KR20060054063A - 저 잡음 오디오 증폭기 - Google Patents

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Abstract

증폭기 회로는 오디오 신호 처리 및 그 밖의 신호 처리를 잡음 감소 피드백 네트워크(noise reduction feedback network)를 사용하여 수행한다. 잡음 감소 피드백 네트워크는 출력 신호가 전압 포화 상태(saturation state) 내에 또는 그 곳에 가까워지면 자동으로 턴 온 된다. 네트워크는 피드백 신호를 증폭기 제어단(control stage)의 입력 단자에 제공하고 제어 신호를 변조한다. 이것은 "클리핑(clipping)"과 연관된 오디오 주파수의 잡음을 방지한다.
잡음, 가청, 클리핑, 필터

Description

저 잡음 오디오 증폭기{LOW NOISE AUDIO AMPLIFIER}
다음 도면은 본 발명의 실시예를 도시한다. 이들 도면 및 실시예는 본 발명의 예를 제공하며, 제한적이지 않고, 총망라하는 것은 아니다.
도 1은 오디오 신호 증폭 및 그 밖의 오디오 신호 처리를 위해 사용가능한 클래스 D 증폭기와 다른 컴포넌트를 가지는 시스템의 실시예를 도시하는 회로도.
도 2는 브리지에 부착된 부하(bridge tied load(BTL)) 클래스 D 증폭기 내의 본 발명의 예.
도 3은 BTL 클래스 D 증폭기 내에 본 발명을 가진 것과 가지지 않은 출력 파형의 도시.
도 4는 오디오 신호 증폭 및 그 밖의 오디오 신호 처리를 위해 사용가능한 오디오 증폭기와 다른 컴포넌트를 가지는 시스템의 실시예를 도시하는 회로 블록도.
도 5는 잡음 감소 피드백 네트워크의 다른 예.
도 6은 본 발명이 없는 증폭기의 "클리핑(clipping)" 가청 잡음을 가진 파형의 도시.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
LDR: 로직 게이트 드라이버
CMP1, CMP2: 비교기
SP: 확성기
M1, M2, M3, M4 : 트랜지스터
Vcc: 공급 전압
본 출원은 2004년 10월 18일 출원된 미국 가출원 번호 60/620,149의 우선권을 주장하고, 본 명세서에 참조로서 합체된다.
본 발명은 일반적으로 오디오 신호 처리에 관한 것이고, 더 구체적으로는 오디오 신호 증폭 및 그 밖의 오디오 신호 처리를 위한 클래스 D 증폭기를 포함하는 시스템에 관한 것이다.
클래스 D 오디오 증폭기는 전력 효율 때문에 오디오 증폭에 자주 사용된다. 보통 클래스 D 오디오 증폭기는 최소화된 내부 전력 손실을 갖는 스위치 모드에서 동작한다. 그것은 부하(load)로 전달되기 전에 필터링되는 구형파(rectangular wave)를 출력단에 생성한다. 필터링된 신호파는 입력 신호파의 증폭된 버전이다. 클래스 D 오디오 증폭기는 흔히 고 전력 애플리케이션에 사용된다. 저 전력 애플리케이션에는 클래스 A/B 가 여전히 인기있다.
입력 오디오 신호가 오디오 증폭기의 선형 영역을 벗어나면, 증폭기의 출력 은 포화된다(saturate). 도 6에서 지시된 것과 같이 증폭기가 포화 상태로 들어가거나 나올 때, 가청 영역에서의 진동이 자주 관측된다. 이것은 가청 주파수의 "클리핑(clipping)"을 만들 수 있다. 이 문제는 클래스 D 오디오 증폭기에서 더 심한데, 스위칭 전력원이 최소 온(on) 및 오프(off) 시간 제약으로 인해 스위칭 사이클을 건너뛸 수 있기 때문이다. 전력원이 상당한 사이클을 건너뛰면, 유효 동작 주파수는 가청 주파수 영역에 들어가고 원하지 않는 가청 잡음을 유도할 수 있다.
이 문제를 해결하기 위해 여러 방법이 알려져 있다. 제1 방법은 클램핑(clamping) 회로로 입력 신호의 크기를 제한하는 것이다. 그러나 오디오 소스의 출력 임피던스에 대한 정보가 없으면, 이것은 실용적이지 않고 오디오 신호 질을 떨어뜨릴 수 있다. 제2 방법은 자동 이득 제어(AGC) 프리-앰플리파이어(pre-amplifier)를 클래스-D 오디오 증폭기 입력 앞에 추가하는 것이다. 이 AGC 프리-앰플리파이어는 입력 신호 세기를 제한해서 출력 포화를 방지하나, 이 구현은 다소 복잡하고 상당한 비용이 추가된다. 이런 한계는 저 주파수 오디오 신호에서 더 심해질 수 있다. 제3 방법은 고대역 통과 필터를 추가해 클래스 D 증폭기를 통과하는 최소 오디오 주파수를 제한하는 것인데, 이것은 상기 문제점을 완전히 해결할 수 없다.
따라서, 클래스 D 오디오 증폭기에서 포화 근방에서 오디오 잡음을 줄이기 위한 향상이 더 필요하다.
다음 실시예 및 태양은 예시적이고 설명의 의도로 시스템, 회로 및 방법과 함께 도시된다. 다양한 실시예에서, 상기 문제가 감소하거나 제거되고 다른 실시예는 다른 향상을 위한 것이다.
잡음 감소 피드백 네트워크에 관한 방법이다. 잡음 감소 피드백 네트워크는 오디오 증폭기의 제어단(control stage) 및 출력단(output stage)에 연결된다. 이것은 탐지 회로(detection circuit) 및 변조 회로(modulation circuit)를 포함한다. 탐지 회로는 출력단에 연결되어 출력 전압을 모니터링하고, 포화 상태 근방의 출력 전압을 탐지하고 제어 신호나 복수의 제어 신호를 변조 회로에 제공한다. 출력 전압이 포화 상태에 가까워지면, 변조 회로는 조정가능한 전류를 제어단에 제공해서 출력 신호(들)를 변조하고 포화 근방의 가청 진동(audible oscillation)을 제거한다.
비제한적인 실시예에서, 탐지 회로는 출력단에 연결되어 있는 두 개의 백 투 백 트랜지스터(back-to-back transistor) 또는 두 개의 백 투 백 "제너(Zener)" 다이오드를 포함할 수 있다. 두 개의 트랜지스터는 출력 전압이 포화 상태 근방에 있으면 활성화된다. 두 트랜지스터가 활성화되면 출력 전압에 따라 변조 회로에 의해 조정가능한 신호가 만들어진다. 이 조정가능한 신호는 제어단으로 피드백된다. 정현 출력 파형(sinusoidal output waveform)은 포화 영역 근방에서 클리핑되기 보다는 더 "커브" 지게 된다.
다른 비제한적인 실시예에서, 탐지 회로는 공급 전압(Vcc)과 출력단 사이에 연결되어 있는 트랜지스터 및 접지(ground)와 출력단 사이에 연결되어 있는 제2 트랜지스터를 포함할 수 있다. 출력 전압이 포화 상태 근방에 있지 않은 한, 두 트 랜지스터 모두 활성화된다. 출력 전압이 Vcc 영역 근방에 있으면 제1 트랜지스터는 비활성화되고, 출력 전압이 접지 전압 영역 근방에 있으면 제2 트랜지스터가 비활성화된다. 제1 트랜지스터는 전류 회로 내의 제3 트랜지스터와도 연결된다. 이들 두 트랜지스터는 제1 트랜지스터가 비활성화되면 제3 트랜지스터만 활성화되고, 제1 트랜지스터가 활성화되면 제3 트랜지스터가 비활성화되도록 연결되어 있다. 제2 트랜지스터도 전류 회로 내의 제4 트랜지스터와 연결되어 있다. 이들 두 트랜지스터는 제2 트랜지스터가 비활성화되면 제4 트랜지스터만 활성화되고, 제2 트랜지스터가 활성화되면 제3 트랜지스터가 비활성화되도록 연결되어 있다. 출력 전압이 포화 상태 근방에 있으면, 전류 회로 내의 제3 트랜지스터 또는 제4 트랜지스터는 조정가능한 전류를 제어단에 제공해서 출력 신호를 변조한다.
저 잡음 오디오 신호 증폭 및 그 밖의 오디오 신호 처리를 달성하기 위해, 오디오 증폭기와 이에 수반되는 회로를 사용하는 시스템 및 방법의 실시예가 본 명세서에서 자세히 기술된다. 이하의 기술에서, 예시적인 회로 및 이들 회로 컴포넌트에 관한 예시적인 값들과 같은 일부 특정 상세 사항은 본 발명 실시예의 이해를 제공하기 위해 포함된다. 그러나 관련 기술 분야의 당업자는 본 발명이 하나 이상의 구체적인 상세 사항이 없이도 또는 다른 방법, 컴포넌트, 재료 등을 가지고 실시될 수 있음을 인식할 것이다.
본 발명은 저 잡음 증폭 오디오 신호를 만들기 위한 회로 및 방법에 관한 것이다. 오디오 증폭기 내의 제안된 회로는 출력 신호를 모니터링하고, 포화 상태 근방의 출력 신호를 탐지하고, 증폭기의 제어단으로 조정가능한 전류를 제공해서, 출력 신호를 변조하고 포화 근방의 진동을 제거한다.
도 1은 본 발명에 따른 시스템의 실시예를 도시한다. 시스템은 제어단(A), 출력단(O) 및 잡음 감소 피드백 네트워크(Y)를 포함한다.
입력 신호(Vin)는 커패시터(Cin1) 및 저항(Rin1)을 통과해서 입력 노드(X1)에 연결된다. 다른 입력 노드(X2)는 저항(Rin2) 및 커패시터(Cin2)를 통과해서 접지에 연결된다. 노드(X1 및 X2)는 커패시터(C2)를 통해서 함께 연결된다. 노드(X1)에서의 신호는 Vin의 AC 성분, 노드(S1)로부터의 피드백 신호 및 잡음 감소 피드백 네트워크(Y)의 상부로부터의 피드백 신호의 3가지 컴포넌트를 포함한다. 노드(X2)에서의 신호는 C2를 통해서 연결된 X1으로부터의 신호부, 노드(S2)로부터의 피드백 신호 및 잡음 감소 피드백 네트워크(Y)의 하부로부터의 피드백 신호의 3가지 컴포넌트를 포함한다.
제어단(A)은 전력 출력 스위칭 장치로 역할하는 4개의 트랜지스터(M1, M2, M3 및 M4)를 포함한다. M1 및 M2는 출력 스위칭 노드(S1)를 구동하고, M3 및 M4는 출력 스위칭 노드(S2)를 구동한다. 제어단(A)의 상부 절반에서는, M2의 소스 단자가 접지에 연결되고, M1의 드레인 단자가 전력원(Vcc)에 연결된다. M2의 드레인 단자 및 M1의 소스 단자는 모두 스위칭 노드(S1)에 연결된다. 노드(S1)는 입력 노드(X1)에 저항(RFB1)을 통과해서 연결된다. 제어단(A)의 하부 절반에서는, M4의 소스 단자가 접지에 연결되고, M3의 드레인 단자가 전력원(Vcc)에 연결된다. M4의 드레인 단자 및 M3의 소스 단자는 모두 스위칭 노드(S2)에 연결된다. 노드(S2)는 입력 노드(X2)에 저항(RFB2)을 통과해서 연결된다.
잡음 감소 피드백 네트워크는 조정가능한 전류원(I1 및 I2)을 포함하고, 제어 회로는 V+ 및 V- 사이의 출력 신호 차이(Vd)에 의해 트리거링 된다. Vd가 미리 설정된 전압 레벨을 벗어나지 않으면 제어 회로는 "오프(OFF)" 상태에 있다. 조정가능한 전류원은 제어 회로에 의해 제어된다. 전류원이 제어 회로에 의해 턴 온 되면, 추가 전류가 입력 노드(X1 및 X2)로 흐른다. 이 추가 전류는 제어단(A) 내의 두 개의 비교기(CMP1 및 CMP2)의 최소 스위칭 주파수를 설정한다. 입력 노드(X1)는 비교기(CMP1)에서의 음 합산 노드(negative summing node)이며, 비교기(CMP2)에서의 양 합산 노드이다. 입력 노드(X2)는 비교기(CMP1)에서의 양 합산 노드이고, 비교기(CMP2)에서의 음 합산 노드이다. CMP1의 출력 신호는 로직 게이트 드라이버(LDR1)에 입력 신호를 제공한다. LDR1의 출력(LDR11)은 트랜지스터(M1)의 게이트를 구동한다. LDR1의 다른 출력(LDR12)은 트랜지스터(M2)의 게이트를 구동한다. CMP2의 출력 신호는 로직 게이트 드라이버(LDR2)에 입력 신호를 제공한다. LDR2의 출력(LDR21)은 트랜지스터(M3)의 게이트를 구동한다. LDR2의 다른 출력(LDR22)은 트랜지스터(M4)의 게이트를 구동한다.
출력단(O) 내에서, 노드(S1)의 구형파형(rectangular waveform)은 인덕터(LL1) 및 접지에 연결되어 있는 커패시터(Cout1)에 의해 필터링되어, 출력 노드(V+)로 전달된다. 노드(S2)에서의 구형파는 인덕터(LL2) 및 접지에 연결되어 있는 커패시터(Cout2)에 의해 필터링되어, 출력 노드(V-)로 전달된다. 출력단(O)은 확 성기(SP)와 같은 부하를 구동하는데 사용된다. V+ 및 V- 사이에 커패시터(C3)가 SP와 병렬로 연결된다.
브리지에 부착된 부하(BTL) 클래스 D 증폭기에 사용되는 본 발명의 일 실시예의 예를 도 2에서 도시한다. 시스템은 클래스 D 증폭기 회로(AA), 출력단(OO) 및 잡음 감소 피드백 네트워크(YY)를 포함한다.
입력 신호는 커패시터(C6) 및 저항(R3)을 통과해서 노드(XX1)에 연결된다. 접지가 커패시터(C28) 및 저항(R6)을 통과해서 노드(XX2)에 연결된다. 커패시터(C6)는 입력 신호의 DC 성분을 제거하기 위해 도입된다. XX1 및 XX2는 커패시터(C12)를 통해서 연결된다. 노드(SW1)에서의 신호는 저항(R10), 접지된 커패시터(C17) 및 저항(R11)을 통과해서 XX1으로 피드백된다. 노드(SW2)에서의 신호는 저항(R18), 접지된 커패시터(C16) 및 저항(R19)을 통과해서 XX2로 피드백된다.
SW1에서의 구형파형은 인덕터(L1) 및 커패시터(C7)을 통해서 필터링된 후, 출력 노드(OUT+)로 전달된다. SW2에서의 구형파형은 인덕터(L2) 및 커패시터(C22)을 통해서 필터링된 후, 출력 노드(OUT-)로 전달된다. 단(OO)은 확성기(SP1:A) 및 OUT+와 OUT- 사이에서 SP1:A에 병렬로 연결된 커패시터(C9)를 더 포함한다. C9는 노드(OUT+ 및 OUT-) 사이에서 고주파수 잡음을 필터링한다.
잡음 감소 피드백 네트워크(YY)는 출력 노드(OUT+ 및 OUT-)와 입력 노드(XX1 및 XX2)를 연결한다. 노드(T1)는 저항(R30)을 통해서 OUT+에 연결된다. 노드(T2)는 저항(R31)을 통해서 OUT-에 연결된다. 노드(T1)는 저항(R29)을 통과해서 노드(T2)에 연결된다. R29, R30 및 R31의 조합은 다음에 기술할 회로(YY)의 조정가능 한 전류를 정의하는 것을 도와준다.
또한 노드(T1)는 저항(R12), 두 개의 백 투 백 트랜지스터(Q11 및 Q12) 및 저항(R15)을 통과해서 노드(T2)에 연결된다. 회로(YY)의 상부 절반에서, 트랜지스터(Q11 및 Q12)의 에미터 및 컬렉터는 모두 연결되어 있다. 트랜지스터(Q11)의 베이스는 트랜지스터(Q7) 및 트랜지스터(Q8)의 베이스에 연결된다. 트랜지스터(Q7) 및 트랜지스터(Q8)의 에미터는 연결되어 저항(R36)을 통과해서 노드(T1)로 더 연결된다. 트랜지스터(Q7)의 컬렉터는 다이오드(D22) 및 저항(R22)을 통과해서 노드(XX1)에 연결되고, 트랜지스터(Q8)의 컬렉터는 다이오드(D21) 및 저항(R22)을 통과해서 노드(XX1)에 연결된다. 회로(YY)의 하부 절반에서, 트랜지스터(Q12)의 베이스는 트랜지스터(Q9) 및 트랜지스터(Q10)의 베이스에 연결된다. 트랜지스터(Q9) 및 트랜지스터(Q10)의 에미터는 연결되어 저항(R37)을 통과해서 노드(T2)로 더 연결된다. 트랜지스터(Q9)의 컬렉터는 다이오드(D23) 및 저항(R24)을 통과해서 노드(XX2)에 연결되고, 트랜지스터(Q10)의 컬렉터는 다이오드(D24) 및 저항(R24)을 통과해서 노드(XX2)에 연결된다.
백 투 백 트랜지스터(Q11 및 Q12)는 최소 턴 온 전압(V1)을 가진다. 트랜지스터(Q7, Q8, Q9 및 Q10)는 보통의 턴 온 전압(V2)을 가진다. 이러한 조건에서, 노드(OUT+) 및 노드(OUT-) 사이의 전압차(Vd)는 V1을 초과한다. 트랜지스터(Q11 및 Q12)는 턴 온된다. │Vd│가 V1+2V2를 초과하면, 회로(YY)의 상부 절반 내의 Q7 또는 Q8이 턴 온 된다. 전류는 D22 또는 D21 및 저항(R22)을 통과해서 노드(XX1)로 피드백 된다. 이 추가 전류는 노드(XX1)에서 전압 스위칭 주파수를 증가시키고 YY의 상부 절반 내의 상부 비교기에 관한 최소 스위칭 주파수를 정의한다. 증가된 최소 주파수는 "클리핑" 영역 근방에서 더 "커브진" 정현 파형을 만든다. 이것은 출력 정현파가 전압 "클리핑" 영역을 들어오고 나갈 때에, 오디오 잡음을 제거하도록 도와준다. 유사한 분석이 회로(YY)의 아래 절반에도 적용된다. │Vd│가 V1+2V2를 초과하면, 회로(YY)의 하부 절반 내의 Q9 또는 Q10이 턴 온 된다. 전류는 D23 또는 D24 및 저항(R24)을 통과해서 노드(XX2)로 피드백 된다. 이 추가 전류는 노드(XX2)에서 전압 스위칭 주파수를 증가시키고 YY의 하부 절반 내의 하부 비교기에 관한 최소 스위칭 주파수를 정의한다.
도 3은 본 발명의 적용할 때와 그렇지 않을 때의 BTL 클래스 D 증폭기의 출력 파형을 도시한다. 잡음 감소 피드백 네트워크가 없는 BTL 회로는 가청 주파수 영역 내일 수 있는 저 주파수를 만들지만, 상기 네트워크가 있는 회로는 임의의 저 주파수 진동이 없는 깨끗한 출력 전압을 만든다.
잡음 감소 피드백 네트워크는 상기의 예에 한정되는 것이 아니다. 이것은 임의의 클래스 D 오디오 증폭기 및 다른 오디오 증폭기에 적용될 수 있다. 도 4는 입력, 제어단, 출력단 및 출력단으로부터 피드백 신호를 수신하는 잡음 감소 네트워크를 포함하는 시스템을 도시하는 개략도이다. 잡음 감소 네트워크는 제어단을 변조해서 출력이 포화 근방에 있을 때 출력단에서의 가청 진동을 제거한다.
본 발명 실시예의 다른 예가 도 5에 도시된다. Vout+ 및 Vout-는 잡음 감소 피드백 네트워크의 두 입력 노드이고 FB1 및 FB2는 도 5(a) 내의 잡음 감소 네트워크의 두 출력 노드이다. 도 5(b) 및 도 5(c)는 상기 회로의 실시예를 도시하는 상 세한 도면이다. 도 5(b)에서, Vout+는 저항(R13)을 통과해서 트랜지스터(Q3)의 베이스에 연결되고, 저항(R14)을 통과해서 트랜지스터(Q4)의 베이스에 연결된다. 트랜지스터(Q3)의 에미터는 전력원(Vcc)에 연결되고, 트랜지스터(Q4)의 에미터는 접지에 연결된다. 트랜지스터(Q1)의 베이스는 트랜지스터(Q3)의 컬렉터에 연결되고, 상기 베이스와 컬렉터는 저항(R5)을 통해서 접지에 연결된다. 트랜지스터(Q1)의 에미터는 저항(R1)을 통과해서 전력원(Vcc)에 연결되고, 트랜지스터(Q1)의 컬렉터는 저항(R2)을 통과해서 노드(FB1)에 연결된다. 트랜지스터(Q2)의 베이스는 트랜지스터(Q4)의 컬렉터에 연결되고, 상기 베이스와 컬렉터는 저항(R6)을 통해서 전력원(Vcc)에 연결된다. 트랜지스터(Q2)의 에미터는 저항(R4)을 통과해서 접지에 연결되고, 트랜지스터(Q2)의 컬렉터는 저항(R3)을 통과해서 노드(FB1)에 연결된다. 도 5(c)에서, Vout-는 저항(R15)을 통과해서 트랜지스터(Q7)의 베이스에 연결되고, 저항(R16)을 통과해서 트랜지스터(Q8)의 베이스에 연결된다. 트랜지스터(Q7)의 에미터는 전력원(Vcc)에 연결되고, 트랜지스터(Q8)의 에미터는 접지에 연결된다. 트랜지스터(Q5)의 베이스는 트랜지스터(Q7)의 컬렉터에 연결되고, 상기 베이스와 컬렉터는 저항(R11)을 통해서 접지에 연결된다. 트랜지스터(Q5)의 에미터는 저항(R7)을 통과해서 전력원(Vcc)에 연결되고, 트랜지스터(Q5)의 컬렉터는 저항(R8)을 통과해서 노드(FB2)에 연결된다. 트랜지스터(Q6)의 베이스는 트랜지스터(Q8)의 컬렉터에 연결되고, 상기 베이스와 컬렉터는 저항(R12)을 통해서 전력원(Vcc)에 연결된다. 트랜지스터(Q6)의 에미터는 저항(R10)을 통과해서 접지에 연결되고, 트랜지스터(Q6)의 컬렉터는 저항(R9)을 통과해서 노드(FB2)에 연결된다.
Vout+에서의 출력 전압(VOUT+)이 Vbe(Q4) 및 (Vcc-Vbe(Q3)) 사이 영역 내에 있으면, 트랜지스터(Q3 및 Q4)는 활성화이고, 트랜지스터(Q1 및 Q2)는 비활성화이다. 잡음 감소 네트워크는 노드(FB1)에 피드백 신호를 제공하지 않는다. VOUT+가 Vbe(Q4)보다 작으면, 트랜지스터(Q4)는 비활성화되고, 트랜지스터(Q2)는 활성화된다. 네트워크는 Q2를 통해서 노드(FB1)에 조정가능한 피드백 전류를 제공한다. VOUT+가 (Vcc-Vbe(Q3))보다 더 크면, 트랜지스터(Q3)는 비활성화되고, 트랜지스터(Q1)이 활성화된다. 네트워크는 Q1을 통과해서 노드(FB1)에 조정가능한 피드백 전류를 제공한다. 동일한 분석이 도 5(c) 회로 내의 노드(Vout-) 및 노드(FB2)에 적용된다. Vout-에서의 출력 전압(VOUT-)이 Vbe(Q8) 및 (Vcc-Vbe(Q7)) 사이 영역 내에 있으면, 트랜지스터(Q7 및 Q8)는 활성화되고, 트랜지스터(Q5 및 Q6)는 비활성화된다. 잡음 감소 네트워크는 노드(FB2)에 피드백 신호를 제공하지 않는다. VOUT-가 Vbe(Q8)보다 작으면, 트랜지스터(Q8)는 비활성화되고, 트랜지스터(Q6)는 활성화된다. 네트워크는 Q6를 통과해서 노드(FB2)에 조정가능한 피드백 전류를 제공한다. VOUT-가 (Vcc-Vbe(Q7))보다 더 크면, 트랜지스터(Q7)는 비활성화되고, 트랜지스터(Q5)이 활성화된다. 네트워크는 Q5를 통과해서 노드(FB2)에 조정가능한 피드백 전류를 제공한다.
Vbe(Q3)=Vbe(Q4)=Vbe(Q7)=Vbe(Q8)=Vbe라 가정하면, 도 5(b) 및 5(c) 내의 잡음 감소 네트워크는 VOUT+가 [0, Vbe] 및 [Vcc-Vbe, Vcc] 범위 내에 있을 때, 노드(FB1)를 통해서 조정가능한 피드백 전류를 제공하고, VOUT-가 [0, Vbe] 및 [Vcc-Vbe, Vcc] 범위 내에 있을 때 노드(FB2)를 통해서 조정가능한 피드백 전류를 제공 한다. 이들 피드백 전류는 도 4의 증폭기 제어단의 최소 스위칭 주파수를 정의한다. 증가된 최소 주파수는 도 5(d)에 개략적으로 도시된 것과 같이, 출력 신호의 "클리핑" 영역 근방에서 더 "커브진" 정현파형을 만든다.
본 발명에서, 잡음 감소 피드백 네트워크가 증폭기 제어단 및 출력단 사이에 도입된다. 잡음 감소 피드백 네트워크는 증폭기 제어단의 입력 단자를 출력단의 출력 단자와 연결한다. 상기 네트워크는 출력단의 출력 전압을 모니터링하고 출력 전압이 포화 근방에 있지 않으면 "비활성화"된 상태로 있다. 출력 전압의 파형은 실질적으로 동일한 형상을 가지는 입력 전압의 증폭된 커브이다. 출력 전압이 포화에 가까워지면, 잡음 감소 피드백 네트워크는 활성화되기 시작한다. 일 실시예에서, 상기 네트워크는 조정가능한 전류를 증폭기 제어단의 입력 단자로 보낸다. 조정가능한 전류가 증가하고, 증폭기 제어단의 최소 스위칭 주파수를 정의한다. 그 결과, 포화 근방에서 출력 전압의 파형은 입력 신호의 파형과 비교해 더 "커브진" 정현파형가 된다. 다른 실시예에서, 잡음 감소 피드백 네트워크는 증폭기 제어단의 폐루프 이득(close-loop gain)을 줄인다. 그것은 포화 근방에서 출력 전압에 대해 유사한 효과를 가져와, 포화 근방에서 출력 전압의 파형이 입력 신호의 파형과 비교해서 더 "커브진" 정형파형이 된다. 본 발명은 참고문헌의 접근방식보다 더 많은 장점을 가진다. 회로는 단순하고 고효율 및 고속 루프 응답을 가진다. 비 포화 영역 내의 출력 신호는 그 품질과 함께, "비활성화된" 잡음 감소 피드백 네트워크에 의해 영향받지 않는다. 포화 근방 및 포화 영역 내의 출력 신호는 비 포화 영역 내의 신호보다 더 작은 폐루프 이득에 의해 증폭된다. 이들의 파형은 더 "커브" 지고 다음에는 포화 영역 근방 또는 내에서 오디오 잡음을 줄이거나 제거한다.
본 발명의 명세서 및 그 응용의 기술은 예시적이고 본 발명의 범위를 한정하려는 의도가 아니다. 본 명세서에 개시된 실시예의 변형 및 개량이 가능하고, 실시예들의 다양한 요소에 실질적인 대체 및 등가물이 당업자에 알려져 있다. 본 명세서에 개시된 다른 변형 및 개량이 본 발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않고 만들어질 수 있다.
포화 상태 근방의 출력 신호를 탐지하고, 증폭기의 제어단으로 조정가능한 전류를 제공해서, 출력 신호를 변조하여 포화 근방의 진동을 제거한다.

Claims (25)

  1. 입력 신호를 제공하는 단계;
    상기 입력 신호로부터 제1 신호를 도출하고, 증폭기 제어단을 통해서 출력단으로 상기 제1 신호를 제공하는 단계;
    출력 신호를 생성하는 상기 출력단을 구동하기 위해 상기 제1 신호를 사용하는 단계; 및
    상기 출력 신호로부터 잡음 감소 신호(noise reduction signal)를 도출하고, 잡음 감소 피드백 네트워크를 통해서 상기 증폭기 제어단으로 상기 잡음 감소 신호를 제공하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입력 신호는 아날로그 오디오 신호인 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 증폭기 제어단의 최소 스위칭 주파수를 변조하기 위해 상기 잡음 감소 신호를 사용하는 단계를 더 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 증폭기 제어단의 폐루프 이득(closed loop gain)을 변조하기 위해 상기 잡음 감소 신호를 사용하는 단계를 더 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 증폭기 제어단의 최소 스위칭 주파수 및 폐루프 이득을 변조하기 위해 상기 잡음 감소 신호를 사용하는 단계를 더 포함하는 방법.
  6. 입력 신호를 제공하는 단계;
    상기 입력 신호로부터 제1 신호를 도출하고, 증폭기 제어단을 통해서 출력단으로 상기 제1 신호를 제공하는 단계;
    제2 신호를 생성하는 상기 출력단을 구동하기 위해 상기 제1 신호를 사용하는 단계;
    출력 신호를 획득하기 위해 상기 제2 신호를 필터링하는 단계; 및
    상기 출력 신호로부터 잡음 감소 신호를 도출하고, 잡음 감소 피드백 네트워크를 통해서 상기 증폭기 제어단으로 상기 잡음 감소 신호를 제공하는 단계
    를 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 입력 신호는 아날로그 오디오 신호인 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 증폭기 제어단의 최소 스위칭 주파수를 변조하기 위해 상기 잡음 감소 신호를 사용하는 단계를 더 포함하는 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 증폭기 제어단의 폐루프 이득을 변조하기 위해 상기 잡음 감소 신호를 사용하는 단계를 더 포함하는 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 증폭기 제어단의 최소 스위칭 주파수 및 폐루프 이득을 변조하기 위해 상기 잡음 감소 신호를 사용하는 단계를 더 포함하는 방법.
  11. 입력 오디오 신호를 수신하고 제1 신호를 생성하는 증폭기 제어단;
    상기 증폭기 제어단에 연결되고, 출력 신호를 생성하기 위해 상기 제1 신호에 반응하는 출력단; 및
    상기 출력 신호를 수신하고, 상기 제어단으로 잡음 감소 신호를 생성하는 잡음 감소 네트워크 ― 상기 잡음 감소 네트워크는 상기 출력 신호를 모니터링하고, 포화 조건 근방의 상기 출력 신호를 탐지하고, 포화 근방의 가청 진동을 제거하기 위해 상기 제어단을 변조할 수 있음 ―
    를 포함하는 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 잡음 감소 네트워크는
    상기 출력 신호를 수신하고, 제어 신호를 변조 회로로 생성하는 탐지 회로; 및
    상기 제어 신호를 상기 탐지 회로로부터 수신하고, 조정가능한 신호 또는 복수의 조정 가능한 신호들을 상기 증폭기 제어단으로 생성하고, 출력 포화 근방의 가청 진동을 제거하기 위해 상기 증폭기 제어단을 변조하는 변조 회로
    를 포함하는 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 탐지 회로는 두 개의 백 투 백 트랜지스터(back-to-back transistor)를 포함하고, 상기 두 개의 백 투 백 트랜지스터는 상기 출력 신호를 모니터링하고, 포화 조건 근방의 상기 출력 신호를 탐지하고, 상기 출력 신호가 미리 설정된 값 이상이면 활성화되고, 상기 두 개의 백 투 백 트랜지스터가 활성화시에 상기 변조 회로로 제어 신호 또는 복수의 제어 신호들을 제공하는 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 탐지 회로는 두 개의 백 투 백 "제너" 다이오드를 포함하고, 상기 두 개의 백 투 백 "제너" 다이오드는 상기 출력 신호를 모니터링하고, 포화 조건 근방의 상기 출력 신호를 탐지하고, 상기 출력 신호가 미리 설정된 값 이상이면 활성화 되고, 상기 두 개의 백 투 백 제너 다이오드가 활성화시에 상기 변조 회로로 제어 신호 또는 복수의 제어 신호들을 제공하는 장치.
  15. 제13항 또는 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변조 회로는 상기 제어 신호를 상기 탐지 회로로부터 수신하고, 상기 제어단을 변조하기 위해 변조 신호를 생성하는 변조 트랜지스터를 포함하는 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 변조 트랜지스터는 복수의 변조 트랜지스터들의 집합 중 하나이고, 상기 변조 신호는 복수의 변조 신호들의 집합 중 하나인 장치.
  17. 제12항에 있어서, 상기 탐지 회로는
    상기 출력 신호를 모니터링하고, 포화 조건 근방의 상기 출력 신호를 탐지하고, 상기 출력 신호가 미리 설정된 값 내로 양의 공급 전압에 가깝지 않으면 활성화되는 제1 탐지 트랜지스터; 및
    상기 출력 신호를 모니터링하고, 포화 조건 근방의 상기 출력 신호를 탐지하고, 상기 출력 신호가 미리 설정된 값 내로 음의 공급 전압 또는 접지 전압에 가깝지 않으면 활성화되는 제2 탐지 트랜지스터
    를 포함하는 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 탐지 트랜지스터는 복수의 탐지 트랜지스터들의 집합중 하나이고, 상기 제2 탐지 트랜지스터는 복수의 탐지 트랜지스터들의 제2 집합중 하나인 장치.
  19. 제17항에 있어서, 상기 변조 회로는
    상기 제어 신호를 수신하고 이에 반응하기 위해 상기 제1 탐지 트랜지스터에 연결되는 제1 변조 트랜지스터 ― 상기 제1 탐지 트랜지스터가 비활성화 시에 상기 제1 변조 트랜지스터는 활성화되고, 상기 제1 탐지 트랜지스터가 활성화시에 상기 제1 변조 트랜지스터는 비활성화됨 ―; 및
    상기 제어 신호를 수신하고 이에 반응하기 위해 상기 제2 탐지 트랜지스터에 연결되는 제2 변조 트랜지스터 ― 상기 제2 탐지 트랜지스터가 비활성화 시에 상기 제2 변조 트랜지스터는 활성화되고, 상기 제2 탐지 트랜지스터가 활성화시에 상기 제2 변조 트랜지스터는 비활성화됨 ―
    를 포함하는 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1 변조 트랜지스터는 변조 트랜지스터들의 제1 집합 중 하나이고, 상기 제2 변조 트랜지스터는 변조 트랜지스터들의 제2 집합 중 하나인 장치.
  21. 아날로그 오디오 입력 신호를 제공하는 단계;
    상기 입력 신호로부터 증폭기 제어단을 통해서 뱅뱅 제어기(bang-bang controller)로 제1 신호를 도출하는 단계;
    상기 제1 신호로부터 제2 신호의 생성을 트리거(trigger)하기 위해 상기 뱅뱅 제어기를 사용하는 단계;
    출력단으로 상기 제2 신호를 제공하는 단계;
    출력 신호를 생성하는 상기 출력단을 구동하기 위해 상기 제2 신호를 사용하는 단계;
    잡음 감소 네트워크에 의해 상기 출력 신호로부터 잡음 감소 신호를 도출하는 단계; 및
    출력 포화 근방의 가청 진동을 제거하기 위해서 상기 뱅뱅 제어기로 상기 잡음 감소 신호를 연결하는 단계를 포함하고,
    상기 출력단에 의해 생성된 상기 출력 신호는 상기 입력 신호를 실질적으로 나타내는 증폭된 출력 신호인 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 잡음 감소 네트워크는 두 개의 백 투 백 트랜지스터의 활성 전압과 상기 출력 신호를 비교해서 포화 근방에 있는 상기 출력 신호를 탐지하는 방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 잡음 감소 네트워크는 두 개의 백 투 백 "제너" 다이오드의 활성 전압 과 상기 출력 신호를 비교해서 포화 근방에 있는 상기 출력 신호를 탐지하는 방법.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 잡음 감소 네트워크는 트랜지스터를 통해 상기 증폭기의 양의 공급 전압과 상기 출력 신호를 비교해서 포화 근방에 있는 상기 출력 신호를 탐지하는 방법.
  25. 제21항에 있어서,
    상기 잡음 감소 네트워크는 트랜지스터를 통해 음의 공급 전압 또는 접지 전압과 상기 출력 신호를 비교해서 포화 근방에 있는 상기 출력 신호를 탐지하는 방법.
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