KR102341770B1 - 신호레벨 조정과 생산성이 우수한 차량용 마이크로폰 - Google Patents

신호레벨 조정과 생산성이 우수한 차량용 마이크로폰 Download PDF

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권일권
김영남
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Abstract

본 발명은 신호레벨 조정과 생산성이 우수한 차량용 마이크로폰에 관한 것으로, 차량용 마이크로폰 소자의 본체 내부에 증폭앰프 IC(AMP IC)를 구성하고, 상기 마이크로폰 소자의 음유입구로 유입되는 음성신호(입력신호)를 증폭하여 신호를 출력하는 차량용 마이크로폰 소자의 구성에 있어서, 상기 증폭앰프를 통해 증폭되는 증폭신호의 증폭량을 제어하기 위한 것으로, 마이크로폰 소자 내부에 입력된 입력신호를 1차 증폭하여 출력하기 위해 입력신호의 전압레벨로부터 설정된 전압레벨범위까지 입력신호의 전압을 증폭하기 위한 증폭블록;을 포함하고, 상기 증폭블록은, 다수의 게인모듈로 구성되고 상기 각각의 게인모듈은 해당 게인모듈의 DATA값을 1 또는 0으로 세팅되도록 전기적 신호를 접촉단자로 인가하여 결정하기 위해 입력신호의 전압을 증폭시키기 위한 게인모듈의 DATA값이 변경되도록 상기 증폭블록의 증폭값이 결정되도록 조정하는 것을 특징으로 한다.

Description

신호레벨 조정과 생산성이 우수한 차량용 마이크로폰{Microphone for vehicles with high signal level adjustment and high productivity}
본 발명은 신호레벨 조정과 생산성이 우수한 차량용 마이크로폰에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 입력신호를 증폭하는 회로 블록 중 신호를 증폭하는 방식에서 제품별로 다양하게 입력되는 신호의 레벨을 FUSE 방식의 집적회로를 통해서 동일한 출력 레벨 범위가 구현되도록 세팅할 수 있는 신호레벨 조정과 생산성이 우수한 차량용 마이크로폰에 관한 것이다.
일반적으로 마이크로폰은 외부의 음성신호를 전기신호로 변환하는 장치로써 주로 핸드폰, 스마트폰, MP3, 전화기 등의 통신기기와 보청기 등의 의료기기 또는 소형화된 다기능 스마트 센서에 내장되어 사용되고 있다.
마이크로폰은, 구체적인 구성의 차이에 따라 일렉트릭 콘덴서 마이크로폰(electret condenser microphone), 디지털 마이크로폰(digital microphone), 멤스(MEMS) 실리콘 마이크로폰 등 다양한 종류로 나뉜다.
이러한 마이크로폰은 그 종류에 무관하게, 인쇄회로기판과 이러한 인쇄회로기판에 결합되어 내부공간을 형성하는 커버를 포함하여 구성된다. 이러한 내부공간에는 소리를 전기신호로 변환하는데 필요한 전자부품들, 예컨대 콘덴서, 각종 반도체 칩(chip), 멤스다이(MEMS DIE), ASIC(Application Specific Integrated Circuit), 증폭기, 필터 등의 전자부품들이 구비된다. 통상 이러한 전자부품들은 인쇄회로기판에 실장되어 있다.
또한, 마이크로폰의 종류에 무관하게 대부분의 마이크로폰에 사용되는 인쇄회로기판의 하측면에는 외부와의 전기적 연결을 위한 패드(pad)가 다수 구비되어 있다. 이러한 패드는 단자라고도 불린다. 다수의 패드는 접지, 전원 입력단 데이터 출력 등을 위한 용도이다.
종래 마이크로폰소자를 구성함에 있어 완제품상태에서 출력 신호값(게인값)을 세팅하기 위하여 2차 증폭소자만 구현되어 왔기 때문에 공간의 제약적 문제뿐만 아니라, 앞서 언급한 바와 같이 지향성 마이크로폰소자의 경우 전면과 후면의 위상차로 성능을 구현하기 때문에 소자 자체에서 일률적인 특성 구현이 어려워 완제품에 대한 수율이 현저히 저하되는 문제점이 있다.
최근 사용자 제품이 점차 소형화됨에 따라, 내부의 기판 역시 얇아지고 있는 추세이기 때문에 소자의 소형과, 슬림화, 집적화에 대한 개발 실정이 점차 높아지고 있으며, 대량 생산에 따른 수율개선을 위한 마이크로폰 소자 개발이 절실히 필요한 실정이다.
이러한 문제를 해소하기 위하여 본 출원인은 도 1에 도시된 바와 같이 완제품 상태의 튜닝 포인트를 개선하여 생산 수율을 극대화시켜 불용의 최소화시킬 수 있는 마이크로폰소자 제조방법 및 이를 이용한 마이크로폰소자의 자동화 튜닝 장치를 제공하기 위하여 기존에 증폭회로가 분할 구성된 마이크로폰소자의 1차 증폭과 2차 증폭 구현에 따라 경량화, 슬림화 등의 어려움으로 인한 산업 적용의 어려움을 극복할 수 있도록 소형화가 가능한 마이크로폰소자 제조방법을 제시하였다.
또한, 지향성 마이크로폰소자를 제조함에 있어, 완제품상태의 튜닝 포인트를 개선하여 생산 수율을 극대화시켜 불용의 최소화시킬 수 있는 마이크로폰소자 제조방법 및 이를 이용한 마이크로폰소자의 자동화 튜닝 장치를 제공하였다.
이를 위해 마이크로소자 내에서 고 Gain으로 증폭된 신호를 인터페이스를 통해 직접 전송함으로써 별도의 2차 증폭회로를 구성하지 않고도 Module의 기능을 할 수 있으므로 부피와 중량을 최소화 할 수 있고, 특히 차량용의 경우 장착 위치에 대한 제한적 요소를 해결할 수 있도록 제시하였다.
하지만, 일반적으로 증폭 시스템 블록은 입력 전압이 적절한 동작을 하기엔 너무 낮은 경우 이용한다. 증폭회로에는 일반적으로 트랜지스터, 차동증폭기(OPAMP) 부품들이 사용되고, 이 부분에서 증폭의 정도를 조정하기 위해서는 적절한 저항값을 연결한다. 하지만 입력되는 신호가 일정하지 않는 경우 특정한 저항값을 쓸 수 없고, 이를 해결하기 위한 방법이 필요하다.
도 2는 도 1에 따른 마이크로폰 증폭 신호의 블록도, 도 3은 도 1에 따른 종래기술의 감도조정 방식을 나타낸 도면이다. 종래의 기술은 가변저항을 이용하여 증폭의 정도를 조정하여 동일한 출력 레벨 전압이 나오도록 하고 있다. 이러한 방식의 문제점은 가변저항을 조정하기 위한 기구 도구들이 필요하며, 이를 정확히 맞추기가 쉽지 않다는 것이다. 또한 가변저항이라는 회로 부품 자체가 제조상의 문제로 높은 편차를 가지고 있기 때문에 제품으로 만드는 경우 조정을 요하지 않는 제품들까지도 조정을 할 수밖에 없도록 되는 경우가 많다.
이러한 방식은 높은 감도 일률성을 요구하는 마이크에 적용하기에는 적절치 않으며, 이를 적용하기 위한 자동화 도구 인프라를 만드는데도 많은 비용이 소모되는 문제점이 발생하였다.
KR 10-1149894호 KR 10-2018-0124421호 KR 10-1605476호 KR 10-1469606호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 일반적인 부품을 가지고, 높은 출력 감도 일률성을 제공하는 연산증폭기 기반 증폭조정 시스템을 구현하는 마이크로폰을 제공하고자 한다. 이를 위해 본 발명은 아날로그 조정방식이 아닌 디지털 조정방식을 채용함으로써 빠르고 편리한 마이크로폰 세팅 인프라를 지원할 수 있도록 제공하고자 하는데 목적이 있다.
또한, 기존에는 기구적으로 조정하던 방식을 통신 방식으로 적용함으로써 마이크로폰 소자의 생산라인 구축을 간소화와 편의성을 적용할 수 있는 마이크로폰 소자 제조방법을 제공하고자 하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 차량용 마이크로폰 소자의 본체 내부에 증폭앰프 IC(AMP IC)를 구성하고, 상기 마이크로폰 소자의 음유입구로 유입되는 음성신호(입력신호)를 증폭하여 신호를 출력하는 차량용 마이크로폰 소자의 구성에 있어서, 상기 증폭앰프를 통해 증폭되는 증폭신호의 증폭량을 제어하기 위한 것으로, 마이크로폰 소자 내부에 입력된 입력신호를 1차 증폭하여 출력하기 위해 입력신호의 전압레벨로부터 설정된 전압레벨범위까지 입력신호의 전압을 증폭하기 위한 증폭블록;을 포함하고, 상기 증폭블록은, 다수의 게인모듈로 구성되고 상기 각각의 게인모듈은 해당 게인모듈의 DATA값을 1 또는 0으로 세팅되도록 전기적 신호를 접촉단자로 인가하여 결정하기 위해 입력신호의 전압을 증폭시키기 위한 게인모듈의 DATA값이 변경되도록 상기 증폭블록의 증폭값이 결정되도록 조정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 마이크로폰 소자는, 상기 증폭앰프 IC(AMP IC)에서 출력되는 출력전압을 통해 전원을 공급받는 전원공급회로를 구성하여 상기 증폭앰프 IC에서 직접 전원을 공급받도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 증폭블록은, FUSE 방식 연산증폭기로 구성되고, 외부에서 전기적 신호를 인가하여 입력신호의 전압을 증폭시키기 위한 게인(GAIN)신호의 디지털값(데이터값)을 출력 세팅값(dB)에 따라 변경함으로써 증폭값이 결정되도록 조정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 FUSE 방식 연산증폭기는, 출력 세팅값(dB)에 따른 감도 조정을 위한 게인모듈의 DATA값 제어를 위하여 외부에서 제어하는 제어장치와 전기적 통신을 통해 상기 FUSE 방식 연산증폭기와 제어장치간의 신호 통신 검증을 거쳐 게인모듈의 DATA값 제어를 위해 초기신호(Preamble)와 컨트롤 신호(control address) 그리고 증폭량을 조정하기 위한 데이터 신호(DATA) 순으로 상기 제어장치에서 단계적으로 전송하여 최종 DATA값을 제어하여 출력 세팅값을 조정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 FUSE 방식 연산증폭기는, 다수의 게인모듈로 구성되고, 상기 각각의 게인모듈은 해당 게인모듈의 DATA값을 1 또는 0으로 세팅하기 위한 퓨즈를 포함하며, 상기 각각의 게인모듈은 상기 퓨즈를 단락시키는 환경을 조성하는 DAT 핀과 EN핀을 구비함에 따라 상기 DAT 핀과 EN핀의 전류를 제어하여 상기 퓨즈를 단락시켜 상기 각각의 게인모듈의 DATA값을 1 또는 0으로 세팅하는 것을 특징으로 한다.
또한, 각각의 상기 게인모듈의 DATA값을 각각 Dj(여기서 j = 0, 1, 2, 3, ..., m, 이고, D0은 제 1게인모듈의 DATA값, D1은 제 2게인모듈의 DATA값, D2는 제 3게인모듈의 DATA값, ...,Dm은 제 m+1게인모듈의 DATA값임)라 할 때 상기 Dj 값의 조합에 따라 입력신호의 전압의 증폭게인값이 결정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 입력신호의 전압을 증폭함에 따라 출력되는 출력전압의 목표값을 A이라 하고 i(여기서 i = 1,2,3,... k-1, k, k+1,...,n)를 증폭인덱스라 할 때 k번째 증폭해야 할 값을 Vk, k-1번째 증폭한 후 측정된 출력전압값을 Bk-1, k-1번째 증폭해야 할 증폭잔여값을 Ck-1 이라 할 때, 상기 k번째 증폭해야 할 값 Vk와 k-1번째 증폭한 후 측정된 출력전압값 Bk-1와 상기 k-1번째 증폭해야할 증폭잔여값 Ck-1 의 관계는 아래 수학식 1로 표현되는 것을 특징으로 한다.
<수학식 1>
Figure 112020116112446-pat00001
(여기서,
Figure 112020116112446-pat00002
는 비례상수, Φ 는 0.8 ~ 0.9임)
또한, 상기 비례상수
Figure 112020116112446-pat00003
는 아래 수학식 2를 만족시킴에 따라 출력전압값 Bk-1 이 클수록 상기 비례상수는 작아져 k번째 증폭해야 할 값 Vk을 세분하여 증분하는 것을 특징으로 한다.
<수학식 2>
Figure 112020116112446-pat00004
(여기서,
Figure 112020116112446-pat00005
,
Figure 112020116112446-pat00006
)
또한, k번째 증폭해야 할 값 Vk 가 결정되면 상기 Vk를 달성하도록 상기 Dj 값의 조합을 결정하고 상기 결정된 조합에 따라 각각의 게인모듈 퓨즈의 단락여부를 결정하는 것을 특징으로 한다.
또한, k번째 증폭한 후 측정된 출력전압값은 Bk로써, 이는 상기 Vk를 달성하도록 상기 Dj값의 조합에 의해 결정된 증폭게인값을 적용하여 실제로 증폭된 RVk와 상기 k-1번째 출력전압값 Bk-1의 합인 것(수학식 3)을 특징으로 한다.
<수학식 3>
Figure 112020116112446-pat00007
또한, 상기 출력전압값은 Bk가 상기 목표값A 에 접근할 때까지 상기 수학식 1 내지 3을 적용하여 증폭인덱스 i의 값을 증가시키면서 증폭을 진행하되 상기 출력전압값 Bk와 목표값 A가 아래 수학식 4를 만족시킬 때까지 증폭을 진행하는 것을 특징으로 한다.
<수학식 4>
Figure 112020116112446-pat00008
또한, 상기 FUSE 방식 연산증폭기는, 다수개가 포함되며 각각의 연산증폭기는 체인형태로 연결되어 제 1연산증폭기의 출력전압이 제2연산증폭기의 입력전압이 되고, 제 1연산증폭기의 출력전압이 제 2연산증폭기의 입력전압이 되고, 제 2연산증폭기의 출력전압이 제 3연산증폭기의 입력전압이 되고, 제 3연산증폭기의 출력전압이 제 4연산증폭기의 입력전압이 되는 구조가 연속하여 체인형태로 연결됨에 따라 앞쪽의 연산증폭기에서 증폭된 출력전압을 뒤쪽의 연산증폭기에서 다시 증폭시킴에 따라 세분하여 증폭을 진행하며, 이때 증폭인덱스 i의 값은 각각의 상기 FUSE 방식 연산증폭기에 일대일 대응되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 DATA 값은, D0, D1, D2, D3, D4의 채널을 각각 가지며, 각 채널의 디지털 신호 0과 1로 설정을 통해 출력 세팅값을 +5.8dB 내지 +12.0dB 범위의 감도값을 갖도록 구성되며, 상기 D0, D1, D2, D3, D4의 채널이 모두 0의 값을 가지는 출력 세팅값이 +9.0dB이 초기값으로 설정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 차량용 마이크로폰은, 마이크로폰 소자와 상기 증폭블록이 구성되는 기판을 포함하는 하나의 모듈로 구성되고, 상기 마이크로폰 소자의 출력 세팅값을 조정하기 위하여 상기 기판의 외측으로 노출 구성된 접촉단자를 통해 디지털 신호를 인가하는 외부 장치를 상기 접촉단자에 접촉시킨 후 감도 조정을 위한 디지털 신호를 인가하여 증폭블록의 증폭 전압레벨을 설정시켜 마이크로폰 소자를 통해 입력되는 입력신호를 증폭시키도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 마이크로폰 소자는, 생산이 완료된 상기 마이크로폰 소자의 입력신호 조절을 위한 세팅수단을 구성하여 포함하고, 상기 세팅수단은 소리가 외부로 전달되는 것을 밀폐시키는 무향박스;와, 상기 무향박스 내부에서 표준음을 발생시키는 표준스피커와 마이크로폰 소자에서 출력되는 출력값을 측정하는 측정시스템;과, 상기 측정시스템의 측정값을 분석하여 상기 증폭블록을 조절하는 세팅부;를 포함하여 이루어져, 상기 세팅부를 조절하여 생산이 완료된 마이크로폰 소자들의 출력신호값을 일정값 이내로 세팅하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 세팅수단은, 상기 측정시스템을 통해 측정된 출력값을 기준으로 일정 출력값 이하의 범위를 갖도록 1차 출력값을 상기 세팅부를 통해 조절한 후 다시 측정된 출력값을 기준으로 2차 출력값을 갖도록 상기 세팅부를 통해 출력값을 조절하는 단계적 세팅을 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 마이크로폰 소자의 감도를 조정하기 위하여 기존의 물리적 방법(가변저항)을 통한 감도 조절의 어려움을 해소할 수 있도록 디지털 조정 방식을 채택함에 따라 감도 조정의 일률성을 만족시킬 수 있는 이점이 있다. 이에 따라 본 발명은 디지털 조정 방식을 채택함으로써 마이크로폰 소자 생산라인 구축의 용이성을 제고하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 마이크로폰 소자에 전원공급을 공급할 때 별도의 전원공급회로를 적용하지 않고 연산증폭기에서 직접 공급하는 회로를 구현함에 따라 회로의 간소화를 구현할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 차량용 마이크로폰의 개략적인 구성도,
도 2는 도 1에 따른 마이크로폰 증폭 신호의 블록도,
도 3은 도 1에 따른 종래기술의 감도조정 방식을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 신호레벨 조정과 생산성이 우수한 차량용 마이크로폰의 회로도,
도 5는 본 발명에 따른 신호레벨 조정과 생산성이 우수한 차량용 마이크로폰의 감도 조정을 위한 구성 예시도,
도 6은 본 발명에 따른 신호레벨 조정과 생산성이 우수한 차량용 마이크로폰의 감도 조정 신호 형태를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명에 따른 신호레벨 조정과 생산성이 우수한 차량용 마이크로폰의 FUSE 방식 연산증폭기의 회로도,
도 8은 본 발명에 따른 신호레벨 조정과 생산성이 우수한 차량용 마이크로폰의 감도 조정을 위한 게인 데이터값에 따른 출력 세팅값의 테이블,
도 9는 본 발명에 따른 마이크로폰 소자의 세팅값 제어를 위한 제어 장치의 구성도,
도 10은 본 발명에 따른 마이크로폰 소자의 출력값 세팅을 위한 세팅 방법의 상세도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 신호레벨 조정과 생산성이 우수한 차량용 마이크로폰을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 신호레벨 조정과 생산성이 우수한 차량용 마이크로폰은, 차량용 마이크로폰 소자의 본체 내부에 증폭앰프 IC(AMP IC)를 구성하고, 상기 마이크로폰 소자의 음유입구로 유입되는 음성신호(입력신호)를 증폭하여 신호를 출력하는 차량용 마이크로폰 소자의 구성에 있어서, 상기 증폭앰프를 통해 증폭되는 증폭신호의 증폭량을 제어하기 위한 것으로, 마이크로폰 소자 내부에 입력된 입력신호를 1차 증폭하여 출력하기 위해 입력신호의 전압레벨로부터 설정된 전압레벨범위까지 입력신호의 전압을 증폭하기 위한 증폭블록;을 포함하고, 상기 증폭블록은, 다수의 게인모듈로 구성되고 상기 각각의 게인모듈은 해당 게인모듈의 DATA값을 1 또는 0으로 세팅되도록 전기적 신호를 접촉단자로 인가하여 결정하기 위해 입력신호의 전압을 증폭시키기 위한 게인모듈의 DATA값이 변경되도록 상기 증폭블록의 증폭값이 결정되도록 조정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 신호레벨 조정과 생산성이 우수한 차량용 마이크로폰은 마이크로폰의 입력신호 증폭을 위하여 게인 신호를 변경할 때 디지털값 변경을 통해 증폭값을 결정함으로 마이크로폰 소자의 감도를 일률적으로 변경할 수 있는 마이크로폰 소자의 감도를 효율적으로 세팅할 수 있는 것을 주요 기술적 요지로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 신호레벨 조정과 생산성이 우수한 차량용 마이크로폰의 회로도이다.
본 발명에 따른 차량용 마이크로폰은 FUSE 방식 연산증폭기를 이용하는 것으로써, 마이크로폰 소자(110)로부터 입력되는 신호를 1차적으로 증폭하는 증폭앰프 IC(AMP IC ; 200)를 포함하고, 상기 마이크로폰 소자(110)로부터 입력되는 신호를 전압레벨로부터 설정된 전압레벨범위까지 증폭할 수 있는 증폭블록(210)을 포함한다. 이때, 상기 증폭블록(210)을 통해서 디지털 방식으로 생산되는 마이크로폰소자의 감도를 일률적으로 용이하게 조정할 수 있는 것이다. 또한, 마이크로폰 소자의 회로보호와 외부 출력을 위한 보호블록(150)을 포함한다.
종래의 기술은 입력되는 마이크의 전압 신호를 연산증폭기로 증폭하여 출력하며, 이 출력하는 전압을 일률적으로 만들기 위해서 별도의 감도조정을 위한 부품(가변저항)을 삽입하여 적용하였다.
하지만, 본 발명에서는 생산되는 제품마다 감도에 차이가 발생되는 제품 특성에 따라 마이크로폰 출력 세팅값(dB)을 디지털 신호를 인가함으로써 매우 용이하게 감도를 조정할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 기존의 마이크로폰 소자에서 전원 공급을 위하여 별도의 전원공급회로를 부가한 반면, 본 발명에서는 증폭앰프에서 직접 전원을 공급하도록 회로적으로 구성하여 간소화된 마이크로폰 소자 설계를 구현할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 신호레벨 조정과 생산성이 우수한 차량용 마이크로폰의 감도 조정을 위한 구성 예시도이다. 도시된 바와 같이 마이크로폰 소자를 구성하는 PCB 기판으로 감도를 디지털 방식으로(전기신호 인가) 조정할 수 있는 접촉단자(310)가 구성되고, 여기에 리노핀과 같은 디지털 신호 입력 장치를 디지털 신호를 전송함으로써 마이크로폰 소자의 출력감도를 세팅할 수 있는 것이다.
앞서 언급한 바와 같이 본 발명은 증폭앰프와 연결된 증폭블록(210)을 통해서 디지털 방식의 감도 세팅을 제어할 수 있는 이를 위하여 세팅 신호의 상세한 설명은 아래 도 6 내지 8에서 서술한다.
따라서, 본 발명에 따른 마이크로폰은 마이크로폰 소자와 상기 증폭블록(210)이 구성되는 기판을 포함하는 하나의 모듈로 구성되고, 상기 기판으로는 마이크로폰 동작을 위한 전기적 회로를 구성한다. 여기서, 상기 마이크로폰 소자의 출력 세팅값을 조정하기 위하여 즉, 출력 레벨을 조정하기 위하여 상기 기판의 외측으로 노출 구성된 접촉단자(310)를 통해 디지털 신호(전기적 신호)를 인가하는 외부 장치(300)를 상기 접촉단자(310)에 접촉시킨 후 감도 조정을 위한 디지털 신호를 인가하여 증폭블록(210)의 증폭 전압레벨을 설정시켜 마이크로폰 소자를 통해 입력되는 입력신호를 증폭시키도록 구성된다.
도 6은 본 발명에 따른 신호레벨 조정과 생산성이 우수한 차량용 마이크로폰의 감도 조정 신호 형태를 나타낸 도면이다.
본 발명의 증폭블록(210)은 FUSE 방식 연산증폭기가 사용되며, 이 연산증폭기는 외부에서 제공하는 디지털 신호에 따라 내부에 구성된 게인 데이터값을 변경함으로써 최종 출력값을 결정할 수 있다. 출력 세팅값(dB)에 따른 감도 조정을 위하여 외부에서 인가되는 전기적 신호를 초기 통신을 위한 초기신호(Preamble)와, 동작 실행을 위한 컨트롤 신호와, 증폭량을 조정하기 위한 data 신호로 단계적 신호 인가를 통해 출력 세팅값을 조정한다.
여기서, 증폭량을 제어하는 DATA값에 따라 최종 출력 세팅값(감도)을 결정되는 것이다.
따라서, 상기 FUSE 방식 연산증폭기는 다수의 게인모듈로 구성되고, 상기 각각의 게인모듈은 해당 게인모듈의 DATA값을 1 또는 0으로 세팅하기 위한 퓨즈를 포함하고 있다. 각각의 게인모듈은 상기 퓨즈를 단락시키는 환경을 조성하는 DAT핀과 EN핀을 구비함에 따라 상기 DAT 핀과 EN핀의 전류를 제어하여 상기 퓨즈를 단락시켜 상기 각각의 게인모듈의 DATA값을 1 또는 0으로 세팅할 수 있는 것이다.
또한, 상기 단계적 신호처리에서는 초기신호와 컨트롤 신호, 증폭량 제어신호 사이에 통신 신호를 확인하기 위한 ack 신호를 전송하여 이상신호가 없는지를 확인하면서 신호를 전송한다.
도 7은 본 발명에 따른 신호레벨 조정과 생산성이 우수한 차량용 마이크로폰의 FUSE 방식 연산증폭기의 회로도이다.
디지털 신호처리를 통한 감도 조정에 적용되는 본 발명의 증폭블록(210)은 FUSE 방식 연산증폭기(집적회로)로 구현되며, 이는 복수의 다이오드와 트랜지스터의 조합으로 구성되고, DAT핀과 EN 핀의 전류 흐름의 조건에 따라 DATA 값을 가지는 회로영역으로 전기신호를 인가하여 단자를 단락시킴으로써 디지털 신호 1의 값을 갖도록 DATA값을 설정하여 게인값을 세팅하게 된다.
도 8은 본 발명에 따른 신호레벨 조정과 생산성이 우수한 차량용 마이크로폰의 감도 조정을 위한 게인 데이터값에 따른 출력 세팅값의 테이블이다. 전기신호 인가를 통해 마이크로폰 소자의 출력감도를 조정하기 위하여 상기 증폭블록(210)은 게인데이터의 값에 따라 세팅값을 결정하게 되어 있다.
여기서, 상기 DATA 값은, D0, D1, D2, D3, D4의 채널을 각각 가지며, 각 채널의 디지털 신호 0과 1로 설정을 통해 출력 세팅값을 +5.8dB 내지 +12.0dB 범위의 감도값을 갖도록 구성된다.
따라서, 상기 증폭블록(210)은 게인데이터값에 따른 출력 세팅값을 기설정하고 있으며, 상기 게인데이터값이 0과 1의 값에 따라 출력 세팅값이 결정되도록 회로를 구성하고 있다.
또한, D0, D1, D2, D3, D4의 채널이 모두 0의 값을 가지는 출력 세팅값이 +9.0dB이 초기값으로 설정되어 있다.
앞서 설명한 DATA값과 이에 따른 채널 범위는 본 발명에 따른 하나의 실시예로 구성되는 것이며, 결코 이에 한정되지 않으며, 디지털제어 방식의 연산증폭기를 통해 마이크폰 소자의 출력감도를 조정하는 것은 어떠한 방식으로도 모두 가능하다.
도 9는 본 발명에 따른 마이크로폰 소자의 세팅값 제어를 위한 제어 장치의 구성도이다. 본 발명에서는 마이크로폰 소자의 자동화 세팅값 조절을 위하여 세팅수단을 포함한다. 생산이 완료된 상기 마이크로폰 소자의 입력신호 조절을 위한 세팅수단(400)을 구성하며, 상기 세팅수단(400)은 소리가 외부로 전달되는 것을 밀폐시키는 무향박스(410)와, 상기 무향박스(410) 내부에서 표준음을 발생시키는 표준스피커(420)와 마이크로폰 소자(110)에서 출력되는 출력값을 측정하는 측정시스템(430) 그리고, 상기 측정시스템의 측정값을 분석하여 상기 증폭블록을 조절하는 세팅부(440)를 포함하여 이루어져, 상기 세팅부를 조절하여 생산이 완료된 마이크로폰 소자들의 출력신호값을 일정값 이내로 세팅한다.
앞서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 마이크로폰 소자는 디지털 방식으로 세팅값을 제어하는 것으로써, 상기 세팅부(440)는 접촉단자에 신호를 제공하는 리노핀에 해당한다.
한편, 상기 세팅수단(400)은, 상기 측정시스템을 통해 측정된 출력값을 기준으로 일정 출력값 이하의 범위를 갖도록 1차 출력값을 상기 세팅부를 통해 조절한 후 다시 측정된 출력값을 기준으로 2차 출력값을 갖도록 상기 세팅부를 통해 출력값을 조절하는 단계적 세팅을 수행하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 디지털제어 방식의 세팅값 조절의 경우 디지털 방식에 의해 증폭기 내부의 신호를 단락시키는 것으로 데이터값을 변환시켜 세팅하기 때문에 한번 세팅되면 변경할 수 없기 때문에 2차 단계적 조정을 통해서 세팅될 수 있도록 하기 위함이다.
도 10은 본 발명에 따른 마이크로폰 소자의 출력값 세팅을 위한 세팅 방법의 상세도이다. 디지털방식으로 게인모듈의 DATA값을 변경하기 위하여 상기 FUSE 방식 연산증폭기는 다수의 게인모듈로 구성되고, 상기 각각의 게인모듈은 해당 게인모듈의 DATA값을 1 또는 0으로 세팅하기 위한 퓨즈(단락단자)를 포함하며, 각각의 게인모듈은 상기 퓨즈를 단락시키는 환경을 조성하는 DAT핀과 EN핀을 구비함에 따라 상기 DAT핀과 EN핀의 전류를 제어하여 상기 퓨즈를 단락시켜 상기 각각의 게인모듈의 DATA값을 1 또는 0으로 세팅하는 것을 특징으로 한다. 각각의 상기 게인모듈의 DATA값을 각각 Dj(여기서 j = 0, 1, 2, 3, ..., m 이고, D0은 제 1게인모듈의 DATA값, D1은 제 2게인모듈의 DATA값, D2는 제 3게인모듈의 DATA값, ...,Dm은 제 m+1게인모듈의 DATA값임)라 할 때 상기 Dj값의 조합에 따라 입력신호의 전압의 증폭게인값이 결정된다.
상기 입력신호의 전압을 증폭함에 따라 출력되는 출력전압의 목표값을 A이라 하고, i(여기서 i = 1,2,3,... k-1, k, k+1,..., n)를 증폭인덱스라 할 때 k번째 증폭해야 할 값을 Vk, k-1번째 증폭한 후 측정된 출력전압값을 Bk-1, k-1번째 증폭해야 할 증폭잔여값을 Ck-1 이라 할 때, 상기 k번째 증폭해야 할 값 Vk와 k-1번째 증폭한 후 측정된 출력전압값 Bk-1와 상기 k-1번째 증폭해야 할 증폭잔여값 Ck-1 의 관계는 아래 수학식 1로 표현된다.
Figure 112020116112446-pat00009
(여기서,
Figure 112020116112446-pat00010
는 비례상수, Φ 는 0.8 ~ 0.9임)
위에서 상기 비례상수
Figure 112020116112446-pat00011
는 아래 수학식 2를 만족시킴에 따라 출력전압값 Bk-1 이 클수록 상기 비례상수는 작아져 k번째 증폭해야 할 값 Vk을 세분하여 증분되는 것이다.
Figure 112020116112446-pat00012
(여기서,
Figure 112020116112446-pat00013
,
Figure 112020116112446-pat00014
)
여기서, k번째 증폭해야 할 값 Vk가 결정되면 상기 Vk를 달성하도록 상기 Dj값의 조합을 결정하고 상기 결정된 조합에 따라 각각의 게인모듈 퓨즈의 단락여부를 결정한다. 그리고 k번째 증폭한 후 측정된 출력전압값은 Bk로써, 이는 상기 Vk를 달성하도록 상기 Dj값의 조합에 의해 결정된 증폭게인값을 적용하여 실제로 증폭된 RVk와 상기 k-1번째 출력전압값 Bk-1의 합인 것에 해당하는 아래 수학식 3에 해당한다.
Figure 112020116112446-pat00015
위 수학식 3을 보면, 상기 출력전압값은 Bk가 상기 목표값A에 접근할 때까지 상기 수학식 1 내지 3을 적용하여 증폭인덱스 i의 값을 증가시키면서 증폭을 진행하되, 상기 출력전압값 Bk와 목표값 A가 아래 수학식 4를 만족시킬 때까지 증폭을 진행한다.
Figure 112020116112446-pat00016
한편, 본 발명에서는 상기 FUSE 방식 연산증폭기는, 다수개가 포함되며 각각의 연산증폭기는 체인형태로 연결되어 제 1연산증폭기의 출력전압이 제2연산증폭기의 입력전압이 되고, 제 1연산증폭기의 출력전압이 제 2연산증폭기의 입력전압이 되고, 제 2연산증폭기의 출력전압이 제 3연산증폭기의 입력전압이 되고, 제 3연산증폭기의 출력전압이 제 4연산증폭기의 입력전압이 되는 구조가 연속하여 체인형태로 연결됨에 따라 앞쪽의 연산증폭기에서 증폭된 출력전압을 뒤쪽의 연산증폭기에서 다시 증폭시킴에 따라 세분하여 증폭을 진행하며, 이때 증폭인덱스 i의 값은 각각의 상기 FUSE 방식 연산증폭기에 일대일 대응되는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성되는 본 발명은 마이크로폰 소자의 감도를 조정하기 위하여 기존의 물리적 방법(가변저항)을 통한 감도 조절의 어려움을 해소할 수 있도록 디지털 조정 방식을 채택함에 따라 감도 조정의 일률성을 만족시킬 수 있는 이점이 있다. 이에 따라 본 발명은 디지털 조정 방식을 채택함으로써 마이크로폰 소자 생산라인 구축의 용이성을 제고하는 장점이 있다.
이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
110 : 마이크로폰 소자 200 : 증폭기
210 : 증폭블록 300 : 리노핀
310 : 접촉단자 400 : 세팅수단
410 : 무향박스 420 : 표준스피커
430 : 측정시스템 440 : 세팅부

Claims (10)

  1. 차량용 마이크로폰 소자의 본체 내부에 증폭앰프 IC(AMP IC)를 구성하고, 상기 마이크로폰 소자의 음유입구로 유입되는 음성신호(입력신호)를 증폭하여 신호를 출력하는 차량용 마이크로폰 소자의 구성에 있어서,
    상기 증폭앰프를 통해 증폭되는 증폭신호의 증폭량을 제어하기 위한 것으로, 마이크로폰 소자 내부에 입력된 입력신호를 1차 증폭하여 출력하기 위해 입력신호의 전압레벨로부터 설정된 전압레벨범위까지 입력신호의 전압을 증폭하기 위한 증폭블록;을 포함하고,
    상기 증폭블록은,
    다수의 게인모듈로 구성되고 상기 각각의 게인모듈은 해당 게인모듈의 DATA값을 1 또는 0으로 세팅되도록 전기적 신호를 접촉단자로 인가하여 결정하기 위해 입력신호의 전압을 증폭시키기 위한 게인모듈의 DATA값이 변경되도록 상기 증폭블록의 증폭값이 결정되도록 조정하되
    상기 증폭블록은, FUSE 방식 연산증폭기로 구성되며,
    이때 상기 FUSE 방식 연산증폭기는, 다수의 게인모듈로 구성되고, 상기 각각의 게인모듈은 해당 게인모듈의 DATA값을 1 또는 0으로 세팅하기 위한 퓨즈를 포함하고,
    상기 각각의 게인모듈은 상기 퓨즈를 단락시키는 환경을 조성하는 DAT 핀과 EN핀을 구비함에 따라 상기 DAT 핀과 EN핀의 전류를 제어하여 상기 퓨즈를 단락시켜 상기 각각의 게인모듈의 DATA값을 1 또는 0으로 세팅하며
    각각의 상기 게인모듈의 DATA값을 각각 Dj(여기서 j = 0, 1, 2, 3, ..., m, 이고, D0은 제 1게인모듈의 DATA값, D1은 제 2게인모듈의 DATA값, D2는 제 3게인모듈의 DATA값, ...,Dm은 제 m+1게인모듈의 DATA값임)라 할 때 상기 Dj 값의 조합에 따라 입력신호의 전압의 증폭게인값이 결정되는 것을 특징으로 하는 신호레벨 조정과 생산성이 우수한 차량용 마이크로폰.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 마이크로폰 소자는,
    상기 증폭앰프 IC(AMP IC)에서 출력되는 출력전압을 통해 전원을 공급받는 전원공급회로를 구성하여 상기 증폭앰프 IC에서 직접 전원을 공급받도록 구성되는 것을 특징으로 하는 신호레벨 조정과 생산성이 우수한 차량용 마이크로폰.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 상기 FUSE 방식 연산증폭기는,
    출력 세팅값(dB)에 따른 감도 조정을 위한 게인모듈의 DATA값 제어를 위하여 외부에서 제어하는 제어장치와 전기적 통신을 통해 상기 FUSE 방식 연산증폭기와 제어장치간의 신호 통신 검증을 거쳐 게인모듈의 DATA값 제어를 위해 초기신호(Preamble)와 컨트롤 신호(control address) 그리고 증폭량을 조정하기 위한 데이터 신호(DATA) 순으로 상기 제어장치에서 단계적으로 전송하여 최종 DATA값을 제어하여 출력 세팅값을 조정하는 것을 특징으로 하는 신호레벨 조정과 생산성이 우수한 차량용 마이크로폰.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 입력신호의 전압을 증폭함에 따라 출력되는 출력전압의 목표값을 A이라 하고 i(여기서 i = 1,2,3,... k-1, k, k+1,...,n)를 증폭인덱스라 할 때 k번째 증폭해야 할 값을 Vk, k-1번째 증폭한 후 측정된 출력전압값을 Bk-1, k-1번째 증폭해야 할 증폭잔여값을 Ck-1 이라 할 때, 상기 k번째 증폭해야 할 값 Vk와 k-1번째 증폭한 후 측정된 출력전압값 Bk-1와 상기 k-1번째 증폭해야할 증폭잔여값 Ck-1 의 관계는 아래 수학식 1로 표현되는 것을 특징으로 하는 신호레벨 조정과 생산성이 우수한 차량용 마이크로폰.
    <수학식 1>
    Figure 112021118654327-pat00017
    (여기서,
    Figure 112021118654327-pat00018
    는 비례상수, Φ 는 0.8 ~ 0.9임)
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 비례상수
    Figure 112021118654327-pat00019
    는 아래 수학식 2를 만족시킴에 따라 출력전압값 Bk-1 이 클수록 상기 비례상수는 작아져 k번째 증폭해야 할 값 Vk을 세분하여 증분하는 것을 특징으로 하는 신호레벨 조정과 생산성이 우수한 차량용 마이크로폰.
    <수학식 2>
    Figure 112021118654327-pat00020
    (여기서,
    Figure 112021118654327-pat00021
    ,
    Figure 112021118654327-pat00022
    )
  9. 제 1항에 있어서,
    k번째 증폭해야 할 값 Vk 가 결정되면 상기 Vk를 달성하도록 상기 Dj 값의 조합을 결정하고 상기 결정된 조합에 따라 각각의 게인모듈 퓨즈의 단락여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 신호레벨 조정과 생산성이 우수한 차량용 마이크로폰.
  10. 제 7항에 있어서,
    k번째 증폭한 후 측정된 출력전압값은 Bk로써, 이는 상기 Vk를 달성하도록 상기 Dj값의 조합에 의해 결정된 증폭게인값을 적용하여 실제로 증폭된 RVk와 상기 k-1번째 출력전압값 Bk-1의 합인 것(수학식 3)을 특징으로 하는 신호레벨 조정과 생산성이 우수한 차량용 마이크로폰.
    <수학식 3>
    Figure 112021118654327-pat00023







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