 저전압 공급 레일 및 출력단을 포함한다. 검출 회로는 증폭기의 출력단에 전기적으로 연결되며, 출력단의 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하는 경우를 나타내는 표지를 생성한다. 증폭기 회로는 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값보다 작으면 제1 바이어스 전류 값으로 증폭기 회로를 바이어스하고, 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하면, 제2 바이어스 전류 값으로 증폭기 회로를 바이어스하도록 구성된 바이어스 회로를 더 포함한다.
본 항목의 내용은 본 특허 출원의 주제에 대한 개요를 제공하기 위한 것이며, 발명을 한정적으로 설명하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 상세한 설명은 본 특허 출원에 대한 더 상세한 정보를 제공하기 위한 것이다.
본 도면은 반드시 실측으로 되어 있는 것은 아니며, 유사한 참조 부호는 다른 도면에서 유사한 요소를 나타낼 수 있다. 상이한 첨자를 가진 유사한 참조 부호는 유사한 요소의 다른 예를 나타낼 수 있다. 도면은 일반적으로 예시를 위해 본 명세서에서 논의되는 여러 실시형태를 보여주는 것이며 한정을 위한 것이 아니다.
도 1은 증폭기를 구현하는 방법의 예를 나타내는 흐름도이다.
도 2는 동적 전류 부스터를 갖는 증폭기를 제공하는 장치의 블록도이다.
도 3은 증폭기 회로의 예의 일부를 개략적으로 나타낸다.
도 4는 전류 미러 회로의 예를 나타낸다.
본 개시는 일반적으로 전자 증폭기에 관한 것으로서, 구체적으로는 증폭기를 동작시키기 위한 에너지를 감소시키는 것에 관한 것이다. 증폭기는 낮은 임피던스 부하(예를 들어, 개인 전자 장치용의 헤드폰 세트)를 구동시키는 데에 사용될 수 있다. 부하를 최소 왜곡으로 구동시키기 위해 증폭기에 충분한 파워를 제공하는 것과 증폭기를 동작시키기 위해 필요한 파워의 양을 최소로 하는 것 사이에 설계 균형이 필요하다.
도 1은 증폭기 출력에서의 신호 왜곡을 최소로 하면서 에너지 소비를 최소로 하는 증폭기를 구현하는 방법(100)의 예를 나타내는 흐름도이다. 블록(105)에서, 증폭기는 제1 바이어스 전류 값으로 바이어스된다. 바이어스 전류는 증폭기에서 하나 이상의 트랜지스터의 동작 영역을 설정하는 데에 사용될 수 있다.
블록(110)에서, 증폭기의 출력 전압을 모니터링한다. 블록(115)에서, 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과한다고 검출된 경우, 증폭기는 제2 바이어스 전류로 바이어스된다.
구동 전류를 증가시키면 증폭기에 의해 구동되는 부하에서의 왜곡이 감소된다. 증가된 구동 전류는 부하에서 필요하게 될 때에 제공되며, 일반적으로 낮은 전력 소비의 상태에 있게 된다. 따라서, 부하를 최소의 왜곡으로 구동시키기 위해 증폭기에 의해 충분한 파워가 제공되며, 증폭기에 의해 사용되는 에너지는 이러한 파워가 출력단에 의해 요구되지 않는 경우에는 감소된다.
도 2는 동적 전류 부스터를 갖는 증폭기를 제공하는 장치(200)의 블록도이다. 장치(200)는 증폭기 회로(205)와 검출 회로(210)를 포함한다. 검출 회로(210)는 증폭기 회로(205)의 출력단에 전기적으로 연결될 수 있다. 검출 회로(210)는 출력단에서의 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하는 경우를 나타내는 표지(예를 들어, 신호 또는 논리 레벨에서의 변화)를 생성한다.
도 3은 증폭기 회로(305)의 예의 일부를 개략적으로 나타낸다. 증폭기 회로(305)는 고전압 공급 레일(high voltage supply rail)(310), 저전압 공급 레일(315), 및 출력단(output stage)(320)을 포함한다. 증폭기 회로(305)는 하나 이상의 바이어스 회로(bias circuit)(325)를 포함한다. 바이어스 회로(325)는 증폭기 회로(305)의 이득 및 주파수 응답을 설정하도록 바이어스 전류를 제공한다. 바이어스 전류는 출력 장치의 상호 콘덕턴스(gm)를 설정하고, 증폭기 회로(305)의 개방 루프 이득을 설정한다.
바이어스 회로(325)는 증폭기 회로(305)를 다수의 바이어스 전류로 바이어스할 수 있다. 일례로, 바이어스 회로(325)는 전류 참조 회로(330) 및 전류 미러 회로를 포함한다. 전류 미러 회로는 피참조 전류(referenced current)의 배수에 해당하는 전류를 바이어스 전류로서 반사(mirror)한다. 전형적으로, 바이어스 회로(325)는 제1 또는 정동작 바이어스 전류(quiescent bias current)를 출력단에 미러 전류로서 제공한다. 바이어스 회로(325)는 피참조 전류의 배수에 해당하는 전류를 변경(예를 들어, 증가)하여, 제2 바이어스 전류를 생성할 수 있다. 예를 들어, 전류 참조 회로(330)는 2개의 전류 싱크(또는 전류 소스)를 포함할 수 있다. 스위치(SW1) 및/또는 스위치(SW2)가 폐쇄되면, 추가의 전류가 출력단에 반사된다.
바이어스 전류를 변경하면, 증폭기 회로가 효과적으로 재-바이어스되어 증폭기 이득을 변경시킨다. 제2 바이어스 전류 값이 제1 바이어스 전류 값보다 크면, 정동작 출력단 전류가 증가하고, 출력 장치의 gm이 증가하며, 결과적으로 증폭기의 개방 루프 이득이 증가된다. 출력단(320)은 증가된 바이어스 전류를 갖기 때문에, 바이어스 회로(325)의 전류가 증가됨에 따라, 증폭기 회로(305)에 의해 구동되는 부하의 왜곡이 감소된다.
따라서, 증폭기 회로(305)는, 제1 바이어스 전류로 바이어스될 때에, 높은 왜곡 모드를 가지며, 제2 바이어서 전류로 바이어스될 때에는 낮은 왜곡 모드를 갖는 것을 알 수 있다. 일례로, 모드는 사용자에 의해 선택가능하다. 도 2의 장치(200)는 플립플롭 회로 또는 제어 레지스터 등의 메모리 요소를 포함할 수 있다. 메모리 요소를 프로그래밍함으로써, 바이어스 전류의 양을 변경하도록 스위치를 인에이블 또는 디스에이블시킬 수 있다.
바이어스 회로(225)는 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값보다 작은 경우, 증폭기 회로(205)를 제1 바이어스 전류 값으로 바이어스하고, 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하는 경우에는, 증폭기 회로를 제2 바이어스 전류 값으로 바이어스한다. 일례로, 검출 회로(210)는 출력 전압이 특정의 참조 전압을 초과하는 것을 나타내는 표지를 제공하는 비교기 회로(240)를 포함한다. 참조 전압은 필요에 따라 임의의 스위치 포인트로 설정될 수 있다(예를 들어, 최대 전압 스윙의 퍼센트 또는 설정 전압).
도 3과 관련해서 설명한 바와 같이, 바이어스 회로(325)는 출력단(320)에서의 피참조 전류의 배수에 해당하는 전류를 증가시킴으로써 제2 바이어스 전류를 생성할 수 있다. 피참조 전류의 배수에 해당하는 전류를 증가시키기 위한 한가지 방법은 피참조 전류를 증가시키는 것이다. 예를 들어, 전류 참조 회로(330)는 적어도 제1 전류 참조 값 및 제2 전류 참조 값을 포함하는 복수 개의 전류 참조 값을 포함할 수 있다. 전류 참조 값은 도 3에 나타낸 바와 같이 전류 싱크 및/또는 전류 소스를 포함할 수 있다.
전류 참조 회로(330)는 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값보다 작은 경우, 제1 바이어스 전류를 제공하기 위해 증폭기 회로(305)의 회로 노드(340) 및/또는 회로 노드(345)에 제1 참조 전류를 제공한다. 전류 참조 회로(330)는 제2 전류 참조 값을 증폭기 회로의 회로 노드로 스위칭[예를 들어, 스위치(SW1, SW2)를 작동시켜서]함므로써, 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하는 경우, 제2 바이어스 전류를 생성할 수 있다.
바이어스 전류를 증가시키기 위한 다른 방법은 반사된 전류의 비율을 변경하는 것이다. 전류는 전류 미러 회로 내의 트랜지스터의 규모에 따라 반사된다. 트랜지스터의 규모를 효과적으로 변경함으로써, 반사된 전류의 비율을 변경할 수 있다.
도 4는 전류 미러 회로의 예를 나타낸다. 전류 미러 회로는 복수 개의 트랜지스터를 포함한다. 참조 전류(IREF)가 트랜지스터(M1)에 인가된다. 트랜지스터(M2)는 트랜지스터(M1)의 전류를 반사하여 바이어스 전류(IB)를 설정한다. M2의 전류는 M2와 M1의 규모의 비율에 따라 반사된다. 둘 중 하나의 트랜지스터의 규모를 변경함으로써, 반사된 전류를 변경한다. 도시한 예에서, 하나 이상의 스위치(SW)를 폐쇄함으로써, 트랜지스터를 추가하여, 트랜지스터(M2)의 규모를 효과적으로 변경하고, 전류 미러의 비율을 변경할 수 있다.
일례에 의하면, 바이어스 전류는 다양한 바이어스 전류 값으로 조정될 수 있다. 도 2를 다시 참조하면, 바이어스 전류(225)는 출력단에서 측정된 출력 전압에 비례하도록 출력단에서의 피참조 전류의 배수에 해당하는 전류를 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 바이어스 전류는 별개의 단계가 아니라 연속적으로 조정될 수 있다. 일례로, 검출 회로(210)는 아날로그-디지털 변환기(ADC) 회로를 포함한다. 출력 전압 레벨로부터 변화된 디지털 값은 복수 개의 트랜지스터 중의 하나 이상이 바이어스 전류를 생성하도록 하는 데에 사용될 수 있다(예를 들어, 디코더로서).
출력 전압이 스위칭 포인트 부근의 값이면, 바이어스 전류는 제1 바이어스 전류 값과 제2 바이어스 전류 값 사이에서 반복적으로 스위칭될 수 있다. 이러한 스위칭을 피하기 위해, 제2 바이어스 전류 값이 인에이블 상태가 되면, 특정의(예를 들어, 프로그램된) 기간 동안 인에이블 상태를 유지할 수 있다. 일례로, 장치(200)는 검출 회로(210)에 전기적으로 연결된 로직 회로(250)와 타이머 회로(245)를 포함한다. 타이머 회로(245)는 검출 회로(210)로부터 출력 전압이 임계값을 초과하는 것을 나타내는 표지를 수신하면, 특정의 기간을 계측한다. 로직 회로(250)는 특정의 기간의 타이밍 동안 제2 바이어스 전류로 증폭기 회로(205)를 바이어스할 수 있다. 기간의 종료 시점에, 증폭기 회로(205)의 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값보다 작으면, 로직 회로는 제1 바이어스 전류로 증폭기 회로를 바이어스할 수 있다. 기간의 종료 시점에서, 증폭기 회로(205)의 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하면, 로직 회로(250)는 특정의 기간을 다시 계측하도록 타이머 회로(245)를 다시 개시(예를 들어, 리셋)하고, 제2 바이어스 전류로 증폭기 회로(205)의 바이어스를 인에이블 또는 재-인에이블한다.
출력 전압이 스위칭 포인트 부근에 있을 때에 생기는 스위칭을 피하기 위한 다른 방법은 스위칭 포인트 전압 부근에서의 히스테리시스(hysteresis)를 구현하는 것이다. 예를 들어, 증폭기 회로(205)는 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하는 경우에 제2 바이어스 전류로 바이어스될 수 있다. 증폭기 회로(205)는 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값보다 작게 되면, 제1 바이어스 전류 값으로 바이어스된다. 특정의 제2 출력 전압 임계값은 특정의 제1 출력 전압 임계값보다 작다. 따라서, 증가된 바이어스 전류로의 스위칭으로부터의 트리핑 포인트(tripping point)는 정동작 바이어스 포인트로의 복귀를 위한 트리핑 포인트보다 높다.
스위칭을 피하기 위한 또 다른 방법은 시간 계측된 기간에 의한 스위칭과 히스테리시스를 조합하는 것이다. 예를 들어, 타이머 회로(245)는 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하는 경우에 특정의 기간의 타이밍을 시작하고, 로직 회로(250)는 특정의 기간 동안 제2 바이어스 전류로 증폭기 회로의 바이어스를 가능하게 한다. 증폭기 회로(205)의 바이어스에서의 히스테리시스에서 구현을 위해, 로직 회로(250)는 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값보다 작은 경우, 제1 바이어스 전류로 증폭기 회로(205)의 바이어스를 가능하게 하고, 특정의 기간을 다시 계측하기 위해 타이머 회로를 재시작하고, 기간의 종료 시점에서, 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하는 경우 제2 바이어스 전류로 증폭기 회로의 바이어스를 가능하게 한다.
일례에 의하면, 증폭기 회로는 다수의 전압 공급 레일을 사용할 수 있다. 일례로, 장치(200)는 고전압 공급 레일에 전기적으로 연결된 전압 변환기 회로(255)를 포함한다. 전압 변환기 회로(255)는 높은 공급 전압을 생성하고, 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하는 경우에 증폭기 회로의 고전압 공급 레일과 저전압 공급 레일 사이의 차이를 증가시킨다. 이러한 공급 레일에서의 증가된 차이와 증가된 바이어스 전류에 의해, 증폭기 회로(205)의 동적 범위가 증가한다.
일례로, 장치(200)는 저전압 공급 레일에 전기적으로 연결된 전하 펌프 회로(260)를 포함하며, 전압 변환기 회로(255)는 전압 부스터 변환기 회로를 포함한다. 전하 펌프 회로(260)는 높은 공급 전압을 반전시켜 낮은 공급 전압을 생성할 수 있다. 공급 레일에서의 차이를 증가시키기 위해, 전압 변환기 회로(255)는 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하는 경우에 높은 공급 전압을 증가시키고, 전하 펌프 회로는 증가된 높은 공급 전압을 반전시켜 낮은 공급 전압의 증가된 크기를 제공한다.
일례에 의하면, 증폭기 회로(205)는 집적 회로 내에 포함된다. 일례로, 집적 회로는 셀폰이나 스마트폰 내에 포함된다. 일례로, 집적 회로는 MP3(MPEG-2 Audio Layer 3) 등의 개인용 미디어 플레이어 내에 포함된다.
일례로, 증폭기 회로(205)는 오디오 헤드폰 증폭기 회로이며, 출력단은 오디오 음역 내의 신호 주파수를 포함하는 출력 신호를 생성한다. 오디오 증폭기는 음향 등을 생성하기 위해 트랜스듀서 또는 스피커 등의 낮은 임피던스 부하에 파워를 제공하는 데에 사용되기도 한다. 일례로, 부하(265)의 임피던스는 100 오옴(Ω)보다 작다. 증폭기 회로(205)의 바이어스 전류를 제2 바이어스 전류 값으로 증가시키면, 부하(265)에서의 출력 신호의 고조파 왜곡을 감소시킬 수 있다. 일례로, 증폭기 회로(205)의 출력단은 오디오 잭 플러그에 접속가능한 오디오 잭 커넥터에 전기적으로 연결된다.
추기 사항
실시예 1은 증폭기 회로와 검출 회로를 포함하는 주제(예를 들어, 장치)를 구비한다. 증폭기 회로는 고전압 공급 레일(high voltage supply rail), 저전압 공급 레일, 및 출력단(output stage)을 포함한다. 검출 회로는 증폭기 회로의 출력단에 전기적으로 연결되며, 출력단에서의 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하는 때를 나타내는 표지(indication)를 생성하도록 구성되어 있다. 증폭기 회로는, 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값보다 작으면 제1 바이어스 전류 값으로 증폭기 회로를 바이어스하고, 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하면, 제2 바이어스 전류 값으로 증폭기 회로를 바이어스하도록 구성된 바이어스 회로(bias circuit)를 더 포함한다.
실시예 2에서, 실시예 1의 바이어스 회로는 전류 참조 회로(current reference circuit)와, 출력단에서의 피참조 전류의 배수(multiple)에 해당하는 전류를 반사(mirror)하도록 구성된 전류 미러 회로(current mirror circuit)를 포함할 수 있으며, 바이어스 회로는 출력단에서의 피참조 전류의 배수에 해당하는 전류를 증가시켜 제2 바이어스 전류를 생성하도록 구성될 수 있다.
실시예 3에서, 실시예 1 및 실시예 2 중의 임의의 조합의 바이어스 회로는 출력단에서의 측정된 출력 전압에 비례해서 출력단에서의 참조 전류의 배수에 해당하는 전류를 증가시키도록 구성될 수 있다.
실시예 4에서, 실시예 2 및 실시예 3 중의 하나 또는 임의의 조합의 전류 미러 회로는 증폭기의 출력단의 회로 노드의 피참조 전류를 반사하도록 제1 트랜지스터를 갖는 복수 개의 트랜지스터를 포함할 수 있으며, 전류 미러 회로는 하나 이상의 추가의 트랜지스터를 회로 노드로 스위칭하여, 제2 바이어스 전류를 생성하도록 구성될 수 있다.
실시예 5에서, 실시예 1~실시예 4 중의 하나 또는 임의의 조합의 바이어스 회로는 전류 참조 회로와, 출력단에서의 피참조 전류의 배수를 반사(mirror)하도록 구성된 전류 미러 회로(current mirror circuit)를 포함할 수 있으며, 바이어스 회로는 피참조 전류를 증가시켜 제2 바이어스 전류를 생성하도록 구성될 수 있다.
실시예 6에서, 실시예 1~실시예 5 중의 하나 또는 임의의 조합의 전류 참조 회로는 제1 전류 참조 값 및 제2 전류 참조 값을 포함하는 복수 개의 전류 참조 값을 포함할 수 있으며, 전류 참조 회로는, 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값보다 작으면, 증폭기 회로의 회로 노드에 제1 피참조 전류를 제공해서 제1 바이어스 전류를 제공하고, 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하면 제2 전류 참조값을 증폭기 회로의 회로 노드로 스위칭하여 제2 바이어스 전류를 생성하도록 구성될 수 있다.
실시예 7에서, 실시예 1~실시예 6 중의 하나 또는 임의의 조합의 주제는 타이머 회로와 로직 회로를 더 포함할 수 있다. 타이머 회로는 검출 회로에 전기적으로 연결되며, 검출 회로로부터 표지를 수신하면, 특정의 기간을 계측하도록 구성될 수 있다. 로직 회로는 특정의 기간 동안 제2 바이어스 전류로 증폭기 회로의 바이어싱을 할 수 있으며, 기간의 종료 시점에 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값보다 작으면 제1 바이어스 전류로 증폭기 회로를 바이어싱할 수 있고, 특정의 기간을 다시 계측하기 위해 타이머 회로를 리셋하고, 기간의 종료 시점에 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하면 제2 바이어스 전류로 증폭기 회로를 바이어싱할 수 있도록 구성될 수 있다.
실시예 8에서, 실시예 1~실시예 6 중의 하나 또는 임의의 조합의 주제는 타이머 회로와 로직 회로를 포함할 수 있다. 타이머 회로는 검출 회로에 전기적으로 연결되며, 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하면 특정의 기간을 계측하도록 구성되고, 특정의 출력 전압 임계값은 제1 특정의 출력 전압 임계값에 해당할 수 있다. 로직 회로는 특정의 기간 동안 제2 바이어스 전류로 증폭기 회로의 바이어싱을 할 수 있으며; 기간의 종료 시점에 출력 전압이 제1 특정의 출력 전압 임계값보다 작은 제2 특정의 출력 전압 임계값보다 작으면 제1 바이어스 전류로 증폭기 회로를 바이어싱할 수 있고; 특정의 기간을 다시 계측하기 위해 타이머 회로를 리셋하고, 기간의 종료 시점에 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하면 제2 바이어스 전류로 증폭기 회로를 바이어싱할 수 있도록 구성될 수 있다.
실시예 9에서, 실시예 1~실시예 8 중의 하나 또는 임의의 조합의 주제는, 고전압 공급 레일에 전기적으로 연결되고 높은 공급 전압을 생성하도록 구성된 전압 변환기 회로(voltage converter circuit)를 더 포함할 수 있다. 전압 변환기 회로는 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하는 경우에 증폭기 회로의 고전압 공급 레일과 저전압 공급 레일 사이의 차이를 증가시키도록 구성될 수 있다.
실시예 10에서, 실시예 9의 주제는, 저전압 공급 레일에 전기적으로 연결된 전하 펌프 회로(charge pump circuit)를 포함할 수 있으며, 전하 펌프 회로는, 높은 공급 전압을 반전시켜 낮은 공급 전압을 발생시키도록 구성되고, 전압 변환기 회로는 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하는 경우 높은 공급 전압을 증가시키도록 구성될 수 있다.
실시예 11에서, 실시예 1~실시예 10 중의 하나 또는 임의의 조합의 검출 회로는 출력 전압이 특정의 참조 전압을 초과하는 경우를 나타내는 표지를 제공하도록 구성된 비교기 회로(comparator circuit)를 포함할 수 있다.
실시예 12에서, 실시예 1~실시예 11 중의 하나 또는 임의의 조합의 검출 회로는 출력 전압이 고전압 공급 레일과 저전압 공급 레일 사이의 전압 차의 특정의 퍼센트를 초과하는 경우를 나타내는 표지를 제공하도록 구성된 비교기 회로를 포함할 수 있다.
실시예 13에서, 실시예 1~실시예 12 중의 하나 또는 임의의 조합의 주제는 집적 회로 내에 포함될 수 있다.
실시예 14에서, 실시예 1~실시예 13 중의 하나 또는 임의의 조합의 주제와 조합될 수 있는 주제를 포함할 수 있으며, 증폭기의 출력 전압을 모니터링하는 단계; 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하는지를 검출하는 단계; 및 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하면, 증폭기를 제2 바이어스 전류 값으로 바이어스하는 단계를 포함하는 주제(기계에 의해 이러한 단계가 수행되는 명령어를 포함하는 기계로 판독가능한 매체, 이러한 단계를 수행하는 수단, 또는 방법 등)를 포함하도록 할 수 있다.
실시예 15에서, 실시예 14의 증폭기를 제2 바이어스 값으로 바이어스하는 단계는, 출력 전압에서의 측정된 변화에 비례하는 제2 바이어스 전류 값으로 증폭기를 바이어스하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예 16에서, 실시예 14 및 실시예 15 중의 하나 또는 임의의 조합의 증폭기를 바이어스하는 단계는, 증폭기의 출력단을 바이어스하기 위해 사용되는 반사된 전류의 비율을 증가시킴으로써 제2 바이어스 전류를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예 17에서, 실시예 14~실시예 16 중의 하나 또는 임의의 조합의 증폭기를 바이어스하는 단계는 출력단에서 바이어스 전류를 생성하기 위해 참조 전류를 모니터링하는 단계와, 출력단에서 바이어스 전류를 증가시키기 위해 참조 전류를 증가시키는 단계를 포함할 수 있다.
실시예 18에서, 실시예 14~실시예 17 중의 하나 또는 임의의 조합의 증폭기를 바이어스하는 단계는, 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과한다고 판정된 경우 특정의 기간 동안 제2 바이어스 전류로 증폭기를 바이어스하는 단계, 기간의 종료 시점에서 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하는지 여부를 검출하는 단계, 및 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하는 경우에 특정의 기간을 재시작하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예 19에서, 실시예 14~실시예 18 중의 하나 또는 임의의 조합의 주제는, 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하는 경우에 높은 공급 전압과 낮은 공급 전압 사이의 차이를 증가시키는 단계를 포함할 수 있다.
실시예 20에서, 실시예 14~실시예 19 중의 하나 또는 임의의 조합의 주제는, 출력단을 사용하여 출력 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있으며, 출력 신호는 오디오 음역(audio range) 내의 신호 주파수를 포함한다. 증폭기를 제1 바이어스 전류에 의해 바이어스하는 단계는, 증폭기의 출력단을 바이어스하여, 100 오음(Ω)보다 작은 임피던스를 갖는 부하를 구동시키는 단계를 포함하며, 증폭기를 제2 바이어스 전류에 의해 바이어스 하는 단계는, 증폭기의 바이어스 전류를 증가시켜, 부하에서의 출력 신호의 고조파 왜곡(harmonic distortion)을 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.
실시예 21은 실시례 1~20 중의 어느 하나 이상의 기능을 수행하기 위한 수단, 또는 기계에 의해 수행될 때에, 기계로 하여금 실시예 1~20 중의 어느 하나 이상의 기능을 수행하도록 하는 명령어를 포함하는 기계로 판독가능한 매체를 포함하도록, 실시예 1~20 중의 어느 하나 이상의 어느 부분과 조합되거나 그 조합을 포함할 수 있다.
이들 비제한적인 실시예들은 임의의 변경 또는 조합이 가능하다.
상기 상세한 설명은 상세한 설명의 일부를 이루는 첨부 도면에 대한 설명을 포함한다. 도면은, 실례로서, 본 발명의 실시할 수 있는 구체적인 실시예를 나타낸다. 이들 실시예를 여기서는 "실시형태" 또는 "예"라고도 한다. 본 명세서에 언급된 모든 공보, 특허, 및 특허문헌은 인용에 의해 개별적으로 본 명세서에 포함되는 것에 의해, 그 내용 전체가 인용에 의해 본 명세서에 포함된다. 본 명세서와 인용에 의해 포함되는 상기 문헌들 사이에서 사용에 불일치가 있는 경우, 포함된 인용의 구성은 양립할 수 없는 모순이기 때문에, 그 명세서의 부분에 대한 보충으로서 고려될 수 있으며, 그 명세서의 사용은 제한된다.
본 명세서에서, "하나"라는 용어는, 특허문헌에 공통인 것처럼, 다른 경우들이나 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"의 사례 또는 사용과 관계없이 하나 또는 하나 이상을 포함하기 위해 사용된다. 본 명세서에서, "또는"이라는 용어는 비배타적인 것, 즉 달리 명시되지 않는 한, "A 또는 B"는 "B가 아니라 A", "A가 아니라 B", 그리고 "A 및 B"를 가리키기 위해 사용된다. 또한 아래의 특허청구범위에서, "포함하는"이라는 용어는 제한을 두지 않는 것이다, 즉, 특허청구범위에서 이 용어 앞에 열거된 것 이외의 요소들을 포함하는 시스템, 소자, 물품, 또는 프로세스가 여전히 특허청구범위 내에 포함되는 것으로 간주한다. 게다가, 아래의 특허청구범위에서 "제1", "제2", 및 "제3" 등의 용어는 단지 라벨로서 사용된 것이고, 그 대상에 수치적 요건을 부가하기 위한 것은 아니다.
이상의 기재는 설명하기 위한 것이고, 한정하려는 것은 아니다. 예를 들면, 전술한 예들(또는 하나 이상의 그 측면들)은 서로 조합하여 사용될 수 있다. 예를 들면 해당 기술분야의 당업자가 이상의 기재를 검토함에 따라, 다른 실시예를 사용할 수 있다. 요약서는 37 C.F.R, §1.72(b)에 따라 독자로 하여금 개시된 기술 내용을 신속하게 알 수 있도록 하기 위해 제공된다. 요약서는 청구항들의 범위 또는 의미를 해석하거나 한정하는 데 사용되지 않을 것이라는 이해를 바탕으로 제출된다. 또한, 이상의 상세한 설명에서, 여러 특징을 함께 그룹으로 묶어 개시내용을 간단하게 할 수 있다. 이것은 청구되지 않은 개시된 특징은 모든 청구항에 필수적임을 의미하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 발명의 내용은 특정 개시된 실시예의 모든 특징 이내 있을 수 있다. 따라서, 다음의 특허청구범위는, 개별 실시예인 그 자체에 의거하는 각 청구항과 함께, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 포함되며, 그러한 실시예들은 여러 조합 또는 순열로 서로 조합될 수 있다. 본 발명의 범위는 청구항들의 등가물의 전 범위와 함께, 첨부된 특허청구범위를 참조하여 정해져야 한다.

Claims (18)

  1. 고전압 공급 레일(high voltage supply rail), 저전압 공급 레일, 및 출력단(output stage)을 포함하는 증폭기 회로(amplifier circuit); 및
    상기 증폭기 회로의 출력단에 전기적으로 연결되며, 상기 출력단에서의 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하는 경우에 이를 나타내는 표지(indication)를 생성하는 검출 회로(detection circuit)
    를 포함하며,
    상기 증폭기 회로는 바이어스 회로(bias circuit)를 더 포함하고,
    상기 바이어스 회로는,
    출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값보다 작으면 제1 바이어스 전류 값으로 상기 증폭기 회로를 바이어스하고, 상기 제1 바이어스 전류 값은 제1 증폭기 이득으로 상기 증폭기 회로를 바이어스하고,
    출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하면 제2 바이어스 전류 값으로 상기 증폭기 회로를 바이어스하고, 상기 제2 바이어스 전류 값은 상기 제1 증폭기 이득보다 큰 제2 증폭기 이득으로 상기 증폭기 회로를 바이어스하고,
    상기 바이어스 회로는 전류 참조 회로(current reference circuit)와, 상기 출력단에서의 피참조 전류의 배수(multiple)에 해당하는 전류를 반사(mirror)하도록 구성된 전류 미러 회로(current mirror circuit)를 포함하며,
    상기 바이어스 회로는 상기 출력단에서의 피참조 전류의 배수에 해당하는 전류를 증가시켜 상기 제2 바이어스 전류를 생성하도록 구성된, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 바이어스 회로는 상기 출력단에서의 측정된 출력 전압에 비례해서 상기 출력단에서의 참조 전류의 배수에 해당하는 전류를 증가시키도록 구성된, 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전류 미러 회로는 상기 증폭기의 출력단의 회로 노드의 피참조 전류를 반사하도록 제1 트랜지스터를 갖는 복수 개의 트랜지스터를 포함하며,
    상기 전류 미러 회로는 하나 이상의 추가의 트랜지스터를 상기 회로 노드로 스위칭하여, 제2 바이어스 전류를 생성하도록 구성된, 장치.
  4. 고전압 공급 레일, 저전압 공급 레일, 및 출력단을 포함하는 증폭기 회로; 및
    상기 증폭기 회로의 출력단에 전기적으로 연결되며, 상기 출력단에서의 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하는 경우에 이를 나타내는 표지를 생성하는 검출 회로
    를 포함하며,
    상기 증폭기 회로는 바이어스 회로를 더 포함하고,
    상기 바이어스 회로는,
    출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값보다 작으면 제1 바이어스 전류 값으로 상기 증폭기 회로를 바이어스하고, 상기 제1 바이어스 전류 값은 제1 증폭기 이득으로 상기 증폭기 회로를 바이어스하고,
    출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하면 제2 바이어스 전류 값으로 상기 증폭기 회로를 바이어스하고, 상기 제2 바이어스 전류 값은 상기 제1 증폭기 이득보다 큰 제2 증폭기 이득으로 상기 증폭기 회로를 바이어스하고,
    상기 바이어스 회로는 전류 참조 회로와, 상기 출력단에서의 피참조 전류의 배수에 해당하는 전류를 반사하도록 구성된 전류 미러 회로를 포함하며,
    상기 바이어스 회로는 피참조 전류를 증가시켜 제2 바이어스 전류를 생성하도록 구성된, 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전류 참조 회로는 제1 전류 참조 값 및 제2 전류 참조 값을 포함하는 복수 개의 전류 참조 값을 포함하며,
    상기 전류 참조 회로는, 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값보다 작으면, 상기 증폭기 회로의 회로 노드에 제1 피참조 전류를 제공해서 제1 바이어스 전류를 제공하고, 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하면, 제2 전류 참조 값을 상기 증폭기 회로의 회로 노드로 스위칭하여 제2 바이어스 전류를 생성하도록 구성된, 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 검출 회로에 전기적으로 연결되며, 상기 검출 회로로부터 표지를 수신하면, 특정의 기간을 계측하도록 구성된 타이머 회로(timer circuit); 및
    특정의 기간 동안 제2 바이어스 전류로 상기 증폭기 회로의 바이어싱을 할 수 있으며; 상기 기간의 종료 시점에 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값보다 작으면 제1 바이어스 전류로 상기 증폭기 회로를 바이어싱할 수 있고; 특정의 기간을 다시 계측하기 위해 상기 타이머 회로를 리셋하고, 상기 기간의 종료 시점에 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하면 제2 바이어스 전류로 상기 증폭기 회로를 바이어싱할 수 있도록 구성된 로직 회로(logic circuit)를 포함하는 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 검출 회로에 전기적으로 연결되며, 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하면 특정의 기간을 계측하도록 구성된 타이머 회로로서, 상기 특정의 출력 전압 임계값은 제1 특정의 출력 전압 임계값에 해당하는, 타이머 회로; 및
    특정의 기간 동안 제2 바이어스 전류로 상기 증폭기 회로의 바이어싱을 할 수 있으며; 상기 기간의 종료 시점에 출력 전압이 상기 제1 특정의 출력 전압 임계값보다 작은 제2 특정의 출력 전압 임계값보다 작으면 제1 바이어스 전류로 상기 증폭기 회로를 바이어싱할 수 있고; 특정의 기간을 다시 계측하기 위해 상기 타이머 회로를 리셋하고, 상기 기간의 종료 시점에 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하면 제2 바이어스 전류로 상기 증폭기 회로를 바이어싱할 수 있도록 구성된 로직 회로를 포함하는 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    고전압 공급 레일에 전기적으로 연결되고 상기 고전압 공급 레일을 위한 높은 공급 전압을 생성하도록 구성된 전압 변환기 회로(voltage converter circuit)를 더 포함하며,
    상기 전압 변환기 회로는 상기 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하는 경우에 상기 증폭기 회로의 고전압 공급 레일과 저전압 공급 레일 사이의 전압 차를 증가시키도록 구성된, 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 저전압 공급 레일에 전기적으로 연결되며, 상기 높은 공급 전압을 반전시켜 상기 저전압 공급 레일을 위한 낮은 공급 전압을 발생시키도록 구성된 전하 펌프 회로(charge pump circuit)를 포함하며,
    상기 전압 변환기 회로는 상기 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하는 경우 상기 높은 공급 전압을 증가시키도록 구성된, 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 검출 회로는 상기 출력 전압이 특정의 참조 전압을 초과하는 경우를 나타내는 표지를 제공하도록 구성된 비교기 회로(comparator circuit)를 포함하는, 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 검출 회로는 상기 출력 전압이 고전압 공급 레일과 저전압 공급 레일 사이의 전압 차의 특정의 퍼센트를 초과하는 경우를 나타내는 표지를 제공하도록 구성된 비교기 회로를 포함하는, 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    집적 회로 내에 포함되는, 장치.
  13. 제1 증폭기 이득으로 증폭기 회로를 바이어스하는 제1 바이어스 전류 값으로 증폭기를 바이어스하는 단계;
    상기 증폭기의 출력 전압을 모니터링하는 단계;
    상기 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하는지를 검출하는 단계; 및
    상기 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하면, 상기 증폭기를 제2 바이어스 전류 값으로 바이어스하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제2 바이어스 전류 값은 상기 제1 증폭기 이득보다 큰 제2 증폭기 이득으로 상기 증폭기 회로를 바이어스하고,
    증폭기를 바이어스하는 단계는 상기 증폭기의 출력단을 바이어스하도록 사용되는 반사된 전류의 비율을 증가시킴으로써 상기 제2 바이어스 전류를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 증폭기를 제2 바이어스 전류 값으로 바이어스하는 단계는, 상기 출력 전압에서의 측정된 변화에 비례하는 제2 바이어스 전류 값으로 상기 증폭기를 바이어스하는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 증폭기를 바이어스하는 단계는,
    상기 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과한다고 검출하는 경우에 특정의 기간 동안 상기 제2 바이어스 전류 값으로 상기 증폭기를 바이어스하는 단계;
    상기 기간의 종료시 상기 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하는지를 검출하는 단계; 및
    상기 출력 전압이 특정의 출력 전압 입계값을 초과하면 상기 특정의 기간을 재시작하는 단계를 포함하는, 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하는 경우에 상기 증폭기의 높은 공급 전압과 낮은 공급 전압 사이의 차이를 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 방법은 오디오 음역(audio range) 내의 신호 주파수를 포함하는 출력 신호를, 상기 출력단을 사용하여 생성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 증폭기를 제1 바이어스 전류에 의해 바이어스하는 단계는, 상기 증폭기의 출력단을 바이어스하여, 100 오음(Ω)보다 작은 임피던스를 갖는 부하를 구동시키는 단계를 포함하며,
    상기 증폭기를 제2 바이어스 전류에 의해 바이어스 하는 단계는, 상기 증폭기의 바이어스 전류를 증가시켜, 부하에서의 출력 신호의 고조파 왜곡(harmonic distortion)을 감소시키는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제1 증폭기 이득으로 증폭기 회로를 바이어스하는 제1 바이어스 전류 값으로 증폭기를 바이어스하는 단계로서,
    참조 전류를 반사시켜서 출력단에 바이어스 전류를 생성하는 단계, 및
    상기 참조 전류를 증가시켜서 상기 출력단에 바이어스 전류를 증가시키는 단계를 포함하는, 제1 바이어스 전류 값으로 증폭기를 바이어스하는 단계;
    상기 증폭기의 출력 전압을 모니터링하는 단계;
    상기 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하는지를 검출하는 단계; 및
    상기 출력 전압이 특정의 출력 전압 임계값을 초과하면, 상기 증폭기를 제2 바이어스 전류 값으로 바이어스하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제2 바이어스 전류 값은 상기 제1 증폭기 이득보다 큰 제2 증폭기 이득으로 상기 증폭기 회로를 바이어스하는 것을 특징으로 하는 방법.
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