KR20190141238A - 차지 펌프 잡음을 감소시키기 위한 신호 경로의 잡음 전달 함수의 제어 - Google Patents

차지 펌프 잡음을 감소시키기 위한 신호 경로의 잡음 전달 함수의 제어 Download PDF

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Abstract

장치는 디지털 신호의 양자화 잡음 성형을 위한 델타-시그마 변조기, 디지털 신호로부터 아날로그 신호를 생성하도록 구성된 디지털 아날로그 컨버터, 및 아날로그 신호를 증폭시키도록 구성되고 차지 펌프로부터 전력을 공급받는 증폭기를 포함할 수 있고, 장치의 총 고조파 왜곡 잡음에 대한 차지 펌프 잡음의 영향이 최소화되도록, 차지 펌프는 델타-시그마 변조기의 0의 변조기 잡음 전달 함수와 거의 동일한 스위칭 주파수에서 동작하도록 구성된다.

Description

차지 펌프 잡음을 감소시키기 위한 신호 경로의 잡음 전달 함수의 제어
상호 참조들 및 관련 출원
본 개시는 2017년 4월 27일에 출원된 미국 가특허 출원 제 62/490,730 호, 2017년 4월 27일에 출원된 미국 가특허 출원 제 62/490,922 호, 및 2017년 6월 6일에 출원된 미국 가특허 출원 제 62/515,785 호의 이익을 주장하고, 상기 출원들은 그들의 전체로 본 명세서에 참조로서 통합된다.
개시의 분야
본 개시는 일반적으로 무선 전화들 및 미디어 플레이어들과 같은 개인용 오디오 디바이스들을 제한 없이 포함하는 차지 펌프 전력 공급기들(charge pump power supplies)에 관한 것이고, 더 구체적으로 차지 펌프(charge pump)에 대한 입력 전류 한도를 유지하기 위해 차지 펌프에 의해 생성된 출력 전력을 스로틀링(throttling)하기 위한 방법들 및 시스템들에 관한 것이다.
모바일/휴대 전화들과 같은 무선 전화들, 코드리스 전화들, mp3 플레이어들, 및 다른 소비자 오디오 디바이스들을 포함하는 개인용 오디오 디바이스들이 널리 사용되고 있다. 이러한 개인용 오디오 디바이스들은 한쌍의 헤드폰들 또는 하나 이상의 스피커들을 구동하기 위한 회로 소자(circuitry)를 포함할 수 있다. 이러한 회로 소자는 종종 헤드폰들 또는 스피커들에 대해 오디오 출력 신호를 드라이빙하기 위한 전력 증폭기를 포함한다.
그의 시장성 또는 바람직함성에 영향을 줄 수 있는 개인용 오디오 디바이스의 하나의 특정한 특징은 그의 오디오 출력 신호의 동적 범위이다. 간단히 말하면, 동적 범위는 오디오 출력 신호의 가장 큰 값과 가장 작은 값 사이의 비율이다. 동적 범위를 증가시키기 위한 하나의 방식은 높은 이득을 전력 증폭기에 적용하는 것이다. 그러나, 오디오 출력 신호에 존재하는 잡음은 일반적으로 전력 증폭기의 이득의 단조 증가 함수일 수 있어서, 고이득 증폭기의 결과로서 임의의 증가된 동적 범위는 더 낮은 강도 오디오 신호들을 효과적으로 마스킹할 수 있는 신호 잡음에 의한 오프셋일 수 있다.
발명의 명칭이 "Enhacement of Dynamic Range of Audio Signal Path"인 2013년 11월 19일에 출원되고 본 개시("'972 출원")의 출원인(Cirrus Logic, Inc.)에 양도된 미국 특허 출원 제 14/083,972 호는 오디오 신호 경로의 동적 범위를 향상시키기 위한 방법들 및 시스템들을 개시한다. '972 출원에서, 오디오 트랜스듀서로 출력 신호를 제공하기 위한 장치는 디지털 신호 경로부, 아날로그 신호 경로부, 디지털 신호 경로부와 아날로그 신호 경로부 사이에서 인터페이스된 디지털 아날로그 컨버터(DAC), 및 제어 회로를 포함한다. 디지털 경로부는 선택 가능한 디지털 이득을 가질 수 있고, 선택 가능한 디지털 이득에 따라 디지털 오디오 출력 신호를 생성하도록 구성될 수 있고, DAC은 디지털 출력 신호로부터 아날로그 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 아날로그 신호 경로부는 아날로그 신호를 수신하기 위한 오디오 입력, 출력 신호를 제공하기 위한 오디오 출력, 및 선택 가능한 아날로그 이득을 가질 수 있고, 아날로그 신호에 기초하여 및 선택 가능한 아날로그 이득에 따라 출력 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 제어 회로는 선택 가능한 아날로그 이득을 선택하고 출력 신호를 나타내는 신호의 크기에 기초하여 선택 가능한 디지털 이득을 선택하도록 구성될 수 있다.
평탄한 통과대역으로부터의 편차들이 선택 가능한 아날로그 이득 및 선택 가능한 디지털 이득을 변경하기 위해 동적 범위 향상 시스템의 잘못된 트리거링을 초래할 수 있기 때문에, 동적 범위 향상 시스템의 효과적인 동작은 종종 관심있는 주파수 범위에 걸쳐 신호 경로의 통과대역 평탄함을 요구한다. 그러나, 신호 경로의 디지털 경로부 및 아날로그 신호 경로부의 각각은 관심 있는 주파수 범위에 걸쳐 평탄하지 않은 전달 함수들을 가질 수 있고, 조건은 종종 "크기 드룹(magnitude droop)"이라고 불린다.
전력 증폭기는 종종 개인용 오디오 디바이스에서 전력의 1차 소비자일 수 있고, 따라서, 개인용 오디오 디바이스의 배터리 수명에 대한 가장 큰 영향을 가질 수 있다. 출력 스테이지에 대한 선형 전력 증폭기를 가지는 디바이스들에서, 활성 출력 트랜지스터에 걸친 전압 드롭과 출력 전압의 합은 일정한 전원 레일 전압(constant power pupply rail voltage)과 동일할 것이기 때문에, 낮은 신호 레벨 출력들 동안 전력은 낭비된다. 따라서, Class-G 및 Class-H와 같은 증폭기 토폴로지들은 출력 트랜지스터(들)에 걸친 전압 드롭을 감소시키고 그에 의해 출력 트랜지스터(들)에 의한 소모(dissipation)에서 낭비된 전력을 감소시키기 위해 바람직하다.
이러한 전력 증폭기에 가변 전원 전압을 제공하기 위해, 예를 들면, 미국 특허 8,311,243에 개시되는 바와 같이 차지 펌프 전원이 사용될 수 있고, 여기서 회로의 출력에서 신호 레벨의 표시는 Class-G 토폴로지에서 전원 전압을 제어하기 위해 사용된다. 상기 기술된 토폴로지는 일반적으로 낮은 신호 레벨의 기간들이 오디오 소스에 존재하는 한 오디오 증폭기의 효율을 상승시킬 수 있다. 일반적으로 이러한 토폴로지들에서, 복수의 임계치들은 차지 펌프 전원에 대하여 출력 신호 레벨 종속 동작 모드들을 규정하고, 상이한 공급 전압이 각각의 모드에서 차지 펌프 전원에 의해 생성된다.
본 발명의 목적은 차지 펌프에 대한 입력 전류 한도를 유지하기 위해 차지 펌프에 의해 생성된 출력 전력을 스로틀링하기 위한 방법들 및 시스템들을 제공하는 것이다.
본 개시의 교시들에 따라, 차지 펌프들의 성능과 연관된 특정 불리한 점들 및 문제점들이 감소되거나 제거되었다.
본 개시의 실시예들에 따라, 출력 신호를 생성하기 위한 장치는 아날로그 신호를 수신하기 위한 오디오 입력, 출력 신호를 제공하기 위한 오디오 출력, 및 선택 가능한 아날로그 이득을 가지고 아날로그 신호에 기초하여 및 선택 가능한 아날로그 이득에 따라 출력 신호를 생성하도록 구성되는 아날로그 신호 경로부로서, 아날로그 신호 경로부의 전달 함수는 아날로그 크기 드룹을 가지는 아날로그 신호 경로부, 선택 가능한 디지털 이득을 가지고 선택 가능한 디지털 이득에 따라 디지털 입력 신호를 수신 및 처리하도록 구성되는 디지털 신호 경로부로서, 디지털 신호 경로부의 전달 함수는 디지털 크기 드룹을 가지는 디지털 신호 경로부, 디지털 경로부에 의해 처리된 디지털 입력 신호를 아날로그 신호로 변환하기 위한 디지털 아날로그 컨버터, 아날로그 크기 드룹을 보상하는 제 1 디지털 보상 필터, 및 디지털 크기 드룹을 보상하는 제 2 디지털 보상 필터를 가지는 신호 경로를 포함할 수 있고, 제 1 디지털 보상 필터 및 제 2 디지털 보상 필터는 함께 신호 경로의 실질적으로 평탄한 통과대역 응답을 보장하기 위해 신호 경로의 크기 드룹을 보상한다.
본 개시의 이들 및 다른 실시예들에 따라, 신호 경로에 의해 출력 신호를 생성하는 방법은 아날로그 신호를 수신하기 위한 오디오 입력, 출력 신호를 제공하기 위한 오디오 출력, 및 선택 가능한 아날로그 이득을 가지고 아날로그 신호에 기초하여 및 선택 가능한 아날로그 이득에 따라 출력 신호를 생성하도록 구성되는 신호 경로의 아날로그 신호 경로부에 의해 출력 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있고, 아날로그 신호 경로부의 전달 함수는 아날로그 크기 드룹을 가진다. 방법은 또한 선택 가능한 디지털 이득을 가지고 선택 가능한 디지털 이득에 따라 디지털 입력 신호를 수신 및 처리하도록 구성된 신호 경로의 디지털 신호 경로부에 의해 선택 가능한 디지털 이득에 따라 디지털 입력 신호를 처리하는 단계를 또한 포함할 수 있고, 디지털 신호 경로부의 전달 함수는 디지털 크기 드룹을 가진다. 방법은 디지털 경로부에 의해 처리된 디지털 입력 신호를 신호 경로의 디지털 아날로그 컨버터에 의해 아날로그 신호로 변환하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 방법은 제 1 디지털 보상 필터에 의해 아날로그 크기 드룹을 보상하는 단계 및 제 2 디지털 보상 필터에 의해 디지털 크기 드룹을 보상하는 단계를 더 포함할 수 있고, 그래서 제 1 디지털 보상 필터 및 제 2 디지털 보상 필터는 함께 신호 경로의 실질적으로 평탄한 통과대역 응답을 보장하기 위해 신호 경로의 크기 드룹을 보상한다.
본 개시의 이들 및 다른 실시예들에 따라, 장치는 디지털 신호의 양자화 잡음 성형을 위한 델타-시그마 변조기, 디지털 신호로부터 아날로그 신호를 생성하도록 구성된 디지털 아날로그 컨버터, 및 아날로그 신호를 증폭시키도록 구성되고 차지 펌프로부터 전력 공급받는 증폭기를 포함할 수 있고, 장치의 총 고조파 왜곡 잡음(total harmonic distortion noise)에 대한 차지 펌프 잡음의 영향이 최소화되도록, 차지 펌프는 델타-시그마 변조기의 0의 변조기 잡음 전달 함수와 거의 동일한 스위칭 주파수에서 동작하도록 구성된다.
본 개시의 이들 및 다른 실시예들에 따라, 디지털 신호의 양자화 잡음 성형을 위한 델타-시그마 변조기, 디지털 신호로부터 아날로그 신호를 생성하도록 구성된 디지털 아날로그 컨버터, 및 아날로그 신호를 증폭시키도록 구성되고 차지 펌프로부터 전력을 공급 받는 증폭기를 포함하는 장치 내 잡음을 최소화하기 위한 방법이 제공된다. 방법은, 장치의 총 고조파 왜곡 잡음에 대한 차지 펌프 잡음의 영향이 최소화되도록, 델타-시그마 변조기의 0의 변조기 잡음 전달 함수와 거의 동일한 스위칭 주파수에서 차지 펌프를 동작시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 기술적 이점들은 본 명세서에 포함된 도면들, 상세한 설명, 및 청구항들로부터 당업자에게 쉽게 명백할 수 있다. 실시예들의 목적들 및 이점들은 적어도 청구항에서 특별히 지시된 요소들, 특징들, 및 조합들에 의해 실현되고 달성될 것이다.
전술한 일반적인 기술 및 다음의 상세한 설명 모두는 설명하기 위한 예들이고 본 개시를 진술하는 청구항들을 제한하는 것이 아님이 이해될 것이다.
본 개시의 교시들에 따라, 차지 펌프들의 성능과 연관된 특정 불이익들 및 문제들이 감소되거나 제거된다.
예시, 본 실시예들 및 그의 특정 이점들의 더 완전한 이해는 첨부하는 도면들과 함께 취해진 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 획득될 수 있고, 첨부하는 도면들에서 유사한 참조 번호들은 유사한 특징들을 나타낸다.
도 1은 본 개시의 실시예들에 따른 예시적인 개인용 오디오 디바이스의 도면.
도 2는 본 개시의 실시예들에 따른 도 1에 도시된 개인용 오디오 디바이스의 오디오 집적 회로 또는 임의의 다른 적절한 디바이스로서 구현될 수 있는 예시적인 집적 회로의 선택된 구성 요소들의 블록도.
도 3은 본 개시의 실시예들에 따른 예시적인 오버샘플링 레이트 크기 보상 필터(oversampling rate magnitude compensation filter)의 선택된 구성 요소들의 블록도.
도 1은 본 개시의 실시예들에 따른 예시적인 개인용 오디오 디바이스(1)의 도면이다. 개인용 오디오 디바이스(1)는 본 개시의 실시예들에 따른 기술들이 채용될 수 있는 디바이스의 일 예이지만, 예시된 개인용 오디오 디바이스(1)에서 또는 후속 예시들에서 묘사된 회로들에서 구현된 모든 요소들 또는 구성들이 청구항들에서 인용된 요지를 실시하기 위해 요구되는 것은 아니라는 것이 이해된다. 개인용 오디오 디바이스(1)는 링톤들, 저장된 오디오 프로그램 자료, 1) 밸런싱된 대화 지각, 및 웹페이지들로부터의 소스들 또는 개인용 오디오 디바이스(1)에 의해 수신된 다른 네트워크 통신들과 같은 개인용 오디오 디바이스(1)에 의한 재생을 요구하는 다른 오디오를 제공하기 위해 근단 스피치(즉, 개인용 오디오 디바이스(1)의 사용자의 스피치)의 주입, 및 낮은 배터리 표시 및 다른 시스템 이벤트 통지들과 같은 오디오 표시들과 같은 다른 로컬 오디오 이벤트들과 함께 개인용 오디오 디바이스(1)에 의해 수신된 원격 스피치를 재생하는 스피커(5)와 같은 트랜스듀서를 포함할 수 있다. 또한 또는 대안적으로, 헤드셋(3)은 오디오를 생성하기 위해 개인용 오디오 디바이스(1)에 결합될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 헤드셋(3)은 한쌍의 이어버드 스피커들(8A, 8B)의 형태일 수 있다. 플러그(4)는 개인용 오디오 디바이스(1)의 전기 단자에 헤드셋(3)의 연결을 제공할 수 있다. 도 1에 도시된 헤드셋(3) 및 스피커(5)는 단순히 예들이고, 이는 개인용 오디오 디바이스(1)가 캡티브(captive) 또는 통합 스피커들, 헤드폰들, 이어버드들, 인이어 이어폰들, 및 외부 스피커들을 제한 없이 포함하여, 다양한 오디오 트랜스듀서들과 연결하여 사용될 수 있다는 것이 이해된다.
개인용 오디오 디바이스(1)는 사용자에게 디스플레이를 제공하고 터치 스크린(2)을 사용하여 사용자 입력을 수신할 수 있거나, 또는 대안적으로, 표준 LCD는 개인용 오디오 디바이스(1)의 표면 및/또는 측면들상에 배치된 다양한 버튼들, 슬라이더들, 및/또는 다이얼들과 조합될 수 있다. 도 1에 또한 도시된 바와 같이, 개인용 오디오 디바이스(1)는 헤드셋(3), 스피커(5), 및/또는 다른 오디오 트랜스듀서로 송신을 위한 아날로그 오디오 신호를 생성하기 위한 오디오 집적 회로(IC; 9)를 포함할 수 있다.
도 2는 본 개시의 실시예들에 따라 개인용 오디오 디바이스(1)의 오디오 IC(9) 또는 임의의 다른 적절한 디바이스로서 구현될 수 있는 예시 IC(9)의 선택된 구성요소들의 블록도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 디지털 신호 소스(예를 들면, 프로세서, 디지털 신호 프로세서, 마이크로컨트롤러, 테스트 장비, 또는 다른 적절한 디지털 신호 소스)는 디지털 입력 신호(DIG_IN)를 신호 경로의 디지털 경로부로 공급할 수 있고, 디지털 경로부는 보간 필터(22), 동적 범위 향상 블록(26), 오버샘플링 레이트(OSR) 크기 보상 필터(28), 변조기/미스매치 셰이퍼(modulator/mismatch shaper; 30), 및 유한 임펄스 응답(FIR) 필터(32)를 포함한다. 디지털 경로부는 디지털 아날로그 컨버터(DAC; 14)에 대한 디지털 출력 신호를 생성할 수 있고, 디지털 아날로그 컨버터(DAC; 14)는 디지털 출력 신호(DIG_IN)를 동등한 아날로그 입력 신호(VIN)로 차례로 변환할 수 있고 아날로그 입력 신호(VIN)를, 아날로그 입력 신호(VIN)를 증폭하거나 감쇠시킬 수 있고 출력 신호(VOUT)를 제공할 수 있는 전력 증폭기 스테이지(power amplifier stage; 16)로 전달할 수 있고, 이는 디지털 입력 신호(DIG_IN), 아날로그 입력 신호(VIN), 및 출력 신호(VOUT)가 오디오 신호들인 실시예들에서, 스피커, 헤드폰 트랜스듀서, 및/또는 회선 레벨 신호 출력을 동작시킬 수 있다. 그러나, 도 2에 도시된 IC(9)의 애플리케이션은 오디오 애플리케이션들로 제한되지 않을 수 있다. 또한, 증폭기 스테이지(16)가 단일 단부 오디오 출력 신호(VOUT)를 생성하는 단일 단부 출력으로서 도시되지만, 일부 실시예들에서, 증폭기 스테이지(16)는 차동 출력(differential output)을 포함할 수 있고, 따라서 차동 오디오 출력 신호(VOUT)를 제공할 수 있다.
차지 펌프 전원(10)은 공급 전압(VSUPPLY)의 전원 레일 입력들을 증폭기(16)에 제공할 수 있고, 일반적으로 입력 전압(VBATT)을 차지 펌프 전원(10)에 제공할 수 있는 배터리(12) 또는 다른 전원으로부터 전원 입력을 수신할 수 있다. 제어 회로(20)는 증폭기(16)의 출력에서 예상된 및/또는 실제 신호 레벨들에 따라 차지 펌프 전원(10)에 의해 생성된 공급 전압(VSUPPLY)을 조정하기 위해 차지 펌프 전원(10)의 동작 모드를 선택하는 모드 선택 신호를 차지 펌프 전원(10)에 공급할 수 있다. 낮은 신호 레벨들이 존재하고 및/또는 증폭기 출력(VOUT)에서 예상될 때, 모드 제어 회로(20)는 출력 신호(VOUT) 또는 출력 신호(VOUT)를 나타내는 신호(예를 들면, 디지털 입력 신호(DIG_IN))에 따라 공급 전압(VSUPPLY)을 변화시킴으로써 오디오 IC(9)의 전력 효율을 개선할 수 있다. 따라서, 전력 효율을 유지하기 위해, 임의의 주어진 시간에서 제어 회로(20)는 상이한 공급 전압(VSUPPLY)에서 차지 펌프 전원(10)을 동작시키는 각각의 동작 모드에서 복수의 동작 모드들로부터 동작 모드를 선택할 수 있고, 하나의 동작 모드에서 공급 전압(VSUPPLY)은 다른 동작 모드들의 공급 전압들의 비율 또는 합리적인 배수이다.
보간 필터(22)는 디지털 입력 신호(DIG_IN)의 샘플링 레이트보다 큰 샘플링 레이트를 갖는 결과의 디지털 신호를 생성하기 위해 업샘플링 디지털 입력 신호(DIG_IN)에 대한 임의의 적절한 시스템을 포함할 수 있다.
보간 필터(22)에 의해 생성된 샘플링되지 않은 디지털 신호는 동적 범위 향상을 수행하기 위한 이득 소자를 구현할 수 있는 동적 범위 향상 블록(26)에 의해 차례로 처리될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제어 회로(20)는 디지털 오디오 입력 신호(DIG_IN)(또는 그로부터 유도된 신호)에 기초하여 동적 범위 향상 블록(26)의 선택 가능한 디지털 이득(x) 및 증폭기 스테이지(16)의 선택 가능한 아날로그 이득(k/x)을 제어하도록 구성될 수 있다(예를 들면, 차지 펌프 전원(10)의 모드를 제어하는 것 이외에).
오디오 IC(9)의 동적 범위 향상 기능의 일 예로서, 디지털 오디오 입력 신호(DIG_IN)가 디지털 오디오 입력 신호의 풀-스케일 전압에 관하여 0 데시벨(0 ㏈) 또는 거의 0 데시벨일 때, 이득 제어 회로(20)는 선택 가능한 디지털 이득에 대한 제 1 디지털 이득(예를 들면, x1) 및 선택 가능한 아날로그 이득에 대한 제 1 아날로그 이득(예를 들면, k/x1)을 선택할 수 있다. 그러나, 디지털 오디오 입력 신호(DIG_IN)의 크기가 디지털 오디오 입력 신호(DIG_IN)의 풀-스케일 전압에 관하여 특별히 미리 결정된 임계치 크기 이하인 경우(예를 들면, -20㏈), 이득 제어 회로(20)는 선택 가능한 디지털 이득에 대한 제 1 디지털 이득보다 큰(예를 들면, x2 > x1) 제 2 디지털 이득(예를 들면, x2) 및 선택 가능한 아날로그 이득에 대한 제 1 아날로그 이득보다 작은(예를 들면, k/x2 < k/x1) 제 2 아날로그 이득(예를 들면, k/x2)을 선택할 수 있다. 각각의 경우에서, 선택 가능한 디지털 이득 및 선택 가능한 아날로그 이득의 누적된 경로 이득(예를 들면, k)은 실질적으로 일정할 수 있다(예를 들면, 오디오 IC(9)의 제조 및/또는 동작 허용 오차들 내에서 동일). 일부 실시예들에서, k는 거의 1과 같을 수 있어서, 누적된 경로 이득은 단위 이득(unity gain)이다. 디지털 이득 및 아날로그 이득의 이러한 변경은, 그것이 오디오 출력 신호(VOUT)로 주입된 잡음을 감소시킬 수 있기 때문에, 디지털 이득 및 아날로그 이득이 고정적인 장치들과 비해 오디오 IC(9)의 동적 범위를 증가시킬 수 있고, 잡음은 일반적으로 증폭기 스테이지(16)의 아날로그 이득의 단조 증가 함수일 수 있다. 이러한 잡음이 더 큰 크기 오디오 신호들에 대해(예를 들면, 풀-스케일 전압에 관하여 0㏈ 또는 거의 0㏈) 무시가능할 수 있지만, 이러한 잡음의 존재는 더 작은 크기 오디오 신호들에 대해(예를 들면, 풀-스케일 전압에 관하여 -20㏈ 또는 거의 -20㏈ 또는 더 낮은) 중요해질 수 있다. 더 작은 신호 크기들에 대하여 증폭기 스테이지(16)에서 더 적은 아날로그 이득을 적용함으로써, 오디오 출력 신호(VOUT)로 주입되는 잡음의 양은 감소될 수 있고, 오디오 출력 신호(VOUT)의 신호 레벨은 아날로그 이득에 반비례인 동적 범위 향상 블록(26)에 대한 디지털 이득의 적용을 통해 디지털 오디오 입력 신호(DIG_IN)에 따라 유지될 수 있다.
동적 범위 향상 블록(26)의 출력은 OSR 크기 보상 필터(28)에 의해 수신 및 처리될 수 있다. 이하에 더 많은 상세들에서 기술된 바와 같이, OSR 크기 보상 필터(28)는 OSR 크기 보상 필터(28)와 다른 디지털 경로부의 요소들의 주파수 응답에서 크기 드룹을 보상할 수 있다.
OST 크기 보상 필터(28)에 의해 생성된 출력은 변조기/미스매치 셰이퍼(30)에 의해 차례로 처리될 수 있다. 변조기/미스매치 셰이퍼(30)는 그가 수신하는 디지털 신호에 존재하는 양자화 잡음을 성형하기 위한 임의의 시스템을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 변조기/미스매치 셰이퍼(30)는 이러한 디지털 신호의 양자화 잡음 성형을 위해 델타-시그마 변조기를 포함할 수 있다.
변조기/미스매치 셰이퍼(30)에 의해 생성된 출력은 또한 FIR 필터(32)에 의해 처리될 수 있다. FIR 필터(32)는 유한 지속 기간인 임펄스 응답을 가지는 임의의 적절한 필터를 포함할 수 있다. 오디오 IC(9)에서, FIR 필터(32)는 하나 이상의 기능들을 서빙할 수 있다. 먼저, FIR 필터(32)는 차지 펌프 잡음을 감소시키기 위해, 본 개시의 다른 곳에서 기술되는 바와 같이, 차지 펌프 전원(10)의 스위칭 주파수와 거의 동일한 0을 제공할 수 있다. 또한 또는 대안적으로, FIR 필터(32)는 변조기/미스매치 셰이퍼(30)에 의해 도입된 대역외 잡음을 감소시키고, 이는 증폭기가 오디오 출력 신호(VOUT)을 추적하기 위해 지원되어야 하는 슬루율(slew rate)의 감소를 초래할 수 있다.
디지털 경로부에 의해 생성된 디지털 출력 신호인, FIR 필터(32)에 의해 생성된 디지털 신호는, 상기에 기술된 바와 같이, DAC(14)에 의해 동일한 아날로그 신호(예를 들면, VIN)로 변환될 수 있고, 이는 차례로 증폭기 스테이지(16)로 증폭될 수 있다.
본 출원의 배경 기술 부분에서 기술한 바와 같이, 오디오 IC(9)의 신호 경로는 크기 드룹을 겪을 수 있고, 여기서 관심 있는 주파수 범위에 걸쳐 평탄하지 않은 통과대역 주파수 응답, 및 이러한 크기 드룹은 동적 범위 향상 시스템의 잘못된 트리거링을 초래할 수 있다. 다수의 경우들에서, 신호 경로의 상이한 부분들은 크기 드룹에 개별적으로 기여할 수 있다. 예를 들면, 디지털 경로부(OSR 크기 보상 필터(28)의 부재시)는 디지털 크기 드룹을 가질 수 있고, DAC(14) 및 증폭기 스테이지(16)는 아날로그 크기 드룹을 함께 가질 수 있다.
디지털 크기 드룹 및 특히, 보간 필터(22)에 의해 유도된 드룹을 보상하기 위해, 보간 필터(22)는 디지털 크기 드룹을 보상하는 기저대역 크기 보상 필터(24)를 포함할 수 있다. 따라서, 제어 회로(20)는 드룹 정정된 디지털 신호의 분석에 기초하여 어느 이득이 동적 범위 향상 블록(26)의 선택 가능한 디지털 이득을 지원할지 및 어느 이득이 증폭기 스테이지(16)의 선택 가능한 아날로그 이득을 지원할지를 결정할 수 있다.
또한, OSR 크기 보상 필터(28)는 아날로그 크기 드룹 및 동적 범위 향상 블록(26) 후 신호 경로에서 발생된 드룹을 보상하기 위한 전달 함수를 가질 수 있다. 따라서, 기저대역 크기 보상 필터(24) 및 OSR 크기 보상 필터(28)는 함께 전체 신호 경로의 실질적으로 평탄한 통과대역 응답을 보장하기 위해 전체 신호 경로의 크기 드룹을 보상할 수 있다. 더욱이, 일부 실시예들에서, 보상되지 않은 신호 경로의 통과대역 평탄성의 많은 부족이 더 큰 주파수들에 존재할 수 있기 때문에, 기저대역 크기 보상 필터(24) 및 OSR 크기 보상 필터(28)는 더 큰 주파수 신호들에 대해 신호 경로의 잡음 성능을 개선할 수 있다. 또한, 이들 및 다른 실시예들에서, 오버샘플링 레이트 크기 필터(28)는 신호 경로에 대해 저지대역 감쇠(stopband attenuation)를 개선하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 기저대역 크기 보상 필터(24) 및 OSR 크기 보상 필터(28)에 대한 필터 계수들은 선택 가능한 아날로그 이득 및 선택 가능한 디지털 이득의 상이한 이득 구성들에 대해 최적화될 수 있다. 예를 들면, 선택 가능한 아날로그 이득이 제 1 아날로그 이득값이고 선택 가능한 디지털 이득이 제 1 디지털 이득값인 제 1 동적 범위 향상 모드에 대하여, 기저대역 크기 보상 필터(24) 및 OSR 크기 보상 필터(28)에 대한 필터 계수들은 이러한 필터 계수들이 선택 가능한 아날로그 이득이 제 2 아날로그 이득값이고 선택 가능한 이득이 제 2 디지털 이득값인 제 2 동적 범위 향상 모드를 가질 수 있는 값들과 상이한 값들을 가질 수 있다. 이들 실시예들에서, 이러한 필터 계수들은 메모리에 저장될 수 있고, 동적 범위 향상 이득 모드들에서의 변경들에 응답하여 필터 계수들을 적용하기 위해 임의의 적절한 구성 요소(예를 들면, 제어 회로(20))에 의해 검색될 수 있다.
도 3은 본 개시의 실시예들에 따른 일 예시적인 OSR 크기 보상 필터(28)의 선택된 구성요소들의 블록도이다. 일부 실시예들에서, 예시적인 OSR 크기 보상 필터(28)는 도 3에 도시되는 바와 같이 배치된 연장 블록(42), 이득(b0)을 가지는 이득 소자(44), 이득(-a1)을 가지는 이득 소자(46), 이득(-a2)을 가지는 이득 소자(48), 포화/라운딩 블록들(50, 52, 54, 56, 58), 지연 블록들(60, 62), 및 결합자들(64, 66)을 포함할 수 있다. 다양한 신호들의 예시적인 비트 폭들 및 이득들은 표기(sx.yy)로 도 3에 도시되고, "s"는 신호 비트를 나타내고, "x"는 소수점의 왼쪽에 대한 비트들이 수를 나타내고, "yy"는 소수점의 오른쪽에 대한 비트들의 수를 나타낸다. 당업자는 도 3에서 OSR 크기 보상 필터가
Figure pct00001
와 동일한 z 도메인 내 전달 함수를 가질 수 있다는 것을 인식할 수 있다. 따라서, 예시 OSR 크기 보상 필터(28)의 응답은 아날로그 드룹을 효과적으로 보상하는 응답을 달성하기 위해 필터 계수들/이득들(b0, a1, a2)을 변경함으로써 제어 및/또는 조정될 수 있다.
오디오 IC(9)의 신호 경로에 존재하는 OSR 크기 보상 필터(28)를 가지는 하나의 잠재적인 불리한 점은, 디지털 오버샘플링을 수행하는 OSR 크기 보상 필터(28)가 잡음-성형하는 변조기/미스매치 셰이퍼(30)로 후속되기 때문에, 신호 경로에 존재하는 양자화 잡음이 오디오 대역에서 그의 기여가 감소되지만 양자화 잡음 전력은 차지 펌프 전원(10)의 스위칭 주파수에 가까운 더 높은 주파수들에 있도록 성형될 수 있다는 것이다. 신호 경로에 대한 총 고조파 왜곡 잡음은 공급 전압(VSUPPLY)에 대한 잡음에 민감할 수 있고, 이는 차지 펌프 전원(10)의 스위칭 주파수에 의존할 수 있다. 이러한 공급 유도 잡음은 대역외 양자화 잡음과 혼합될 수 있고 오디오 대역으로 폴딩될 수 있다.
이러한 차지 펌프 폴드-백 잡음(charge pump fold-back noise)을 감소시키거나 제거하기 위하여, 변조기/미스매치 셰이퍼(30)의 적어도 일 부분을 구현하는 델타-시그마 변조기는 신호 경로의 총 고조파 왜곡 잡음에 대한 차지 펌프 잡음의 영향이 최소화되도록, 거의 차지 펌프 전원(10)의 스위칭 주파수에서 0을 가지는 변조기 잡음 전달 함수를 가지도록 구성될 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 델타-시그마 변조기(예를 들면, 변조기/미스매치 셰이퍼(30))와 DAC 사이에서 인터페이스된 FIR 필터(32)는 스위칭 주파수와 거의 동일한 0을 가지는 FIR 잡음 전달 함수를 가질 수 있어서, 신호 경로의 총 고조파 왜곡 잡음에 대한 차지 펌프 잡음의 영향이 최소화된다.
본 개시는 당업자가 이해하는 본 명세서의 예시적인 실시예들에 대한 모든 변경들, 대체들, 변동들, 대안들, 및 변형들을 포함한다. 유사하게, 적용 가능한 경우, 첨부된 청구항들은 당업자가 이해하는 본 명세서의 예시적인 실시예들에 대한 모든 변경들, 대체들, 변동들, 대안들, 및 변형들을 포함한다. 더욱이, 특정 기능을 수행하도록 적응되거나, 배치되거나, 가능하게 하거나, 구성되거나, 인에이블되거나, 동작 가능하거나, 또는 동작하는 장치 또는 시스템 또는 장치 또는 시스템의 구성 요소에 대해 첨부된 청구항들에서의 참조는 장치, 시스템, 또는 구성 요소가 그렇게 적용되거나, 배치되거나, 가능하게 하거나, 구성되거나, 인에이블되거나, 동작 가능하거나, 또는 동작하는 한, 그 또는 상기 특정 기능이 작동되든지, 턴 온되든지, 또는 언록되든지, 상기 장치, 시스템, 또는 구성 요소를 포함한다.
본 명세서에 인용된 모든 예들 및 조건어들은 독자가 본 개시 및 본 기술 분야를 진보시키기 위해 발명자에 의해 기여된 개념들을 이해하는 것을 돕기 위한 교육적인 목적들을 위해 의도된다. 본 개시의 실시예들이 상세히 기술되지 않았지만, 다양한 변경들, 대체들, 및 대안들이 본 개시의 정신 및 범위로부터 벗어나지 않고 여기에 행해질 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (6)

  1. 장치에 있어서,
    디지털 신호의 양자화 잡음 성형(quantization noise shaping)을 위한 델타-시그마 변조기;
    디지털 신호로부터 아날로그 신호를 생성하도록 구성된 디지털 아날로그 컨버터;
    아날로그 신호를 증폭하도록 구성되고 차지 펌프로부터 전력을 공급받는 증폭기를 포함하고,
    장치의 총 고조파 왜곡 잡음(total harmonic distortion noise)에 대한 차지 펌프 잡음의 영향이 최소화되도록, 차지 펌프는 델타-시그마 변조기의 0의 변조기 잡음 전달 함수의 스위칭 주파수와 거의 동일한 스위칭 주파수에서 동작하도록 구성되는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    델타-시그마 변조기와 디지털 아날로그 컨버터 사이에서 인터페이스되고 스위칭 주파수와 거의 동일한 0을 갖는 유한 임펄스 응답 잡음 전달 함수(finite impulse response noise transfer function)를 가지는 유한 임펄스 응답 필터(finite impulse response filter)를 더 포함하는, 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    아날로그 신호는 아날로그 오디오 신호이고 디지털 신호는 디지털 오디오 신호인, 장치.
  4. 디지털 신호의 양자화 잡음 성형을 위한 델타-시그마 변조기, 디지털 신호로부터 아날로그 신호를 생성하도록 구성된 디지털 아날로그 컨버터, 및 아날로그 신호를 증폭하도록 구성되고 차지 펌프로부터 전력을 공급받는 증폭기를 포함하는 장치에서 잡음을 최소화하는 방법에 있어서:
    장치의 총 고조파 왜곡 잡음에 대한 차지 펌프 잡음의 영향이 최소화되도록, 델타-시그마 변조기의 0의 변조기 잡음 전달 함수의 스위칭 주파수와 거의 같은 스위칭 주파수에서 차지 펌프를 동작시키는 단계를 포함하는, 장치에서 잡음을 최소화하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    스위칭 주파수와 거의 동일한 0을 갖는 유한 임펄스 응답 잡음 전달 함수를 가지고 델타-시그마 변조기와 디지털 아날로그 컨버터 사이에서 인터페이스되는 유한 임펄스 응답 필터를 동작시키는 단계를 더 포함하는, 장치에서 잡음을 최소화하는 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    아날로그 신호는 아날로그 오디오 신호이고 디지털 신호는 디지털 오디오 신호인, 장치에서 잡음을 최소화하는 방법.
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