KR20120006732A - 전원 노이즈 개선용 증폭기를 갖는 전원장치 - Google Patents

전원 노이즈 개선용 증폭기를 갖는 전원장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예는 전원 노이즈 개선용 증폭기를 갖는 전원장치에 관한 것이다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 전원 노이즈 개선용 증폭기를 갖는 전원장치는 전원전압(Vcc)을 변환하여 제1 전압(+Vx)을 출력하는 제1 레귤레이터; 상기 전원전압을 이용하여 부극성 전압을 생성 및 출력하는 부전압 발생기; 상기 부극성 전압을 변환하여 제2 전압(-Vy)을 출력하는 제2 레귤레이터; 및 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압을 바이어스 전원으로 인가받으며, 입력된 신호를 증폭시켜 출력하는 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전원 노이즈 개선용 증폭기를 갖는 전원장치{Power Supply Device Having Amplifier for Reducing Power Supply Noise}
본 발명의 실시예는 전원 노이즈 개선용 증폭기를 갖는 전원장치에 관한 것이다. 더 상세하게는 증폭기의 PSRR(Power Supply Rejection Ratio) 개선 및 증폭기의 출력단과 부하 간에 외부 커패시터 없이 직접 헤드폰 등을 연결하여 장치를 구동할 수 있는 전원 노이즈 개선용 증폭기를 갖는 전원장치에 관한 것이다.
일반적으로 MP3(MPEG Audio Layer-3) 플레이어 및 MP3 기능을 내재한 휴대폰 등은 이어폰 또는 헤드폰을 사용하기 위한 회로를 구비하게 되는데, 이 회로는 기본적으로 신호를 증폭하기 위한 증폭기를 포함하고 있다. 이러한 증폭기를 포함하는 장치는 일반적으로 단전원(혹은 단일전원)을 사용한다.
도 1은 종래 기술에 따른 단전원을 사용한 음향재생장치의 회로도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 음향재생장치는 제1 결합커패시터(C1), 증폭기(100), 제2 결합커패시터(C2) 및 부하(110)를 포함한다.
여기서, 제1 결합커패시터(C1)는 증폭기(100)의 입력단에 연결되며 직류를 제외한 저주파 입력신호(VG)가 증폭기(100)에 인가되도록 한다.
증폭기(100)는 전원단자가 전원전압(Vcc) 및 접지에 각각 연결되며, 증폭기(100)에 인가되는 신호가 없는 경우 증폭기(100)의 입력단자와 출력단자의 바이어스 전압은 일반적으로 전원전압(Vcc)의 1/2배에 해당하는 전압이 출력된다.
그런데 음향재생장치의 과도상태 등에 따라 전원전압(Vcc)이 ±ΔV 만큼 변동하게 되는 경우, 입력단자 및 출력단자의 바이어스 전압도 ±ΔV/2 만큼 변하게 된다. 일반적으로 ±ΔV의 절대값은 시간에 따라 크기가 변하며, 크기는 대략 전원전압(Vcc)의 ±10 % 내외이다. 입력신호(VG)와 무관하게 전원전압(Vcc)이 계속하여 ±ΔV 만큼 변하면 출력에는 ±ΔV/2 전압이 노이즈(noise)로서 출력되는 것이다.
증폭기(100)의 출력단에는 바이어스 전압(전원전압의 1/2)과 입력신호(VG)가 증폭된 신호가 나온다. 이때 부하(110)가 입력신호의 증폭된 신호만 원하게 되면 바이어스 전압이 부하에 공급되는 것을 막기 위하여 증폭기(100)의 출력단에는 제2 결합커패시터(C2)가 필요하다. 제2 결합커패시터(C2)는 증폭기(100)에서 저주파 입력신호(VG)가 증폭하여 출력될 때, 증폭기(100)의 출력단을 통해 Vcc/2의 직류 바이어스 전압이 공급되지 않도록 한다.
그런데 이러한 음향재생장치의 경우 증폭기(100)의 출력단에 연결된 제2 결합커패시터(C2)는 음향신호를 인간이 들을 수 있는 가청대역의 하한 주파수인 20 ㎐까지 손실 없이 부하(110)에 공급해야 하기 때문에 대용량으로 구성된다. 다시 말해, 부하(110)의 저항값이 16 ~ 32 옴[Ω]이라 가정하면, 관계식 1/(2π×20 ㎐ × 부하 저항값)에 따라 대략 500 ㎌의 용량을 갖게 된다.
이와 같이 증폭기(100)의 출력 커패시터의 용량이 크기 때문에 결국 소자의 물리적인 크기도 이에 따라 증가할 수밖에 없다. 이로 인해 음향재생장치를 소형화하는 데에 많은 어려움이 있다.
본 발명의 실시예에서는 증폭기와 부하 사이에 출력 커패시터를 사용하지 않고서도 입력신호를 리플(ripple) 없이 증폭시켜 출력할 수 있는 전원 노이즈 개선용 증폭기를 갖는 전원장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 전원노이즈 개선용 증폭기를 갖는 전원장치는 전원전압(Vcc)을 변환하여 제1 전압(+Vx)을 출력하는 제1 레귤레이터; 상기 전원전압을 이용하여 부극성 전압을 생성 및 출력하는 부전압 발생기; 상기 부극성 전압을 변환하여 제2 전압(-Vy)을 출력하는 제2 레귤레이터; 및 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압을 바이어스 전원으로 인가받으며, 입력된 신호를 증폭시켜 출력하는 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 전원노이즈 개선용 증폭기를 갖는 전원장치는 전원전압(Vcc)을 변환하여 제1 전압(+Vx)을 출력하는 제1 레귤레이터; 상기 제1 전압(+Vx)을 이용하여 부극성 전압을 생성 및 출력하는 부전압 발생기; 상기 부극성 전압을 변환하여 제2 전압(-Vy)을 출력하는 제2 레귤레이터; 및 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압을 바이어스 전원으로 인가받으며, 입력된 신호를 증폭시켜 출력하는 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 전원노이즈 개선용 증폭기를 갖는 전원장치는 전원전압(Vcc)을 변환하여 제1 전압(+Vx)을 출력하는 레귤레이터; 상기 제1 전압을 이용하여 부극성 전압(-Vdd)을 생성 및 출력하는 부전압 발생기; 및 상기 제1 전압 및 상기 부극성 전압을 바이어스 전원으로 인가받으며, 입력된 신호를 증폭시켜 출력하는 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전원 노이즈 개선용 증폭기를 갖는 전원장치의 부하를 통해 리플 없는 출력신호를 검출할 수 있게 됨으로써 헤드폰 등을 부하에 접속하는 경우 노이즈 없는 깨끗한 음을 재생할 수 있게 된다.
또한 종래 대비 증폭기의 출력단에 연결되던 결합 커패시터를 사용하지 않게 됨으로써 전원 노이즈 개선용 증폭기를 갖는 전원장치의 소형화를 추구할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 단전원을 사용한 음향재생장치의 회로도,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전원 노이즈 개선용 증폭기를 갖는 전원장치의 회로도,
도 3a는 도 2의 부전압 발생기에 적용가능한 하나의 예시도,
도 3b는 도 2의 부전압 발생기에 적용가능한 다른 예시도,
도 3c는 도 2의 부전압 발생기에 적용가능한 또 다른 예시도,
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전원 노이즈 개선용 증폭기를 갖는 전원장치의 회로도,
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전원 노이즈 개선용 증폭기를 갖는 전원장치의 회로도이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 대한 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시될 수 있으므로 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전원 노이즈 개선용 증폭기를 갖는 전원장치의 회로도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전원 노이즈 개선용 증폭기를 갖는 전원장치는 제1 레귤레이터(200), 부전압 발생기(210), 제2 레귤레이터(220) 및 증폭기(230)를 포함하며, 부하(240)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 제1 레귤레이터(200)는 전원전압(Vcc)을 공급받아 제1 전압(+Vx)으로 출력한다. 이때 제1 레귤레이터(200)는 전원전압(Vcc)의 크기가 Vcc ± ΔV의 전압이 되더라도 출력전압을 항상 제1 전압(+Vx)으로 안정화시켜 출력한다.
예를 들어 전원장치는 전원전압(Vcc)을 주변 회로와 연동하여 사용함에 따라 전원전압(Vcc)의 변동이 발생할 수 있는데, 이러한 전원전압(Vcc)의 주기적인 변화와 리플은 등가의 노이즈로 표현될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 제1 레귤레이터(200)는 변동된 전원전압(Vcc)에 포함되는 노이즈 혹은 리플(ripple)을 감쇄시켜 주는 역할을 한다. 그 결과 제1 레귤레이터(200)에 의해 조절된 제1 전압(+Vx)은 매우 안정된 직류 전압원이 된다. 이와 같이 증폭기(230)가 안정된 제1 전압(+Vx)을 전원으로 사용하게 되면 회로 내의 각 바이어스 전압이 안정되고, 증폭기(230)의 출력전압(Vout)도 일정하게 유지되므로 부하(240)에는 전원전압(Vcc)의 변동에 따른 노이즈가 출력되지 않게 된다.
제1 레귤레이터(200)는 전원전압(Vcc)의 전압 레벨을 조정하여 출력할 수도 있다. 즉 입력된 전원전압(Vcc)에 대한 승압 또는 감압을 통해 제1 전압(+Vx)이 전원전압(Vcc)의 크기보다 크거나 작게 할 수 있다. 이와 같은 제1 전압(+Vx)의 크고 작은 전압 레벨은 부하(240)에 연결되는 음향재생기, 예컨대 스피커, 이어폰 또는 헤드폰 등의 종류에 따라 결정된다. 이와 같은 전압 레벨 조정시 제1 레귤레이터(200)는 제1 전압(+Vx)의 리플 또한 감쇄하여 출력한다.
본 발명의 실시예에 따른 제1 레귤레이터(200)는 전압 강하형 리니어 레귤레이터가 사용될 수 있다. 제1 레귤레이터(200)는 스위칭 레귤레이터 등 다양한 레귤레이터를 포함할 수 있는데, 리니어 레귤레이터는 스위칭 레귤레이터에서와 같이 내부의 스위칭 동작에 의해 또다시 발생할 수 있는 노이즈 문제를 전혀 고려하지 않아도 되는 장점을 갖는다. 리니어 레귤레이터는 내부 구조적으로 1 ~ 1.5 V 가량의 전압강하를 발생시킨다. 따라서 10 V의 전원전압(Vcc)이 리니어 레귤레이터로 입력되면 9 ~ 8. 5 V 정도의 전압으로 강하되어 출력될 수 있다.
통상적인 저주파 증폭기의 PSRR은 60 ㏈ 내외이다. 만약 핸드폰에서 발생하는 전원 잡음을 기준으로 하여 전원전압(Vcc)에 200 ㎷의 저주파 대역의 잡음이 실린다면 증폭기(230)의 출력에는 200 ㎶의 잡음이 발생한다. 그러나 본 발명의 실시예에 따라 제1 레귤레이터(200)가 전원 노이즈를 줄이기 때문에 출력전압의 변동율(δ)이 1 %만 되더라도 증폭기(230)의 출력단에서 검출되는 노이즈는 증폭기(230)의 PSRR과 출력전압의 변동률(δ)의 합에 의해 2 ㎶ 즉 100 ㏈ 정도가 되므로 전체적으로는 증폭기(230)의 PSRR이 대폭 향상된다.
본 발명의 실시예에 따른 부전압 발생기(210)는 전원전압(Vcc)을 이용하여 부극성 전압(-Vdd)을 생성 및 출력한다. 만약, 전원전압(Vcc)이 10 V에 상당하는 전압이라면 부극성 전압(-Vdd)은 전원전압(Vcc)과 동일한 레벨의 부극성 전압(-Vdd)을 생성하거나, 그보다 작은 - 9 V 정도에 해당되는 전압을 생성할 수 있다. 전원장치의 크기 및 제조 비용 등을 고려해 볼 때, 본 발명의 실시예에 따른 부전압 발생기(210)는 규모가 작은 부품을 사용하거나 최소량의 부품을 사용하여 설계하는 것이 바람직하다. 이에 본 발명의 실시예에 따른 부전압 발생기(210)는 스위칭 방식을 이용한 차지 펌프(charge pump) 회로, 스텝 업 컨버터(step up convertor) 및 스텝 다운 컨버터(step down convertor) 등의 방식을 채택할 수 있다.
이와 같은 스위칭 방식을 부전압 발생기(210)에 적용하는 경우, 스위칭 동작에 의한 리플 전압이 부극성 전압(-Vdd)에 발생할 수 있다. 이를 개선하기 위하여 제2 레귤레이터(220)는 부전압 발생기(210)의 출력단과 증폭기(230)의 전원공급단자 사이에서 연동할 수 있다. 제2 레귤레이터(220)는 부전압 발생기(210)에서 제공하는 부극성 전압(-Vdd)을 안정화시켜 제2 전압(-Vy)을 출력하거나, 가령 리니어 레귤레이터 등을 통해 전압을 강하시켜 제2 전압(-Vy)을 출력한다. 이러한 제2 레귤레이터(220)와 관련해서는 제1 레귤레이터(200)의 기술 내용과 크게 다르지 않으므로 앞서 설명한 내용들로 대신하고자 하며, 더 이상의 설명은 생략한다.
증폭기(230)의 전원공급단자, 즉 V+ 단자는 제1 레귤레이터(200)에 접속되어 양극성 전압의 제1 전압(+Vx)을 인가받고, V- 단자는 제2 레귤레이터(220)에 접속되어 부극성 전압의 제2 전압(-Vy)을 인가받는다. 또한 증폭기(230)의 입력단에 제공된 입력신호(VG)는 증폭기(230)를 통해 증폭하여 출력되며, 증폭된 출력신호는 DC O V를 기준으로 제1 전압(+Vx)과 제2 전압(-Vy) 사이를 스윙하여 출력된다. 다시 말해 증폭기(230)는 제1 레귤레이터(200)에 의해 안정된 제1 전압(+Vx)과 2 레귤레이터(220)에 의해 안정된 제2 전압(-Vy)으로 동작하여 출력단 바이어스 전압(Vout)을 O V로 출력하고, 출력신호는 DC O V를 기준으로 출력하도록 함으로써 전원전압(Vcc)에 의한 노이즈의 영향을 없애고, 나아가 결합커패시터 없이 출력신호가 부하(240)에 공급되도록 한다.
본 발명의 실시예에 따라 증폭기(230)의 제1 전압(+Vx) 및 제2 전압(-Vy)의 절대값의 크기는 실질적으로 동일한 것이 바람직하다. 그래야만 증폭기(230)의 입력 및 출력단자 바이어스 전압을 0 V로 설정하는 것이 비교적 수월하게 되고, 또 증폭기(230)에서 신호의 최대 출력시 제1 전압(+Vx) 및 제2 전압(-Vy)의 클리핑(clipping)도 상하 동시에 발생할 수 있어 증폭기(230)의 전압 이용률이 좋아지기 때문이다. 이와 같이 제1 전압(+Vx) 및 제2 전압(-Vy)의 절대값의 크기를 동일하게 유지하기 위하여 가령 제1 레귤레이터(200) 및 제2 레귤레이터(220)에 사용되는 리니어 레귤레이터의 특성과 부전압 발생기(210)에 사용되는 스위칭 회로 등의 특성을 함께 고려해야 한다. 또한 전원장치에 따라서는 두 전압의 크기를 다르게 사용할 수도 있으므로, 이의 경우에는 증폭기(230)에서 출력되는 출력신호가 제1 전압(+Vx)을 초과하지 않도록 설계해야 한다. 이러한 조건을 만족한다면 증폭기(230)의 출력단 바이어스 전압이 0 V가 되도록 가령 증폭기(230)의 증폭률을 조절하는 등의 설계를 통해 얼마든지 보완할 수 있기 때문이다.
부하(240)는 저항, 코일, 커패시터 등으로 이루어질 수 있다. 부하(240)의 일측 단자는 증폭기(230)의 출력단에 연결되며 타측 단자는 접지에 연결된다. 부하(240)의 양단에는 음향재생기, 예컨대 스피커, 이어폰 또는 헤드폰 등이 연결될 수 있으며, 증폭기(230)를 통해 증폭된 출력신호는 음향재생기를 통해 출력된다.
지금까지 설명한 바 있는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전원 노이즈 개선용 증폭기를 갖는 전원장치는 증폭기(230)의 신호 주파수 대역이 부전압 발생기(210)가 동작하는 스위칭 주파수보다 낮은 대역에 해당되는 경우, 전체 시스템의 효율을 향상시키기 위하여 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
도 3a는 도 2의 부전압 발생기에 적용가능한 하나의 예시도이고, 도 3b는 도 2의 부전압 발생기에 적용가능한 다른 예시도이며, 도 3c는 도 2의 부전압 발생기에 적용가능한 또 다른 예시도이다. 이는 도 4 및 도 5에서의 부전압 발생기에도 공통적으로 적용될 수 있을 것이다.
도 3a를 도 2와 함께 참조하면, 차지 펌프 회로는 제1 내지 제4 스위칭소자(S1, S2, S3, S4), 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)를 포함한다. 제1 스위칭소자(S1)의 일측 단자는 전원전압(Vcc)에 연결되고, 타측 단자는 제1 커패시터(C1)의 일측 단자 및 제3 스위칭소자(S3)의 일측 단자에 연결된다. 제2 스위칭소자(S2)의 일측 단자는 접지에 연결되며, 타측 단자는 제1 커패시터(C1)의 타측 단자 및 제4 스위칭소자(S4)의 일측 단자에 연결된다. 제3 스위칭소자(S3)의 타측 단자는 제2 커패시터(C2)의 일측 단자 및 접지에 연결되며, 제4 스위칭소자(S4)의 타측 단자는 제2 커패시터(C2)의 타측 단자 및 부전압 발생기(210)의 입력단에 연결된다.
위의 구성에 따라 제3 및 제4 스위칭소자(S3, S4)가 턴오프된 상태에서 제1 스위칭소자(S1) 및 제2 스위칭소자(S2)가 턴온되면 제1 커패시터(C1)에는 전원전압(Vcc)이 차징되고, 제1 스위칭소자(S1) 및 제2 스위칭소자(S2)가 턴오프됨과 동시에 제3 및 제4 스위칭소자(S3, S4)가 턴온되면 제2 커패시터(C2)에는 전원전압(Vcc)과 동일한 전압이 차징된다. 이후 제1 스위칭소자(S1) 및 제2 스위칭소자(S2)가 턴온됨과 동시에 제3 및 제4 스위칭소자(S3, S4)가 턴오프되면 제2 커패시터(C2)에 차징된 전원전압(Vcc)의 부극성 전압(-Vdd)이 생성 및 출력된다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 부전압 발생기(210)는 장치의 규모가 아닌 성능 등을 고려하는 경우라면 예를 들어 도 3b에서와 같이 전원전압(Vcc)의 입력단에서 제1 저항(R1)과 제1 커패시터(C1)의 일단이 서로 연결되어 이루어진 노드(node)에 접속하는 발진회로(TC1)와 그 발진회로(TC1)에 연결된 제2 저항(R2) 및 제2 커패시터(C2)의 시정수 회로로 구성된 발진부(OC), 제2 저항(R2)의 일단이 접속되어 있는 발진회로(TC1)의 출력단(OT)에 연결된 제3 커패시터(C3)와 제1 다이오드(D1)로 구성되며 발진회로(TC1)의 출력을 마이너스 클램핑하게 되는 클램프회로(CP1), 및 클램프회로(CP1)에 역방향으로 접속된 제2 다이오드(D2)와 제4 커패시터(C4)로 구성되어 마이너스 클램핑된 신호를 부전압 검파하는 검파회로(DV1)로 이루어질 수 있다.
이와 같은 구성에 따라, 전원전압(Vcc)이 입력되면 제1 저항(R1)을 통하여 제1 커패시터(C1)를 충전시킨 후에 안정된 전원으로 되어 발진회로(TC1)에 인가된다. 그에 따라, 발진회로(TC1: 예컨대 타이머 555로 구성)에서는 제2 저항(R2)과 제2 커패시터(C2)에 의해 결정되는 주파수, 예컨대 1 ㎒ 정도의 구형파가 출력된다.
이어 구형파의 발진전압은 제3 커패시터(C3)와 제1 다이오드(D1)로 구성된 클램프 회로(CP1)에 의해 구형파인 발진전압 파형의 상부가 O〔V〕전위에 일치되는 마이너스 클램프가 이루어진 파형을 갖게 된다.
이렇게 부 특성을 갖도록 클램핑된 전압은 역방향으로 접속된 제2 다이오드(D2)에 의해 부전압 반파정류가 이루어지게 되며, 제2 다이오드(D2)와 제4 커패시터(C4)로 구성된 검파회로(DV1)에서 클램프회로(CP1)에 의해 클램핑된 부전압을 검파하여 거의 일정한 부극성 전압(-Vdd)을 얻을 수 있게 된다.
또 다른 예로서 본 발명의 실시예에 따른 부전압 발생기(210)는 도 3c에서와 같은 반전 레귤레이터(inverting regulator)로 이루어질 수도 있다. 도 3c에서 볼 때, 반전 레귤레이터의 트랜지스터가 포화될 경우, 인덕터를 통해 전류가 흐르게 된다. 트랜지스터(TR)가 차단되면 자기장은 사라지고 유도성 킥백(kick back)은 동일한 방향으로 전류의 흐름을 유지하게 된다. 이때 트랜지스터(TR)가 차단되었으므로 커패시터(C)를 통하는 것이 유일한 통로가 되며, 커패시터(C)를 통한 충전전류의 방향을 검출하게 되면 출력전압 즉 부극성 전압(-Vdd)이 되는 것이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전원노이즈 개선용 증폭기를 갖는 전원장치의 회로도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전원노이즈 개선용 증폭기를 갖는 전원장치는 제1 레귤레이터(400), 부전압 발생기(410), 제2 레귤레이터(420) 및 증폭기(430)를 포함하며, 부하(440)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전원장치의 부전압 발생기(410)를 본 발명의 제1 실시예에 따른 전원장치의 부전압 발생기(210)와 대비해 볼 때, 부전압 발생기(410)는 전원전압(Vcc)이 아닌 제1 레귤레이터(400)의 출력전압 즉 제1 전압(+Vx)을 제공받는다.
그 결과 도 2의 전원장치 대비 도 4의 전원장치는 부전압 발생기(410)가 스위칭 방식으로 구성될 때, 스위칭소자의 스위칭 손실을 줄여주어 전체 시스템의 효율을 향상시키는 효과를 갖게 된다.
다시 말해, 스위칭 방식을 부전압 발생기(410)에 사용하는 경우, 스위칭소자의 스위칭 손실(X)이 발생할 수 있다. 스위칭소자의 기생커패시터를 Cp라 하고, 스위칭 주파수를 fs라고 하면, 스위칭손실(X)은 <수학식 1>과 같이 표현된다.
Figure pat00001
<수학식 1>에서 볼 때, 전원전압(Vcc)을 줄이게 되면 부전압 발생기(410)의 스위칭 손실(X)은 제곱으로 줄게 된다. 즉 부전압 발생기(410)의 입력 전압이 Vcc 보다 낮은 제1 전압(+Vx)으로 공급되면 부전압 발생기(410)의 스위칭 손실이 줄어 전체 시스템의 효율이 향상되는 것이다.
그 이외에 본 발명의 제2 실시예에 따른 전원장치의 제1 레귤레이터(400), 부전압 발생기(410), 제2 레귤레이터(420), 증폭기(430) 및 부하(440) 등과 관련해서는 도 2를 참조하여 설명한 전원장치의 내용들과 크게 다르지 않으므로 앞선 내용들로 대신하고자 하며 더 이상의 설명은 생략하고자 한다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전원노이즈 개선용 증폭기를 갖는 전원장치의 회로도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 전원노이즈 개선용 증폭기를 갖는 전원장치는 레귤레이터(500), 부전압 발생기(510) 및 증폭기(520)를 포함한다. 또한 전원장치는 부하(530)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 전원장치를 도 4의 전원장치와 대비해 볼 때, 레귤레이터(500)는 도 4에 도시된 바 있는 제1 레귤레이터(400)와 크게 다르지 않다. 이에 레귤레이터(500)와 관련해서는 도 4를 참조하여 설명한 제1 레귤레이터(400)의 내용들로 대신하고자 하며, 별도의 설명은 생략하도록 한다.
부전압 발생기(510)는 레귤레이터(500)의 제1 전압(+Vx)을 제공받으며, 제공된 제1 전압(+Vx)을 이용하여 부극성 전압(-Vdd)을 생성 및 출력한다. 이때 부전압 발생기(510)가 레귤레이터(500)의 제1 전압(+Vx)을 제공받아 별도의 리플 전압을 발생시키기 않고 안정되게 제1 전압(+Vx)의 부극성 전압을 생성할 수 있다면 부극성 전압(-Vdd)으로서는 제1 전압(+Vx)의 부극성 전압인 제2 전압(-Vx)이 생성 및 출력될 수 있을 것이다.
예를 들어, 부전압 발생기(510)의 출력단에 출력 커패시터를 구성함으로써 리플 전압을 수십 ㎷ 이하로 줄일 수 있고, 리플 주파수가 가청대역보다 10배 이상의 높은 주파수로 동작하도록 함으로써 증폭기(520)의 출력에 리플 주파수가 나타나더라도 청감상 크게 문제되지는 않을 것이다. 이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 전원장치는 증폭기(520)의 PSRR을 개선할 수 있고, 또 증폭기(520)의 출력단자와 부하(530) 간의 바이어스 전압을 0 V로 설정할 수 있어 증폭기(520)의 출력단에 결합커패시터(coupling capacitor)가 사용되지 않게 된다.
이와 같은 부분을 제외한 증폭기(520) 및 부하(530) 등과 관련해서는 도 4를 참조하여 설명한 내용들과 다르지 않으므로 별도의 설명은 생략한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
그리고, 명세서상에 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
100, 230, 430, 520: 증폭기 110, 240, 440, 530: 부하
210: 410, 510: 부전압 발생기 200, 400: 제1 레귤레이터
220, 420: 제2 레귤레이터 500: 레귤레이터

Claims (11)

  1. 전원전압(Vcc)을 변환하여 제1 전압(+Vx)을 출력하는 제1 레귤레이터;
    상기 전원전압을 이용하여 부극성 전압을 생성 및 출력하는 부전압 발생기;
    상기 부극성 전압을 변환하여 제2 전압(-Vy)을 출력하는 제2 레귤레이터; 및
    상기 제1 전압 및 상기 제2 전압을 바이어스 전원으로 인가받으며, 입력된 신호를 증폭시켜 출력하는 증폭기를
    포함하는 것을 특징으로 하는 전원 노이즈 개선용 증폭기를 갖는 전원장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전압(+Vx)과 상기 제2 전압(-Vy)의 절대값 크기는 서로 같고, 상기 제1 전압(Vx) 및 상기 제2 전압(-Vy)의 절대값 크기는 상기 전원전압의 절대값 크기보다 크거나 작은 것을 특징으로 하는 전원 노이즈 개선용 증폭기를 갖는 전원장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레귤레이터는 상기 전원전압을 강하시켜 출력하고, 상기 제2 레귤레이터는 상기 부극성 전압을 강하시켜 출력하는 리니어 레귤레이터인 것을 특징으로 하는 전원 노이즈 개선용 증폭기를 갖는 전원장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 부전압 발생기는 차지 펌프(charg pump) 회로, 스텝 업(step up) 컨버터 및 스텝 다운(step down) 컨버터 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전원 노이즈 개선용 증폭기를 갖는 전원장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 부전압 발생기가 상기 차지 펌프(charg pump) 회로를 포함하는 경우,
    상기 차지 펌프 회로는,
    일측 단자가 상기 전원전압에 연결되는 제1 스위칭소자;
    일측 단자가 접지에 연결되는 제2 스위칭소자;
    양 단자가 상기 제1 스위칭소자 및 상기 제2 스위칭소자의 타측 단자에 각각 연결되는 제1 커패시터;
    일측 단자가 상기 제1 스위칭소자의 타측 단자에 연결되는 제3 스위칭소자;
    일측 단자가 상기 제2 스위칭소자의 타측 단자에 연결되는 제4 스위칭소자; 및
    일측 단자가 상기 제3 스위칭소자의 타측 단자 및 상기 접지에 연결되고, 타측 단자가 상기 제4 스위칭소자의 타측 단자 및 상기 제2 레귤레이터의 입력단에 연결되는 제2 커패시터를
    포함하는 것을 특징으로 하는 전원 노이즈 개선용 증폭기를 갖는 전원장치.
  6. 전원전압(Vcc)을 변환하여 제1 전압(+Vx)을 출력하는 제1 레귤레이터;
    상기 제1 전압(+Vx)을 이용하여 부극성 전압을 생성 및 출력하는 부전압 발생기;
    상기 부극성 전압을 변환하여 제2 전압(-Vy)을 출력하는 제2 레귤레이터; 및
    상기 제1 전압 및 상기 제2 전압을 바이어스 전원으로 인가받으며, 입력된 신호를 증폭시켜 출력하는 증폭기를
    포함하는 것을 특징으로 하는 전원 노이즈 개선용 증폭기를 갖는 전원장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 부전압 발생기는 차지 펌프(charg pump) 회로를 포함하며,
    상기 차지 펌프 회로는,
    일측 단자가 상기 제1 레귤레이터의 출력단에 연결되는 제1 스위칭소자;
    일측 단자가 접지에 연결되는 제2 스위칭소자;
    양 단자가 상기 제1 스위칭소자 및 상기 제2 스위칭소자의 타측 단자에 각각 연결되는 제1 커패시터;
    일측 단자가 상기 제1 스위칭소자의 타측 단자에 연결되는 제3 스위칭소자;
    일측 단자가 상기 제2 스위칭소자의 타측 단자에 연결되는 제4 스위칭소자; 및
    일측 단자가 상기 제3 스위칭소자의 타측 단자 및 상기 접지에 연결되고, 타측 단자가 상기 제4 스위칭소자의 타측 단자 및 상기 제2 레귤레이터의 입력단에 연결되는 제2 커패시터를
    포함하는 것을 특징으로 하는 전원 노이즈 개선용 증폭기를 갖는 전원장치.
  8. 전원전압(Vcc)을 변환하여 제1 전압(+Vx)을 출력하는 레귤레이터;
    상기 제1 전압을 이용하여 부극성 전압(-Vdd)을 생성 및 출력하는 부전압 발생기; 및
    상기 제1 전압 및 상기 부극성 전압을 바이어스 전원으로 인가받으며, 입력된 신호를 증폭시켜 출력하는 증폭기를
    포함하는 것을 특징으로 하는 전원 노이즈 개선용 증폭기를 갖는 전원장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 부전압 발생기는 차지 펌프 회로를 포함하며,
    상기 차지 펌프 회로는,
    일측 단자가 상기 레귤레이터의 출력단에 연결되는 제1 스위칭소자;
    일측 단자가 접지에 연결되는 제2 스위칭소자;
    양 단자가 상기 제1 스위칭소자 및 상기 제2 스위칭소자의 타측 단자에 각각 연결되는 제1 커패시터;
    일측 단자가 상기 제1 스위칭소자의 타측 단자에 연결되는 제3 스위칭소자;
    일측 단자가 상기 제2 스위칭소자의 타측 단자에 연결되는 제4 스위칭소자; 및
    일측 단자가 상기 제3 스위칭소자의 타측 단자 및 상기 접지에 연결되고, 타측 단자가 상기 제4 스위칭소자의 타측 단자 및 상기 증폭기의 부극성(V-) 전원공급단자에 연결되는 제2 커패시터를
    포함하는 것을 특징으로 하는 전원 노이즈 개선용 증폭기를 갖는 전원장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 전압은 상기 전원전압의 전압 레벨보다 크거나 작은 것을 특징으로 하는 전원 노이즈 개선용 증폭기를 갖는 전원장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제1 전압 및 상기 부극성 전압의 절대값의 크기는 서로 동일한 것을 특징으로 하는 전원 노이즈 개선용 증폭기를 갖는 전원장치.
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