KR200234612Y1 - 발진 케리어신호를 이용한 디지탈 음향증폭효율 개선회로 - Google Patents

Abstract

본 고안은 발진 케리어신호를 이용한 디지탈 음향증폭효율 개선회로에 관한 것으로 특히, 전원전압이 공급되는 동안 소정주파수의 케리어신호를 지속해서 발생시키는 케리어신호 발진기(1)와; 외부에서 입력되는 아날로그의 음향신호를 소정레벨로 증폭시켜 주는 입력신호 증폭기(2)와; 상기 케리어신호 발진기(1)에서 출력되는 케리어신호와 입력신호 증폭기(2)의 출력신호를 2차에 걸쳐 적분시키는 방식을 통해 상호 비교하여 그 결과값을 펄스폭변조 방식을 이용하여 디지탈 케리어신호로 변조시켜 자체의 출력발진신호의 효율을 향상시키는 디지탈 변조기(3)와; 상기 디지탈 변조기(3)에서 출력되는 케리어신호를 안정적인 펄스폭변조형의 디지탈 파형으로 레벨변조시켜 주는 PWM 레벨 변조기(4)와; 상기 PWM 레벨 변조기(4)의 출력신호를 전류증폭시켜 주는 전류증폭기(5)와; 상기 전류증폭기(5)에서 출력되는 신호를 2채널을 통해 전압증폭시켜 주는 파워 MOSFET 구동부(6)와; 상기 파워 MOSFET 구동부(6)의 출력신호내에서 저역의 음향신호만을 여과시켜 스피커(8)를 통해 출력시켜 주는 저역통과 여파기(7)로 구성하여 음향출력신호의 대소에 무관하게 그의 주파수가 변화되는 것을 방지할 수 있도록 하는 방식을 통해 음향 증폭효율 및 제품의 신뢰도 자체를 대폭 향상시킬 수 있음은 물론 제품의 생산원가 자체를 대폭 저하시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

발진 케리어신호를 이용한 디지탈 음향증폭효율 개선회로{Enhanced digital sound amplifier circuit by using oscillation carrier signal}

본 고안은 발진 케리어신호를 이용한 디지탈 음향증폭효율 개선회로에 관한 것으로, 케리어 발진기에서 발생되는 케리어신호를 디지탈 변조기에 안정적으로 공급시키는 방식을 통해 아날로그 음향신호의 증감에 따른 펄스폭이 직접 비례적으로 증감되도록 하여 디지털 변조 증폭기의 음향증폭 효율을 대폭 향상시킬 수 있도록 고안한 것이다.

종래의 아날로그/디지탈겸용 변조 증폭기는 도 3에 나타낸 바와 같이, 입력되는 아날로그 음향신호를 소정레벨로 증폭시켜 주는 아날로그 증폭기(11)와; 상기 아날로그 증폭기(11)에서 출력되는 음향신호를 그데로 스피커(12)로 출력시켜 주거나 해당 아날로그신호를 검출하여 디지탈 변조 증폭기(20)내의 적분기(21)측으로 전달하는 음향신호 검출부(13)와; 상기 음향신호 검출부(13)에서 검출된 아날로그신호를 1차 적분하여 디지탈신호로 변환하는 적분기(21)와; 상기 적분기(21)의 출력신호를 2채널의 MOSFET를 통해 전압 증폭시켜 주는 파워 MOSFET 구동부(22)와; 상기 파워 MOSFET 구동부(22)의 출력신호내에서 저주파의 음향신호만을 스피커(12)측으로 통과시켜 주는 저역통과 여파기(23)로 구성되어 있다.

그러나, 이와같은 구성을 갖는 아날로그/디지탈겸용 변조 증폭기는 입력되는 아날로그의 음향신호를 디지털신호로 변조할시 외부 또는 자체적인 케리어신호와 비교하지 않고 아날로그 음향신호 자체만을 그데로 디지탈신호로 변조시키는 방식을 채택하고 있어 대출력의 음향기기에 적용하였을시에는 출력신호에 아무런 영향을 주지 않으나 소출력의 음향기기에 적용하였을시 출력이 커지면 주파수가 낮아지는 경향이 있어 출력효율이 매우 나빠지는 문제점이 있고, 또한 구성 부품수가 많아 제품의 생산원가 자체가 상승하게 되어 소비자에게 경제적인 부담을 주게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 출원인은 상기한 아날로그/디지탈겸용 변조 증폭기의 문제점을 햐결하기 위해 동일자로 피드백 케리어신호를 이용한 디지탈 음향증폭효율 개선회로를 제시하였다.

즉, 본 출원인은 도 4에 나타낸 바와 같이 피드백회로부(37)의 출력신호와 음향 입력신호를 2차에 걸쳐 적분시키고 상호 비교하여 그 결과값을 디지탈 케리어신호로 변조시켜 자체의 출력발진신호의 효율을 향상시키는 디지탈 변조기(31)와; 상기 디지탈 변조기(31)에서 출력되는 케리어신호를 안정적인 펄스폭으로 변조시켜 디지탈 파형으로 레벨 변조시켜 주는 PWM 레벨 변조기(32)와; 상기 PWM 레벨 변조기(32)의 출력신호를 전류증폭시켜 주는 전류증폭기(33)와; 상기 전류증폭기(33)에서 출력되는 신호를 2채널을 통해 전압증폭시켜 주는 파워 MOSFET 구동부(34)와; 상기 파워 MOSFET 구동부(34)의 출력신호내에서 저역의 음향신호만을 여과시켜 스피커(36)를 통해 출력시켜 주는 저역통과 여파기(35)와; 상기 파워 MOSFET 구동부(34)의 출력신호내에서 케리어신호만을 취출하여 디지탈 변조기(31)의 입력단에 안정적으로 공급시켜 주는 궤한회로부(37)로 구성한 피드백 케리어신호를 이용한 디지탈 음향증폭효율 개선회로는 제시한 바 있다.

그러나, 이와같은 구성의 디지탈 음향증폭효율 개선회로는 저역통과 여파기 전단부의 파워 MOSFET 구동부 출력신호를 피드백회로를 통해 입력받는 방식을 통해 케리어신호를 공급받으므로 케리어신호 자체가 정확한 삼각파 형상을 갖지 못해 음향출력신호의 대소에 무관하게 그 주파수의 변화를 정확히 방지할 수 없어 출력음향 증폭효율을 완벽하게 향상시킬 수 없는 문제점이 있다.

본 고안은 이와같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 별도의 케리어 발진기에서 발생되는 케리어신호를 디지탈 변조기에 안정적으로 공급시켜 출력신호의 크기에 따른 주파수의 변화가 전혀 이루어지지 않토록 하여 출력음향 증폭효율을 완벽하게 향상시킬 수 음은 물론 제품의 생산원가 자체를 대폭 저하시킬 수 있는 발진 케리어신호를 이용한 디지탈 음향증폭효율 개선회로를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 본 고안의 목적은, 전원전압이 공급되는 동안 소정주파수의 케리어신호를 지속해서 발생시키는 케리어신호 발진기와; 외부에서 입력되는 아날로그의 음향신호를 소정레벨로 증폭시켜 주는 입력신호 증폭기와; 상기 케리어신호 발진기에서 출력되는 케리어신호와 입력신호 증폭기의 출력신호를 2차에 걸쳐 적분시키는 방식을 통해 상호 비교하여 그 결과값을 펄스폭변조 방식을 이용하여 디지탈 케리어신호로 변조시켜 자체의 출력발진신호의 효율을 향상시키는 디지탈 변조기와; 상기 디지탈 변조기에서 출력되는 케리어신호를 안정적인 펄스폭변조형의 디지탈 파형으로 레벨변조시켜 주는 PWM 레벨 변조기와; 상기 PWM 레벨 변조기의 출력신호를 전류증폭시켜 주는 전류증폭기와; 상기 전류증폭기에서 출력되는 신호를 2채널을 통해 전압증폭시켜 주는 파워 MOSFET 구동부와; 상기 파워 MOSFET 구동부의 출력신호내에서 저역의 음향신호만을 여과시켜 스피커를 통해 출력시켜 주는 저역통과 여파기와; 상기 파워 MOSFET 구동부의 출력신호내에서 케리어신호만을 취출하여 디지탈 변조기에 안정적으로 공급시켜 주는 궤한회로부로 구성하므로써 달성할 수 있다.

따라서, 파워 MOSFET 구동부의 출력신호를 사용하지 않고 그와 별개로 설치한 케리어 발진기에서 발생되는 케리어신호를 디지탈 변조기에 안정적으로 공급시켜 주므로써 출력신호의 크기가 어떻한 크기를 갖더라도 음향신호의 주파수는 그데로 유지시킬 수 있어(즉, 출력이 증가하더라도 주파수가 낮아지는 것을 방지할 수 있어) 출력음향 증폭효율을 정확히 대폭 향상시킬 수 있음은 물론 적은 구성소자로 디지탈 증폭기를 구현시킬 수 있어 제품의 생산원가 자체를 대폭 저하시킬 수 있는 것이다.

도 1은 본 고안 회로의 블럭 구성도.

도 2의 (a)-(e)는 본 고안 회로의 각부 동작 파형도.

도 3은 종래의 아날로그/디지탈겸용 변조 증폭기의 회로도.

도 4는 종래 피드백 케리어신호를 이용한 디지탈 음향증폭기의 블럭 구성도.

* 도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 케리어신호 발진기 2 : 입력신호 증폭기

3 : 디지탈 변조기 4 : PWM 레벨 변조기

5 : 전류증폭기 6 : 파워 MOSFET 구동부

7 : 저역통과 여파기 8 : 스피커

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안 장치의 블럭 구성도를 나타낸 것이고, 도 2의 (a)-(e)는 본 고안 회로의 각부 동작 파형도를 나타낸 것이다.

이에 따르면, 전원전압이 공급되는 동안 소정주파수의 케리어신호를 지속해서 발생시키는 케리어신호 발진기(1)와;

외부에서 입력되는 아날로그의 음향신호를 소정레벨로 증폭시켜 주는 입력신호 증폭기(2)와;

상기 케리어신호 발진기(1)에서 출력되는 케리어신호와 입력신호 증폭기(2)의 출력신호를 2차에 걸쳐 적분시키는 방식을 통해 상호 비교하여 그 결과값을 펄스폭변조 방식을 이용하여 디지탈 케리어신호로 변조시켜 자체의 출력발진신호의 효율을 향상시키는 디지탈 변조기(3)와;

상기 디지탈 변조기(3)에서 출력되는 케리어신호를 안정적인 펄스폭변조형의 디지탈 파형으로 레벨변조시켜 주는 PWM 레벨 변조기(4)와;

상기 PWM 레벨 변조기(4)의 출력신호를 전류증폭시켜 주는 전류증폭기(5)와;

상기 전류증폭기(5)에서 출력되는 신호를 2채널을 통해 전압증폭시켜 주는 파워 MOSFET 구동부(6)와;

상기 파워 MOSFET 구동부(6)의 출력신호내에서 저역의 음향신호만을 여과시켜 스피커(8)를 통해 출력시켜 주는 저역통과 여파기(7)로 구성한 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 디지탈 변조기(3)와 PWM 레벨 변조기(2) 및 전류증폭기(5)는 동일한 전압(Vcc, -Vee : 예를들어 +15V, -15V)에 의해 구동되고, 상기 파워 MOSFET 구동부(6)는 상기 전압과 다른 전압(Vdd, -Vdd : 예를들어 +35V, -35V)에 의해 구동되도록 구성하였다.

이와같이 구성된 본 고안 회로의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 고안 회로에 전원전압이 공급되는 동안 케리어신호 발진기(1)가 계속해서 발진동작을 수행하게 되므로 도 2의 (a)와 같은 삼각파 형태늬 케리어신호가 디지탈 변조기(3)의 일측 입력단에 안정적으로 공급되어 파워 MOSFET 구동부(6)는 상기한 케리어신호에 의해 항상 풀스윙 상태로 구동하게 된다.

이와같은 상태에서 상기 디지탈 변조기(3)의 타측 입력단에 도 2의 (b)와 같은 싸인파 형태의 음향신호가 입력되면 상기 디지탈 변조기(3)에서는 상기한 케리어신호 발진기(1)에서 출력되는 신호와 음향 입력신호를 2차에 걸쳐 적분시키고 상호 비교하여 그 결과값을 디지탈 케리어신호로 변조시켜 주게 되므로 자체의 출력발진신호의 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 디지탈 변조기(3)에서 출력되는 케리어신호는 PWM 레벨 변조기(4)를 통해 안정적인 펄스폭을 갖는 디지탈 파형으로 레벨 변조되어 도 2의 (c)와 같은 형태로 출력된다.

또, 상기 PWM 레벨 변조기(4)에 의해 디지탈 파형으로 레벨 변조된 음향신호 및 케리어신호는 전류증폭기(5)를 통해 소정레벨로 전류증폭된 후 파워 MOSFET 구동부(6)로 입력되는데, 이때 도시는 생략하였으나 상기 파워 MOSFET 구동부(6)내의 두개의 채널을 갖도록 설치되어 있는 MOSFET의 게이트로 인가되는 신호는 도 2의 (d)와 같은 형태를 나타나게 된다.

따라서, 상기 파워 MOSFET 구동부(6)는 상기한 신호에 의해 항상 풀스윙 상태로 동작하게 되어 그의 출력단자에서는 도 2의 (e)와 같은 신호 즉, 높은 전압을 갖는 디지탈의 케리어신호내에 음향신호가 실린 형태로 나타나게 된다.

이와같이 상기 파워 MOSFET 구동부(6)를 통해 출력된 케리어 및 음향출력신호는 저역통과 여파기(7)를 통해 저역의 음향신호만 통과되므로 스피커(8)에서는증폭효율이 매우 양호한 음향신호가 출력되는 것이다.

즉, 본 고안 회로에 전원전압이 공급되는 동안 케리어신호 발진기(1)에서 케리어신호를 계속해서 안정적으로 공급시켜 줄 수 있으므로 음향출력신호의 크기가 어떻한 크기를 갖는다 하더라도 그의 주파수는 그데로 유지시킬 수 있어 출력음향 증폭효율을 대폭 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 회로 자체를 적은 수의 소자로 구성할 수 있어 제품의 생산원가 자체도 대폭 저하시킬 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안에 의하면, 파워 MOSFET 구동부의 출력신호를 사용하지 않고 그와 별개로 설치된 케리어 발진기로부터 안정적인 케리어신호를 공급받을 수 있어 음향출력신호의 대소에 무관하게 그의 주파수가 변화되는 것을 방지할 수 있으므로 음향 증폭효율 및 제품의 신뢰도 자체를 대폭 향상시킬 수 있고, 또한 적은 숫자의 소자를 이용하여 디지탈 증폭회로를 구현시킬 수 있어 제품의 생산원가 자체를 대폭 저하시킬 수 있는 등 매우 유용한 고안인 것이다.

Claims (1)

1. 전원전압이 공급되는 동안 소정주파수의 케리어신호를 지속해서 발생시키는 케리어신호 발진기(1)와;

   외부에서 입력되는 아날로그의 음향신호를 소정레벨로 증폭시켜 주는 입력신호 증폭기(2)와;

   상기 케리어신호 발진기(1)에서 출력되는 케리어신호와 입력신호 증폭기(2)의 출력신호를 2차에 걸쳐 적분시키는 방식을 통해 상호 비교하여 그 결과값을 펄스폭변조 방식을 이용하여 디지탈 케리어신호로 변조시켜 자체의 출력발진신호의 효율을 향상시키는 디지탈 변조기(3)와;

   상기 디지탈 변조기(3)에서 출력되는 케리어신호를 안정적인 펄스폭변조형의 디지탈 파형으로 레벨변조시켜 주는 PWM 레벨 변조기(4)와;

   상기 PWM 레벨 변조기(4)의 출력신호를 전류증폭시켜 주는 전류증폭기(5)와;

   상기 전류증폭기(5)에서 출력되는 신호를 2채널을 통해 전압증폭시켜 주는 파워 MOSFET 구동부(6)와;

   상기 파워 MOSFET 구동부(6)의 출력신호내에서 저역의 음향신호만을 여과시켜 스피커(8)를 통해 출력시켜 주는 저역통과 여파기(7)로 구성한 것을 특징으로 하는 발진 케리어신호를 이용한 디지탈 음향증폭효율 개선회로.