KR102046852B1 - 보청기 호환 휴대형 전자장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 보청기 호환 휴대형 전자장치는 전력 증폭 모듈을 포함하는 무선 통신부; 송전단을 통해 상기 전력 증폭 모듈로 제 1전류를 전달하고, 그라운드 단자를 통해 상기 전력 증폭 모듈로부터 제 2전류를 수신하는 전원부; 상기 전력 증폭 모듈 및 상기 전원부 사이에 연결되고, 상기 제 1전류가 흐르는 제 1선로 및 상기 제 2전류가 상기 제 1전류의 방향과 반대 방향으로 흐르는 제 2선로를 포함하는 선로부; 및 보청기 호환을 위한 자기 신호를 발생시키고, 상기 제 1전류에 의해 발생되는 제 1자기장 및 상기 제 2전류에 의해 발생되는 제 2자기장을 수신하는 리시버를 포함하는 오디오 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다.

Description

보청기 호환 휴대형 전자장치{HEARING AID COMPATIBLE MOBILE ELECTRONIC DEVICE}
본 발명은 보청기 호환 휴대형 전자장치에 관한 것으로, 특히 선로 설계 변경을 통해 노이즈를 저감함으로써, HAC(Hearing Aid Compatibility) 규정을 준수하도록 지원하는 보청기 호환 휴대형 전자장치에 관한 것이다.
휴대형 전자장치는 특정 사용자 기능을 지원하면서도 그 크기가 휴대할 수 있을 정도로 작아 많은 산업 및 생활 분야에서 사용이 증가하고 있다. 사용 증가에 따라 휴대형 전자장치에서 발생되는 전자파로 인해 휴대청각 장애를 가진 인구도 비례적으로 증가하게 되었다. 미국 인구의 10%는 청력에 문제가 있고, 그 중 80%가 보청기를 사용하고 있다는 조사가 있으며 전세계적으로도 약 5억 명이 청력 장애를 앓고 있다는 조사가 있다.
이러한 청각 장애인이 휴대형 전자장치를 사용하는데 문제가 없도록 하기 위한 조치로써, 2003년 7월 미연방 정보 통신 위원회(FCC; Federal Communication Committee)는 무선기기 제조사와 사업자에게 보청기와 호환성을 갖는 단말기를 소비자에게 공급하게 하는 rule을 채택하였다. 이에 따라 2008년부터 미국에 판매되는 휴대폰 모델의 절반은 보청기 호환성(HAC; Hearing Aid Compatibility)에 대한 인증을 얻어야 한다.
HAC 규정에는 자기신호 세기(intensity), SNR(Signal to Noise Ratio) 및 주파수 응답(Frequency Response)의 항목들이 포함된다. 휴대형 전자장치는 상기 항목들이 요구하는 일정 조건을 만족하여야만 HAC용 휴대형 전자장치로서 성능이 인정될 수 있다. 특히, 상기 항목들 중 자기신호의 세기 및 SNR에 따라 T1 내지 T4 등급(T-rating)으로 분류되며, T3 및 T4 등급을 받아야 HAC용 휴대형 전자장치로서 성능이 인정될 수 있다. 구체적으로 HAC 규정의 T-rating 중 T3이상의 등급을 획득하기 위해서 자기신호의 세기는 -18dBA/m 이상, SNR은 20dB를 확보하여야 한다. 여기서, SNR은 1kHz 대역에서 자기신호 대 잡음 비로 정의된다.
한편 통상적으로 HAC용 휴대형 전자장치는 텔레 코일(tele-coil)을 더 포함하는 리시버 즉, HAC 리시버로 명명된 리시버를 이용하고 있다. HAC 리시버는 텔레 코일을 더 포함하게 됨으로써, 자기신호의 세기를 증폭시키는 점에서는 유리하지만 다른 성능에서는 열세하다. 즉, HAC 리시버는 텔레코일을 포함하지 않는 리시버(이하, '일반 리시버'라 칭함)와 비교할 때, 오디오 음량 측면에서 약 10dB 정도 낮고, 추가적인 코일을 리시버 내에 내장해야 하기 때문에 리시버 자체의 크기가 커지고, 제조비용 역시 상승하게 되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 본 발명의 목적은 HAC용 리시버를 사용하지 않으면서도 선로 설계 변경을 통해 노이즈를 감소시킴으로써 SNR을 향상시키고, 이에 따라 HAC(Hearing Aid Compatibility) 규정을 준수하도록 지원하는 보청기 호환 휴대형 전자장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 보청기 호환 휴대형 전자장치는 전력 증폭 모듈을 포함하는 무선 통신부; 송전단을 통해 상기 전력 증폭 모듈로 제 1전류를 전달하고, 그라운드 단자를 통해 상기 전력 증폭 모듈로부터 제 2전류를 수신하는 전원부; 상기 전력 증폭 모듈 및 상기 전원부 사이에 연결되고, 상기 제 1전류가 흐르는 제 1선로 및 상기 제 2전류가 상기 제 1전류의 방향과 반대 방향으로 흐르는 제 2선로를 포함하는 선로부; 및 보청기 호환을 위한 자기 신호를 발생시키고, 상기 제 1전류에 의해 발생되는 제 1자기장 및 상기 제 2전류에 의해 발생되는 제 2자기장을 수신하는 리시버를 포함하는 오디오 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 보청기 호환 휴대형 전자장치는 선로 설계 변경을 통해 노이즈를 감소시킴으로써 SNR을 향상시킬 수 있어 뛰어난 사용성을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대형 전자장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 리시버에서 수신되는 노이즈 모델링을 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 리시버에 수신되는 노이즈를 감소시키기 위한 휴대형 전자장치 후면도 및 측면도를 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 구현된 휴대형 전자장치에서 측정된 SNR을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 리시버에 수신되는 노이즈를 감소시키기 위한 휴대형 전자장치 후면도를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다. 여기서 본 발명의 실시 예에 따른 휴대형 전자장치는 이동 통신 전자장치뿐만 아니라 개인 정보 단말기(Personal Digital Assistant; PDA), 스마트 폰 (Smart Phone), IMT-2000(International Mobile Telecommunication 2000) 단말기, UMTS 단말기 등을 포함하며, 모두 TDMA 방식을 사용하는 것을 특징으로 한다.
실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 또한, 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성 요소들에 대해서는 상세한 설명을 생략하도록 한다.
마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 따라서 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기가 간격에 의해 제한되어지지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대형 전자장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대형 전자장치(100)는 무선통신부(110), 입력부(120), 오디오 처리부(130), 전원부(140), 선로부(150), 표시부(160), 저장부(170) 및 제어부(180)를 포함할 수 있다.
무선통신부(110)는 휴대형 전자장치(100)의 무선 통신을 위한 해당 데이터의 송수신 기능을 수행하기 위한 구성이다. 무선통신부(110)는 송신되는 신호의 주파수를 상승변환 및 증폭하는 RF송신기와, 수신되는 신호를 저잡음 증폭하고 주파수를 하강 변환하는 RF수신기 등으로 구성될 수 있다. 또한, 무선통신부(110)는 무선 채널을 통해 데이터를 수신하여 제어부(180)로 출력하고, 제어부(180)로부터 출력된 데이터를 무선 채널을 통해 전송할 수 있다.
특히 본 발명의 일 실시예에 따른 무선통신부(110)는 GSM(Global System for Mobile Communications) 전력 증폭 모듈(113)을 포함할 수 있다. GSM 전력 증폭 모듈(113)은 통신을 위한 신호의 전력을 증폭하기 위한 구성이다. GSM은 통신 방식으로 시분할 다중 접속(TDMA; Time Division Multiple Access) 변조 방식을 이용하며, TDMA 변조 방식에 의해 TDMA 잡음 즉, 노이즈가 발생한다. 이러한 노이즈를 감소시키기 위한 휴대형 전자장치(100)의 선로 설계 변경과 관련하여 도 2 이하를 참조하여 상세히 후술한다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 기술적 사상은 GSM 전력 증폭 모듈(113)에 한정되지 않으며, GSM 전력 증폭 모듈(113) 외 노이즈를 발생시킬 수 있는 전력 증폭 모듈을 모두 포함할 수 있다.
입력부(120)는 휴대형 전자장치(100)를 제어하기 위한 사용자 키 조작 신호를 입력받기 위한 구성이다. 입력부(120)는 3*4 자판, Qwerty 자판 등 숫자 키, 문자 키, 방향키를 포함하는 키패드로 구성될 수 있으며, 터치 패널(touch panel)로 구성될 수 있다. 휴대형 전자장치(100)는 상기 키패드 또는 터치 패널 이외에 버튼 키(button key), 조그 키(jog key), 휠 키(wheel key)를 더 포함할 수 있다. 입력부(120)는 사용자 입력에 따라 휴대형 전자장치(100)의 기능들(통화 기능, 동영상 또는 음악 재생 기능, 이미지 디스플레이 기능, 카메라 촬영 기능 등)을 실행하는 입력 신호를 생성하여 제어부(180)로 전달할 수 있다.
오디오 처리부(130)는 코덱(CODEC)을 포함할 수 있으며, 코덱은 패킷 데이터 등을 처리하는 데이터 코덱과 음성 등의 오디오 신호를 처리하는 오디오 코덱으로 구성될 수 있다. 오디오 처리부(130)는 마이크(MIC)로부터 입력되는 아날로그 오디오 신호를 오디오 코덱을 통해 디지털 오디오 신호로 변환하고, 디지털 오디오 신호를 오디오 코덱을 통해 아날로그 오디로 신호로 변환하여 리시버(133) 또는 스피커(SPK)를 통해 출력할 수 있다.
리시버(133)는 전기 신호인 음성 신호를 음성으로 변환하고, 보청기 호환을 위한 자기 신호를 발생시킬 수 있다. 구체적으로, 여러 주파수가 포함된 전기 신호가 리시버(133)에 포함된 보이스 코일(voice coil)에 인가되면 인가된 전기 신호의 세기와 주파수에 따라 자기 신호 및 보이스 코일의 극성 변화에 따라 진동판을 진동시킴으로써 사람이 인지할 수 있는 음압을 발생시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 리시버(133)는 텔레 코일(tele-coil)을 포함하지 않는 일반 리시버(133)일 수 있다. HAC 규정을 준수하여 T3 등급 이상의 신호 대 잡음 비(SNR; Signal to Noise Ratio)를 획득하기 위해서는 보청기로 전달되는 신호의 크기를 증폭하는 방법 외에 노이즈를 감소시키는 방안을 고려할 수 있다. 따라서, HAC용 리시버(133)를 사용하지 않더라도 노이즈를 감소시킴으로서 SNR을 향상시킬 수 있다면 일반 리시버(133)를 사용하더라도 HAC 규정의 T3 등급 이상을 확보할 수 있을 것이다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대형 전자장치(100)가 일반 리시버(133)를 포함한다는 것은 일반 리시버(133)를 사용하더라도 HAC 규정을 준수할 수 있다는 것이며, 휴대형 전자장치(100)는 일반 리시버(133)가 아닌 HAC용 리시버(133)를 포함하더라도 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.
전원부(140)는 배터리를 포함할 수 있으며, 휴대형 전자장치(100)의 각 구성에 전력을 제공하는 구성에 해당한다. 본 발명의 일 실시예에서는 전원부(140)의 송전단과 연결되는 선로부(150)를 통해 GSM 전력 증폭 모듈(113)에 전력을 공급할 수 있으며, 전원부(140)의 그라운드 단자를 통해 GSM 전력 증폭 모듈(113)로부터 전류가 수신될 수 있다.
선로부(150)는 전원부(140)와 GSM 전력 증폭 모듈(113) 간 전류를 전달하기 위한 구성에 해당한다. 선로부(150)는 제 1선로(153) 및 제 2선로(155)로 구성될 수 있다. 제 1선로(153)는 배터리로부터 GSM 전력 증폭 모듈(113)로 전류를 전달하는 선로에 해당하고 제 2선로(155)는 GSM 전력 증폭 모듈(113)로부터 배터리 접촉단의 그라운드 단자로 흐르는 전류를 전달하기 위한 구성에 해당된다. 제 1선로(153)를 통해 전원부(140)로부터 GSM 전력 증폭 모듈(113)으로 흐르는 전류에 의해 자기장이 형성되며, 이와 같이 형성된 자기장은 리시버(113)에서 수신되는 노이즈를 의미한다. 따라서, 이하 설명에서는 제 1선로(153)에 의해 형성되는 자기장과 노이즈가 혼용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 GSM 전력 증폭 모듈(113)로부터 전원부(140)의 접촉단의 그라운드 단자로 전류를 흐르게 함으로써 제 1선로(153)에서 발생된 노이즈를 제거할 수 있다. 구체적으로, 종래의 GSM 전력 증폭 모듈(113)은 GSM 전력 증폭 모듈(113)로부터 GSM 전력 증폭 모듈(113) 내부의 그라운드 단자로 전류가 흐르도록 설계되었다. 반면, 본 발명의 일 실시예에서는 GSM 전력 증폭 모듈(113)로부터 전원부의 그라운드 단자로 전류가 흐르도록 제 2선로(155)의 설계를 변경할 수 있다. 이에 따라, 제 1선로(153)와 평행하고, 제 1선로(153)에 흐르는 전류와 반대 방향의 전류가 흐르는 제 2선로(155)의 설계를 변경함으로써 제 1선로(153)에서 발생된 노이즈를 제거할 수 있다.
표시부(160)는 액정표시장치Liquid Crystal Display; LCD), 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diodes; OLED), 능동형 유기 발광 다이오드(Active Matrix Organic Light Emitting Diodes; AMOLED) 등으로 형성될 수 있으며, 휴대형 전자장치(100)의 메뉴, 입력된 데이터, 기능 설정 정보 및 기타 다양한 정보를 사용자에게 시각적으로 제공할 수 있다. 표시부(160)는 휴대형 전자장치(100)의 부팅 화면, 대기 화면, 메뉴 화면, 통화 화면, 기타 어플리케이션 화면을 출력할 수 있다.
저장부(170)는 휴대형 전자장치(100)의 동작에 필요한 프로그램 및 데이터를 저장하는 역할을 수행하며, 프로그램 영역과 데이터 영역으로 구분될 수 있다. 저장부(170)는 휘발성(volatile) 저장 매체 또는 비휘발성(nonvolatile) 저장 매체로 구성될 수 있으며, 양 저장 매체의 조합(combination)으로 구성될 수도 있다. 휘발성 저장 매체로는 RAM, DRAM, SRAM과 같은 반도체 메모리(semiconductor memory)가 포함되며, 비휘발성 저장 매체로는 하드 디스크(hard disk)가 포함될 수 있다.
제어부(180)는 휴대형 전자장치(100)의 전반적인 동작 및 휴대형 전자장치(100)의 내부 블록들 간 신호 흐름을 제어할 수 있다. 특히, 제어부(180)는 자기 신호가 사용자의 보청기 내부의 유도 코일 등으로 전달될 수 있도록 리시버(133)를 제어할 수 있다. 이하에서는 GSM 전력 증폭 모듈(113), 리시버(133), 전원부(140) 및 선로부(150)를 중심으로 노이즈를 제거하기 위한 방법을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 리시버에서 수신되는 노이즈 모델링을 위한 도면이다.
구체적으로 201은 전원부(140) 및 GSM 전력 증폭 모듈(113) 사이에 연결된 제 1선로(153)에 흐르는 전류를 비대칭 펄스 모델링(Asymmetric Pulse Modeling) 기법을 이용하여 도시한 도면이고, 203은 201로부터 산출된 전류의 크기에 기초하여 리시버(133)에서 수신되는 노이즈를 산출하기 위한 도면이다.
도 2를 설명하기에 앞서, 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대형 전자장치(100)는 리시버(133)에서 수신되는 노이즈를 감소시킴으로써 HAC 규정 즉, T 3 등급 이상을 확보할 수 있다. 이러한 노이즈는 발생시키는 주요 원인은 GSM 통신 방식 즉, 시분할 다중 접속(TDMA; Time Division Multiple Access) 변조 방식에 있다. 구체적으로 TDMA 변조 방식에서는 1프레임이 8타임 슬롯으로 이루어져 있으며, 데이터 수신을 반복함에 따라 데이터 송수신이 반복되는 주기(T)는 대략 4.615ms가 되고, 이를 주파수로 변환하면 217Hz에 해당한다. TDMA 변조 방식에 의해 발생되는 최대전력은 33dBm이고, 이는 약 2W의 고출력에 해당한다. 이와 같은 고출력을 증폭하기 위한 구성이 GSM 전력 증폭 모듈(113)이다. 그리고, GSM 전력 증폭 모듈(113)에서 최대 전력 출력 시 송수신이 반복되는 주기(217Hz) 동안 전원부(140)로부터 GSM 전력 증폭 모듈(113)로 최대 2A(Ampere)의 전류가 제 1선로(153)를 통해 흐를 수 있다. 이때 제 1선로(153)를 통해 흐르는 전류에 의해 노이즈 즉, 강한 자기장이 발생한다. 자기장은 암페어의 법칙에 의해 전류가 흐르는 제 1선로(153)를 오른손으로 감는 방향으로 발생한다.
201의 제 1선로(153)에 흐르는 전류에 대한 비대칭 펄스 모델링(Asymmetric Pulse Modeling)은 [수학식 1]과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112013057883447-pat00001
여기서, T 등급을 결정하기 위한 SNR은 1kHz 대역에서 신호 대 노이즈 비로 정의되고, 1kHz는 시분할 다중 접속 변조 방식의 데이터 송수신이 반복되는 주기(217Hz)의 약 5체배에 해당하므로 Inth는 5차 하모닉 전류로 볼 수 있다. 즉, 수학식 1에서 n = 5로 결정될 수 있다. 또한, 최대 전류(A)는 2(A), 주기(T)는 4.615ms, 대역폭에 대응되는 시간 주기(τ)는 577μs, 상승 시간(τr) 및 하강 시간(τf)은 0s로 모델링할 수 있다. 이러한 전류 모델링에 의해 제 1선로(153)에 흐르는 전류는 235.2(mA)로 산출될 수 있다.
203은 전원부(140) 및 GSM 전력 증폭 모듈(113)을 연결하는 제 1선로(153)에 흐르는 전류에 의해 발생되어 리시버(133)에 수신되는 자기장 즉, 노이즈를 산출하기 위한 자기장 모델을 나타낸다. 203에서 자기장의 방향은 암페어의 법칙에 의해 지면 수직 아래로 향하는 방향 즉, 제 1선로(153)에 흐르는 전류의 방향에 수직이고, 제 1선로(153)에 흐르는 각각의 선전류의 위치와 리시버(133)의 위치를 각각 시작점 및 끝점으로 하는 벡터 방향에 수직인 방향이다. 여기서, 리시버(133)의 위치로부터 제 1선로(153)에 대한 수선의 길이를 ρ로, 203과 같이 각도 α1, α2를 정의할 때, [수학식 2]의 맥스웰 방정식 및 가우스 법칙을 이용하여 [수학식 3]을 산출할 수 있다.
Figure 112013057883447-pat00002
Figure 112013057883447-pat00003
상기 [수학식 3]으로부터 리시버(133)에 수신되는 자기장 즉, 노이즈는 제 1선로(153)에 흐르는 전류(I), 각도 α1, α2 및 수선의 길이 ρ임을 알 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 제 1선로(153)에 흐르는 전류에 의해 발생되는 노이즈를 감소(또는 상쇄)시키기 위해, GSM 전력 증폭 모듈(113)로부터 전원부(140)로 전류가 흐르는 제 2선로(155)의 선로 설계를 변경할 수 있다. 이하에서는 리시버(133)에서 수신되는 노이즈를 감소하기 위한 제 2선로(155)에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 리시버에 수신되는 노이즈를 감소시키기 위한 휴대형 전자장치 후면도 및 측면도를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 제 2선로(155)는 제 1선로(153)와 평행하게 설계될 수 있다. 구체적으로, 제 1선로(153)에 의해 발생되는 자기장을 감소시키기 위해 제 2선로(155)를 301과 같이 제 1선로(153)와 평행이 되도록 설계할 수 있으며, 이때 제 2선로(155)는 GSM 전력 증폭 모듈(113) 내의 그라운드 단자가 아닌 전원부(140) 접촉단의 그라운드 단자로 연결시킬 수 있다. 이에 따라, 제 2선로(155)를 통해 GSM 전력 증폭 모듈(113)에서 전원부(140)의 그라운드 단자로 제 1선로(153)의 전류와 반대 반향으로 제 2선로(155)를 통해 전류가 흐르도록 설계할 수 있다. 이때 GSM 전력 증폭 모듈(113)로부터 제 1선로(153) 및 제 2선로(155) 외 다른 선로로 전류가 흐르는 경우, 다른 선로에 의해 자기장이 발생될 수 있다. 이를 방지하기 위해 전원부(140)의 제 1선로(153) 및 제 2선로(155)를 GSM 전력 증폭 모듈(113) 및 전원부(140)와 독립적으로 구성하고, GSM 전력 증폭 모듈(113)이 전원부(140)의 그라운드 단자 외 다른 그라운드 단자와 연결되지 않도록 설계할 수 있다. 또한, 301에서는 제 1선로(153)가 제 2선로(155) 위쪽에 배치되도록 도시하였지만, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않으며, 제 2선로(155)가 제 1선로(153) 위쪽에 배치될 수도 있다.
301에서 리시버(133) 및 제 1선로(153)와의 거리는 ρ, 제 1선로(153) 및 제 2선로(155) 사이의 거리는 δ, 제 1선로(153) 및 제 2선로(155)의 길이 차이는 Δ로 정의할 수 있다. 리시버(133)에서 수신되는 자기장의 세기는 [수학식 3]에서 리시버(133) 및 제 1선로(153)와의 거리 ρ, 제 1선로(153) 및 제 2선로(155) 사이의 거리 δ, 제 1선로(153) 및 제 2선로(155)의 길이 차이 Δ, 그리고 제 1선로(153)에 흐르는 전류(I1) 및 제 2선로(155)에 흐르는 전류(I2)에 의해 결정될 수 있다. 또한, 303에 도시된 바와 같이, 제 1선로(153) 및 제 2선로(155) 간 높이(d) 차이에 의해서도 리시버(133)에 수신되는 자기장의 세기에 영향을 미칠 수 있다. 이하는 [수학식 3]에 기초하여 리시버에 수신되는 자기장에 영향을 미치는 요인 및 그에 따라 발생되는 자기장을 감소하기 위한 선로들(153, 155)의 설계 변경, 전류 제어에 관하여 설명한다.
첫째, 제 1선로(153) 및 제 2선로(155) 간 높이(d) 차이로 인한 리시버(133)에 수신되는 자기장에 미치는 영향을 설명한다. 301의 3차원 좌표에서 z축은 지면과 수직하고 지면을 뚫고 나오는 방향을 (+)방향으로 가정한다. 제 1선로(153) 및 제 2선로(155)가 지면으로부터 같은 높이에 있는 경우, 제 1선로(153)에 흐르는 전류(I1) 및 제 2선로(155)에 흐르는 전류(I2)에 의해 발생되어 리시버(133)에 수신되는 자기장은 각각 +z 방향과 ? 방향의 자기장만 존재할 수 있다. 반면 302와 같이 제 1선로(153) 및 제 2선로(155)의 높이 간 차이(d)가 있다면 전류(I1) 및 전류(I2)에 의해 y축 방향으로도 자기장이 형성될 수 있다. 예를 들어, 303에서 제 2선로(155)를 통해 흐르는 전류(I2)에 의해 발생되는 자기장은 제 2선로(155)와 리시버(133)가 지면으로부터 같은 높이에 있으므로, 화살표(305)와 같이 +z축 방향으로만 형성된다. 반면 제 1선로(153)를 통해 흐르는 전류(I1)에 의해 발생되는 자기장은 화살표(307)와 같이 -z축 방향 및 -y축 방향으로도 형성될 수 있다. 한편, 301 및 302와 같이 리시버(133), 제 1선로(153) 및 제 2선로(155)를 배치하는 경우 앙페르의 법칙에 의해 x축 방향으로 자기장이 형성되지는 않는다. 따라서, 리시버(133)에서 수신되는 자기장을 감소시키기 위해서는 제 1선로(153) 및 제 2선로(155)를 지면으로부터 같은 높이에 배치시키는 것이 바람직하다. 즉, 제 1선로(153) 및 제 2선로(155)의 높이 차(d)가 0이 되도록 선로 설계를 하는 것이 바람직하다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 기술적 사상을 이에 한정하는 것은 아니며, 이후에 설명되는 바와 같이 제 1선로(153) 및 제 2선로(155) 간의 수평 거리 간격(δ)을 좁힐 수 있고, PCB(Printed Circuit Board) 상의 공간이 제약되는 경우에는 제 1선로(153) 및 제 2선로(155)를 지면으로부터 다른 높이로 배치할 수도 있을 것이다.
둘째, 제 1선로(153) 및 제 2선로(155) 간 이격 거리 차이(δ)로 인한 리시버(133)에 수신되는 자기장에 미치는 영향을 설명한다. [수학식 3]으로부터 제 1선로(153)에 흐르는 전류(I1)에 의해 발생되는 자기장의 세기는 I1 * (sin α2 - sin α1) / (4*π*ρ) 이고, 제 2선로(155)에 흐르는 전류(I2)의 세기는 I2 * (sin α2 - sin α1) / (4*π* (ρ + δ))이며, 방향은 각각 +z축 방향 및 ?축 방향이다. 따라서, I1, I2, α1, α2, Δ이 동일하고, 지면으로부터 제 1선로(153) 및 제 2선로(155)의 높이가 동일하다면 δ 즉, 제 1선로(153) 및 제 2선로(155) 사이의 거리에 의해 자기장의 차이가 발생된다. 이에 따라, 리시버(133)에서 수신되는 자기장의 세기를 감소시키기 위해서는 δ이 0이 되도록 즉, 제 1선로(153) 및 제 2선로(155) 사이의 거리를 가능한 가깝도록 설계하는 것이 바람직하다.
셋째, 제 1선로(153) 및 제 2선로(155)의 길이 차이 Δ에 의해 리시버(133)에 수신되는 자기장의 세기에 미치는 영향을 설명한다. Δ를 증가시키는 것은 [수학식 3]으로부터 -α1를 유지하고, α2의 크기를 증가시키는 것과 동일하게 볼 수 있다. 그리고 Δ가 증가되면 자기장의 세기가 증가되기 때문에, Δ 또한 0에 가깝도록 즉, 제 1선로(153) 및 제 2선로(155)의 길이를 동일하게 설계하는 것이 바람직하다. 한편, α1, α2의 의한 리시버(133)에 수신되는 자기장의 세기에 미치는 영향은 Δ에 의한 영향과 중복 될 수 있으므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
넷째, 제 1선로(153) 및 제 2선로(155)와 리시버(133) 간의 거리에 따른 리시버(133)에 수신되는 자기장의 세기에 미치는 영향을 설명한다. [수학식 3]에서 선로들(153, 155)로부터 리시버(133)의 위치까지 거리가 증가할 수록 자기장의 세기가 감소하기 때문에 제 1선로(153) 및 제 2선로(155)가 리시버(133)의 위치로부터 멀리 떨어질수록 리시버(133)에 수신되는 자기장의 세기는 감소됨을 알 수 있다. 예를 들어, <301>에서 ρ 또는 δ이 증가될수록 리시버(133)에 수신되는 자기장의 세기는 감소될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 선로들(153, 155) 및 리시버(133) 간 거리가 최대한 멀어지도록 선로들(153, 155)을 설계하는 것이 바람직하다.
다섯 번째로 전류(I1) 및 전류(I2) 차이에 의해 리시버(133)에 수신되는 자기장의 세기에 미치는 영향을 설명한다. [수학식 3]으로부터 다른 조건들이 동일한 경우에는 제 2선로(155)에 흐르는 전류(I2)는 제 1선로(153)에 흐르는 전류(I1)와 동일한 크기로 흐르게 설계하는 것이 바람직하다. 다만, 물리적으로 선로들(153, 155)을 통해 흐르는 전류 외의 다른 조건들을 동일하게 설계하는 것은 어려움이 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서 제어부(180)는 선로들(153, 155)에 흐르는 전류들(I1, I2)을 제어하여 다른 조건들이 일부 상이한 경우에도 리시버(133)에 수신되는 자기장의 세기를 감소시킬 수 있다. 구체적으로, 전원부(140)로부터 GSM 전력 증폭 모듈(113)로 전력 증폭에 필요한 정도에 상응하는 일정한 전류(I1)가 흐를 수 있다. 따라서, 제어부(180)는 전류(I1)가 일정한 상태에서 전류(I2)의 크기, 위상 및 주기 등을 제어하여 자기장의 세기 즉, 전류(I1) 및 전류(I2)에 의해 발생되어 리시버(133)에 수신되는 합산 자기장의 세기가 감소되도록 제어할 수 있다. 또한, 전류(I2)를 제어하기 위한 추가 구성으로서 GSM 전력 증폭 모듈(113)과 제 2선로(155) 사이에 전류를 분배하기 위한 전류 조절부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 제 2선로(155)에 흐르는 전류(I2)가 제 1선로(153)에 흐르는 전류(I1)보다 더 큰 경우에는 GSM 전력 증폭 모듈(113) 내의 그라운드 단자로 일부 전류를 흐르게 함으로써 전류(I2)를 제어할 수 있다. 여기서 전류 조절부는 전류(I2)를 조절하기 위한 적어도 하나의 저항, 인덕터, 캐패시터와 같은 수동 소자 또는 MOS(Metal Oxide Semiconductor), BJT(Bipolar Junction Transistor), 다이오드(diode)와 같은 반도체 소자로 구성될 수 있다. 예를 들어, 전류 조절부는 전류 분배기, 벅(buck) 및 부스트(boost) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전류 분배기를 통해 제 2선로(155)로 흐르는 전류(I2)를 조절하거나, 벅(buck) 및 부스트(boost) 등의 전압 조정 회로를 부가하여 GSM 전력 증폭 모듈(113)의 출력 전압을 조정함으로써 전류(I2)의 크기를 조절할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 일 실시예에서 리시버(133)에 수신되는 자기장의 세기를 감소시키기 위해 지면으로부터 제 1선로(153) 및 제 2선로(155) 간 높이를 동일하게 하고, 제 1선로(153) 및 제 2선로(155) 사이의 거리가 가깝도록 설계할 수 있다. 또한, 제 1선로(153) 및 제 2선로(155)의 길이가 동일하게 되도록 설계하고, 리시버(133)로부터 제 1선로(153) 및 제 2선로(155)까지의 거리가 멀어지도록 설계할 수 있다. 그리고, 제어부(180)의 제어 하에 제 2선로(155)에 흐르는 전류(I2)를 조절할 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 4 밀 도 5를 참조하면, 리시버(113)에 수신되는 자기장 개선 여부는 리시버에(113)에 수신되는 전체 자기장의 세기보다 전체 자기장의 y축 성분에 의해 개선 여부를 판단할 수 있다. 즉, HAC 규정의 SNR(Signal to Noise Ratio) 판단 시, y축 방향의 자기장의 세기가 중요한 영향을 미칠 수 있다. 구체적으로, 리시버(133)에 포함된 보이스 코일의 구조가 일반적으로 z축을 중심 원형으로 감긴 형태이기 때문에 리시버(133) 생성되는 자기 신호는 z축 성분이 크고, y축 성분은 미세할 수 있다. 따라서, 자기 신호 외 SNR의 요소로서 노이즈를 결정하는 성분은 제 1선로(153) 및 제 2선로(155)에 흐르는 전류에 의해 발생되는 자기장의 y축 성분일 수 있다. 한편, 다양한 실시예에 따라 보이스 코일의 구조가 변경되는 경우 노이즈를 결정하는 성분의 방향은 달라질 수 있다.
도 3의 휴대형 전자장치(100) 구성에 기초하여 도 4에서 제 1선로(153) 제 2선로(155) 간의 거리(δ)를 40(mm)에서 1(mm)로 변경하여 설계한 경우 y축 자기장의 세기가 11dB 개선되고, 제 1선로(153) 및 제 2선로(155) 사이의 거리(δ)를 7(mm)에서 3(mm)로 변경하여 설계한 경우 y축 자기장의 세기가 약 7dB 개선됨을 확인할 수 있다. 또한, 리시버(133)로부터 제 1선로(153)를 40(mm) 추가로 이격하는 경우 y축 자기장의 세기가 약 12dB가 개선됨을 확인할 수 있다.
도 5는 도 4의 결과를 간략히 요약한 그래프를 나타내는 도면이다. 도 5의 그래프는 [수학식 1] 내지 [수학식 3]을 통해 리시버(133)에서 수신되는 자기장의 세기에 영향을 미치는 요인 및 자기장의 세기를 감소하기 위한 설계 변경과 동일한 결과를 나타내고 있다. 즉, 리시버(133) 및 제 1선로(153)와의 거리(ρ)를 증가시키고, 제 1선로(153) 및 제 2선로(155)의 길이 차이(Δ) 및 제 1선로(153) 및 제 2선로(155) 사이의 거리(δ)를 감소시키는 경우 리시버(133)에서 수신되는 자기장의 세기를 감소시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 실제 구현된 휴대형 전자장치에서 측정된 SNR을 나타내는 도면이다. 여기서 도 6에 나타난 결과는 도 4의 Case 3에 해당하는 시뮬레이션 조건을 적용한 결과이다.
도 6을 참조하여 텔레 코일을 포함하는 HAC용 리시버(133)를 사용한 결과와 일반 리시버(133)를 사용한 결과를 비교하면, HAC용 리시버를 사용한 종래 휴대형 전자장치(100)에 비해 본원발명의 일 실시예에 따른 휴대형 전자장치(100)에서 측정된 SNR이 우수함을 확인할 수 있다. 즉, 자기장의 y축에 대한 SNR을 비교할 때 HAC용 리시버를 사용한 SNR은 28.28인데 반해, 본 발명의 일 실시예에 따라 일반 리시버(113)일 이용하여 구현된 휴대형 전자장치의 SNR은 28.88로서 보다 우수하다. 또한, 도 6에서 보는 바와 같이, SNR이 y축 성분 및 z축 성분 모두 HAC 규정의 T 3등급의 요건으로서 SNR가 20dB 이상을 충족하고 있음을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 리시버(133)에 수신되는 노이즈를 감소시키기 위한 휴대형 전자장치(100) 후면도를 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 7을 비교하면, 도 3에서는 제 1선로(153) 및 제 2선로(155)가 x축에 평행한 방향으로 설계되는 데 반해, 도 7의 701은 제 1선로(153) 및 제 2선로(155)를 y축에 평행한 방향으로 설계한 휴대형 전자장치(100)를 도시하고 있다. 그리고, 703에서는 제 1선로(153) 및 제 2선로(155) 중 일측은 y축에 평행하고, 다른 일측은 x축에 평행하도록 설계된 휴대형 전자장치(100)를 도시하고 있다. 701의 경우 제 1선로(153) 및 제 2선로(155)가 y축에 평행한 방향으로 설계되기 때문에 리시버(133)에서 수신되는 자기장 성분은 x축 및 z축 방향으로 형성될 수 있다. 701은 301과 선로들의 방향이 x축 또는 y축에 평행하게 설계되는 점에서만 차이가 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
703의 경우에는 리시버(133)에서 수신되는 자기장 성분이 x축, y축 및 z축 방향으로 형성될 수 있다. 703에서는 y축에 평행한 제 1선로(153) 부분 및 제 2선로(155) 부분을 통해 흐르는 전류에 의해 발생되는 자기장과 x축에 평행한 제 1선로(153) 부분 및 제 2선로(155) 부분을 통해 흐르는 전류에 의해 발생되는 자기장을 독립적으로 합산함으로써 리시버(133)에서 수신되는 자기장 산출할 수 있다. 이에 따라, 703의 경우에도 도 3 내지 도 5에서 설명된 시뮬레이션 결과를 이용하여 리시버(133)에서 수신되는 자기장 감소를 위한 선로 설계를 구현할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 보청기 호환 휴대형 전자장치(100)는 선로 설계 변경을 통해 노이즈를 감소시킴으로써 SNR을 향상시킬 수 있어 뛰어난 사용성을 제공할 수 있다.
한편 상술한 휴대형 전자장치(100)는 그 제공 형태에 따라 다양한 추가 모듈을 더 포함할 수 있다. 즉 상기 단말기는 근거리 통신을 위한 근거리 통신모듈, 상기 휴대형 전자장치(100)의 유선통신 방식 또는 무선통신방식에 의한 데이터 송수신을 위한 인터페이스, 인터넷 네트워크와 통신하여 인터넷 기능을 수행하는 인터넷통신모듈 및 디지털 방송 수신과 재생 기능을 수행하는 디지털방송모듈 등과 같이 상기에서 언급되지 않은 구성들을 더 포함할 수도 있다. 이러한 구성 요소들은 디지털 기기의 컨버전스(convergence) 추세에 따라 변형이 매우 다양하여 모두 열거할 수는 없으나, 상기 언급된 구성 요소들과 동등한 수준의 구성 요소가 상기 디바이스에 추가로 더 포함되어 구성될 수 있다. 또한 본 발명의 휴대형 전자장치(100)는 그 제공 형태에 따라 상기한 구성에서 특정 구성들이 제외되거나 다른 구성으로 대체될 수도 있음은 물론이다. 이는 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에겐 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
한편, 본 명세서와 도면을 통해 본 발명의 바람직한 실시 예들에 대하여 설명하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100 : 휴대형 전자장치 113 : GSM 전력 증폭 모듈
120 : 입력부 130 : 오디오 처리부
133 : 리시버 140 : 전원부
140 : 전원부 150 : 선로부
153 : 제 1선로 155 : 제 2선로
160 : 표시부 170 : 저장부
180 : 제어부

Claims (10)

  1. 보청기 호환 전자 장치에 있어서,
    전력 증폭 모듈을 포함하는 무선 통신부;
    송전단을 통해 상기 전력 증폭 모듈로 전류를 전달하고, 그라운드 단자를 통해 상기 전력 증폭 모듈로부터 전류를 수신하는 전원부;
    상기 전력 증폭 모듈 및 상기 전원부 사이에 연결되고, 상기 전류가 제1 방향으로 흐르는 제 1선로 및 상기 전류가 상기 제 1 방향과 반대인 제2 방향으로 흐르는 제 2선로를 포함하는 선로부; 및
    상기 제 1 방향으로 흐르는 전류에 의해 발생되는 제 1자기장 및 상기 제 2 방향으로 흐르는 전류에 의해 발생되는 제 2자기장을 수신하는 리시버를 포함하는 오디오 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 보청기 호환 전자장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전력 증폭 모듈은 GSM(Global System for Mobile Communications) 전력 증폭 모듈인 것을 특징으로 하는 보청기 호환 전자장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1선로 및 상기 제 2선로가 평행하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 보청기 호환 전자장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    지면에 대한 상기 제 1선로 및 상기 제 2선로의 높이가 조절되는 것을 특징으로 하는 보청기 호환 전자장치
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1선로 및 상기 제 2선로 간 이격 거리가 조절되는 것을 특징으로 하는 보청기 호환 전자장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1선로 및 상기 제 2선로의 길이 차이가 조절되는 것을 특징으로 하는 보청기 호환 전자장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 리시버 및 상기 제 1선로 간 이격 거리와 상기 리시버 및 상기 제 2선로 간 이격 거리가 조절되는 것을 특징으로 하는 보청기 호환 전자장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 방향으로 흐르는 전류가 일정한 상태에서 상기 제 2 방향으로 흐르는 전류를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보청기 호환 전자장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    전류 조절부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 제 1 방향으로 흐르는 전류가 일정한 상태에서 상기 제 2 방향으로 흐르는 전류가 조절되도록 상기 전류 조절부를 제어하는 것을 특징으로 하는 보청기 호환 전자장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 전류 조절부는 전류 분배기, 벅(buck) 회로 및 부스트(boost) 회로 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 보청기 호환 전자장치.
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