KR20230168772A

KR20230168772A - 마이크로폰 증폭장치

Info

Publication number: KR20230168772A
Application number: KR1020220069457A
Authority: KR
Inventors: 조정권
Original assignee: 주식회사 위스타
Priority date: 2022-06-08
Filing date: 2022-06-08
Publication date: 2023-12-15

Abstract

공급전압 단자를 증폭 신호의 출력단자와 공유하는 마이크로폰 증폭장치가 제공된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로폰 증폭장치는, 마이크로폰 증폭장치로의 전력 공급은 상기 공통단자와 상기 접지단자를 통해 이루어지며, 증폭된 마이크로폰 신호도 상기 공통단자와 상기 접지단자를 통해 출력된다. 일 실시예에서, 마이크로폰 증폭장치는, 마이크로폰 신호를 증폭하기 위한 오피엠프, 콘덴서 마이크를 구동하기 위한 바이어스 회로부, 오피앰프의 증폭도를 설정하기 위한 회로로서, 음성 대역에 대해서 상대적으로 높은 증폭도를 설정하기 위한 증폭 및 저역통과 필터부, 오피앰프의 비반전 단자에 연결되어 오프셋 전압 설정을 위한 오프셋 전압회로부, 마이크 신호를 외부로 전송하기 위한 교류 신호 전송회로부를 구비한다.

Description

마이크로폰 증폭장치 {Microphone amplification device}

본 발명은 마이크로폰 증폭장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공급전압 단자를 증폭 신호의 출력단자와 공유하는 마이크로폰 증폭장치에 관한 것으로서, 경기도 기술개발 사업(연구과제명: RNN AI 기반의 빔포머 및 잡음제거 칩 모듈 개발, 과제고유번호: F2121003, 과제관리기관: (재)경기도경제과학진흥원)의 연구로부터 도출된 것이다.　

마이크로폰은 음파를 전기신호로 변환하는 역할을 한다. 마이크로폰으로는 콘덴서형 마이크(condenser microphone), 다이나믹형 마이크(dynamic microphone) 등이 사용될 수 있다.

마이크로폰에서 출력되는 전기신호는 그 크기가 매우 작기 때문에 증폭회로를 사용하여 증폭시켜야 한다. 증폭을 위해서는 op-amp와 같은 능동소자가 사용되어야 하며, 따라서 능동소자의 동작을 위한 전원이 공급되어야 한다. 즉, 도 1에 도시된 것처럼 증폭회로에는 외부에서 전원 단자(Vcc, GND)가 연결되어야 한다. 마이크로폰(Mic)에서 전기적 신호로 변환된 음향신호는 증폭회로에서 증폭되어 신호단자(Vout)를 통해 외부로 출력된다. 도 1의 예에서 전원과 음향신호는 동일한 접지(GND)를 공유하며, 총 3개의 단자가 외부장치와 연결되게 된다.

도 2는 종래의 마이크로폰 증폭장치의 한가지 예를 보여주는 회로도이다. 능동소자인 오피앰프(OP-amp)(A10)에 Vcc와 GND가 연결되어 전력을 공급한다. 마이크로폰(Mic)에서 전기적 신호로 변환된 음향신호는 오피앰프(A10)에서 증폭되어 신호단자(Vout)를 통해 출력된다. 오피앰프(A10)에서의 증폭도는 R13과 R14에 의해 결정되며, 신호의 DC(Direct Current) 레벨은 R15와 R16에 의해 결정된다.

마이크로폰 증폭장치의 신호 출력은 다른 오디오 장치에 연결될 수 있다. 예를 들면 마이크로폰 증폭장치는 자동차의 한쪽 부위에 설치되고, 신호 출력이 자동차의 다른쪽 부위에 설치된 오디오 시스템에 연결될 수 있다. 이와 같은 구성에서는, 마이크로폰 증폭장치에 적어도 3개의 전선이 연결되어야 한다. 연결해야 할 전선수가 많을수록 커넥터의 가격과 전선 가격이 증가한다. 또한, 연결해야 할 길이가 길수록 전선 비용도 증가한다. 적은 수의 전선이 연결되는 경우에 비하여 잡음이 혼입할 가능성도 더 높아질 수 있다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 연결되는 전선의 수를 감소시킬 수 있는 마이크로폰 증폭장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로폰 증폭장치는, 마이크로폰에서 전기적 신호로 변환된 음향신호를 증폭하기 위한 장치로서 외부와는 공통단자와 접지단자의 2개의 단자를 통해서 연결된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로폰 증폭장치는, 마이크로폰 증폭장치로의 전력 공급은 상기 공통단자와 상기 접지단자를 통해 이루어지며, 증폭된 마이크로폰 신호도 상기 공통단자와 상기 접지단자를 통해 출력된다.

일 실시예에서, 마이크로폰 증폭장치는, 마이크로폰 신호를 증폭하기 위한 오피엠프, 콘덴서 마이크를 구동하기 위한 바이어스 회로부, 오피앰프의 증폭도를 설정하기 위한 회로로서, 음성 대역에 대해서 상대적으로 높은 증폭도를 설정하기 위한 증폭 및 저역통과 필터부, 오피앰프의 비반전 단자에 연결되어 오프셋 전압 설정을 위한 오프셋 전압회로부, 마이크 신호를 외부로 전송하기 위한 교류 신호 전송회로부를 구비한다.

일 실시예에서, 상기 증폭 및 저역통과 필터부는, 오피앰프의 반전단자에 연결되는 저항과, 오피앰프의 반전단자와 오피앰프의 출력단자 사이에 연결되는 저항 및 커패시터를 구비한다.

상기 바이어스 회로부는, 전압원에 연결된 저항 R1과, 저항 R1과 마이크로폰 사이에 연결된 저항 R2와, 한쪽 단자가 저항 R1과 저항 R2의 접점에 연결되고 다른쪽 단자가 접지에 연결된 커패시터 C1을 구비할 수 있다.

상기 오프셋 전압회로부는, 전압원 Vcc와 오피앰프의 비반전 단자 사이에 연결된 저항 R5와, 오피앰프의 비반전 단자와 접지 사이에 연결된 저항 R6 및 커패시터 C5를 구비할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 교류 신호 전송회로부는 오피앰프의 출력단과 공통단자 사이에 연결된 저항 R7과 커패시터 C6를 구비한다. 저항 R7과 커패시터 C6는 서로 병렬 연결된다.

상기 바이어스 회로부는 직렬 커패시터를 통해 증폭 및 저역통과 필터부에 연결될 수 있다.

본 발명에 따르면, 마이크로폰 증폭장치의 연결 단자수를 2개로 줄일 수 있다. 따라서, 원가를 절감할 수 있으며, 공간도 상대적으로 덜 차지하게 된다. 또한, 더 많은 수의 전선이 연결되는 종래의 경우에 비하여 잡음이 혼입할 가능성도 더 낮아질 수 있다.

도 1은 종래의 마이크로폰 증폭장치의 연결단자를 보여주는 개념도이다.
도 2는 종래의 마이크로폰 증폭장치의 한가지 예를 보여주는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 마이크로폰 증폭장치의 연결단자를 보여주는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로폰 증폭장치의 회로도이다.
도 5는 도 4의 회로도의 주요 노드에서의 파형을 보여준다.
도 6은 도 5의 노드 A에서의 실측 파형도이다.
도 7은 도 5의 노드 B에서의 실측 파형도이다.
도 8은 출력단자에서의 실측 파형도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명의 마이크로폰 증폭장치의 연결단자를 보여주는 개념도이다.

도 3에 도시된 것처럼 본 발명에서는 전압원단자(Vcc)와 신호단자(Vout)를 하나의 단자(이하, '공통단자'라 함)로 같이 사용하고 있다. 도 3의 예에서 전원과 음향신호는 동일한 접지(GND)를 공유하며, 따라서 공통단자(Vcc+Vout)와 접지단자(GND)의 총 2개의 단자가 외부장치와 연결되게 된다. 증폭회로에의 전력 공급은 공통단자(Vcc+Vout)와 접지단자(GND)를 통해 이루어지며, 마이크로폰(Mic)에서 전기적 신호로 변환된 음향신호는 증폭회로에서 증폭되어, 마찬가지로 공통단자(Vcc+Vout)와 접지단자(GND)를 통해 외부로 출력된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로폰 증폭장치의 회로도이다. 도 4에서 도면번호 10은 콘덴서 마이크(Mic)를 구동하기 위한 바이어스 회로부, 도면번호 20은 오피앰프(A1)를 이용하여 마이크 신호를 증폭하고 음성 대역만을 통과시키기 위한 증폭 및 저역통과 필터부, 도면번호 30은 오피앰프(A1)의 오프셋 전압 설정을 위한 오프셋 전압회로부, 도면번호 40은 마이크 신호를 전송하기 위한 교류 신호 전송회로부이다. 도 4에서 전압원 Vcc는 공통단자(Vcc+Vout)에 연결되나 편의상 Vcc로 표현하였다.

바이어스 회로부(10)는 콘덴서 마이크(Mic)에 직류전류 공급 및 임피던스 매칭을 하는 역할을 수행한다. 바이어스 회로부(10)는 전압원 Vcc에 연결된 저항 R1과, 저항 R1과 마이크로폰 사이에 연결된 저항 R2와, 한쪽 단자가 저항 R1과 저항 R2의 접점에 연결되고 다른쪽 단자가 접지에 연결된 커패시터 C1을 구비한다. 커패시터 C1은 공통단자에 포함된 신호성분(Vout)을 바이패스 시키기 위한 것으로서, 마이크로폰에 안정된 직류 전압을 공급하기 위한 것이다. 바이어스 회로부(10)를 구성하는 소자의 연결형태(topology)와 소자값은 콘덴서 마이크(Mic)의 사양에 따라 적절하게 설정할 수 있다.

마이크로폰 신호는 직렬 커패시터 C3를 통해 증폭 및 저역통과 필터부(20)로 전달된다. 증폭 및 저역통과 필터부(20)는 오피앰프의 증폭도를 설정하기 위한 회로로서, 음성 대역에 대해서 상대적으로 높은 증폭도를 설정하기 위하여 저항 R4에 병렬로 커패시터 C4를 연결하였다. 도 4에서 증폭기의 증폭도(Gain)는 R4/R3로 정해지며, 저역통과 필터의 컷오프(cutoff) 주파수는 1/(2πR4C4) Hz로 정해진다.

오프셋 전압회로부(30)는 오피앰프(A1)의 오프셋 전압을 설정한다. 오프셋 전압회로부(30)는 전압원 Vcc와 오피앰프의 비반전 단자 사이에 연결된 저항 R5와, 오피앰프의 비반전 단자와 접지 사이에 연결된 저항 R6 및 커패시터 C5를 구비한다. 도 4에서 오피앰프(A1)의 비반전 단자에 인가되는 오프셋 전압은 Vcc*R6/(R5+R6)로 결정된다. 커패시터 C5는 공통단자에 포함된 신호성분(Vout)을 바이패스 시키기 위한 것으로서, 안정된 오프셋 전압을 공급하기 위한 것이다.

교류 신호 전송회로부(40)는 오피앰프(A1)에서 출력되는 증폭된 신호를 외부로 송출하기 위한 회로이다. 교류 신호 전송회로부(40)는 오피앰프(A1)의 출력단과 공통단자 사이에 연결된 저항 R7과 커패시터 C6를 구비한다. 즉, 오피앰프(A1)의 출력신호는 서로 병렬로 연결된 저항 R7과 커패시터 C6를 통해 외부로 송출된다. 병렬로 연결된 저항 R7과 커패시터 C6는 일종의 고역통과 필터의 역할을 한다. 상대적으로 고주파 신호에 대해서는 커패시터 C6에 의해 임피던스가 상대적으로 낮아지게 되며, 상대적으로 저주파 신호에 대해서는 임피던스가 상대적으로 높아지게 된다. 컷오프 주파수는 커패시터 C6 값에 의해 조절 가능하다. 교류 신호 전송회로부(40)를 구성하는 소자의 연결형태(topology)와 소자값은 연결되는 장치의 임피던스와 통과시키고자 하는 신호의 주파수 영역에 따라 적절하게 설정할 수 있다.

도 4에서 각 소자의 저항값 및 커패시턴스는 원하는 증폭도, 컷오프 주파수 및 전원전압 크기 등에 따라 적절하게 설정하여 사용한다. 또한, 각 구성부를 동일한 역할을 수행하기 위하여 구성 소자 및 연결형태를 적절하게 변형하여 구성할 수 있다.

도 5는 도 4의 회로도의 주요 노드에서의 파형을 개념적으로 보여준다. 마이크 입력단자(Mic)와 노드 A에서는 매우 작은 파형이 나타나며, DC 레벨은 0V이다. 입력신호는 오피앰프(A1)에 의해 증폭되어 노드 B로 출력된다. 노드 B에서의 DC 레벨은 Vcc*R5/R6보다 약간 높은 값이 나타난다. 출력 노드에서의 DC 레벨은 Vcc보다 약간 높은 값이 나타난다. 증폭도에 따라서 DC 레벨과 음향신호의 진폭은 큰 차이가 있을 수 있다.

도 6 내지 도 8은 각 노드에서의 실측 파형도이다. 파형도에서 좌측에 표시된 DC 레벨은 이해를 돕기 위하여 회로도의 소자값 및 전원전압을 사용하여 표현하였다. 도 6은 도 5의 노드 A에서의 실측 파형도로서, 매우 작은 파형이 입력된다. 도 7은 도 5의 노드 B에서의 실측 파형도로서 입력신호가 오피앰프에서 증폭되었음을 보여준다. 도 8은 출력단자에서의 실측 파형도로서, 음향신호가 전원전압에 중첩되어 전송되는 것을 보여준다.

이상, 본 발명을 몇가지 예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

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.

A1 오피앰프,
R1, .., R7 저항,
C1, .., C6 커패시터.

Claims

마이크로폰에서 전기적 신호로 변환된 음향신호를 증폭하기 위한 마이크로폰 증폭장치로서,
외부와의 연결을 위한 공통단자와 접지단자를 구비하며,
마이크로폰 증폭장치로의 전력 공급은 상기 공통단자와 상기 접지단자를 통해 이루어지며,
증폭된 마이크로폰 신호도 상기 공통단자와 상기 접지단자를 통해 출력되는,
마이크로폰 증폭장치.
제1항에 있어서,
마이크로폰 신호를 증폭하기 위한 오피엠프,
콘덴서 마이크를 구동하기 위한 바이어스 회로부,
오피앰프의 증폭도를 설정하기 위한 회로로서, 음성 대역에 대해서 상대적으로 높은 증폭도를 설정하기 위한 증폭 및 저역통과 필터부,
오피앰프의 비반전 단자에 연결되어 오프셋 전압 설정을 위한 오프셋 전압회로부,
마이크 신호를 외부로 전송하기 위한 교류 신호 전송회로부
를 구비하는, 마이크로폰 증폭장치.
제2항에 있어서, 상기 증폭 및 저역통과 필터부는
오피앰프의 반전단자에 연결되는 저항 R3와, 오피앰프의 반전단자와 오피앰프의 출력단자 사이에 연결되는 저항 R4 및 커패시터 C4를 구비하는,
마이크로폰 증폭장치.
제3항에 있어서,
상기 바이어스 회로부는, 전압원 Vcc에 연결된 저항 R1과, 저항 R1과 마이크로폰 사이에 연결된 저항 R2와, 한쪽 단자가 저항 R1과 저항 R2의 접점에 연결되고 다른쪽 단자가 접지에 연결된 커패시터 C1을 구비하며,
상기 오프셋 전압회로부는, 전압원 Vcc와 오피앰프의 비반전 단자 사이에 연결된 저항 R5와, 오피앰프의 비반전 단자와 접지 사이에 연결된 저항 R6 및 커패시터 C5를 구비하는,
마이크로폰 증폭장치.
제4항에 있어서,
교류 신호 전송회로부는 오피앰프의 출력단과 공통단자 사이에 연결된 저항 R7과 커패시터 C6를 구비하며, 저항 R7과 커패시터 C6는 서로 병렬 연결되는,
마이크로폰 증폭장치.
제5항에 있어서,
상기 바이어스 회로부는 직렬 커패시터를 통해 증폭 및 저역통과 필터부에 연결되는,
마이크로폰 증폭장치.