KR20160054166A

KR20160054166A - Digital audio amplifier

Info

Publication number: KR20160054166A
Application number: KR1020140153199A
Authority: KR
Inventors: 최규돈; 박기태
Original assignee: (주)아이언디바이스
Priority date: 2014-11-05
Filing date: 2014-11-05
Publication date: 2016-05-16
Also published as: KR101722767B1

Abstract

The present invention relates to a digital audio amplifier which comprises: a digital modulating unit for modulating an audio signal into a digital input signal; an adding unit for adding a feedback signal passing through a feedback path of an output signal of an output terminal to the digital input signal and outputting an error signal; an active compensating unit for actively compensating the error signal; a comparing unit for comparing an output of the active compensating unit with constant voltage, and calculating the output of the active compensating unit; an output amplifying unit for amplifying an output of the comparing unit, and outputting the amplified output of the comparing unit to the output terminal; and the feedback path for processing the output signal of the output terminal, and generating the feedback signal, thereby not only outputting a high quality sound similar to an original audio signal, but also implementing an audio amplifier with a desired quality even by a relatively simple circuit composition.

Description

Digital audio amplifier {DIGITAL AUDIO AMPLIFIER}

본 발명은 디지털 오디오 앰프에 관한 것으로서, 디지털 오디오 앰프의 출력단의 전원전압에 의해 발생하는 오류, 또는 파워 출력단과 출력전원 공급기에서 발생되는 전압 동요(perturbation)을 보상하여 원 오디오 신호에 가까운 고품질의 음향을 출력할 수 있도록 하는 디지털 오디오 앰프에 관한 것이다.
The present invention relates to a digital audio amplifier, and more particularly, to a digital audio amplifier that compensates for errors caused by a power supply voltage at an output terminal of a digital audio amplifier or a voltage fluctuation generated at a power output terminal and an output power supply, To a digital audio amplifier.

일반적으로, 스위칭 전력증폭단(switching power stage)을 포함한 전력 증폭 기술은 선형 증폭 기술에 비해 높은 효율을 가지고 있다. 그러나, 이러한 전력 증폭기술은 높은 효율을 가지고 있음에도 불구하고, 전력 증폭기의 중요한 사양이라 할 수 있는 선형성과 잡음특성이 선형 증폭기를 이용했을 때에 비해 좋지 못하다. 또한, 스위칭 전력증폭단으로 인하여, 출력증폭기의 전원 전압에 의한 에러나 전압동요(perturbation)가 출력에 영향을 주어 증폭기의 성능을 감소시키는 단점을 가지고 있다. Generally, power amplification techniques including a switching power stage have higher efficiency than linear amplification techniques. However, although this power amplification technique has a high efficiency, the linearity and the noise characteristic, which are important specifications of the power amplifier, are not as good as when the linear amplifier is used. In addition, due to the switching power amplification stage, errors and voltage fluctuations due to the power supply voltage of the output amplifier affect the output, thereby reducing the performance of the amplifier.

도 1은 종래의 디지털 오디오 앰프의 구성을 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이 디지털 입력신호를 사용한 전력 증폭기의 기존 방식은 디지털 신호를 칩 내부에서 처리하여 전압 레벨을 높인 스위칭 신호를 만들어 사용하는 것이 일반적이다. 1 shows a configuration of a conventional digital audio amplifier. As shown in FIG. 1, a conventional power amplifier using a digital input signal generally processes a digital signal in a chip to generate a switching signal having a higher voltage level.

도 1에 도시된 종래의 디지털 오디오 앰프의 경우, 먼저 디지털 변조부(110)가 디지털 신호를 디지털 변조하여 출력하고, 전처리부(120)는 상기 변조된 디지털 신호에 대해 전처리를 수행하며, 이후 출력증폭부(130)가 전처리부(120)의 출력신호를 증폭하여 출력단을 통해 출력한다. In the conventional digital audio amplifier shown in FIG. 1, a digital modulator 110 digitally modulates and outputs a digital signal, a preprocessor 120 preprocesses the modulated digital signal, The amplifying unit 130 amplifies the output signal of the preprocessing unit 120 and outputs the amplified signal through an output terminal.

상기와 같은 종래의 디지털 오디오 앰프의 경우, 디지털 신호의 전압 레벨을 그대로 증폭시켜 출력 신호를 만들어낸다. 이 방식의 경우, 위에서 기술한 출력증폭부의 전원 전압에 의한 오류(에러)나 전압동요(perturbation)가 출력에 직접적으로 영향을 주고, 이를 제거할 수 없기 때문에 오디오 성능이 저하되는 문제점이 있었다.In such a conventional digital audio amplifier, the voltage level of the digital signal is directly amplified to produce an output signal. In this case, the error (error) or voltage fluctuation due to the power supply voltage of the output amplifier described above directly affects the output, and it is impossible to remove the output, so that the audio performance is degraded.

이에, 이러한 문제를 해결하기 위해 여러 기술이 연구되었다.Several techniques have been studied to solve this problem.

엣지 또는 램프 보정유닛(Edge or Ramp Correction Unit)을 사용하는 종래 기술은, 디지털 입력 신호를 DAC(digital analog converter)를 통해 아날로그 신호로 변경하여 증폭장치 내부에서 처리하는 방식이다. 그런데, 이 경우 램프입력(ramp input)을 발생하는 회로(Ramp Generator)에서 잡음이 발생한다는 점, 및 시스템을 구성함에 있어 주변 회로가 많이 필요하여 복잡해진다는 점 등의 문제점이 존재한다. 더욱이 전달 주파수가 변화하는 디지털 변조기(digital modulator)를 이용한 디지털 오디오 앰프의 경우, 에러 보상 경로의 이득이 변조지수(modulation index)와 반비례하기 때문에 높은 변조지수 입력에서 에러 보상 경로의 이득이 감소하여 THD(total harmonic distortion) 특성이 나빠지는 문제가 발생한다.
A conventional technique using an edge or ramp correction unit is a method of converting a digital input signal into an analog signal through a digital analog converter (DAC) and processing it in the amplification device. However, in this case, there is a problem that a noise is generated in a ramp generator (ramp generator), and a complicated structure is required due to a large number of peripheral circuits. Further, in the case of a digital audio amplifier using a digital modulator whose transmission frequency changes, the gain of the error compensation path decreases at a high modulation index input because the gain of the error compensation path is inversely proportional to the modulation index, (total harmonic distortion) characteristic deteriorates.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제 2011-0071347호(2011.06.29공개)에 개시되어 있다.
The background art of the present invention is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2011-0071347 (published on June 29, 2011).

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 디지털 오디오 앰프의 출력단의 전원전압에 의해 발생하는 오류, 또는 파워 출력단과 출력전원 공급기에서 발생되는 전압 동요를 보상하여 원 오디오 신호에 가까운 고품질의 음향을 출력할 수 있도록 할 뿐만 아니라, 비교적 간단한 회로구성에 의해서도 원하는 품질의 오디오 앰프를 구현할 수 있는 디지털 오디오 앰프를 제공하는 데에 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a digital audio amplifier which can compensate an error caused by a power supply voltage at an output terminal of a digital audio amplifier, or a voltage fluctuation generated at a power output terminal and an output power supply, In addition, the present invention provides a digital audio amplifier capable of realizing an audio amplifier of a desired quality even by a relatively simple circuit configuration.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 디지털 오디오신호를 디지털 입력신호로 변조하는 디지털 변조부; 상기 디지털 입력신호에, 출력단의 출력신호가 피드백 경로를 경유하여 생긴 피드백 신호를 가산하여 오차신호(error signal)를 출력하는 가산부; 상기 오차신호를 능동보상하는 능동보상부; 상기 능동보상부의 출력을 정전압과 비교연산하는 비교부; 상기 비교부의 출력을 증폭하여 상기 출력단으로 출력하는 출력증폭부; 및 상기 출력단의 출력신호를 처리하여 상기 피드백신호를 생성하는 피드백 경로를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 앰프를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a digital audio signal processing apparatus comprising: a digital modulating unit for modulating a digital audio signal into a digital input signal; An adder for adding an error signal to the digital input signal by adding a feedback signal generated by an output signal of the output terminal via a feedback path; An active compensation unit for active compensation of the error signal; A comparator comparing the output of the active compensation unit with a constant voltage; An output amplifier amplifying the output of the comparator and outputting the amplified output to the output terminal; And a feedback path for processing the output signal of the output terminal to generate the feedback signal.

본 발명에서, 상기 피드백 경로는, 상기 출력단의 출력신호의 게인을 조정하여 보상하는 피드백 보상부; 및 상기 피드백 보상부의 출력신호에 포함된 일정 주파수 이상의 고주파를 필터링하여 상기 가산부에 제공하는 피드백 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the feedback path includes: a feedback compensator for compensating for the gain of the output signal of the output stage by adjusting the gain; And a feedback filter for filtering a high frequency signal having a frequency equal to or higher than a predetermined frequency included in the output signal of the feedback compensating unit and providing the filtered signal to the adding unit.

본 발명은, 상기 디지털 변조부의 후단에 설치되어 상기 디지털 입력신호에 포함된 고조파를 필터링하여 상기 가산부에 제공하는 입력필터; 및 상기 가산부로부터의 오차신호에 포함된 고조파를 감쇄시키는 에러필터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention may further comprise: an input filter installed downstream of the digital modulation unit to filter the harmonics included in the digital input signal and provide the harmonics to the adder; And an error filter for attenuating the harmonics included in the error signal from the adder.

본 발명에서, 상기 피드백 필터, 상기 입력필터 및 상기 에러필터는 일정 주파수 이하의 성분만 통과시키는 로우패스 필터인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the feedback filter, the input filter, and the error filter are low-pass filters that pass only a component of a certain frequency or less.

본 발명에서, 상기 능동보상부는 상기 오차신호에 대해 적분연산을 수행하는 적분기를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the active compensation unit may include an integrator for performing an integration operation on the error signal.

본 발명에서, 상기 비교부로부터 출력되는 신호는 PWM(Pulse Width Modulation)파 형태의 신호인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the signal output from the comparison unit is a PWM (Pulse Width Modulation) waveform signal.

본 발명은, 상기 출력증폭부의 출력신호의 미리 설정된 가청주파수 대역 부분만을 상기 출력단의 출력신호로서 출력하는 외부필터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
The present invention is characterized by further comprising an external filter for outputting only an audible frequency band part of the output signal of the output amplifying part as an output signal of the output terminal.

본 발명에 따른 디지털 오디오 앰프는 디지털 오디오 앰프의 출력단의 전원전압에 의해 발생하는 오류, 또는 파워 출력단과 출력전원 공급기에서 발생되는 전압 동요를 보상하여 원 오디오 신호에 가까운 고품질의 음향을 출력할 수 있도록 한다.The digital audio amplifier according to the present invention compensates for errors caused by the power supply voltage at the output terminal of the digital audio amplifier or voltage fluctuations generated at the power output terminal and the output power supply so as to output high quality sound close to the original audio signal do.

또한, 본 발명에 따른 디지털 오디오 앰프는 별도의 복잡한 회로나 연산장치를 구비하지 않고도 비교적 간단한 회로구성에 의해 원하는 품질의 오디오 앰프를 구현할 수 있는 효과가 있다.In addition, the digital audio amplifier according to the present invention has an effect of realizing an audio amplifier of a desired quality by a relatively simple circuit configuration without requiring a complicated circuit or a calculation device.

또한, 본 발명에 따르면, 높은 효율을 갖는 디지털 오디오 앰프를 구현할 수 있고, 변동하는 입력 주파수를 갖는 PDM(pulse density modulated) 신호를 수용할 수 있으며 높은 PSRR(Power Supply Rejection Ratio) 특성과 높은 SNR(Signal to Noise Ratio) 특성을 얻을 수 있다.
In addition, according to the present invention, it is possible to implement a digital audio amplifier with high efficiency, to accommodate a pulse density modulated (PDM) signal having a fluctuating input frequency, to realize a high power supply rejection ratio (PSRR) characteristic and a high SNR Signal to noise ratio) characteristic can be obtained.

도 1은 종래의 디지털 오디오 앰프의 구성을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 일 실시예에 따른 디지털 오디오 앰프의 구성을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 의한 다른 실시예에 따른 디지털 오디오 앰프의 구성을 도시한 것이다.1 shows a configuration of a conventional digital audio amplifier.
2 is a block diagram of a digital audio amplifier according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 illustrates a configuration of a digital audio amplifier according to another embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and like parts are denoted by similar reference numerals throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.

도 2는 본 발명에 의한 일 실시예에 따른 디지털 오디오 앰프의 구성을 도시한 것이고, 도 3은 본 발명에 의한 다른 실시예에 따른 디지털 오디오 앰프의 구성을 도시한 것으로서, 이를 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명하면 다음과 같다. FIG. 2 is a block diagram of a digital audio amplifier according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a block diagram of a digital audio amplifier according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. An embodiment according to the present invention will now be described.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 디지털 오디오 앰프는 디지털 오디오신호를 디지털 입력신호로 변조하는 디지털 변조부(210); 디지털 변조부(210)의 후단에 설치되어 상기 디지털 입력신호에 포함된 고조파를 필터링하여 가산부(230)에 제공하는 입력필터(220); 입력필터(220)로부터의 디지털 입력신호에, 출력단(out)의 출력신호가 피드백 경로를 경유하여 생긴 피드백 신호를 가산하여 오차신호(error signal)를 출력하는 가산부(230); 가산부(230)로부터의 오차신호에 포함된 고조파를 감쇄시키는 에러필터(240); 에러필터(240)에 의해 필터링된 상기 오차신호를 능동보상하는 능동보상부(250); 능동보상부(250)의 출력을 정전압과 비교연산하는 비교부(260); 비교부(260)의 출력을 증폭하여 상기 출력단(out)으로 출력하는 출력증폭부(270); 및 출력단(out)의 출력신호를 처리하여 상기 피드백신호를 생성하는 피드백 경로(280, 290)를 포함하여 구성된다. 본 실시예에 따른 디지털 오디오 앰프는 출력증폭부(270)의 출력신호의 미리 설정된 가청주파수 대역 부분만을 출력단(out)의 출력신호로서 출력하는 외부필터(310)를 더 포함할 수 있다.2, the digital audio amplifier according to the present embodiment includes a digital modulator 210 for modulating a digital audio signal into a digital input signal; An input filter 220 installed downstream of the digital modulation unit 210 for filtering the harmonics included in the digital input signal and providing the harmonics to the addition unit 230; An adder 230 for adding an error signal to a digital input signal from the input filter 220 by adding a feedback signal generated by an output signal of the output terminal out via a feedback path; An error filter 240 for attenuating the harmonics included in the error signal from the adder 230; An active compensation unit 250 for active compensation of the error signal filtered by the error filter 240; A comparator 260 for comparing the output of the active compensation unit 250 with a constant voltage; An output amplifier 270 for amplifying the output of the comparator 260 and outputting the amplified output to the output terminal out; And a feedback path (280, 290) for processing the output signal of the output terminal (out) to generate the feedback signal. The digital audio amplifier according to the present embodiment may further include an external filter 310 for outputting only the predetermined audio frequency band portion of the output signal of the output amplifier 270 as an output signal of the output terminal out.

상기 피드백 경로는, 출력단(out)의 출력신호의 게인을 조정하여 보상하는 피드백 보상부(280); 및 피드백 보상부(280)의 출력신호에 포함된 일정 주파수 이상의 고주파를 필터링하여 가산부(230)에 제공하는 피드백 필터(290)를 포함한다.The feedback path includes a feedback compensator 280 for adjusting and compensating for a gain of an output signal of the output terminal out; And a feedback filter 290 for filtering the high frequency signal of a predetermined frequency or more included in the output signal of the feedback compensating unit 280 and providing the filtered signal to the adding unit 230.

여기서, 피드백 필터(290), 입력필터(220) 및 에러필터(240)는 일정 주파수 이하의 성분만 통과시키는 로우패스 필터이다. 그리고, 능동보상부(250)는 상기 오차신호에 대해 적분연산을 수행하는 적분기를 포함하여 구성될 수 있다.
Here, the feedback filter 290, the input filter 220, and the error filter 240 are low-pass filters that pass only components below a certain frequency. The active compensation unit 250 may include an integrator that performs an integration operation on the error signal.

이와 같이 구성된 본 실시예의 동작 및 작용을 도 2 및 도 3을 참조하여 구체적으로 설명한다.The operation and operation of the present embodiment thus configured will be described in detail with reference to Figs. 2 and 3. Fig.

먼저, 디지털 변조부(210)는 디지털 오디오신호를 입력받아 이를 디지털 입력신호로 변조하여 출력한다. 본 실시예에 따른 디지털 오디오 앰프는 아날로그가 아닌 디지털 오디오신호를 디지털 변조부(210)로 입력받는다. 디지털 변조부(210)는 디지털 오디오신호를 이후 단계에서의 신호 처리에 적합한 형태의 디지털 입력신호로 변조하는데, 예를 들어 16비트나 24비트의 평형(parallel) 신호를 1비트의 시리얼(serial) 신호로 변조할 수 있다.First, the digital modulation unit 210 receives a digital audio signal, modulates it into a digital input signal, and outputs the digital input signal. A digital audio amplifier according to the present embodiment receives a digital audio signal, not an analog, into a digital modulator 210. The digital modulation unit 210 modulates a digital audio signal into a digital input signal in a form suitable for signal processing at a later stage. For example, a 16-bit or 24-bit parallel signal is converted into a 1-bit serial signal Lt; / RTI >

다음으로, 입력필터(220)는 디지털 변조부(210)로부터 출력되는 디지털 입력신호에 포함된 고조파를 필터링하여 제거하고, 그 필터링 작업이 완료된 디지털 입력신호를 가산부(230)에 제공한다. 입력필터(220)는 일정 주파수 이하의 부분만을 통과시키는 일종의 로우패스필터이다. 디지털 입력신호에는 고조파 성분이 많이 존재하므로 이를 여과하지 않을 경우 THD(total harmonic distortion) 오디오 특성이 나빠질 수 있다. 따라서, 입력필터(220)는 디지털 입력신호에 필터링을 수행하여 고조파성분에 의한 외부방해를 감쇄시켜 높은 성능의 오디오 출력을 얻을 수 있도록 한다.The input filter 220 filters and removes the harmonics included in the digital input signal output from the digital modulation unit 210 and provides the digital input signal that has completed the filtering operation to the adder 230. The input filter 220 is a kind of low-pass filter that passes only a portion of a frequency lower than a certain frequency. Since the digital input signal has many harmonic components, the THD (total harmonic distortion) audio characteristic may be deteriorated if the digital input signal is not filtered. Accordingly, the input filter 220 performs filtering on the digital input signal to attenuate external disturbance due to the harmonic components, thereby obtaining a high-performance audio output.

이어서, 가산부(230)는 입력필터(220)로부터의 디지털 입력신호에, 출력단(out)의 출력신호가 피드백 경로를 경유하여 생성되는 피드백 신호를 가산하여 오차신호(error signal)를 출력한다. 본 실시예에서는, 출력단(out)의 출력신호를 피드백경로(280, 290)를 통해 처리한 후 이를 가산부(230)에 입력하여 피드백 루프를 형성한다. 가산부(230)는 입력필터(220)로부터의 디지털 입력신호에 상기 피드백 신호를 가산하여 두 신호 간의 오차신호를 생성하여 출력하는 것이다. 이렇게 함으로써, 필터링된 디지털 입력신호와 필터링된 피드백신호를 합하여, 출력단이나 외부의 방해나 장애로 인한 에러성분을 한번 더 여과하여 깨끗한 신호를 만드는 것이다.The adder 230 adds an error signal to the digital input signal from the input filter 220 by adding the feedback signal generated by the output signal of the output terminal out via the feedback path. In this embodiment, the output signal of the output terminal out is processed through the feedback paths 280 and 290, and then inputted to the adder 230 to form a feedback loop. The adder 230 adds the feedback signal to the digital input signal from the input filter 220 to generate and output an error signal between the two signals. By doing so, the filtered digital input signal and the filtered feedback signal are summed together to create a clean signal by further filtering the error component due to the output or external disturbance or disturbance.

다음으로, 에러필터(240)는 가산부(230)로부터의 오차신호에 포함된 고조파를 감쇄시키기 위해 오차신호에 대해 필터링을 수행한다. 에러필터(240)도 일정 주파수 이하의 부분만을 통과시키는 일종의 로우패스필터로서, 에러신호에 포함된 고조파신호를 감쇄시킴으로써 음파영역 이상의 고주파 제거하고 THD 특성을 개선하는 역할을 한다.Next, the error filter 240 performs filtering on the error signal to attenuate the harmonics included in the error signal from the adder 230. [ The error filter 240 is also a kind of low-pass filter that passes only a portion of a frequency less than a predetermined frequency, and attenuates the harmonic signal included in the error signal, thereby removing high frequency components in a sound wave region and improving the THD characteristics.

이어서, 능동보상부(250)는 에러필터(240)에 의해 필터링된 상기 오차신호를 능동보상한다. 특히, 능동보상부(250)는 상기 오차신호에 대해 적분연산을 수행하는 적분기를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 능동보상부(250)는 적분연산을 통해 자가발진 피드백루프의 높은 이득을 구현하고 에러필터(240)의 출력신호인 오차신호에 포함되어 있는 (출력단에서의 에러와 외부방해에 따른) 고주파 성분을 감쇄시킬 수 있다.The active compensation unit 250 then actively compensates for the error signal filtered by the error filter 240. In particular, the active compensation unit 250 may include an integrator that performs an integration operation on the error signal. The active compensation unit 250 realizes a high gain of the self-oscillation feedback loop through an integration operation and generates a high frequency component (due to errors in the output stage and external disturbance) included in the error signal, which is an output signal of the error filter 240. [ Can be attenuated.

다음으로, 비교부(260)는 능동보상부(250)의 출력을 정전압과 비교연산하여 그 연산결과를 출력한다. 비교부(260)는 능동보상부(250)의 출력신호(아날로그신호)를 정전압과 비교하여 PWM 신호형태의 신호를 출력한다. 비교부(260)를 거친 디지털 신호(펄스 신호)는 증폭하기도 쉬울 뿐더러 노이즈에 대해서도 강한 특성을 갖고 있다. 비교부(260)에 입력되는 신호의 전압이 0~VDD 일 때 상기 정전압은 1/2VDD 수준의 전압이 될 수 있다.Next, the comparator 260 compares the output of the active compensator 250 with the constant voltage and outputs the calculated result. The comparator 260 compares the output signal (analog signal) of the active compensation unit 250 with a constant voltage to output a signal in the form of a PWM signal. The digital signal (pulse signal) passed through the comparator 260 is easy to amplify and has a strong characteristic against noise. When the voltage of the signal input to the comparator 260 is 0 to VDD, the constant voltage may be a voltage of the level of 1 / 2VDD.

이어서, 출력증폭부(270)는 비교부(260)의 출력을 증폭하여 상기 출력단(out)으로 출력한다.The output amplifying unit 270 amplifies the output of the comparing unit 260 and outputs the amplified output to the output terminal out.

추가적으로, 본 실시예에 따른 디지털 오디오 앰프는 출력단(out)에서 가산부(230)에 이르는 피드백 경로를 포함하고 있다. 출력단(out)의 출력신호는 상기 피드백 경로를 통해 이득조정 및 필터링된다. In addition, the digital audio amplifier according to the present embodiment includes a feedback path from the output terminal (out) to the adder 230. [ The output signal of the output stage (out) is gain-adjusted and filtered through the feedback path.

구체적으로, 먼저 피드백 보상부(280)가 출력단(out)의 출력신호의 게인을 조정하여 보상한다. 피드백 보상부(280)는 입력필터(220)로부터 입력되는 신호와의 가산을 위해, 출력단(out)의 출력신호의 게인을 조정하여 보상한다. 피드백되는 출력단(out)의 출력신호는 그 전압레벨이 상대적으로 높기 때문에, 가산기(230)에서의 가산을 위해 피드백 보상부(280)는 입력필터(220)로부터 입력되는 디지털 입력신호와 비슷한 전압레벨로 출력단(out)의 출력신호의 게인을 조정한다.Specifically, first, the feedback compensating unit 280 adjusts the gain of the output signal of the output terminal out to compensate. The feedback compensating unit 280 adjusts the gain of the output signal of the output terminal out to compensate for addition with the signal input from the input filter 220. [ Since the output signal of the output terminal to be fed back has a relatively high voltage level, the feedback compensator 280 compensates for a voltage level similar to the digital input signal input from the input filter 220, To adjust the gain of the output signal of the output terminal out.

그리고, 피드백 필터(290)는 피드백 보상부(280)의 출력신호에 포함된 일정 주파수 이상의 고주파를 필터링하여 가산부(230)에 제공한다. 피드백 필터(290)도 일정 주파수 이하의 부분만을 통과시키는 일종의 로우패스필터로서, 출력단(out)의 신호에 포함된 고조파를 필터링하여 잡음을 제거한다.The feedback filter 290 filters high frequencies of a predetermined frequency or more included in the output signal of the feedback compensation unit 280 and provides the filtered high frequency to the adder 230. The feedback filter 290 is a kind of low-pass filter that passes only a portion of a frequency less than a predetermined frequency, and filters out harmonics included in the signal of the output terminal out to remove noise.

상술한 바와 같이 본 실시예에 따른 디지털 오디오 앰프는 디지털 입력신호가 출력단(out)으로부터 피드백되는 출력신호와 가산되어 처리되는 피드백 루프 구조를 이루고 있다. 이러한 피드백 루프로 구성된 디지털 오디 앰프는 아날로그 자가 발진 피드백 루프로 구성되어 있어서 본연의 자가 발진 주파수가 존재하지만, 디지털 변조된 입력을 통해 신호가 들어올 경우 입력 신호를 쫓아 가게 되어 입력 신호를 출력에 그대로 전달하게 된다. 통상의 Class D 증폭기의 경우 디지털 입력을 DAC(digital to analog converter)를 통해 아날로그 입력으로 변환하여 사용하지만, 본 실시예의 디지털 오디오 앰프는 디지털 입력신호를 직접 사용하여(DAC가 필요없이) 피드백 루프를 구성하는 방식이라는 기술적 차별성을 가지고 있다.As described above, the digital audio amplifier according to the present embodiment has a feedback loop structure in which a digital input signal is added to an output signal fed back from an output end (out) and processed. A digital audio amplifier composed of these feedback loops consists of an analog self-oscillating feedback loop, which has its own self-oscillating frequency. However, when a signal is input through a digitally modulated input, it follows the input signal and transfers the input signal to the output . In the case of a conventional Class D amplifier, the digital input is converted to an analog input through a digital to analog converter (DAC), but the digital audio amplifier of this embodiment directly uses the digital input signal It is technically different.

피드백 루프에 입력되는 디지털 입력 신호(오디오 신호)는 피드백 루프의 주파수 대역보다 낮은 주파수에 위치해 있다(피드백 루프의 시간 상수보다 더 긴 시간 상수를 가짐). 따라서, 디지털 입력신호는 피드백 루프 내의 필터(로우패스필터)에 의해 영향을 받는 주파수 대역이 아니기 때문에, 출력증폭부(270)의 이득만큼 증폭되어 출력으로 나타나게 된다. 이에 반해, 출력단(out)의 전원 전압의 동요(perturbation)에 의한 에러는 스위칭에 의해 나타나는 고주파 대역의 에러부분이 대부분을 차지하여 입력 신호의 주파수보다 몇 십 배 이상의 주파수를 갖는다. 이것은 피드백 루프의 주파수 대역을 조절하여 감쇄가 가능하도록 설계를 진행하는 것으로 해결할 수 있다. The digital input signal (audio signal) input to the feedback loop is located at a frequency lower than the frequency band of the feedback loop (which has a time constant longer than the time constant of the feedback loop). Therefore, since the digital input signal is not a frequency band affected by the filter (low-pass filter) in the feedback loop, it is amplified by the gain of the output amplifier 270 and appears as an output. On the other hand, the error caused by the perturbation of the power supply voltage at the output terminal (out) occupies most of the error part of the high frequency band caused by the switching and has a frequency several tens times higher than the frequency of the input signal. This can be solved by adjusting the frequency band of the feedback loop so that the design can be attenuated.

결과적으로, 본 실시예에 따른 디지털 오디오 앰프에서는, 디지털 입력신호 및 에러가 포함된 출력단(out)의 출력신호가 모두 필터링된 후에 합쳐지기 때문에 상호 간의 영향을 줄일 수 있다. 따라서, 깨끗한 입력 신호가 출력신호의 영향을 받아 디지털 입력신호 자체의 THD특성이 악화되거나 노이즈가 발생하는 것을 막을 수 있다.As a result, in the digital audio amplifier according to the present embodiment, since the digital input signal and the output signal of the output stage (out) including the error are all filtered and combined, the influence of each other can be reduced. Therefore, it is possible to prevent the clean input signal from being influenced by the output signal, thereby deteriorating the THD characteristic of the digital input signal itself or generating noise.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 디지털 오디오 앰프는 출력증폭부(270)의 후단부에 외부필터(310)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 외부필터(310)는 출력증폭부(270)의 출력신호의 미리 설정된 가청주파수 대역 부분만을 출력단(out)의 출력신호로서 출력하도록 하는 역할을 한다. 이 경우에는 외부필터(310)로 인해 루프 특성이 변할 수 있으므로 이를 보상하기 위한 내부 회로(미도시)가 피드백 경로 상에 포함될 수 있다.
3, the digital audio amplifier according to the present embodiment may further include an external filter 310 at the rear end of the output amplification unit 270. The external filter 310 serves to output only the predetermined audio frequency band portion of the output signal of the output amplifier 270 as the output signal of the output terminal out. In this case, since the loop characteristic may be changed due to the external filter 310, an internal circuit (not shown) for compensating the loop characteristic may be included in the feedback path.

이상 살펴본 바와 같이, 본 실시예에 따른 디지털 오디오 앰프는 디지털 오디오 앰프의 출력단의 전원전압에 의해 발생하는 오류, 또는 파워 출력단과 출력전원 공급기에서 발생되는 전압 동요를 보상하여 원 오디오 신호에 가까운 고품질의 음향을 출력할 수 있도록 한다. 또한, 본 실시예에 따른 디지털 오디오 앰프는 별도의 복잡한 회로나 연산장치를 구비하지 않고도 비교적 간단한 회로구성에 의해 원하는 품질의 오디오 앰프를 구현할 수 있다.As described above, the digital audio amplifier according to the present embodiment compensates for an error caused by the power supply voltage at the output terminal of the digital audio amplifier, or the voltage fluctuation generated at the power output terminal and the output power supply, Sound can be output. In addition, the digital audio amplifier according to the present embodiment can implement an audio amplifier of a desired quality by a relatively simple circuit configuration without requiring a complicated circuit or a calculation device.

또한, 본 실시예에 따르면, 높은 효율을 갖는 디지털 오디오 앰프를 구현할 수 있고, 변동하는 입력 주파수를 갖는 PDM(pulse density modulated) 신호를 수용할 수 있으며 높은 PSRR(Power Supply Rejection Ratio) 특성과 높은 SNR(Signal to Noise Ratio) 특성을 얻을 수 있다.
According to the present embodiment, it is possible to implement a digital audio amplifier with a high efficiency, to accommodate a pulse density modulated (PDM) signal having a fluctuating input frequency, to realize a high power supply rejection ratio (PSRR) (Signal to Noise Ratio) characteristic can be obtained.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
While the invention has been shown and described in detail in the foregoing description, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art, Of the right.

110, 210 : 디지털 변조부
120 : 전처리부
130, 270 : 출력증폭부
220 : 입력필터
230 : 가산부
240 : 에러필터
250 : 능동보상부
260 : 비교부
270 : 출력증폭부
280 : 피드백 보상부
290 : 피드백 필터
310 : 외부필터110, 210: digital modulation section
120:
130, and 270:
220: Input filter
230:
240: Error filter
250: active compensation unit
260:
270:
280: Feedback compensation unit
290: Feedback filter
310: External filter

Claims

As a digital audio amplifier,
A digital modulator for modulating the digital audio signal into a digital input signal;
An adder for adding an error signal to the digital input signal by adding a feedback signal generated by an output signal of the output terminal via a feedback path;
An active compensation unit for active compensation of the error signal;
A comparator comparing the output of the active compensation unit with a constant voltage;
An output amplifier amplifying the output of the comparator and outputting the amplified output to the output terminal; And
And a feedback path for processing the output signal of the output terminal to generate the feedback signal.

The method according to claim 1,
The feedback path includes:
A feedback compensator for compensating for the gain of the output signal of the output stage by compensating for the gain; And
And a feedback filter for filtering a high frequency signal of a predetermined frequency or more included in the output signal of the feedback compensating unit and providing the filtered signal to the adding unit.

The method according to claim 1,
An input filter disposed downstream of the digital modulation unit to filter the harmonics included in the digital input signal and provide the harmonics to the adder; And
And an error filter for attenuating the harmonics included in the error signal from the adder.

The method according to claim 2 or 3,
Wherein the feedback filter, the input filter, and the error filter are low-pass filters that pass only components of a predetermined frequency or less.

The method according to claim 1,
Wherein the active compensation unit includes an integrator for performing an integration operation on the error signal.

The method according to claim 1,
Wherein the signal output from the comparison unit is a pulse-width modulation (PWM) signal.

The method according to claim 1,
Further comprising an external filter for outputting only a predetermined audio frequency band portion of the output signal of the output amplifier as an output signal of the output terminal.