KR200257821Y1 - 클리핑 제거 회로 - Google Patents

Abstract

본 고안은 클리핑 제거 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 순간적이거나 연속적인 과부하로부터 출력단을 보호할 수 있는 클리핑 제거 회로에 관한 것이다.

본 고안은 입력 신호를 증폭하여 출력 신호를 발생하는 증폭부의 클리핑을 제거해 주는 클리핑 제거 회로에 있어서, 상기 증폭부의 출력단에 연결되어 클리핑을 감지하는 감지부와; 상기 감지부의 클리핑에 응답하여 스위칭되는 스위칭부와; 상기 스위칭부의 스위칭에 응답하여 상기 증폭부에 입력되는 입력 신호를 감쇄시켜 주는 입력 신호 감쇄부를 포함하는 것을 특징으로 하는 클리핑 제거 회로를 제공한다.

Description

클리핑 제거 회로{Clipping Removing Circuit}

본 고안은 클리핑 제거 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 순간적이거나 연속적인 과부하로부터 출력단을 보호할 수 있는 클리핑 제거 회로에 관한 것이다.

일반적으로, 어떤 기준레벨보다 높은 부분이나 낮은 부분 등 임의의 파형 부분만을 전송하기 위하여 사용하는 회로를 클리핑(clipping) 제거 회로라고 한다.

클리핑(clipping)이란 음성파의 마루부분이 잘려나가는 현상으로, 음량을 올렸을 때 음을 찌그러지게 만드는 주요인이고, 최악의 경우 고음용 스피커의 보이스 코일을 파손시킨다.

이러한 클리핑은 앰프의 허용 능력을 초과하는 입력을 받았을 때 발생하며, 대부분의 앰프가 출력 허용 범위가 정해져 있고 스피커 역시 최대 출력 허용치가 정해져 있기 때문에 입력 허용 범위를 초과하는 신호 부분은 제거하여 앰프 및 스피커를 보호해 주어야만 한다.

그리고, 클리핑 제거 회로는 입출력되는 신호에 대한 왜곡 현상이 발생해서는 안되며, 클리핑 현상이 발생하는 즉시 클리핑을 제거할 수 있도록 신속한 응답성을 구비하고 있어야 한다.

또한, 클리핑 제거 회로는 앰프 및 스피커를 클리핑으로부터 보호하기 위한 것이므로 동작 신뢰성이 매우 우수해야 하는 조건을 가지고 있다.

그러나, 종래 대부분의 클리핑 제거 회로는 회로를 구성하는 소자의 수가 많아서 신뢰성이 상대적으로 저하되는 문제점과, 특히 전원 전압의 변화에 따라 클리핑 처리 기준이 달라지기 때문에 완전하게 클리핑을 제거하지 못하는 문제점을 안고 있었다.

그리고, IC 회로를 이용하여 출력 신호를 피드백받아 입력 신호를 제어하기 때문에 음질을 왜곡시키는 문제점을 안고 있었다.

따라서, 본 고안은 이러한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 적은 수의 소자를 이용하여 신뢰도가 높고, 전원 전압의 변동에 따른 오동작을 방지하면서 클리핑을 제거해 주는 클리핑 제거 회로를 제공하는데 있다.

도 1은 본 고안에 따른 클리핑 제거 회로의 구성을 설명하기 위한 블록도.

도 2는 본 고안에 따른 클리핑 제거 회로를 설명하기 위한 회로도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

10 : 앰프 15 : 스피커

20 : 감지부 22 : 타이머

24 : 스위칭부 25 : 클리핑 제거 표시부

26 : 입력 신호 감쇄부

R₁∼R₆: 저항 VR₁: 가변 저항

C₁: 캐패시터 Q₁∼Q₃: 트랜지스터

LED₁, LED₂: 발광다이오드 B+ : 양 전원 전압

B- : 음 전원 전압 B₀: 그라운드 전원 전압

AMP : 앰프 CDS : CDS 소자

SP : 스피커 IN : 입력단

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 고안은 입력 신호를 증폭하여 출력 신호를 발생하는 증폭부의 클리핑을 제거해 주는 클리핑 제거 회로에 있어서, 상기 증폭부의 출력단에 연결되어 클리핑을 감지하는 감지부와; 상기 감지부의 클리핑에 응답하여 스위칭되는 스위칭부와; 상기 스위칭부의 스위칭에 응답하여 상기 증폭부에 입력되는 입력 신호를 감쇄시켜 주는 입력 신호 감쇄부를 포함하는 것을 특징으로 하는 클리핑 제거 회로를 제공한다.

본 고안은 상기 감지부와 스위칭부사이에 연결되어 입력 신호의 클리핑이 설정된 시간 동안 지속되는 지를 판단하기 위한 클리핑 지속 시간 판단부를 더 포함하고, 상기 스위칭부와 병렬 연결되어 클리핑이 감지되어 제거되는 상태를 표시해 주는 클리핑 제거 표시부를 더 포함한다.

상기 감지부는 상기 증폭부의 출력단에 연결되어 출력 신호의 레벨을 감지하는 출력 신호 레벨 감지부와, 상기 출력 신호 레벨 감지부를 통해 상기 출력 신호가 기준 전압 이상으로 출력되는 경우 클리핑 발생 신호를 발생하는 스위칭 소자로 구성되며, 상기 출력 신호 레벨 감지부는 전압 분배기로 구성된다.

상기 스위칭부는 상기 감지부에 의하여 클리핑이 감지되면 상기 입력 신호 감쇄부를 통해 입력 신호를 감쇄시켜 주는 감쇄 신호를 발생하는 스위칭 소자로 구성되며, 상기 입력 신호 감쇄부는 상기 증폭부의 입력단과 전기적으로 절연 상태를 유지하는 광결합 소자로 구성되고, 상기 광결합 소자는 상기 스위칭부에 연결되어 온오프되는 발광 다이오드와, 상기 증폭부의 입력단에 연결되고 상기 발광 다이오드에서 발생되는 빛을 받아 상기 증폭부의 입력단에 입력되는 입력 신호를 감쇄시켜 주는 수광 소자인 CDS 소자로 구성되며, 상기 지속 시간 판단부는 캐패시터로 구성되어 클리핑 지속 시간을 판단한다.

상기한 바와 같이 본 고안에서는 적은 수의 소자로 이루어지면서 앰프의 입출력 신호에 간섭을 주지 않으면서 클리핑을 제거한다.

(실시예)

이하에 상기한 본 고안을 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다.

첨부한 도면, 도 1은 본 고안에 따른 클리핑 제거 회로의 구성을 설명하기 위한 블록도, 도 2는 본 고안에 따른 클리핑 제거 회로를 설명하기 위한 회로도이다.

본 고안에 따른 클리핑 제거 회로는 도 1에 나타낸 바와 같이, 오디오 신호를 입력단(IN)으로부터 입력받아 증폭한 후에 스피커(15)로 출력하는 출력앰프(10, 이하 '앰프'라 함)에서 클리핑을 감지하여 이를 제거하기 위한 것이다.

본 고안은 상기 앰프(10)의 출력단에서 출력되는 출력 신호로부터 클리핑을 감지부(20)를 통하여 감지한다. 그리고, 고주파수를 가지는 고음의 클리핑을 보다 효율적으로 제거하기 위하여 설정된 시간 동안 클리핑 현상이 유지되는 지를 판단하기 위한 타이머(22)가 상기 감지부(20)에 연결된다.

상기 타이머(20)를 통하여 클리핑이 감지되면 스위칭되는 스위칭부(24)는 턴 온되어 입력 신호 감쇄부(26)를 동작시키고, 입력 신호 감쇄부(26)는 상기 앰프(10)에 입력되는 입력 신호를 감쇄시킨다.

그리고, 클리핑 제거 표시부(25)는 상기 스위칭부(24)가 턴 온될 때에 클리핑 제거 상태를 알려 주기 위한 것으로, 상기 타이머(22)에 연결되어, 상기 스위칭부(24)와 연동한다.

상기와 같은 클리핑 제거 회로를 구성하는 감지부(20), 타이머(22), 스위칭부(24), 클리핑 제거 표시부(25), 입력 신호 감쇄부(26)는 각각 도 2에 나타낸 바와 같은 회로로 이루어진다.

다시 말하면, 상기 감지부(20)는 앰프(AMP, 10)의 출력단을 통하여 스피커(15)로 출력되는 오디오 신호의 일부를 피드백 받아 전압으로 변환하는 전압 분배기 역할을 하는 저항 R₁및 가변 저항 VR₁과, 상기 가변 저항 VR₁에 의하여 구동되는 트랜지스터 Q₁로 구성된다.

타이머(22)는 전원 전압(B₀)을 인가 받는 저항 R₃에 연결되는 캐패시터 C₁및저항 R₄로 구성되며, 상기 스위칭부(24)는 상기 캐패시터 C₁및 저항 R₄에 연결되는 트랜지스터 Q₂와 상기 트랜지스터 Q₂의 이미터에 연결되는 저항 R₅로 구성된다.

클리핑 제거 표시부(25)는 상기 스위칭부(24)와 병렬로 연결되어, 상기 스위칭부(24)와 연동하도록, 트랜지스터 Q₃및 저항 R₆과 상기 트랜지스터 Q₃이 턴 온되면 발광하는 발광다이오드 LED₂로 구성된다.

입력 신호 감쇄부(26)는 상기 앰프(10)의 입력단(IN)에 연결된 저항 R₁에 연결되는 수광 소자 CDS와 상기 스위칭부(24)의 저항 R₅를 통해 공급되는 전류에 의하여 동작하는 발광다이오드 LED₁로 구성된다.

상기 앰프(10)의 동작 전압은 양 전원 전압(B+)과 음 전원 전압(B-)이 공급되어 동작하며, 상기 감지부(20), 타이머(22), 스위칭부(24), 클리핑 제거 표시부(25)에 인가되는 동작 전압(Vcc)은 그라운드 전압이며, 음 전원 전압(B-)이 하위 전압으로 인가된다.

따라서, 상기 감지부(20)의 전압 분배부에 인가되는 기준 전압은 전압 변동이 없는 그라운드 전압(B₀)이 인가되기 때문에 기존의 회로와 같이 전원 전압의 변동에 따라 클리핑 제거 기준이 변화되는 현상이 발생하지 않는다.

상기한 바와 같이 구성된 본 고안에 따른 클리핑 제거 회로는 다음과 같이 동작한다.

감지부(20)는 앰프(AMP, 10)에서 스피커(SP, 15)로 출력되는 오디오 신호를저항 R₂및 가변 저항 VR₁로 구성되는 전압 분배기를 통하여 피드백 받는다.

이 때, 상기 가변 저항 VR₁은 앰프에서 출력되는 오디오 신호의 클리핑 전압을 설정하기 위한 것이며, 이 가변 저항 VR₁에 의하여 설정된 전압보다 높은 전압은 클리핑으로 판단한다.

트랜지스터 Q₁은 상기 전압 분배기의 중간 즉, 저항 R₂와 가변 저항 VR₁사이에 연결되어 클리핑이 발생하지 않는 상태에서는 단락 상태 즉, 턴 온 상태를 유지하고 있다가, 클리핑이 발생하면 상기 가변 저항 VR₂에 의하여 인가되는 전압에 의하여 턴 오프된다.

상기 트랜지스터 Q₁이 턴 오프되면 저항 R₃을 통해 인가되는 그라운드 전원 전압(B₀)은 타이머(24)를 동작시킨다. 즉, 그라운드 전원 전압(B₀)은 고속 스위칭 기능을 가지고 있는 다이오드 D₁을 통해 캐패시터 C₁을 충전시킨다.

캐패시터 C₁이 충전되는 동안에는 트랜지스터 Q₂는 턴 오프 상태를 유지하고, 캐패시터 C₁의 충전이 완료된 상태에서도 지속적으로 클리핑이 발생하면 즉, 트랜지스터 Q₁이 턴 오프 상태를 유지하면 트랜지스터 Q₂는 턴 온되어, 상기 발광 다이오드 LED₁을 발광시키고, 수광 소자 CDS의 저항이 감소되어 상기 앰프(10)의 입력단에 인가되는 입력 신호(IN)를 감쇄시켜서 클리핑을 제거한다.

따라서, 상기 캐패시터 C₁의 용량에 따라 일정 시간 동안 지속적으로 발생되는 클리핑에 대해서만 트랜지스터 Q₂에 의한 클리핑 제거 동작이 이루어지는 것이다.

다시 말하면, 클리핑의 경우에 앰프(10) 및 스피커(15)를 손상시키지 않을 정도의 매우 짧은 시간 동안만 발생하는 경우에는 현실적으로 소자들의 반응 시간 등을 고려할 때에 제거하기가 곤란하다.

따라서, 상기 캐패시터 C₁의 충전 시간에 의하여 설정되는 시간보다 더 지속되는 클리핑을 제거하면 되는 것이며, 이를 위해서 상기 캐패시터 C₁의 용량은 앰프(10) 및 스피커(15)의 성능을 고려하여 설정한다.

한편, 상기 설명과 같이 캐패시터 C₁의 충전 시간보다 짧은 시간 동안 클리핑이 발생하더라도 연이어 발생되면 앰프(10) 및 스피커(15)를 파손시키는 결과를 초래한다.

이를 방지하기 위하여, 캐패시터 C₁에 병렬로 연결된 저항 R₄에 의하여 캐패시터 C₁에 충전된 전하가 방전되기 전에 클리핑이 발생하면, 결과적으로 캐패시터 C₁이 완충전되어 트랜지스터 Q₂를 턴 온시켜서 클리핑을 제거한다.

그러므로, 상기 캐패시터 C₁의 용량은 앰프(15) 및 스피커(15) 클리핑에 대하여 안전할 정도의 시간 동안 충전되는 용량을 가져야 하고, 상기 저항 R₄는 상기캐패시터 C₁에 충전된 전하를 방전시킬 수 있는 시간이 앰프(15) 및 스피커(15)가 연속된 클리핑에 대하여 견딜 수 있을 정도의 시간차를 가질 수 있는 저항치를 가지고 있어야 한다.

즉, 저항 R₄의 저항치가 너무 크면 캐패시터 C₁의 방전 시간이 짧아져 연속된 클리핑을 효과적으로 제거하지 못하는 현상이 발생할 수 있다.

그리고, 트랜지스터 Q₂가 턴 온되면 트랜지스터 Q₃도 턴 온되며, 상기 트랜지스터 Q₃에 저항 R₆을 통해 연결된 발광 다이오드 LED₂도 함께 발광되어 클리핑 제거 상태를 표시해 준다.

상기 클리핑 제거 표시부(25)는 클리핑 제거와는 상관없는 구성 요소이며, 클리핑 제거 회로의 용도에 따라서 선택적으로 사용할 수 있다.

여기서, 상기 입력 신호 감쇄부(26)는 앰프의 입력 신호가 왜곡되는 것을 방지하기 위하여 전기적으로 절연 기능을 가지는 발광다이오드 LED₁및 수광 소자 CDS로 이루어진 포토커플러로 구성되며, 상기 수광 소자 CDS는 빛이 조사되지 않는 상태에서는 약 10㏁의 저항치를 유지하다가 빛이 조사되면 50Ω 이내로 감소된다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 고안은 오디오 앰프의 클리핑을 효과적으로 제거하며, 신뢰성이 높은 적은 수의 소자로 이루어지기 때문에 클리핑 제거를 안정으로 처리한다.

특히, 앰프의 입출력 신호를 왜곡시키기 않아 오디오 품질을 저하시키지 않는 특징을 가지고 있다.

이상에서는 본 고안을 특정의 바람직한 실시예를 예로 들어 도시하고 설명하였으나, 본 고안은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 고안의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (10)

1. 입력 신호를 증폭하여 출력 신호를 발생하는 증폭부의 클리핑을 제거해 주는 클리핑 제거 회로에 있어서,

   상기 증폭부의 출력단에 연결되어 클리핑을 감지하는 감지부와;

   상기 감지부의 클리핑에 응답하여 스위칭되는 스위칭부와;

   상기 스위칭부의 스위칭에 응답하여 상기 증폭부에 입력되는 입력 신호를 감쇄시켜 주는 입력 신호 감쇄부를 포함하는 것을 특징으로 하는 클리핑 제거 회로.
2. 제 1항에 있어서, 상기 감지부와 스위칭부사이에 연결되어 입력 신호의 클리핑이 설정된 시간 동안 지속되는 지를 판단하기 위한 클리핑 지속 시간 판단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 클리핑 제거 회로.
3. 제 2항에 있어서, 상기 타이머는 캐패시터로 구성되어 클리핑 지속 시간을 판단하는 것을 특징으로 하는 클리핑 제거 회로.
4. 제 1항에 있어서, 상기 스위칭부와 병렬 연결되어 클리핑이 감지되어 제거되는 상태를 표시해 주는 클리핑 제거 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 클리핑 제거 회로.
5. 제 1항에 있어서, 상기 감지부는 상기 증폭부의 출력단에 연결되어 출력 신호의 레벨을 감지하는 출력 신호 레벨 감지부와, 상기 출력 신호 레벨 감지부를 통해 상기 출력 신호가 기준 전압 이상으로 출력되는 경우 클리핑 발생 신호를 발생하는 스위칭 소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 클리핑 제거 회로.
6. 제 5항에 있어서, 상기 출력 신호 레벨 감지부는 전압 분배기로 구성되는 것을 특징으로 하는 클리핑 제거 회로.
7. 제 1항에 있어서, 상기 스위칭부는 상기 감지부에 의하여 클리핑이 감지되면 상기 입력 신호 감쇄부를 통해 입력 신호를 감쇄시켜 주는 감쇄 신호를 발생하는 스위칭 소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 클리핑 제거 회로.
8. 제 1항에 있어서, 상기 입력 신호 감쇄부는 상기 증폭부의 입력단과 전기적으로 절연 상태를 유지하는 광결합 소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 클리핑 제거 회로.
9. 제 8항에 있어서, 상기 광결합 소자는 상기 스위칭부에 연결되어 온오프되는 발광 다이오드와, 상기 증폭부의 입력단에 연결되고 상기 발광 다이오드에서 발생되는 빛을 받아 상기 증폭부의 입력단에 입력되는 입력 신호를 감쇄시켜 주는 수광 소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 클리핑 제거 회로.
10. 제 9항에 있어서, 상기 수광 소자는 CDS 소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 클리핑 제거 회로.