KR20240073058A - 멀티 레벨 펄스 폭 변조 시스템에서의 공통 모드 보상 - Google Patents

멀티 레벨 펄스 폭 변조 시스템에서의 공통 모드 보상 Download PDF

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KR20240073058A
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린글리 장
웨이 쉬
저스틴 리차드슨
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Abstract

전기량을 감지하는 시스템은 전기량을 감지하고 전기량을 나타내는 감지 신호를 생성하도록 구성된 감지 스테이지로서, 여기서 전기량은 부하를 구동하도록 구성된 클래스-DG 증폭기에 의해 생성된 전기 신호를 나타내고, 클래스-DG 증폭기는 다중 신호 레벨 공통 모드들을 갖는, 상기 감지 스테이지, 및 클래스-DG 증폭기의 신호 레벨 공통 모드들 사이에서 전환할 때 발생하는 드라이버의 차동 공급 전압의 공통 모드 전압에 대한 변화들을 보상하도록 구성된 공통 모드 보상기를 포함할 수 있다.

Description

멀티 레벨 펄스 폭 변조 시스템에서의 공통 모드 보상
본 개시는 일반적으로 무선 전화기 및 미디어 플레이어와 같은 개인용 오디오 디바이스들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 오디오 디바이스들을 위한 회로들에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 다중 레벨 펄스 폭 변조 시스템에서 공통 모드 보상(common-mode compensation)을 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
모바일/셀룰러 전화와 같은 무선 전화, 코드리스 전화, mp3 플레이어, 및 기타 소비자 오디오 디바이스를 포함하는 개인용 오디오 디바이스들이 널리 사용되고 있다. 이러한 개인용 오디오 디바이스들은 한 쌍의 헤드폰들 또는 하나 이상의 스피커들을 구동하기 위한 회로들을 포함할 수 있다. 이러한 회로는 종종 오디오 출력 신호를 헤드폰들 또는 스피커들로 이끌기 위한 전력 증폭기를 포함한다. 일반적으로 말해서, 전력 증폭기는 전원 공급 장치로부터 에너지를 취하며 보다 큰 진폭을 가진 입력 신호 형태와 매칭시키도록 오디오 출력 신호를 제어함으로써 오디오 신호를 증폭시킨다.
오디오 증폭기의 일 예는 클래스-D 증폭기(class-D amplifier)이다. 클래스-D 증폭기(또한 "스위칭 증폭기"로서 알려짐)는 증폭 디바이스들(예컨대, 트랜지스터들, 통상적으로 금속-산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터들)이 전자 스위치들로서 동작하는 전자 증폭기를 포함할 수 있다. 클래스-D 증폭기에서, 증폭될 신호는 펄스-폭 변조((PWM)), 펄스-밀도 변조((PDM)), 또는 또 다른 변조 방법에 의해 일련의 펄스들로 변환될 수 있으며, 따라서 신호는 변조된 신호의 펄스들의 특성(예컨대, 펄스 폭들, 펄스 밀도 등)이 신호의 크기의 함수인 변조 신호로 변환된다. 클래스-D 증폭기를 이용한 증폭 후, 출력 펄스 트레인은 수동형 저역-통과 필터를 통과시킴으로써 변조되지 않은 아날로그 신호로 변환될 수 있으며, 여기에서 이러한 저역-통과 필터는 클래스-D 증폭기 및/또는 클래스-D 증폭기에 의해 구동된 부하에 내재될 수 있다. 클래스-D 증폭기들은 선형 아날로그 증폭기들에 비해 능동 디바이스들에서 열로 손실되는 전력이 적을 수 있다는 점에서 클래스-D 증폭기들은 선형 아날로그 증폭기들보다 전력 효율이 더 높을 수 있기 때문에 자주 사용된다.
일부 증폭기 아키텍처들은 단일 또는 일정한 전원 공급 전압 아키텍처들보다 더 높은 전력 효율을 달성하기 위해 전력 증폭기에 전원을 공급하는 데 적어도 두 개의 공급 전압들을 제공한다. 다중 공급 전압 증폭기의 한 가지 예가 클래스-G 증폭기이다. 클래스-G 증폭기는 상이한 전압들의 두 개 이상의 전원 공급 장치들을 제공하고 신호 출력이 각 레벨에 가까워지면 이들 사이에서 전환할 수 있다. 따라서, 클래스-G 증폭기는 증폭기의 출력 구동 트랜지스터들에서 낭비되는 전력을 감소시킴으로써 효율성을 증가시킬 수 있다. 일부 예들에서, 클래스-G 증폭기는 클래스-D 증폭기와 결합되어 클래스-DG 증폭기를 만들 수도 있다. 클래스-DG 증폭기는 클래스-D 증폭기들에서 일반적인 것처럼, 출력 드라이버에 대한 프리 드라이버 신호로서 가변 듀티 사이클을 갖는 레일 투 레일(rail-to-rail) 디지털 출력 신호를 생성하도록 펄스 폭 변조를 사용할 수 있다. 그러나, 클래스-D 증폭기와는 달리, 클래스-DG 증폭기는 오디오 출력 신호의 크기를 감지하고 출력 크기에 기초하여 전원 공급 장치들 간에 전환하는 다중 레벨 출력 스테이지를 사용할 수 있다.
일부 예들에서, 클래스-DG 증폭기는 양극 전원 레일(positive power rail)과 음극 전원 레일(negative power rail) 모두로부터 공급될 수 있으며, 각 전원 레일은 둘 이상의 전원 공급 장치들로부터 선택되는 가변 공급 전압을 가질 수 있다. 예를 들어, 양극 전원 레일과 음극 전원 레일 각각은 -5V, 0V, 5V, 및 10V 중에서 가변적일 수 있으므로, 클래스-DG 증폭기의 완전 차동 출력은 -15V, -10V, -5V, 0V, 5V, 10V, 및 15V 중에서 가변될 수 있다.
이러한 클래스-DG 아키텍처의 한 가지 단점은, 클래스-DG 증폭기가 상이한 전원 레일 공급 전압들 중에서 선택할 때 양극 전원 레일과 음극 전원 레일의 공통 모드 전압에 스텝이 발생할 수 있다는 것이다. 출력 전류 또는 출력 전압이 클래스-DG 증폭기의 부하에 전달되면, 변화하는 공통 모드 전압이 전류 또는 전압 감지 회로에 복제될 수 있으며, 따라서 센서 측정들에 있어 부정확성을 초래할 수 있다.
본 개시의 교시들에 따르면, 출력 스테이지에 의해 구동되는 출력 신호들을 측정하는 기존의 접근 방식과 연관된 하나 이상의 단점들 및 문제들이 감소되거나 제거될 수 있다.
본 개시의 실시예들에 따르면, 전기량(electrical quantity)을 감지하는 시스템은 전기량을 감지하고 전기량을 나타내는 감지 신호를 생성하도록 구성된 감지 스테이지로서, 여기서 전기량은 부하를 구동하도록 구성된 클래스-DG 증폭기에 의해 생성된 전기 신호를 나타내고, 클래스-DG 증폭기는 다중 신호 레벨 공통 모드들을 갖는, 상기 감지 스테이지, 및 클래스-DG 증폭기의 신호 레벨 공통 모드들 사이에서 전환할 때 발생하는 드라이버의 차동 공급 전압의 공통 모드 전압에 대한 변화들을 보상하도록 구성된 공통 모드 보상기를 포함할 수 있다.
본 개시의 이들 및 다른 실시예들에 따라, 전기량을 감지하는 방법은 전기량을 나타내는 감지 신호를 생성하는 단계로서, 여기서 전기량은 부하를 구동하도록 구성된 클래스-DG 증폭기에 의해 생성된 전기 신호를 나타내고 클래스-DG 증폭기는 다중 신호 레벨 공통 모드들을 갖는, 상기 감지 신호를 생성하는 단계, 및 클래스-DG 증폭기의 신호 레벨 공통 모드들 사이에서 전환할 때 발생하는 드라이버의 차동 공급 전압의 공통 모드 전압에 대한 변화들을 보상하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 기술적 이점들은 여기에 포함된 도면들, 설명 및 청구항들로서 이 기술분야의 숙련자에게는 손쉽게 이해될 수 있을 것이다. 실시예들의 목적들 및 이점들은 적어도 청구 범위에서 특히 지시된 요소들, 특징들, 및 조합들에 의해 실현되고 달성될 것이다.
앞서 말한 일반적인 설명과 다음의 상세한 설명 양쪽 모두는 예들이고 설명적인 것이며 본 개시에서 제시되는 청구범위를 제한하지 않는다는 것을 이해해야 한다.
본 발명의 실시예들과 그 이점들에 대한 더욱 완전한 이해는 수반된 도면들과 관련하여 취해진 다음의 설명을 참조함으로써 얻어 질 수 있으며, 여기에서 유사한 참조 번호들은 유사한 특징들을 나타낸다.
도 1은 본 개시의 실시예들에 따라 예시적인 개인용 오디오 디바이스를 도시한다;
도 2는 본 개시의 실시예들에 따라 개인용 오디오 디바이스의 예시적인 오디오 집적 회로의 선택된 구성 요소들의 블록도를 도시한다;
도 3은 본 개시의 실시예들에 따라 예시적인 증폭기의 선택된 구성 요소들의 블록도를 도시한다;
도 4a-4e는 본 개시의 실시예들에 따라 증폭기와 연관된 선택된 파형들의 예시적인 그래프들을 도시한다;
도 5는 본 개시의 실시예들에 따라 예시적인 전류 감지 회로의 선택된 구성 요소들의 회로도를 도시한다.
도 1은 본 개시의 실시예들에 따른, 예시적인 개인용 오디오 디바이스(1)의 예시이다. 도 1은 한 쌍의 이어버드 스피커들(8A 및 8B)의 형태로 헤드셋(3)에 결합된 개인용 오디오 디바이스(1)를 도시한다. 도 1에 도시된 헤드셋(3)은 단지 예일뿐이며, 개인용 오디오 디바이스(1)는 제한 없이, 헤드폰, 이어폰, 인-이어 이어폰(in-ear earphones), 및 외부 스피커들을 포함하는 다양한 오디오 트랜스듀서들과 관련되어 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 플러그(4)는 개인용 오디오 디바이스(1)의 전기 단자에 헤드셋(3)을 연결할 수 있다. 개인용 오디오 디바이스(1)는 디스플레이를 사용자에게 제공하고 터치 스크린(2)을 사용하여 사용자 입력을 수신할 수 있거나, 또는 대안적으로 표준 액정 디스플레이(LCD)가 개인용 오디오 디바이스(1)의 표면(face) 및/또는 측면 상에 배치된 다양한 버튼들, 슬라이더들 및/또는 다이얼들과 조합될 수 있다. 도 1에 또한 도시된 바와 같이, 개인용 오디오 디바이스(1)는 헤드셋(3) 및/또는 다른 오디오 트랜스듀서로의 송신을 위한 아날로그 오디오 신호를 생성하기 위해 오디오 집적 회로(IC)(9)를 포함할 수 있다.
도 2는 본 개시의 실시예들에 따라 개인용 오디오 디바이스의 예시적인 오디오 IC(9)의 선택된 구성요소들의 블록도를 도시한다. 몇몇 실시예들에서, 예시적인 오디오 IC(9)는 도 1의 오디오 IC(9)를 구현하기 위해 사용될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 마이크로컨트롤러 코어(18)는 디지털 오디오 입력 신호(DIG_IN)를 펄스 폭 변조기(14)에 공급할 수 있고, 펄스 폭 변조기는 디지털 오디오 입력 신호를 등가의 차동 펄스 폭 변조 입력 신호(VIN )로 변환할 수 있으며, 그에 의해 입력 신호(VIN)의 펄스 폭 또는 듀티 사이클은 디지털 오디오 입력 신호(DIG_IN)의 값(예를 들어, 크기 및 극성)을 나타낼 수 있다. 펄스 폭 변조기(14)는 아날로그 입력 신호(VIN)를 증폭기(16)에 공급할 수 있고, 증폭기는 스피커, 헤드폰 트랜스듀서, 라인 레벨 신호 출력, 및/또는 다른 적절한 출력을 동작시킬 수 있는, 오디오 출력 신호(VOUT)를 제공하기 위해 아날로그 입력 신호(VIN)를 증폭시키거나 또는 감쇠시킬 수 있다. 또한 도 2에 도시된 바와 같이, 예시적인 오디오 IC(9)는 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 증폭기(16)에 의해 생성되고 증폭기(16)의 출력에 결합된 부하로 전달되는 출력 전류(IOUT)를 감지하도록 구성되는 전류 감지 회로(19)를 포함할 수 있다.
도 3은 본 개시의 실시예들에 따라 예시적인 증폭기(16)의 선택된 구성 요소들의 블록도를 도시한다. 몇몇 실시예들에서, 증폭기(16)는 도 2의 증폭기(16)의 전부 또는 일부를 구현하기 위해 사용될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 도 2의 증폭기(16)는 클래스 DG 증폭기(18)로 구현될 수 있으며, 이는 아날로그 신호(VIN)를 수신하기 위한 입력, 아날로그 신호(VIN)에 기초하고 이를 나타내는 출력 신호(VOUT)를 생성하기 위한 출력, 및 스위치(21)(예를 들어, 스위치 21A, 21B, 21C, 및 21D) 및 스위치(22)(예를 들어, 스위치 22A, 22B, 22C, 및 22D)를 선택적으로 활성화(예를 들어, 인에이블, 폐쇄, 턴 온) 및 비활성화(예를 들어, 디스에이블, 개방, 턴 오프)하기 위한 하나 이상의 제어 신호들에 기초하여 그의 양극 공급 단자 및 음극 공급 단자 각각에서 복수의 전원 공급 전압들(예를 들어, VSUP1, VSUP2, VSUP3, VSUP4) 중 하나를 수신하기 위한 전원 공급 입력을 가지며, 여기서 스위치들(21) 각각은 양극(positive) 공급 단자 전압(VSUPPLY +)을 갖는 양극 공급 단자를 각자의 공급 전압(예를 들어, VSUP1, VSUP2, VSUP3, VSUP4)에 결합하고, 스위치들(22) 각각은 음극(negative) 공급 단자 전압(VSUPPLY -)을 갖는 음극 공급 단자를 각자의 공급 전압(예를 들어, VSUP1, VSUP2, VSUP3, VSUP4)에 결합한다. 명확성 및 설명을 위해, 도 3은 증폭기(16)가 4개의 선택 가능한 전원 공급 전압들을 갖는 것으로 도시한다. 그러나, 증폭기(16)는 임의의 적절한 수의 선택 가능한 전원 공급 전압들을 가질 수 있다.
증폭기(16)의 동작을 더 설명하기 위해, 일부 실시예들에서, 공급 전압들은, VSUP1 = -5V, VSUP2 = 0V, VSUP3 = 5V, and VSUP4 = 10V 가 되도록 구성될 수 있고, 스위치들(21 및 22)은 풀-스윙 차동 공급 전압(full-swing differential supply voltage) VSUPPLY = VSUPPLY + - VSUPPLY - 이 -15V, -10V, -5V, 0V, 5V, 10V, 및 15V 사이에서 변경되도록 제어될 수 있다. 도 4a-4e는 본 개시의 실시예들에 따라, 증폭기(16)와 연관된 선택된 파형들의 예시적인 그래프들을 도시하며, 이는 이전 문장에 열거된 예시적인 공급 전압들을 사용한다.
도 4a-4e에 도시된 바와 같이, 증폭기(16)는 원하는 풀-스윙 차동 공급 전압(VSUPPLY)에 기초하여 복수의 영역들에서 동작할 수 있다. 예를 들어, 도 4a에 도시된 바와 같이, 동작 영역 A(Region A)에서, 풀-스윙 차동 공급 전압(VSUPPLY)은 10V 와 15V 사이에서 변경될 수 있으며, 그 결과 출력 신호(VOUT)의 공통 모드 전압(VCM)(예를 들어, VCM = (VSUPPLY + + VSUPPLY -)/2)은 0V, 2.5V, 및 5V 사이에서 변경된다. 또 다른 예로서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 동작 영역 B(Region B)에서, 풀 스윙 차동 공급 전압(VSUPPLY)은 -10V, -5V, 및 0V 사이에서 변경될 수 있으며, 그 결과 공통 모드 전압(VCM)은 -2.5V, 0V, 및 2.5V 사이에서 변경된다. 추가적인 예로서, 도 4c에 도시된 바와 같이, 동작 영역 C(Region C)에서, 풀 스윙 차동 공급 전압(VSUPPLY)은 -5V, 0V, 및 5V 사이에서 변경될 수 있으며, 그 결과 공통 모드 전압(VCM)은 0V, 2.5V, 및 5V 사이에서 변경된다. 또 다른 예로서, 도 4d에 도시된 바와 같이, 동작 영역 D(Region D)에서, 풀 스윙 차동 공급 전압(VSUPPLY)은 -10V, -5V, 및 0V 사이에서 변경될 수 있으며, 그 결과 공통 모드 전압(VCM)은 -2.5V, 0V, 및 2.5V 사이에서 변경될 수 있다. 또 다른 예로서, 도 4e에 도시된 바와 같이, 동작 영역 E(Region E)에서, 풀 스윙 차동 공급 전압(VSUPPLY)은 10V와 15V 사이에서 변경될 수 있으며, 그 결과 공통 모드 전압(VCM)은 0V, 2.5V, 및 5V 사이에서 변경된다.
특히, 출력 신호(VOUT)의 제로 크로싱 근처에서 발생할 수 있는 영역 B 및 영역 D는, 영역 A, 영역 C, 및 영역 E 내에서 발생하는 것과 다를 수 있는(예를 들어, 더 낮을 수 있는) 공통 모드 전압(VCM)을 갖는다. 이러한 공통 모드 전압의 드리프트(drift)는 전류 감지 회로(19)의 입력에 복제될 수 있고, 이에 따라, 이러한 공통 모드 전압(VCM)에서의 변화를 처리하기 위한 조치가 취해지지 않으면, 출력 전류(IOUT)의 측정에 영향을 미칠 수 있다.
도 5는 본 개시의 실시예들에 따라 예시적인 전류 감지 회로(19)의 선택된 구성 요소들의 회로도를 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 전류 감지 회로(19)는 저항(RSNS)을 갖는 감지 저항기(32)를 사용하여 구현될 수 있으며, 감지 저항기(32)를 통해 흐르는 출력 전류(IOUT)는 출력 전류(IOUT)에 비례하는 감지 전압(VSNS)이 감지 저항기(32)의 단자들에 걸쳐 형성되도록 한다(예를 들어, VSNS = IOUTRSNS). 증폭기(34), 입력 저항기(36), 피드백 저항기(38), 및 피드백 커패시터(40)를 포함하는 증폭기 스테이지는 출력 전류(IOUT)에 비례하는 아날로그 증폭 신호를 생성하기 위해 감지 전압(VSNS)을 증폭할 수 있다. 차례로, 아날로그-디지털 변환기(ADC)(42)는 디지털 출력 신호(ISNS)가 출력 전류(IOUT)를 나타내도록, 증폭기(34)에 의해 생성된 아날로그 증폭 신호와 동등한 디지털 출력 신호(ISNS)를 생성할 수 있다.
또한 도 5에 도시된 바와 같이, 출력 신호(VOUT) 및 감지 전압(VSNS) 측정에 영향을 주는 공통 모드 전압(VCM)에서의 변화는 아날로그 공통 모드 보상기(44) 및/또는 디지털 공통 모드 보상기(46)를 사용하여 보정될 수 있다.
아날로그 공통 모드 보상기(44)는 출력 신호(VOUT) 및 감지 전압(VSNS) 측정에 영향을 주는 공통 모드 전압(VCM)에서의 변화를 보상하기 위해, 모드 변경 신호(MODE CHANGE) 및 보정 계수(FACTOR)에 응답하여 증폭기(34)의 합산 노드들(summing nodes)에 적용되는 보정 신호를 생성하도록 구성된 임의의 시스템, 디바이스, 또는 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 모드 변경 신호(MODE CHANGE)가 0이 아닐 때, 아날로그 공통 모드 보상기(44)는 보정 계수(FACTOR)에 의해 표시된 양만큼 증폭기(34)의 합산 노드들에 보정 신호를 적용하도록 구성될 수 있다. 반면, 모드 변경 신호(MODE CHANGE)가 0일 때, 아날로그 공통 모드 보상기(44)는 증폭기(34)의 합산 노드들에 보정을 적용하지 않을 수 있다.
모드 변경 신호(MODE CHANGE)는 공통 모드 전압(VCM)의 변화가 발생하는 타이밍을 나타낼 수 있고, 아날로그 및/또는 디지털 스케일링 인자들을 사용하여 공통 모드 전압(VCM)의 변화량을 나타내도록 스케일링될 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 모드 변경 신호(MODE CHANGE)는 디지털 오디오 입력 신호(DIG_IN)의 값에 기초하여 마이크로컨트롤러 코어(18)에 의해 생성될 수 있다. 예를 들어, 도 4a-4e와 관련하여 설명된 특정 예에서, 마이크로컨트롤러 코어(18)는 DIG_IN이 임계값 크기 이하일 때 모드 변경 신호(MODE CHANGE)가 0이 아닌 값(예를 들어, 2.5V)을 갖게 할 수 있으며, 이는 영역 A, 영역 C, 및 영역 E에 대하여 공통 모드 전압(VCM)이 감압될(stepped down) 수 있는 동작 영역들인 영역 B 또는 영역 D에서의 동작을 나타낼 수 있다.
보정 계수(FACTOR)는 공통 모드 전압(VCM)의 변화를 보정하는 데 필요한 값의 추정치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 증폭기(16)의 동작 영역들 사이의 공통 모드 전압(VCM)의 차이들은 알려질 수 있다(예를 들어, 도 4a-4e의 예에서 2.5V). 다른 실시예들에서, 보정 계수(FACTOR)는 아래에 설명된 바와 같이 디지털 공통 모드 보상기(46)에 의해 생성될 수 있다.
디지털 공통 모드 보상기(46)는 보정된 디지털 출력 신호(ISNS') 를 생성하기 위해 모드 변경 신호(MODE CHANGE) 및 디지털 출력 신호(ISNS)에 응답하여 보정 계수(FACTOR)를 생성하고 보정 계수(FACTOR)를 디지털 출력 신호(ISNS)에 적용하도록 구성된 임의의 시스템, 디바이스, 또는 장치를 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 디지털 공통 모드 보상기(46)는 합산기(50), 고역 통과 필터(HPF)(52), HPF(54), 상관 블록(56), 저역 통과 필터(LPF)(58), 및 이득 소자(60)를 포함할 수 있다.
합산기(50)는 보정된 디지털 출력 신호(ISNS') 를 생성하기 위해 디지털 출력 신호(ISNS)의 차이를 보정 계수(FACTOR)와 결합할 수 있다. 원하는 공통 모드 보상은 오디오 스펙트럼 외부의 콘텐트에 대해서만 있을 수 있기 때문에, HPF(52)는 보정된 디지털 출력 신호(ISNS')의 오디오 주파수 성분들을 필터링할 수 있다. 마찬가지로, HPF(54)는 모드 변경 신호(MODE CHANGE)의 고역 통과 필터링을 수행할 수 있으며, 그에 따라 HPF(52) 및 HPF(54)의 결과적인 출력 신호들이 상관 블록(56)에 의해 상관될 수 있다. HPF(52) 및 HPF(54)의 결과적인 출력 신호들 사이의 상관관계는 보정된 디지털 출력 신호(ISNS')에서의 큰 변화들이 공통 모드 전압(VCM)에서 변화를 야기하는 증폭기(16)의 동작 영역에서의 변화로 인해 발생하는지 여부를 나타낼 수 있다. 즉, 보정된 디지털 출력 신호(ISNS')에서의 변화들이 모드 변경 신호(MODE CHANGE)와 상관되지 않는 경우, 그러한 보정된 디지털 출력 신호(ISNS')에서의 변화들은 출력 전류(IOUT)에서의 실제 변화들에 응답하여 발생할 수 있고, 공통 모드 전압(VCM)에서의 변화들에 기인하지 않을 수 있다.
상관 블록(56)의 출력은 상관 블록(56)에 의해 생성된 상관 신호를 평활화하기 위해(예를 들어, 노이즈를 제거하기 위해) LPF(58)에 의해 저역 통과 필터링될 수 있다. 이득 요소(60)는 LPF(58)에 의해 생성된 신호에 이득(K)을 적용할 수 있고, 그 결과 보정 계수(FACTOR)가 합산기(50)에 의해 디지털 출력 신호(ISNS)에 적용되거나 및/또는 아날로그 공통 모드 보상기(44)에 의해 증폭기(34)의 합산 노드들에 적용될 수 있다.
전술한 시스템들 및 방법들은 오디오 신호들과 관련된 애플리케이션과 관련하여 설명되었지만, 동일한 시스템들 및 방법들 또는 유사한 시스템들 및 방법들이 다중 레벨 펄스 폭 변조 시스템들을 사용하는 다른 신호 처리 시스템들에도 적용될 수 있는 것으로 이해해야 된다.
전술한 시스템들 및 방법들은 출력 전류(IOUT)의 감지와 관련된 애플리케이션들과 관련하여 설명되었지만, 동일한 시스템들 및 방법들 또는 유사한 시스템들 및 방법들이 이에 국한되지는 않지만 출력 전압(예를 들어, 출력 신호(VOUT))을 포함하는, 다중 레벨 펄스 폭 변조 시스템에서의 다른 전기량들의 감지 및 측정에 적용될 수 있음을 이해해야 한다.
본원에 사용된 바와 같이, 둘 이상의 요소들이 서로 "결합된” 것으로 언급될 때, 그러한 용어는 그러한 둘 이상의 요소들이 간접적으로 또는 직접적으로 또는 개재 요소들의 여부와 상관없이 적용 가능한 것으로서 전자 통신 또는 기계적 통신 상태에 있음을 나타낸다.
본 개시는 당업자가 이해할 수 있는 본 명세서의 예시적인 실시예에 대한 모든 변화, 대체, 변형, 변경, 및 수정을 망라한다. 유사하게, 적절한 경우, 첨부된 청구범위는 당업자가 이해할 수 있는 본 명세서의 예시적인 실시예에 대한 모든 변화, 대체, 변형, 변경, 및 수정을 망라한다. 또한, 특정 기능을 수행하도록 적응되거나, 배열되거나, 할 수 있거나, 구성되거나, 할 수 있게 되거나, 동작 가능하거나, 또는 동작하는 장치 또는 시스템, 또는 장치 또는 시스템의 구성요소에 대한 첨부된 청구범위에서의 참조는, 그 장치, 시스템, 또는 구성성분이 적응되고, 배열되고, 할 수 있고, 구성되고, 할 수 있게 되고, 동작 가능하고, 동작하는 한, 그 장치, 시스템, 또는 구성성분, 또는 그 특정 기능이 활성화되거나, 턴 온되거나, 또는 잠금해제되는 것과는 무관하게 그 장치, 시스템, 또는 구성요소를 망라한다. 따라서, 수정들, 부가들, 또는 생략들이 본 개시의 범위로부터 벗어나지 않고 여기에서 설명된 시스템들, 장치들, 및 방법들에 대해 이루어질 수 있다. 예를 들어, 시스템들 및 장치들의 구성요소들은 통합되거나 또는 분리될 수 있다. 게다가, 여기에서 개시된 시스템들 및 장치들의 동작들은 더 많은, 더 적은, 또는 다른 구성요소들에 의해 수행될 수 있으며 설명된 방법들은 더 많은, 더 적은, 또는 다른 단계들을 포함할 수 있다. 부가적으로, 단계들은 임의의 적절한 순서로 수행될 수 있다. 본 문서에서 사용된 바와 같이, "각각"은 세트의 각각의 멤버 또는 세트의 서브세트의 각각의 멤버를 지칭한다.
대표적인 실시예들이 도면들에서 예시되고 설명되었지만, 본 개시의 원리들은 현재 알려져 있는지에 관계없이, 임의의 기술들을 사용하여 구현될 수 있다. 본 개시는 결코 도면들에 예시되고 상기 설명된 대표적인 구현예들 및 기술들에 제한되지 않아야 한다.
달리 구체적으로 주지되지 않는다면, 도면들에서 묘사된 부분들은 반드시 일정한 비율로 그려진 것은 아니다.
본 명세서에 나열된 모든 예들 및 조건부 표현은 독자가 본 개시 내용과 기술을 발전시키기 위해 발명자에 의해 기여된 개념을 이해하는 데 도움이 되도록 교수적인 목적으로 의도된 것이며, 그와 같이 특정하게 인용된 예들 및 조건들에 대한 제한은 없는 것으로 해석되어야 한다. 본 개시의 실시예들이 상세히 설명되었지만, 본 개시 내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변화, 대체 및 변경이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다.
특정 이점들이 위에서 열거되었지만, 다양한 실시예들은 열거된 이점들 중 일부, 또는 모두를 포함하거나, 또는 포함하지 않을 수 있다. 부가적으로, 다른 기술적 이점들은 앞서 말한 도면들 및 설명의 검토 후 이 기술분야의 통상의 기술자에게 쉽게 명백해질 것이다.
여기에 첨부된 청구항들을 해석하는 데 있어 본 출원에 대해 발행된 임의의 특허의 임의의 독자들 및 특허청을 돕기 위해, 출원인들은 단어들("~하기 위한 수단" 또는 "~하기 위한 단계")이 특정한 청구항에서 명시적으로 사용되지 않는다면 첨부된 청구항들 또는 청구항 요소들 중 어떠한 것도 35 U.S.C §112(f)를 적용하도록 의도하지 않는다는 것을 주목하길 원한다.

Claims (22)

  1. 전기량을 감지하는 시스템에 있어서:
    전기량을 감지하고 전기량을 나타내는 감지 신호를 생성하도록 구성된 감지 스테이지로서, 전기량은 부하를 구동하도록 구성된 클래스-DG 증폭기에 의해 생성된 전기 신호를 나타내고, 클래스-DG 증폭기는 다중 신호 레벨 공통 모드들을 갖는, 상기 감지 스테이지; 및
    클래스-DG 증폭기의 신호 레벨 공통 모드들 사이에서 전환할 때 발생하는 클래스-DG 증폭기의 차동 공급 전압의 공통 모드 전압에 대한 변화들을 보상하도록 구성된 공통 모드 보상기를 포함하는, 전기량을 감지하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전기량은 전류를 포함하는, 전기량을 감지하는 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전기량은 전압을 포함하는, 전기량을 감지하는 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감지 스테이지는 전기량을 나타내는 감지 전압을 생성하도록 구성된 감지 저항기를 포함하는, 전기량을 감지하는 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 감지 스테이지는 감지 전압을 증폭하도록 구성된 증폭기를 포함하는, 전기량을 감지하는 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 감지 스테이지는 증폭기에 의해 증폭된 감지 전압을, 전기량을 나타내는 등가 디지털 신호로 변환하도록 구성된 아날로그-디지털 변환기를 포함하는, 전기량을 감지하는 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 공통 모드 보상기는 등가 디지털 신호에 보정 계수를 적용하도록 구성된 디지털 보상기를 포함하는, 전기량을 감지하는 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 디지털 보상기는 또한, 차동 공급 전압의 공통 모드 전압에 대한 변화들을 야기하는 차동 공급 전압의 동작 영역들 간의 변화들과 등가 디지털 신호에 대한 변화들 사이의 상관관계에 기초하여 등가 디지털 신호에 보정 계수를 적용하도록 구성되는, 전기량을 감지하는 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 증폭기의 입력 합산 모드들에 보정 계수를 적용하도록 구성된 제2 공통 모드 보상기를 더 포함하는, 전기량을 감지하는 시스템.
  10. 제5항에 있어서, 상기 공통 모드 보상기는 증폭기의 입력 합산 모드들에 보정 계수를 적용하도록 구성된 아날로그 보상기를 포함하는, 전기량을 감지하는 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공통 모드 보상기는 공통 모드 전압에 대한 변화들을 야기하는 차동 공급 전압의 동작 영역에서의 변화에 응답하여 보상을 가능하게 하도록 구성되는, 전기량을 감지하는 시스템.
  12. 전기량을 감지하는 방법에 있어서:
    전기량을 나타내는 감지 신호를 생성하는 단계로서, 전기량은 부하를 구동하도록 구성된 클래스-DG 증폭기에 의해 생성된 전기 신호를 나타내고 클래스-DG 증폭기는 다중 신호 레벨 공통 모드들을 갖는, 상기 감지 신호를 생성하는 단계; 및
    클래스-DG 증폭기의 신호 레벨 공통 모드들 사이에서 전환할 때 발생하는 클래스-DG 증폭기의 차동 공급 전압의 공통 모드 전압에 대한 변화들을 보상하는 단계를 포함하는, 전기량을 감지하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 전기량은 전류를 포함하는, 전기량을 감지하는 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 전기량은 전압을 포함하는, 전기량을 감지하는 방법.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감지 신호는 감지 저항기에 걸친 감지 전압이고, 상기 감지 전압은 전기량을 나타내는, 전기량을 감지하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 감지 스테이지는 감지 전압을 증폭하도록 구성된 증폭기를 포함하는, 전기량을 감지하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 감지 스테이지는 증폭기에 의해 증폭된 감지 전압을, 전기량을 나타내는 등가 디지털 신호로 변환하도록 구성된 아날로그-디지털 변환기를 포함하는, 전기량을 감지하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 디지털 보상기를 사용하여 등가 디지털 신호에 보정 계수를 적용하는 단계를 더 포함하는, 전기량을 감지하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 디지털 보상기는 또한, 차동 공급 전압의 공통 모드 전압에 대한 변화들을 야기하는 차동 공급 전압의 동작 영역들 간의 변화들과 등가 디지털 신호에 대한 변화들 사이의 상관관계에 기초하여 등가 디지털 신호에 보정 계수를 적용하도록 구성되는, 전기량을 감지하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 증폭기의 입력 합산 모드들에 보정 계수를 적용하도록 구성된 제2 공통 모드 보상기를 더 포함하는, 전기량을 감지하는 방법.
  21. 제16항에 있어서, 아날로그 보상기를 사용하여 증폭기의 입력 합산 모드들에 보정 계수를 적용하는 단계를 더 포함하는, 전기량을 감지하는 방법.
  22. 제12항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 공통 모드 전압에 대한 변화들을 야기하는 차동 공급 전압의 동작 영역에서의 변화에 응답하여 보상을 가능하게 하는 단계를 더 포함하는, 전기량을 감지하는 방법.
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