KR20040098925A

KR20040098925A - 싱글 엔드 디지털앰프에서의 팝노이즈 제거방법 및 그시스템

Info

Publication number: KR20040098925A
Application number: KR1020030031253A
Authority: KR
Inventors: 최영하; 박경수; 김민수
Original assignee: 네오피델리티 주식회사; 최영하; 박경수; 김민수
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2003-05-16
Publication date: 2004-11-26
Also published as: KR100502843B1

Abstract

본 발명은 디지털앰프의 전원을 온/오프시킬때 발생하는 팝노이즈를 제거하는 방법과 시스템에 관한 것으로서, 펄스폭변조 앰프의 트랜지스터 동작전원의 공급전에 펄스폭변조 신호를 먼저 공급하고, 펄스폭변조 앰프의 트랜지스터 동작전원의 차단후에 펄스폭변조 신호를 일정 시간동안 계속해서 공급해줌으로써, 팝노이즈를 제거하는 방법과 시스템을 제공한다.

한편, 본 발명은 디지털앰프의 전원을 오프시키는 경우, 전원공급부로 부터 공급되는 로직 구동용 전원을 일정시간동안 유지시켜, 전원 오프시의 팝노이즈를 감소시키거나 제거시킬 수 있다.

Description

싱글 엔드 디지털앰프에서의 팝노이즈 제거방법 및 그 시스템{Removing Method of Pop Noise in a Single Ended Digital Amplifier and System thereof}

본 발명은 싱글 엔드 디지털앰프에서의 팝노이즈 제거방법 및 그 시스템에 관한 것으로서, 특히 디지털앰프를 싱글엔드(single ended) 모드로 작동시키는 경우에 전원 온/오프시 발생하는 팝노이즈를 제거하는 싱글 엔드 디지털앰프에서의 팝노이즈 제거방법 및 그 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 디지털앰프는 펄스코드변조(PCM)신호와 같은 진폭이 작은 디지털 입력신호를 펄스폭변조(PWM)신호로 변조한 후, 전계효과트랜지스터(FET)와 같은 반도체 스위칭소자를 사용한 증폭회로를 이용하여 상기 펄스폭변조 신호의 진폭을 대용량으로 증폭한 다음, 저역통과필터(LPF)에 의해 복조된 오디오용 아날로그 신호를 스피커로 출력하는 증폭기이다.

도1은 일반적인 디지털앰프의 회로 구성을 나타낸 블록도이다. 디지털앰프는 디지털신호 공급부(100), 전원공급부(200), 펄스폭변조 프로세서(300), 펄스폭변조 앰프(400)를 포함한다.

디지털신호 공급부(100)는 일반적인 아날로그 오디오 신호를 펄스코드 변조된 디지털신호로 변경시키는 역할을 하는 것으로서, A/D 컨버터, DSP, MPEG 컨버터IC 등이 여기에 포함된다.

전원공급부(200)는 로직 구동용 전원(Logic_Va)이나 펄스폭변조 앰프내 트랜지스터의 동작전원(Va)을 공급하며, Logic_Va는 3.3V의 전원이 주로 사용된다.

펄스폭변조 프로세서(300)는 디지털신호 공급부(100)로부터 출력되는 진폭이 작은 펄스코드변조 신호를 소출력의 펄스폭변조 신호로 변환시킨다.

펄스폭변조 앰프(400)는 펄스폭변조 프로세서(300)로부터 출력된 소출력의 펄스폭변조 신호를 스위칭회로부의 반도체 스위칭 소자, 예를 들면 전계효과트랜지스터를 이용하여 대출력의 펄스폭변조 신호로 증폭시킨다. 일반적으로 펄스폭변조 앰프(400)는 3.3V 정도의 소출력 펄스폭변조 신호를 받아 5~40V 정도 수준의 대출력 펄스폭변조 신호로 증폭한다.

이렇게 증폭된 대출력 펄스폭변조 신호는 저역통과필터를 거쳐 스피커로 연결되어 음향을 발생한다.

최근의 반도체 기술의 발전과 함께 다양한 형태의 디지털앰프가 등장하고 있으며, 제품의 경박 단소화가 진행되면서 과거 AB급을 사용하던 AV-Receiver나 DVD-AMP 복합기 등에서 D-class를 이용하는 제품이 많이 등장하고 있다.

도2는 일반적인 디지털앰프의 BTL(Balanced Transformerless)모드회로의 구성을 나타낸 회로도이며, 도3은 일반적인 디지털앰프의 SE(Single Ended)모드회로의 구성을 나타낸 회로도이다.

BTL모드회로는 푸시풀 동작의 상보형 증폭기를 2조 사용하여 이들 각 조의 증폭기 출력 단자간에 부하(예를 들면 스피커)를 접속하고, 입력신호를 180° 벗어나게 하여 동작 시키도록 한 평형형 회로이며, SE모드회로는 2개의 트랜지스터를 부하에 대하여 병렬로, 전원에 대하여 직렬로 되도록 접속한 것이다.

일반적인 회로의 구현은 BTL모드를 주로 사용하고 있는데, 이는 SE모드에 비하여 대출력을 만들기 용이하고 기술적으로 전원 온/오프시 잡음에 대한 대책이 용이하기 때문이다. 하지만 근래에 부품의 발전에 따라 BTL모드를 SE모드로 사용하고자 하는 요구가 생겨나고 있다. 이는 동일부품을 이용하여 다단의 앰프출력을 만들 수 있어 저렴한 제품을 구성하는 것이 용이하다.

그러나 이러한 경우, 전원 온/오프시 팝노이즈(pop noise)가 발생하기 때문에 실질적으로 사용되지 못하고 있다.

팝노이즈란 전원의 온/오프시 직류전압의 변동으로 인한 전자유도현상에 의하여 나타나는, 음악이 아닌 잡음성 노이즈를 말하며, 모든 오디오의 전원 인가 및 차단시, 소스전환 및 모드전환시에 나타나는 현상으로서, 오디오 사용자로 하여금 불쾌감을 초래한다.

디지털앰프에서는 도3에 나타난 바와 같이, 펄스폭변조 앰프(400)내의 트랜지스터(T1~T8)에 트랜지스터 동작전원(Va)이 공급되어 트랜지스터가 온되면, 스피커 양단의 노드(P1, P2) 사이에 전압차가 발생하게 되고, 이로인해 불필요한 팝노이즈가 발생하게 되는 것이다.

도4에는 종래의 SE모드 디지털앰프에서의 팝노이즈를 발생시키는 로직 구동용 전원(Logic_Va)과 트랜지스터 동작전원(Va)과의 관계가 도시되어 있다.

종래에는 이와같은 팝노이즈 제거를 위해 전원 스위치에 릴레이와 같은 기계적 스위치를 사용하거나, 소정의 시간동안 노이즈제거 구동신호를 출력하여 오디오 출력잭을 접지시키는 기술이 적용되었다.

그러나 이러한 기술이 팝노이즈를 줄이기 위하여 권고되는 내용이었으나, 실질직으로 Va단의 커다란 캐패시터 때문에 이의 구현이 곤란한 실정이었다.

또한 이와같은 방법은 기계적인 동작을 하는 릴레이를 사용하여야 하므로 가격이 비싸지고, 부피가 커지는 문제가 발생하며, 고속스위칭을 반복하여야 하는 디지털앰프에는 신뢰도가 떨어지는 문제점으로 인하여 적용이 곤란하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 극복하기 위하여 안출된 것으로서, 디지털앰프의 로직 구동용 전원의 공급 후, 트랜지스터 동작전원의 공급 전에 펄스폭변조 신호를 먼저 공급함으로써 전원 온(ON)시에 팝노이즈를 제거하는 싱글 엔드 디지털앰프에서의 팝노이즈 제거방법 및 그 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 트랜지스터 동작전원의 공급차단 후, 로직 구동용 전원의 공급차단 전에 펄스폭변조 신호를 먼저 차단함으로써 전원 오프(OFF)시에 팝노이즈를 제거하는 싱글 엔드 디지털앰프에서의 팝노이즈 제거방법 및 그 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

한편 본 발명은 전원차단시 Va가 완전히 제거될 때까지 펄스폭변조 신호의 공급을 유지시켜 계속적인 신호파형이 존재하게 함으로써, 신속한 Va의 감소와 함께 스피커 양단의 전압을 천천히 감소하게 하여 팝노이즈를 제거하는 싱글 엔드 디지털앰프에서의 팝노이즈 제거방법 및 그 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

한편 본 발명은 다수의 조정기와 다이오드와 캐패시터로 구성되어, 트랜지스터 동작전원이 차단시 로직 구동용 전원이 일정시간동안 유지되도록 하는 싱글 엔드 디지털앰프에서의 팝노이즈 제거방법 및 그 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도1은 일반적인 디지털앰프의 회로 구성을 나타낸 블록도.

도2는 일반적인 디지털앰프의 BTL모드회로의 구성을 나타낸 회로도.

도3은 일반적인 디지털앰프의 SE모드회로의 구성을 나타낸 회로도.

도4는 종래 디지털앰프에서의 로직 구동용 전원과 트랜지스터 동작전원의 인가시간을 나타내는 개념도.

도5는 본 발명의 일실시예에 따른 디지털앰프에서의 로직 구동용 전원, 트랜지스터 동작전원과 펄스폭변조 신호의 인가시간을 나타내는 개념도.

도6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디지털앰프의 회로구성을 나타낸 회로도.

도7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디지털앰프에서의 로직 구동용 전원, 트랜지스터 동작전원과 펄스폭변조 신호의 인가시간을 나타내는 개념도.

*도면부호의 상세한 설명

100 :디지털신호공급부 200 : 전원공급부

300 : PWM 프로세서 400 :PWM 앰프

T1~T8 : 트랜지스터 B1~B4 : 브트스트랩

C1~C4 : 캐패시터 S1~S4 : 스피커

L1~L4 : 인덕터 G : 게이트

R1~R3 : 조정기(regulator) D1~D3 : 다이오드

이하, 본 발명의 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

실시예1

도3과 도5를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 싱글 엔드 디지털앰프에서의 팝노이즈 제거방법 및 그 시스템을 설명한다.

도5는 본 발명의 일실시예에 따른 디지털앰프에서의 로직 구동용 전원(Logic_Va), 트랜지스터 동작전원(Va)과 펄스폭변조 신호의 인가시간을 나타내는 개념도이다.

전술한 바와 같이, 트랜지스터의 동작으로 인하여 스피커 양단의 전압차가 생기는 경우 팝노이즈가 발생하므로, 전원공급시 급격한 전압상승이 발생하지 않도록 하여야 한다.

먼저, 디지털앰프를 구동시키기 위한 로직 구동용 전원(Logic_Va)을 온시킨다.(ton)

펄스폭변조 앰프(400)내의 FET 또는 트랜지스터(T1~T8)에 공급되는 고압의 동작전원(Va)을 온시키기 전(t1)에, 소출력의 펄스폭변조 신호를 먼저 공급한다.(t3)

펄스폭변조 신호는 펄스폭변조 앰프의 반도체 스위칭소자인 FET 또는 트랜지스터(T1~T8)를 작동시킨다. 이때, 동작전원(Va)의 세기는 펄스폭변조 신호의 세기에 비하여 훨씬 더 큰 것이 일반적이다.

그다음 펄스폭변조 앰프내의 트랜지스터가 작동된 상태에서 트랜지스터 동작전원(Va)을 공급한다.(t1) 이와같은 방식을 통해, 스피커(S1~S4)양단에 소출력의 펄스폭변조 신호에 의한 전원이 공급된 상태에서 고압의 트랜지스터 동작전원(Va)이 인가됨으로써, 스피커(S1~S4)양단의 전압이 서서히 증가하게 되고, 이로 인하여 갑작스런 전원공급에 따른 팝노이즈를 감소시키거나 제거할 수 있게 된다.

디지털앰프의 동작을 정지시키는 경우에는 역의 순서를 취하게 된다.

즉, 트랜지스터 동작전원(Va)을 완전히 차단할 때(t2)까지 펄스폭변조 신호를 어느정도 유지시켜 준다.(t4)

이때 스피커(S1~S4)양단에 펄스폭변조 신호의 파형이 존재함으로써, 트랜지스터 동작전원(Va)의 감소와 함께 스피커(S1~S4)양단의 전압도 천천히 감소하게 되며, 이로 인하여 팝노이즈가 감소되거나 제거된다.

또한, 펄스폭변조 앰프(400)에 연결된 트랜지스터 동작전원(Va)에는 6000㎌ 정도의 대용량의 캐패시터(Ca)가 연결되어 있는데, 이로 인하여 전원 오프시에 트랜지스터 동작전원(Va)이 천천히 감소하게 되며,(약 3~4초) 결과적으로 팝노이즈의제거가 어렵게 된다.

이를 해결하기 위해서, 로직 구동용 전원(Logic_Va)의 차단시에 펄스폭변조 신호를 펄스폭변조 앰프(400)에 계속 공급한다. 펄스폭변조 앰프(400)내의 FET 또는 트랜지스터(T1~T8)는 펄스폭변조 신호에 의해서 계속 동작하게 되며, 캐패시터(Ca)에 저장된 전력을 사용함으로써 트랜지스터 동작전원(Va)을 더 빨리 소모시킨다.

실시예2

도6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디지털앰프의 회로구성을 나타낸 회로도이며, 도7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디지털앰프에서의 로직 구동용 전원, 트랜지스터 동작전원과 펄스폭변조 신호의 인가시간을 나타내는 개념도이다.

도6과 도7을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 디지털앰프의 팝노이즈 제거시스템을 설명한다.

일반적으로 트랜지스터 동작전원(Va)은 로직 구동용 전원(Logic_Va)에 비하여 큰 값을 가지므로, 디지털앰프의 전원차단시 트랜지스터 동작전원(Va)이 로직 구동용 전원(Logic_Va)에 비하여 더 오랫동안 유지되는데, 이를 해결하기 위한 팝노이즈 제거시스템이 아래에 개시된다.

디지털앰프의 팝노이즈 제거시스템은, 도6에서와 같이 애노드가 전원공급부(200)에 연결되는 제1다이오드(D1), 제1다이오드(D1)의 캐소드에 출력부가 연결되는 제1조정기(R1), 제1조정기(R1)의 입력부에 캐소드가 연결되는 제2다이오드(D2), 제1다이오드(D1)의 캐소드에 제1조정기(R1)와 병렬로 연결되는 제2조정기(R2), 제2다이오드(D2)의 애노드에 출력부가 연결되는 제3조정기(R3), 그리고 제3조정기(R3)의 입력부에 캐소드가 연결되는 제3다이오드(D3)를 포함한다.

또한, 다이오드(D1~D3)의 정류특성을 향상시키고 타이밍 조절을 위하여 다수의 캐패시터(Ca, Cd Ce)가 포함된다.

제3조정기(R3)는 게이트(Gate) 구동용 전원을 위하여 전압조절이 필요한 경우에 사용되는 회로이며, 만일 게이트 구동용 전원이 트랜지스터 동작전원(Va)과 동일한 경우에는 P5와 P6를 연결한 회로(K1)를 사용한다.

일반적인 디지털앰프에서는 전원공급부 출력전압(Logic_Vo)이 로직 구동용 전원(Logic_Va)과 함께 공급되는데, SMPS(Switching Mode Power Supply)에서 직접 공급한다.

그러나 본 발명에서는 보다 완전한 동작을 위하여 전원공급부(200)에서 전원공급부 출력전압(Logic_Vo)을 조절하여 3.3V의 로직 구동용 전원(Logic_Va)을 발생하여 공급한다. 그리고 트랜지스터 동작전원(Va)의 전압을 다운(down)시켜 이를 로직 구동용 전원(Logic_Va)의 공급용으로 함께 사용한다. 그러나 로직 구동용 전원을 전원공급부(200)에서 바로 사용하느냐 또는 본 실시예에서와 같이 사용하느냐는 사용자의 선택에 따라 달라질 수 있다.

도7에 나타난 바와 같이, 전원공급부 출력전압(Logic_Vo)이 차단되면(t5), 트랜지스터 동작전원(Va)이 서서히 감소한다.(t5~t6) 이때, 제1조정기(R1)에 의하여 로직 구동용 전원(Logic_Va)이 트랜지스터 동작전원(Va)의 소멸후에도 일정시간동안 유지된다.(t7)

제1조정기(R1)에서 발생하는 열을 감소하기 위해서는, P3에서의 출력전압을 전원공급부 출력전압(Logic_Vo)-0.7보다 낮게 설정한다. 이렇게 함으로써 전원공급부 출력전압(Logic_Vo)이 충분히 높은 정상상태에서 제1조정기(R1)가 동작하지 않게 되고, 전원공급부 출력전압(Logic_Vo)이 감소 또는 소멸된 후에만 동작하도록 하여 제1조정기(R1)의 열에 대한 부하를 줄일 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 따른 싱글 엔드 디지털앰프에서의 팝노이즈 제거방법 및 그 시스템을 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 제한되지 않으며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 변형이 가능한 범위에도 그 권리범위가 미친다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 싱글 엔드 디지털앰프에서의 팝노이즈 제거방법 및 그 시스템은 디지털앰프에 있어서 파워 온/오프시 발생하는 팝노이즈를 간단한 시그널 인가순서변경만으로 제거하거나 감소할 수 있는 효과가 있다.

앰프의 출력을 비교할 때 BTL 모드에 비해 SE 모드는 보다 많은 출력(2배)을 만들 수 있어서 경제적인 시스템을 구현할 수 있다.

Claims

펄스폭변조(PWM) 프로세서와 펄스폭변조 앰프를 포함하는 디지털앰프에서 전원 온(ON)시에 팝노이즈(pop noise)를 제거하는 방법으로서,

상기 디지털앰프를 작동시키기 위하여 로직 구동용 전원을 공급하는 제1단계와;

상기 펄스폭변조 프로세서에 의하여 변환된 펄스폭변조 신호를 상기 펄스폭변조 앰프의 입력부에 공급하는 제2단계와;

상기 펄스폭변조 신호를 공급하고 일정시간이 경과한 후, 상기 펄스폭변조 앰프내의 트랜지스터 동작전압을 공급하는 제3단계;를 포함하는 싱글엔드(single ended) 디지털앰프에서의 팝노이즈 제거방법.
펄스폭변조(PWM) 프로세서와 펄스폭변조 앰프를 포함하는 디지털앰프에서 전원 오프(OFF)시에 팝노이즈를 제거하는 방법으로서,

상기 펄스폭변조 앰프내의 트랜지스터 동작전압을 차단하는 제1단계와;

상기 트랜지스터 동작전압을 차단하고 일정시간이 경과한 후, 상기 펄스폭변조 프로세서에 의하여 변환된 펄스폭변조 신호의 입력을 차단하는 제2단계와;

상기 디지털앰프를 작동시키기 위한 로직 구동용 전원을 차단하는 제3단계;를 포함하는 싱글엔드 디지털앰프에서의 팝노이즈 제거방법.
제2항에 있어서,

상기 제1단계는

상기 펄스폭변조 앰프에 상기 펄스폭변조 신호의 입력을 유지함으로써, 상기 펄스폭변조 앰프의 트랜지스터의 작동을 유지시켜 상기 트랜지스터 동작전압의 소멸시간을 단축하는 것을 특징으로 하는 싱글엔드 디지털앰프에서의 팝노이즈 제거방법.
전원공급부와, 펄스폭변조 프로세서와, 펄스폭변조 앰프를 포함하는 디지털앰프에서 전원 오프(OFF)시에 팝노이즈를 제거하는 장치로서,

애노드가 상기 전원공급부의 로직 구동용 전압 출력부에 접속되는 제1다이오드와;

상기 제1다이오드의 캐소드에 연결되는 제1조정기와;

상기 제1조정기에 연결되는 제2다이오드와;

상기 제1조정기와 병렬로 상기 제1다이오드에 연결되는 제2조정기;를 포함하는 싱글 엔드 디지털앰프에서의 팝노이즈 제거 시스템.
제4항에 있어서,

상기 전원공급부의 트랜지스터 동작전압 출력부와 순방향으로 연결되는 제3다이오드와;

상기 제3다이오드의 캐소드와 상기 제2다이오드의 애노드에 연결되어 상기로직 구동용 전압과 상기 트랜지스터 동작전압의 차이를 조절하는 제3조정기;를 더 포함하는 싱글 엔드 디지털앰프에서의 팝노이즈 제거 시스템.
제4항 또는 제5항에 있어서,

상기 제1조정기는

상기 제2다이오드의 캐소드에 연결되며,

상기 제2조정기는

상기 제1다이오드의 캐소드에 연결되는 것을 특징으로 하는 싱글 엔드 디지털앰프에서의 팝노이즈 제거 시스템.
제6항에 있어서,

상기 전원공급부의 로직 구동용 전압 출력부로부터 출력되는 전압을 조절하여 상기 트랜지스터 동작전압으로 사용하는 것을 특징으로 하는 싱글 엔드 디지털앰프에서의 팝노이즈 제거 시스템.
제7항에 있어서,

상기 제1조정기에 공급되는 전압은

상기 로직 구동용 전압보다 크고, 상기 전원공급부의 출력전압에서 0.7V를 뺀 값보다 작은 것을 특징으로 하는 싱글 엔드 디지털앰프에서의 팝노이즈 제거 시스템.