KR20130126528A - 오디오 시스템 및 그 안에 클래스 d 증폭기를 가지는 집적 회로 칩 - Google Patents

오디오 시스템 및 그 안에 클래스 d 증폭기를 가지는 집적 회로 칩 Download PDF

Info

Publication number
KR20130126528A
KR20130126528A KR1020130052986A KR20130052986A KR20130126528A KR 20130126528 A KR20130126528 A KR 20130126528A KR 1020130052986 A KR1020130052986 A KR 1020130052986A KR 20130052986 A KR20130052986 A KR 20130052986A KR 20130126528 A KR20130126528 A KR 20130126528A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
coupled
output
signals
transistors
inverse
Prior art date
Application number
KR1020130052986A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101495027B1 (ko
Inventor
페테르 예. 홀츠만
Original Assignee
누보톤 테크놀로지 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 누보톤 테크놀로지 코포레이션 filed Critical 누보톤 테크놀로지 코포레이션
Publication of KR20130126528A publication Critical patent/KR20130126528A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101495027B1 publication Critical patent/KR101495027B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/21Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/217Class D power amplifiers; Switching amplifiers
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/21Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/217Class D power amplifiers; Switching amplifiers
    • H03F3/2173Class D power amplifiers; Switching amplifiers of the bridge type
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K7/00Modulating pulses with a continuously-variable modulating signal
    • H03K7/08Duration or width modulation ; Duty cycle modulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

오디오 시스템은 각각이 세 개의 차동 출력 레벨들을 갖는 제 1 및 제 2 PWM 신호들을 생성하도록 구성된 클래스-D PWM(펄스 폭 변조) 변조기를 갖는 클래스 D 증폭기 및 스피커 부하를 포함한다. 또한, 상기 클래스-D 증폭기는 상기 제 1 및 제 2 PWM 신호들에 응답하여 제 1 및 제 2 출력 단자들 상에 제 1 및 제 2 출력 신호들을 구동하도록 구성된 차동 출력 구동기를 갖고, 상기 제 1 및 제 2 출력 신호들 각각은 세 개의 차동 출력 레벨들을 갖는다. 역 공통-모드 신호 생성기는 역 공통-모드 신호를 제공하기 위해 제 1 및 제 2 출력 신호들에 결합된다. 상기 오디오 시스템은 또한 상기 역 공통 모드 신호를 제공하기 위한 하나 이상의 출력 단자들을 포함하고, 또한 역 공통 모드 신호에 결합되는 PCB(인쇄 회로 기판) 상의 와이어 또는 트레이스를 포함한다.

Description

오디오 시스템 및 그 안에 클래스 D 증폭기를 가지는 집적 회로 칩{AUDIO SYSTEM AND INTEGRATED CIRCUIT CHIP HAVING CLASS D AMPLIFIER THEREIN}
본 발명은 일반적으로 오디오 시스템들에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 오디오 시스템 내의 전자 회로들로부터 전자기 간섭(electro-magnetic interference; EMI)을 감소시키기 위한 방법들 및 시스템들에 관한 것이다.
때때로 스위칭 증폭기로서 공지된 클래스-D 증폭기는 모든 트랜지스터들이 이진 스위치들로서 동작하는 전자 증폭기이다. 그들은 완전히 온(on) 또는 완전히 오프(off)된다. 클래스-D 증폭기들은 그들의 출력 트랜지스터들이 실질적으로 항상 제로(zero) 전류 또는 제로 전압을 운반하는 것이 이상적인 레일-투-레일(rail-to-rail) 출력 스위칭을 이용한다. 따라서, 그들의 전력 소실은 최소이고, 그들은 광범위의 전력 레벨들에 걸쳐 높은 효율을 제공한다. 그들의 유익한 높은 효율은 셀 폰들에서 평면 텔레비전들 및 홈 시어터 수신기들에 이르기까지 다양한 오디오 응용들에서 그들의 이용을 추진해왔다. 클래스-D 오디오 전력 증폭기들은 클래스-AB 오디오 전력 증폭기들보다 효율적이다. 그들의 보다 높은 효율 때문에, 클래스-D 증폭기들은 보다 적은 전력 공급들을 요구하고 히트 싱크(heat sink)들을 제거하여, 전체 시스템 비용, 사이즈 및 무게를 상당히 감소시킨다.
클래스 D 오디오 전력 증폭기들은 오디오 신호들을 오디오 입력 신호에 따라 출력을 스위칭하는 고주파 펄스들로 변환한다. 몇몇 클래스 D 증폭기는 오디오 신호의 진폭에 따라 폭이 변하는 일련의 컨디셔닝 펄스(conditioning pulse)들을 생성하기 위해 펄스 폭 변조기들(pulse width modulators; PWM)을 이용한다. 변하는 폭의 펄스들은 고정 주파수에서 파워-출력 트랜지스터들을 스위칭한다. 다른 클래스 D 증폭기들은 다른 유형들의 펄스 변조기들에 의존할 수 있다. 다음의 논의는 주로 펄스 폭 변조기들을 참조하겠지만, 당업자들은 클래스 D 증폭기들이 다른 유형들의 변조기들로 구성될 수 있음을 인지할 것이다.
도 1은 종래의 클래스-D 증폭기(100)를 예시하는 단순화된 개략도를 도시한다. 차동 오디오 입력 신호들 INP 및 INM은 비교기들(101 및 102)에 입력되고, 여기에서 입력 신호들 INP 및 INM은 PWM 신호들(106 및 107)을 생성하기 위해 발진기(103)로부터 생성된 삼각 파형들 VREF와 비교된다. PWM 신호들(106 및 107)은 트랜지스터들(M1, M2, M3, 및 M4)의 게이트들에 각각 결합된다. 클래스 D 증폭기의 차동 출력 오디오 신호들 OUTM 및 OUTP는 OUTM 및 OUTP로 또한 라벨링된(labeled) 단자들에서 각각 제공된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 출력 신호들 OUTM 및 OUTP는 인덕터(L1) 및 저항기(R1)로 표시된 스피커 부하(110)에 접속된다.
기존 클래스 D 증폭기들은 출력 신호들(OUTP 및 OUTM)을 가지며, 각각의 출력 신호는 상보적이고 접지 Vss에서 Vdd로의 스윙 범위(swing range)를 갖는다. 클래스-D 증폭의 단점은 스위칭에 의해 생성되는 고주파 스위칭 노이즈에 있다. 이 고주파 노이즈는 종종 EMI(전자기 간섭)를 초래했다.
클래스-D 증폭기들에서 EMI를 감소시키기 위한 방법은 P. Siniscalchi 및 R. Hester의 "제로-근처 공통 모드 방사 방출들을 갖는 20 W/채널 클래스-D 증폭기(A 20 W/Channel Class-D Amplifier With Near-Zero Common-Mode Radiated Emissions)"라는 제목의 논문, IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS(고체-상태 회로의 IEEE 저널), VOL. 44, NO. 12, 2009년 12월, pp.3264-3271에 개시되어 있다. 이 논문의 내용은 본 발명에 참조적으로 통합된다. 클래스-D 증폭기들에서 EMI를 감소시키기 위한 방법은, 본 발명에 참조적으로 통합되는, Wu의 "필터 없는 클래스 D 전력 증폭기(Filterless class D power amplifier)"라는 제목의 U.S. 7,3555,473에 개시되어 있다.
도 2는 도 1의 클래스-D 증폭기에서 신호들의 변조를 예시하는 파형도를 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 차동 오디오 입력 신호들 예를 들면, 오디오 신호들 INM 및 INP는 도 1과 관련하여 위에 개시된 바와 같은 두 비교기들에 의해 삼각 참조 파형과 비교된다. 상기 비교기들의 출력 신호들은 펄스 폭이 입력 신호에 비례하는 고정 주파수의 펄스 신호들이다. 두 PWM 신호들이 OUTP 및 OUTM으로서 도 2에 도시되어 있다.
도 1의 증폭기(100)와 같은 필터-없는 클래스-D 오디오 증폭기들은 흔히 BD-변조라 불리는 변조 방식을 이용한다. 이 변조 방식에서 브리지 결합 부하 구성 내에 접속되는 출력 구동기들은 부하의 포지티브 및 네거티브 측을 1) Vdd & GND; 2) GND & Vdd; 3) Vdd & Vdd; 4) GND & GND으로 스위칭하고, 여기서 Vdd는 공급 전압이고 GND는 공급 접지이다. 결과적으로, 부하 양단의 차동 전압은 세 개의 레벨들 1) Vdd; 2) -Vdd; 3) 0을 갖는다. 0 레벨 오디오 출력 전압들에 대해 부하 양단의 차동 전압은 주로 제로이어서, 유도 스피커 부하를 통해 필터-없는 동작을 허용할 것이다.
그러나, 부하 양단의 차동 전압이 제로에 근접하여 남아 있더라도, 두 단자들은 Vdd & GND 사이에서 동시에 스위칭하고 있다. 이는, 도 2의 VCM으로서 도시된, 출력 단자들 상의 큰 공통 모드 출력 스윙을 일으킨다. 긴 와이어들 또는 PCB 트레이스(trace)들이 클래스-D 증폭기 출력들에 부착될 때, 그들은 스위칭 증폭기의 기본 및 고조파 주파수들을 송신하는 안테나들로서 동작할 것이다. 결과적으로, 공통-모드 신호는 전자기 간섭(EMI)을 가져올 수 있고, FCC 및 유럽 표준들에 의해 지정된 EMI 기준들에 부정적인 영향을 줄 수 있다.
BD 변조 클래스-D 증폭기들은 적은 신호 효율을 향상시키기 위해 아무런 LC 필터도 요구되지 않기 때문에, 때때로 "필터-없음"이라 불린다. 그러나, 그러한 필터들은 의도하지 않은 송신기들 상의 FCC 규정에 따르는 범위에서 전자기 간섭(EMI)을 감소시키기 위해 종종 요구된다. 오디오 애플리케이션들에서, 스피커 부하 유선 및 인쇄 회로 기판(printed circuit board; PCB) 트레이스들은 부주의한 안테나들이 된다. 출력 필터들을 이용하는 것은 이들 방출들을 제어하는 간단한 수단이지만, 또한 실제 비용 및 보드 영역(board area)의 관점에서 가장 비용이 많이 든다.
클래스-D 오디오 증폭기들에서 EMI를 감소시키기 위한 종래의 방법은, 부하와 병렬인 두 개의 새로운 스위치들을 이용함으로써 출력 공통 모드가 일정하게 유지되는, 위에 언급한 Siniscalchi 및 Hester의 논문에 개시되어 있다. 클래스-D 오디오 증폭기들에서 EMI를 감소시키기 위한 다른 종래의 방법은, 이중 참조 파형 변조 방식이 EMI를 감소시키기 위해 이용되는, Wu의 U.S. 7,3555,473에 개시되어 있다. 두 방법들은 그들 각각의 장점들을 제공하지만, 부가적인 구성요소들과 증가된 복잡도를 요구한다.
이상으로부터, 클래스-D 증폭기들에서 EMI를 감소시키기 위한 개선된 방법이 매우 요구된다.
본 발명은 일반적으로 오디오 시스템들에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 오디오 시스템 내의 전자 회로들로부터 전자기 간섭(EMI)을 감소시키기 위한 방법 및 시스템을 제공한다. 단지 예를 들면, 본 발명은 필터 없는 클래스-D 오디오 증폭기들에서 EMI를 감소시키도록 적용되었지만, 본 발명은 훨씬 더 광범위한 애플리케이션들을 가짐을 인지할 것이다.
본 발명의 몇몇 실시예들에서, 필터 없는 애플리케이션을 위해 클래스 D 증폭기를 가지는 집적 회로(integrated circuit; IC) 칩은 각각이 세 개의 차동 출력 레벨들을 갖는 제 1 및 제 2 PWM 신호들을 생성하도록 구성된 클래스-D PWM 변조기를 포함한다. 또한, 상기 IC는 상기 제 1 및 제 2 PWM 신호들에 응답하여 제 1 및 제 2 출력 핀들 상에 제 1 및 제 2 출력 신호들을 구동하도록 구성된 차동 출력 구동기를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 출력 신호들 각각은 세 개의 차동 출력 레벨들을 갖는다. 상기 IC는 또한 역 공통-모드(inverse common-mode)의 하나 이상의 역 출력 신호(inverse output signal)들을 제공하기 위해 상기 제 1 및 제 2 출력 신호들에 결합된 역 출력 신호 생성기, 및 상기 하나 이상의 역 공통 모드 출력 신호들에 결합된 하나 이상의 역 출력 핀들을 포함한다.
상기 IC의 몇몇 실시예들에서, 상기 역 출력 신호는 상기 제 1 및 제 2 출력 신호들의 합의 역에 관계한다. 몇몇 실시예들에서, 상기 역 출력 신호 생성기는 직렬 결합된 제 1 트랜지스터, 제 1 저항기, 제 2 저항기, 및 제 2 트랜지스터를 포함한다. 상기 제 1 및 제 2 트랜지스터들은 상기 제 1 출력 신호에 결합된다. 또한, 상기 역 공통-모드 신호 생성기는 직렬 결합된 제 3 트랜지스터, 제 3 저항기, 제 4 저항기, 및 제 4 트랜지스터를 포함하고, 상기 제 3 및 제 4 트랜지스터들은 상기 제 2 출력 신호에 결합된다. 상기 제 1 및 제 2 저항기들 사이의 제 1 노드는 상기 역 공통-모드 신호를 제공하기 위해 상기 제 3 및 제 4 저항기들 사이의 제 2 노드에 결합된다. 일 실시예에서, 상기 제 1 및 제 3 트랜지스터들은 PMOS 트랜지스터들이고, 상기 제 2 및 제 4 트랜지스터들은 NMOS 트랜지스터들이다. 몇몇 실시예들에서, 상기 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 저항기들은 Vdd, Vss, 및 Vdd/2의 출력 레벨들을 제공하기 위해 스케일링(scaling)되고 공통 모드 방출들에 기인하는 EMI를 감소시키기 위해 스케일링되고, Vdd는 전력 공급 전압이다.
상기 IC의 몇몇 실시예들에서, 상기 제 1 및 제 2 출력 핀들은 필터 없이 스피커 부하에 결합하기 위해 구성된다. 어떤 실시예에서, 상기 IC는 직렬 결합된 PMOS 트랜지스터 및 NMOS 트랜지스터를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 상기 역 출력 신호들 각각은 출력 신호의 역에 관계된다.
본 발명의 몇몇 다른 실시예들에 따라, IC 칩은 하나 이상의 입력 신호들을 수신하기 위한 하나 이상의 입력 핀들, 및 상기 하나 이상의 입력 신호들에 결합되고 제 1 및 제 2 차동 출력 신호들을 제공하도록 구성된 제 1 신호 처리 회로를 포함한다. 또한, 상기 IC 칩은 상기 제 1 및 제 2 차동 출력 신호들에 각각 결합된 제 1 및 제 2 출력 핀들을 포함하고, 공통-모드 신호는 상기 제 1 및 제 2 차동 출력 신호들의 합에 관계된다. 또한, 상기 IC 칩은 상기 제 1 및 제 2 차동 출력 신호들의 합의 역에 관계되는 역 공통-모드 신호를 제공하기 위해 제 1 및 제 2 차동 출력 신호들에 결합된 제 2 신호 처리 회로를 포함한다. 상기 IC 칩은 또한 상기 역 공통 모드 신호를 제공하기 위한 제 3 출력 핀을 포함한다.
상기 IC 칩의 몇몇 실시예들에서, 상기 하나 이상의 입력 신호들은 제 1 및 제 2 차동 오디오 입력 신호들을 포함한다. 일 실시예에서, 상기 역 공통-모드 신호는 상기 제 1 및 제 2 차동 출력 신호들의 합의 절반의 역과 같다. 몇몇 실시예들에서, 상기 제 1 신호 처리 회로는 제 1 및 제 2 PWM 신호들을 제공하기 위해 삼각 기준 전압 신호 및 상기 제 1 및 제 2 차동 오디오 입력 신호들에 각각 결합된 제 1 및 제 2 비교기들을 포함한다. 몇몇 실시예들에서 상기 제 2 신호 처리 회로는 직렬 결합된 제 1 트랜지스터, 제 1 저항기, 제 2 저항기, 및 제 2 트랜지스터와, 직렬 결합된 제 3 트랜지스터, 제 3 저항기, 제 4 저항기, 및 제 4 트랜지스터를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 트랜지스터들은 상기 제 1 차동 출력 신호에 결합되고, 상기 제 3 및 제 4 트랜지스터들은 상기 제 2 차동 출력 신호에 결합된다. 상기 제 1 및 제 2 저항기들 사이의 제 1 노드는 상기 역 공통-모드 신호를 제공하기 위해 상기 제 3 및 제 4 저항기들 사이의 제 2 노드에 결합된다. 몇몇 실시예들에서, 상기 제 1 및 제 3 트랜지스터들은 PMOS 트랜지스터들이고, 상기 제 2 및 제 4 트랜지스터들은 NMOS 트랜지스터들이다.
대안의 실시예에 따라, 오디오 시스템은 클래스 D 증폭기를 포함한다. 상기 클래스-D 증폭기는 각각이 세 개의 차동 출력 레벨들을 갖는 제 1 및 제 2 PWM 신호들을 생성하도록 구성된 클래스-D PWM 변조기를 포함한다. 또한, 상기 클래스-D 증폭기는 상기 제 1 및 제 2 PWM 신호들에 응답하여 제 1 및 제 2 출력 단자들 상에 제 1 및 제 2 출력 신호들을 구동하도록 구성된 차동 출력 구동기를 갖고, 상기 제 1 및 제 2 출력 신호들 각각은 세 개의 차동 출력 레벨들을 갖는다. 역 공통-모드 신호 생성기는 역 공통-모드 신호를 제공하기 위해 제 1 및 제 2 출력 신호들에 결합된다. 또한, 상기 오디오 시스템은 상기 역 공통 모드 신호를 제공하기 위한 하나 이상의 출력 단자들, 및 상기 제 1 및 제 2 출력 단자들에 각각 결합된 제 1 및 제 2 입력 커넥터들을 가지는 스피커 부하, 및 제 3 출력 단자에 결합된 PCB(인쇄 회로 기판) 상의 와이어(wire) 또는 트레이스(trace)를 포함한다.
상기 오디오 시스템의 몇몇 실시예들에서, 상기 역 공통-모드 신호는 상기 제 1 및 제 2 차동 출력 신호들의 합의 절반의 역(inverse)과 같다. 일 실시예에서, 상기 역 공통-모드 신호 생성기는 직렬 결합된 제 1 트랜지스터, 제 1 저항기, 제 2 저항기, 및 제 2 트랜지스터와, 직렬 결합된 제 3 트랜지스터, 제 3 저항기, 제 4 저항기, 및 제 4 트랜지스터를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 트랜지스터들은 상기 제 1 차동 출력 신호에 결합하고, 상기 제 3 및 제 4 트랜지스터들은 상기 제 2 차동 출력 신호에 결합한다. 상기 제 1 및 제 2 저항기들 사이의 제 1 노드는 상기 역 공통-모드 신호를 제공하기 위해 상기 제 3 및 제 4 저항기들 사이의 제 2 노드에 결합한다. 몇몇 실시예들에서, 상기 제 1 및 제 3 트랜지스터들은 PMOS 트랜지스터들이고, 상기 제 2 및 제 4 트랜지스터들은 NMOS 트랜지스터들이다. 몇몇 실시예들에서 차동 출력 구동기는 직렬 결합된 PMOS 트랜지스터 및 NMOS 트랜지스터를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, PCB 상의 상기 와이어 또는 트레이스의 길이는 상기 공통-모드 신호에 의해 생성된 전자기 간섭(EMI)을 최소화하도록 선택된다. 몇몇 실시예들에서, 상기 클래스 D 증폭기는 집적 회로(IC) 칩에 포함되고, 상기 단자들 각각은 상기 IC의 핀에 결합된다.
본 발명의 본질 및 이점들의 추가적인 이해는 명세서 및 도면들의 나머지 부분들을 참조하여 실현될 수 있다.
도 1은 종래의 클래스-D 증폭기(100)를 예시하는 단순화된 개략도를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 클래스-D 증폭기에 대한 신호들의 변조를 예시하는 파형도.
도 3은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따라 클래스-D 증폭기(330)를 포함하는 오디오 시스템(300)을 예시하는 단순화된 개략도를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 대안의 실시예들에 따라 클래스-D 증폭기(430)를 포함하는 오디오 시스템(400)을 예시하는 단순화된 개략도를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 4의 클래스-D 증폭기에 대한 신호들의 변조를 예시하는 파형도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라 클래스-D 증폭기(630)를 포함하는 오디오 시스템(600)을 예시하는 단순화된 개략도를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 6의 클래스-D 증폭기에 대한 신호들의 변조를 예시하는 파형을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따라 클래스-D 증폭기(330)를 포함하는 오디오 시스템(300)을 예시하는 단순화된 개략도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 오디오 시스템(300)은 클래스-D 증폭기(330), 스피커 부하(360), 및 안테나(370)를 포함한다. 클래스-D 증폭기(330)는 도 1의 증폭기(100)와 유사한 몇몇 구성요소들을 포함하고, 그들은 대응 도면 부호들로 라벨링된다. 예를 들면, 입력 단자들(321 및 322)는 차동 오디오 입력 신호들 INP 및 INM을 비교기들(101 및 102)에 제공하고, 여기서 입력 신호들 INP 및 INM은 PWM 신호들(106 및 107)을 생성하기 위해 발진기(103)로부터 생성된 삼각 파형들 VREF와 비교된다. PWM 신호들(106 및 107)은 각각 트랜지스터들 M1, M2, M3, 및 M4의 게이트들에 결합된다. 클래스 D 증폭기의 차동 오디오 출력 신호들 OUTM 및 OUTP는 각각 단자들(325 및 326)에서 제공된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 출력 신호들 OUTM 및 OUTP는 인덕터(L1) 및 저항기(R1)로 표시된 스피커 부하(360)에 접속된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 클래스-D 증폭기(330)는 또한 역(inverse) 공통-모드 신호 생성기(340)를 포함한다. 역 공통-모드 신호 생성기(340)는 트랜지스터(301, 302, 303, 및 304) 및 저항기들(311, 312, 313, 및 314)을 포함한다. 출력 신호 OUTM는 저항기들(311 및 312)과 직렬로 접속되는 트랜지스터들(301 및 302)에 결합된다. 출력 신호 OUTP는 저항기들(313 및 314)과 직렬로 접속되는 트랜지스터들(303 및 304)에 결합된다. 트랜지스터들(301 및 302) 사이에 있는 노드(316)는 트랜지스터들(303 및 304) 사이에 있는 노드(317)와 접속된다. 특히, 노드(316)는 트랜지스터(301)에 직렬로 접속된 저항기(311)와 트랜지스터(302)에 직렬로 접속된 저항기(312) 사이에 위치될 수 있고, 노드(317)는 트랜지스터(303)에 직렬로 접속된 저항기(313)와 트랜지스터(304)에 직렬로 접속된 트랜지스터(314) 사이에 위치될 수 있다. 노드들(316 및 317)은 둘 다 역 공통-모드 신호(-VCM)를 제공하기 위해 출력 단자(327)에 접속된다. VCMN = -VCM = -(OUTP + OUTM)/2임을 명심한다.
몇몇 실시예들에서, 클래스-D 증폭기(330)는 입력 핀들 INP 및 INM과 출력 핀들 OUTM, OUTP, 및 VCMN을 갖는 집적 회로 칩으로 제공된다. 도 1과 관련하여 위에 개시한 바와 같이, 핀들 OUTM 및 OUTP로부터의 출력 신호들은 EMI를 생성시킬 수 있는 공통 모드 신호 VCM = (OUTP + OUTM)/2를 포함한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 와이어 또는 PCB 트레이스는 핀 VCMN에 부가되어, 역 공통-모드 신호 VCMN = -(OUTP + OUTM)/2를 방사할 수 있는 안테나(370)로서 작용한다. 이 방식으로, 역 공통-모드 신호는 공통-모드 신호로부터 EMI를 감소시키거나 제거하기 위해 공통-모드 신호를 보상할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, PCB 상의 와이어 또는 트레이스의 길이는 공통-모드 신호에 의해 생성된 전자기 간섭(EMI)을 최소화하도록 선택된다.
도 4는 본 발명의 대안의 실시예들에 따라 클래스-D 증폭기(430)를 포함하는 오디오 시스템(400)을 예시하는 단순화된 개략도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 오디오 시스템(400)은 도 3의 오디오 시스템(300)과 유사한 구성요소들을 갖고, 대응 구성요소들은 동일한 도면 부호들로 라벨링된다. 그러나, 오디오 시스템(400)에서, 입력 처리 회로는 PWM 변조기(432)로 대체됨을 명심한다.
따라서, 몇몇 실시예들에 따라, 도 4에 도시된 오디오 시스템(400)은 클래스 D 증폭기(430), 증폭기(430)의 제 1 및 제 2 출력 단자들(325 및 326)에 각각 결합된 제 1 및 제 2 입력 커넥터들을 가지는 스피커 부하(360), 및 증폭기(430)의 제 3 출력 단자(327)에 결합된 PCB(인쇄 회로 기판) 상의 와이어 또는 트레이스를 포함한다. 도 4에서, PCB 상의 와이어 또는 트레이스는 안테나로서 도시되어 있다. 몇몇 실시예들에서, 증폭기(430)는 집적 회로 칩으로서 구현될 수 있다. 다른 실시예들에서, 증폭기(430)는 디지털 오디오 신호 프로세서와 같은 다른 구성요소들을 가질 수 있는 집적 회로 칩으로 구현될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 증폭기(430)는 각각이 세 개의 차동 출력 레벨들을 갖는 제 1 및 제 2 PWM 신호들(434 및 435)을 생성하도록 구성된 클래스-D PWM 변조기(432)를 포함한다. 차동 출력 구동기(436)는 제 1 및 제 2 PWM 신호들(434 및 435)에 응답하여 제 1 및 제 2 출력 단자들(325 및 326) 상에 제 1 및 제 2 출력 신호들(437 및 438)을 구동하도록 구성되고, 상기 제 1 및 제 2 출력 신호들 각각은 세 개의 차동 출력 레벨들을 갖는다. 도 4에 도시된 바와 같이, 차동 출력 구동기(436)는 트랜지스터들(M1, M2, M3, 및 M4)를 포함한다. 역 공통-모드 신호 생성기(340)는 역 공통-모드 신호(-VCM)(VCMN)를 제공하기 위해 제 1 및 제 2 출력 신호들에 결합된다. 출력 단자(327)는 역 공통 모드 신호(-VCM)(VCMN)를 제공하도록 구성된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 4의 클래스-D 증폭기(430)에 대한 신호들의 변조를 예시하는 파형도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 차동 오디오 입력 신호들, 예를 들면, 오디오 신호들 INM 및 INP는 도 4와 관련하여 위에 개시한 바와 같은 PWM 변조기에 의해 삼각 참조 파형 VREF와 비교된다. PWM 변조기의 출력 신호들은 펄스 폭이 입력 신호에 비례하는 고정 주파수의 펄스 신호들이다. 두 PWM 신호들은 도 4에서 434 및 435로서 도시되어 있다. 또한, 역 공통 모드 신호 생성기(340)에 의해 생성된 역 공통 모드 신호(-VCM)(VCMN)가 도 5에 도시된다. 비교를 위하여, 공통 모드 신호 VCM이 또한 도 5에 도시되어 있다. 본 발명의 실시예들에서, 역 출력 신호는 출력 단자에 공급된다. 역 출력 신호는 역 출력 신호를 방사하기 위한 PCB 내의 와이어 또는 트레이스에 결합된다. 와이어 또는 PCB 트레이스는 대응 아웃(out) 신호 예를 들면, 공통 모드 신호에 의해 생성된 EMI 신호들을 감소시키거나 상쇄하도록 구성되고 예를 들면, 와이어 또는 PCB 트레이스의 길이 및/또는 형상은 EMI 신호들을 감소시키거나 상쇄하기 위해 예를 들면, 시뮬레이션 또는 실험에 의해 선택될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라 클래스-D 증폭기(630)를 포함하는 오디오 시스템(600)을 예시하는 단순화된 개략도를 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 오디오 시스템(600)은 도 4에서의 역 공통 모드 신호 대신에, 증폭기(630)가 두 개의 출력 단자들(528 및 529)에서 두 개의 역 출력 신호들 VP 및 VM을 각각 제공하는 것을 제외하고, 도 4의 오디오 시스템(400)과 유사하다. 역 출력 신호들 VP 및 VM은 와이어들 또는 PCB 트레이스들로서 구현될 수 있는 안테나들에 접속된다. 와이어 또는 PCB 트레이스는 대응 아웃 신호에 의해 생성된 EMI 신호들을 감소시키거나 상쇄하도록 구성된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 6의 오디오 시스템(600)에 대한 신호들의 변조를 예시하는 파형이다. 출력 신호 VM은 출력 신호 OUTM의 역이고, 출력 신호 VP는 출력 신호 OUTP의 역임을 알 수 있다.
또한, 본 명세서에 개시된 예들 및 실시예들은 예시적인 목적들만을 위한 것들이며, 그들에 비추어 다양한 변경들 또는 변화들이 당업자들에게 제안될 것이고 본 발명의 사상 및 범위와 첨부된 청구항들의 범위 내에 포함됨을 이해할 수 있다.
100, 330, 430, 630: 클래스-D 증폭기 101, 102: 비교기
300, 400, 600: 오디오 시스템
301, 302, 303, 304: 트랜지스터
340: 역 공통-모드 신호 생성기
311, 312, 313, 314: 저항기 360: 스피커
370: 안테나 430, 630: 증폭기
432: PWM 변조기 436: 차동 출력 드라이버

Claims (21)

  1. 필터 없는 애플리케이션을 위해 클래스 D 증폭기를 가지는 집적 회로(integrated circuit; IC) 칩에 있어서:
    제 1 및 제 2 PWM 신호들을 생성하도록 구성된 클래스-D PWM(pulse width modulation; 펄스 폭 변조) 변조기로서, 상기 제 1 및 제 2 PWM 신호들 각각은 세 개의 차동 출력 레벨들을 갖는, 상기 클래스-D PWM 변조기;
    상기 제 1 및 제 2 PWM 신호들에 응답하여 제 1 및 제 2 출력 핀들 상에 제 1 및 제 2 출력 신호들을 구동하도록 구성된 차동 출력 구동기로서, 상기 제 1 및 제 2 출력 신호들 각각은 세 개의 차동 출력 레벨들을 갖는, 상기 차동 출력 구동기;
    하나 이상의 역 출력 신호(inverse output signal)들을 제공하기 위해 상기 제 1 및 제 2 출력 신호들에 결합된 역 출력 신호 생성기; 및
    상기 하나 이상의 역출력 신호들에 결합된 하나 이상의 역 출력 핀들을 포함하는, IC 칩.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 역 출력 신호는 상기 제 1 및 제 2 출력 신호들의 합의 역에 관계되는, IC 칩.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 역 출력 신호 생성기는:
    직렬 결합된 제 1 트랜지스터, 제 1 저항기, 제 2 저항기, 및 제 2 트랜지스터; 및
    직렬 결합된 제 3 트랜지스터, 제 3 저항기, 제 4 저항기, 및 제 4 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 트랜지스터들은 상기 제 1 출력 신호에 결합되고,
    상기 제 3 및 제 4 트랜지스터들은 상기 제 2 출력 신호에 결합되고,
    상기 제 1 및 제 2 저항기들 사이의 제 1 노드는 역 공통-모드 신호(inverse common-mode signal)를 제공하기 위해 상기 제 3 및 제 4 저항기들 사이의 제 2 노드에 결합되는, IC 칩.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 3 트랜지스터들은 PMOS 트랜지스터들이고, 상기 제 2 및 제 4 트랜지스터들은 NMOS 트랜지스터들인, IC 칩.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 저항기들은 Vdd, Vss, 및 Vdd/2의 출력 레벨들을 제공하기 위해 스케일링(scaling)되고 공통 모드 방출들에 기인하는 EMI를 감소시키기 위해 스케일링되고, Vdd는 전력 공급 전압인, IC 칩.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 출력 핀들은 필터 없이 스피커 부하에 결합하기 위해 구성되는, IC 칩.
  7. 제 1 항에 있어서,
    직렬 결합된 PMOS 트랜지스터 및 NMOS 트랜지스터를 추가로 포함하는, IC 칩.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 역 출력 신호들 각각은 출력 신호의 역에 관계되는, IC 칩.
  9. 집적 회로(IC) 칩에 있어서:
    하나 이상의 입력 신호들을 수신하기 위한 하나 이상의 입력 핀들;
    상기 하나 이상의 입력 신호들에 결합되고 제 1 및 제 2 차동 출력 신호들을 제공하도록 구성된 제 1 신호 처리 회로;
    상기 제 1 및 제 2 차동 출력 신호들에 각각 결합된 제 1 및 제 2 출력 핀들로서, 공통-모드 신호는 상기 제 1 및 제 2 차동 출력 신호들의 합에 관계되는, 상기 제 1 및 제 2 출력 핀들;
    상기 제 1 및 제 2 차동 출력 신호들의 합의 역에 관계되는 역 공통-모드 신호를 제공하기 위해 제 1 및 제 2 차동 출력 신호들에 결합된 제 2 신호 처리 회로; 및
    상기 역 공통 모드 신호를 제공하기 위한 제 3 출력 핀을 포함하는, IC 칩.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 입력 신호들은 제 1 및 제 2 차동 입력 신호들을 포함하는, IC 칩.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 역 공통-모드 신호는 상기 제 1 및 제 2 차동 출력 신호들의 합의 절반의 역과 같은, IC 칩.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 신호 처리 회로는 제 1 및 제 2 PWM 신호들을 제공하기 위해 상기 제 1 및 제 2 차동 입력 신호들 및 삼각 기준 전압 신호에 각각 결합된 제 1 및 제 2 비교기들을 포함하는, IC 칩.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 신호 처리 회로는:
    직렬 결합된 제 1 트랜지스터, 제 1 저항기, 제 2 저항기, 및 제 2 트랜지스터; 및
    직렬 결합된 제 3 트랜지스터, 제 3 저항기, 제 4 저항기, 및 제 4 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 트랜지스터들은 상기 제 1 차동 출력 신호에 결합되고,
    상기 제 3 및 제 4 트랜지스터들은 상기 제 2 차동 출력 신호에 결합되고,
    상기 제 1 및 제 2 저항기들 사이의 제 1 노드는 상기 역 공통-모드 신호를 제공하기 위해 상기 제 3 및 제 4 저항기들 사이의 제 2 노드에 결합되는, IC 칩.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 3 트랜지스터들은 PMOS 트랜지스터들이고, 상기 제 2 및 제 4 트랜지스터들은 NMOS 트랜지스터들인, IC 칩.
  15. 오디오 시스템에 있어서:
    클래스 D 증폭기로서,
    제 1 및 제 2 PWM 신호들을 생성하도록 구성된 클래스-D PWM(펄스 폭 변조) 변조기로서, 상기 제 1 및 제 2 PWM 신호들 각각은 세 개의 차동 출력 레벨들을 갖는, 상기 클래스-D PWM 변조기;
    상기 제 1 및 제 2 PWM 신호들에 응답하여 제 1 및 제 2 출력 단자들 상에 제 1 및 제 2 출력 신호들을 구동하도록 구성된 차동 출력 구동기로서, 상기 제 1 및 제 2 출력 신호들 각각은 세 개의 차동 출력 레벨들을 갖는, 상기 차동 출력 구동기;
    역 공통-모드 신호를 제공하기 위해 제 1 및 제 2 출력 신호들에 결합된 역 공통-모드 신호 생성기; 및
    상기 역 공통 모드 신호를 제공하기 위한 하나 이상의 역 출력 단자들을 포함하는, 상기 클래스 D 증폭기;
    상기 제 1 및 제 2 출력 단자들에 각각 결합된 제 1 및 제 2 입력 커넥터들을 가지는 스피커 부하; 및
    제 3 출력 단자에 결합된 PCB(printed circuit board; 인쇄 회로 기판) 상의 와이어(wire) 또는 트레이스(trace)를 포함하는, 오디오 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 역 공통-모드 신호는 상기 제 1 및 제 2 차동 출력 신호들의 합의 절반의 역(inverse)과 같은, 오디오 시스템.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 역 공통-모드 신호 생성기는:
    직렬 결합된 제 1 트랜지스터, 제 1 저항기, 제 2 저항기, 및 제 2 트랜지스터; 및
    직렬 결합된 제 3 트랜지스터, 제 3 저항기, 제 4 저항기, 및 제 4 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 트랜지스터들은 상기 제 1 차동 출력 신호에 결합하고,
    상기 제 3 및 제 4 트랜지스터들은 상기 제 2 차동 출력 신호에 결합하고,
    상기 제 1 및 제 2 저항기들 사이의 제 1 노드는 상기 역 공통-모드 신호를 제공하기 위해 상기 제 3 및 제 4 저항기들 사이의 제 2 노드에 결합하는, 오디오 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 3 트랜지스터들은 PMOS 트랜지스터들이고, 상기 제 2 및 제 4 트랜지스터들은 NMOS 트랜지스터들인, 오디오 시스템.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 차동 출력 구동기는 직렬 결합된 PMOS 트랜지스터 및 NMOS 트랜지스터를 포함하는, 오디오 시스템.
  20. 제 15 항에 있어서,
    PCB 상의 상기 와이어 또는 트레이스의 길이는 상기 공통-모드 신호에 의해 생성된 전자기 간섭(electromagnetic interference; EMI)을 최소화하도록 선택되는, 오디오 시스템.
  21. 제 15 항에 있어서,
    상기 클래스 D 증폭기는 집적 회로(IC) 칩에 포함되고, 상기 단자들 각각은 상기 IC의 핀에 결합되는, 오디오 시스템.
KR20130052986A 2012-05-11 2013-05-10 오디오 시스템 및 그 안에 클래스 d 증폭기를 가지는 집적 회로 칩 KR101495027B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/470,168 US8710922B2 (en) 2012-05-11 2012-05-11 Method and apparatus for filter-less class D audio amplifier EMI reduction
US13/470,168 2012-05-11

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130126528A true KR20130126528A (ko) 2013-11-20
KR101495027B1 KR101495027B1 (ko) 2015-02-24

Family

ID=49535236

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20130052986A KR101495027B1 (ko) 2012-05-11 2013-05-10 오디오 시스템 및 그 안에 클래스 d 증폭기를 가지는 집적 회로 칩

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8710922B2 (ko)
KR (1) KR101495027B1 (ko)
CN (1) CN103391059B (ko)
TW (1) TWI523415B (ko)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9608681B1 (en) * 2015-09-29 2017-03-28 Silicon Laboratories Inc. Output driver architecture with low spur noise
CN107994873B (zh) * 2016-10-26 2021-03-23 博通集成电路(上海)股份有限公司 在音频运算放大器中用于压制振荡噪音的方法和电路
US10855254B2 (en) * 2019-01-31 2020-12-01 Marvell Asia Pte, Ltd. Systems and methods for calibrating impedance of a low power voltage-mode transmitter driver
US10873323B2 (en) 2019-01-31 2020-12-22 Marvell Asia Pte, Ltd. Systems and methods for calibrating impedance of a low power voltage-mode transmitter driver
WO2021058623A1 (en) * 2019-09-24 2021-04-01 Analog Devices International Unlimited Company Method and apparatus for setting a stable operating point and emi control of a h-bridge output stage
US11349441B2 (en) * 2020-01-17 2022-05-31 Nuvoton Technology Corporation Method and apparatus of adaptive gate bias for switched driver
CN111628728B (zh) * 2020-05-21 2024-02-02 上海艾为集成电路技术有限公司 音频调制电路和电子设备
TWI818579B (zh) * 2021-12-14 2023-10-11 立錡科技股份有限公司 脈衝寬度調變方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2675969B1 (fr) * 1991-04-24 1994-02-11 France Telecom Procede et dispositif de codage-decodage d'un signal numerique.
US5949282A (en) 1998-02-25 1999-09-07 National Semiconductor Corporation Class D amplifier no low pass filter feedback with zero phase delay
JP3894293B2 (ja) * 2001-11-19 2007-03-14 ソニー株式会社 パワーアンプ装置
US7355473B2 (en) 2005-11-03 2008-04-08 Amazion Electronics, Inc. Filterless class D power amplifier
CN101647199B (zh) * 2007-02-01 2013-03-20 Jm电子技术有限公司 用于增大开关放大器的采样频率的方法和系统
CN101404480B (zh) * 2008-11-19 2011-02-02 北京东微世纪科技有限公司 单片集成的防破音d类音频功率放大器
CN101425784B (zh) * 2008-12-12 2010-09-22 北京航空航天大学 一种基于混沌扩频调制技术的免滤波器d类音频放大器
CN101847968B (zh) * 2009-03-27 2012-07-25 杭州中科微电子有限公司 高阶多路反馈结构的高性能d类音频功率放大器
CN202068381U (zh) * 2011-05-30 2011-12-07 嘉兴禾润电子科技有限公司 用于抑制噪声的d类音频功率放大器

Also Published As

Publication number Publication date
US20130300500A1 (en) 2013-11-14
CN103391059B (zh) 2017-03-01
CN103391059A (zh) 2013-11-13
US8710922B2 (en) 2014-04-29
TWI523415B (zh) 2016-02-21
TW201347402A (zh) 2013-11-16
KR101495027B1 (ko) 2015-02-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101495027B1 (ko) 오디오 시스템 및 그 안에 클래스 d 증폭기를 가지는 집적 회로 칩
US7463089B1 (en) Class D audio power amplifier for mobile applications
US8729965B2 (en) Amplifier circuits and modulation signal generating circuits therein
US8111846B2 (en) Low distortion switching amplifier circuits and methods
US8076971B2 (en) Sampling frequency reduction for switching amplifiers
US20040246613A1 (en) Voltage mode current-assisted pre-emphasis driver
KR101392362B1 (ko) 스위칭 시스템 및 이의 제어 방법
US9559648B2 (en) Amplifier with reduced idle power loss using single-ended loops
US9407219B2 (en) Electronic Circuit
KR101765861B1 (ko) 무필터 아날로그 입력 클래스 d 오디오 증폭기 클리핑을 위한 방법 및 장치
JP2005210692A (ja) 可変電源電圧を使用するd級増幅器における音量調節
US20080101628A1 (en) Switching amplifier circuits and methods
CN105830342B (zh) 开关模式功率放大器的谐波抑制电路
JP6647932B2 (ja) オーディオアンプ回路、それを用いたオーディオ出力装置、およびそれを用いた電子機器
US11211907B2 (en) Three level PWM class D amplifier
JP5283060B2 (ja) 増幅器
WO2014132953A1 (ja) D級アンプおよび電子機器
JP4623286B2 (ja) デューティ調整回路
NL2023245B1 (en) Three level PWM Class D amplifier
Jasielski et al. Cancellation of common-mode output signal in Class-BD audio amplifiers
US9325283B2 (en) Modulation method for switching modulator
US20130328628A1 (en) Amplifier circuits and modulation signal generating circuits therein
Jasielski et al. Class-BD audio amplifiers with common-mode free output
KR101349002B1 (ko) 증폭 회로 및 증폭 방법
KR20170062217A (ko) 클래스 d 증폭기

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180130

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190125

Year of fee payment: 5