KR940003767B1 - 오디오 출력회로 및 출력클립핑 제거방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

오디오 출력회로 및 출력클립핑 제거방법

제1도는 종래의 오디오 출력회로의 회로도.

제2도는 제1도의 출력증폭기의 출력클립핑 상태를 설명하기 위한 출력파형도.

제3도는 본 발명에 의한 오디오 출력회로의 블럭도.

제4도는 본 발명에 의한 오디오 출력회로의 일실시예를 나타내는 회로도.

제5도는 본 발명에 의한 출력클립핑 제거방법의 실시예를 나타내는 흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 오디오 증폭기(U1) 20 : 스피커

30 : 피드백 회로수단 31 : 전압분배기

32 : 아날로그 디지탈변환기 33 : 클립핑 판단수단

34 : 디지탈 아날로그변환기 35 : 이득조절수단

VR : 입력레벨 조정볼륨 R1~R8 : 저항

D1 : 발광다이오드 SW1 : 리세트스위치

Q1 : 전계효과 트랜지스터(FET)

본 발명은 오디오 출력회로에 관한 것으로, 특히 출력증폭기의 출력 클립핑 상태를 제한함으로써, 오디오 시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 오디오 출력회로 및 출력 클립핑 제거방법에 관한 것이다.

최근 콤팩트 디스크 플레이어(Compact Disk player : 이하 “CDP”이라 함) 또는 디지탈 오디오 테이프 레코더(Digital Audio Tape Recorder : 이하 “DAT”이라 함)를 구비한 오디오시스템이 출하되고 있다.

이와같은 오디오시스템에서는 오디오앰프의 볼륨을 최대로 하거나 출력레벨이 높은 CDP 또는 DAT를 오디오소스로 하여 청취할 때, 오디오앰프의 출력레벨이 클립핑되는 경우가 있다. 이러한 출력 클립핑현상은 제1도 및 제2도에 도시한 바와같이 출력증폭기의 입력신호레벨이 높아서 출력증폭기의 증폭한계를 넘어서게 되어, 출력신호의 최대 신호레벨이 출력증폭기의 전원전압에 의해 제한되는 현상을 말한다. 이와같은 현상이 나타나게 되면 출력증폭기의 출력전류는 클립핑 기간동안에는 최대값으로 되므로 출력증폭기의 출력단에는 많은 전류가 지속적으로 흐르게 된다. 큰전류의 지속적인 흐름은 출력증폭기의 발열량을 증대시키므로, 출력증폭기의 수명을 단축시키고 심하면 출력증폭기의 파괴를 야기시킨다. 또한 출력증폭기의 출력신호가 출력증폭기의 전원전압에 의해 클립핑되기 때문에 출력신호의 고주파 성분이 급격히 증대되게 된다. 이러한 증대된 고주파 성분은 고음전용 스피커(tweeter)에 무리를 가하게 되므로 고음전용 스피커의 열화 또는 파손이 원인이 되었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 출력증폭기의 출력클립핑현상을 제한할 수 있는 오디오 출력회로를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 스피커 및 출력증폭기를 보호하여 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 오디오 출력회로를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 출력증폭기의 클립핑 현상을 제거할 수 있는 오디오 출력회로의 출력클립핑 제거방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 오디오 출력회로는 오디오 입력신호를 증폭하기 위한 출력증폭기와, 상기 출력증폭기의 증폭된 출력신호에 의해 구동되는 스피커와, 상기 증폭된 출력신호의 클립핑 상태를 검출하고, 클립핑 상태가 검출되었을 때 상기 출력증폭기의 이득을 감쇄시키기 위한 피드백회로수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 오디오 출력클립핑 제거방법은 오디오 출력증폭기의 출력신호를 디지탈 변환하는 과정과, 상기 변환된 신호를 기준값과 비교하는 과정과, 상기 비교 과정에서 기준값을 초과하는 최초의 입력데이타를 내부 레지스터에 저장하는 과정과, 상기 기준값을 초과하고 상기 내부 레지스터에 저장된 최초의 입력 데이터와 동일한 입력 데이터가 연속적으로 소정 횟수 입력될때 출력클립핑 상태가 발생된 것으로 판단하는 과정과, 상기 출력클립핑 상태가 발생되면 이득감쇄 제어데이터를 발생하여 상기 출력증폭기의 증폭이득을 감쇄시키고 상기 과정을 반복하는 과정을 포함한 것을 특징으로 한다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

제3도를 참조하면, 본 발명에 의한 오디오 출력회로는 출력증폭기(10), 스피커(20), 피드백회로수단(30)을 구비한다.

피드백회로수단(30)은 출력증폭기(10)의 출력전압신호를 소정의 전압레벨로 분압하기 위한 전압분배기(31), 상기 전압분배기(31)의 출력전압레벨에 대해 디지탈 데이터를 발생하기 위한 아날로그 디지탈변환기(32), 상기 아날로그-디지탈변환기(32)로부터 공급되는 디지탈 데이터를 설정된 기준 데이터와 비교하여 출력클립핑 상태를 판단하고 이 판단에 따라 이득제어데이터를 발생하는 클립핑 판단수단(33), 상기 클립핑 판단수단의 이득제어데이터값에 대응하는 이득제어신호를 발생하는 디지탈-아날로그변환기(34), 상기 디지탈-아날로그변환기의 이득 제어신호의 레벨에 응답하여 출력증폭기(10)의 이득을 조절하는 이득조절수단(35)으로 이루어진다.

상기 클립핑 판단수단(33)은 로직회로(logic circuit) 또는 마이크로 컴퓨터로 구성할 수 있다. 마이크로 컴퓨터로 구성할 경우에 클립핑 판단 프로그램은 크게 다음과 같은 일련의 과정으로 이루어진다.

a. 시스템 초기화 상태에서 입력데이터값을 설정된 기준데이터값과 비교하는 과정 ; b. 상기 검지과정에서 현재 입력된 데이터값이 설정된 기준 데이터값보다 크면 현재 입력된 데이터값을 저장하고, 다음에 입력된 데이터값을 현재 입력된 데이터값과 비교하여 동일하면 그 값이 몇번 연속되었는가를 검지하여 소정 횟수 이상이면 출력클립핑 발생임을 판단하는 과정 ; c. 상기 판정과정에서 출력클립핑 발생의 판정시에 이득감쇄제어 데이터를 발생하고 상기 a, b과정을 반복하는 과정 ; d. 상기 반복하는 과정에서 시스템 리세트신호 입력시 이득복귀제어 데이터를 발생하고 a과정을 반복하는 과정 ; 상기 설정된 기준 데이터값은 출력증폭기의 출력신호의 최대 스윙폭에 대응하는 값으로 설정한다. 예컨대 출력증폭기의 최대 스윙폭이 전원전압인 -15V로부터 +15V이라면 30V에 대응하는 값으로 설정한다.

이득조정수단(35)은 상기 마이크로 컴퓨터의 이득감쇄제어 데이터 및 이득복귀제어 데이터가 디지탈-아날로그변환기(34)를 통해서 변환된 제어신호에 출력증폭기(10)의 이득감쇄 및 이득복귀를 조정한다.

제4도 및 제5도에 도시된 본 발명의 바람직한 일실시예를 통하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.

제4도를 참조하면, 출력장치(10)는 볼륨조정용 가변저항기(VR)의 가변단자에 비반전입력단자가 연결되고 저항(R1)을 통하여 반전단자가 그라운드(Ground)에 접속된 오디오증폭기(U1)로 구성된다. 오디오증폭기(U1)의 출력은 저항(R2)을 통하여 반전단자에 피드백된다. 따라서, 출력증폭기(10)의 정상적인 이득(Af)은

으로 결정된다.

또한 출력증폭기(10)의 출력은 스피커(20)에 결합된다.

피드백회로수단(30)은 상기 출력증폭기(10)의 출력을 전압분배기(31)을 통하여 소정 전압레벨로 다운시켜 입력한다. 전압분배기(31)는 오디오증폭기(U1)의 출력단자와 그라운드 사이에 저항(R3)과 저항(R4)을 직렬연결하고, 이들 저항들의 접속점에 비반전단자가 연결되고 출력단자가 반전단자에 연결된 연산증폭기(U2)로 구성한다. 연산증폭기(U2)는 버퍼증폭기로서 저항(R4)의 양단에 분배된 전압신호를 버퍼링하여 아날로그-디지탈변환기(32)에 공급한다.

아날로그-디지탈변환기(32)는 입력되는 전압신호의 레벨에 대응하는 디지탈 데이터를 발생한다. 클립핑 판단수단(33)은 마이크로 컴퓨터로 구성한다. 마이크로 컴퓨터는 데이터 입력단자에 아날로그-디지탈변환기(32)의 출력이 결합되고, 리세트 입력단자(RESET)에는 외부에서 발생되는 리세트신호가 입력된다. 또한 출력단자(LED)에는 클립핑표시용 발광다이오드(D1) 및 전류제한용저항(R7)을 통하여 전원전압(B+)이 결합되고 데이터출력단자(B)에는 디지탈-아날로그변환기(34)의 입력단이 결합된다. 리세트신호는 전원전압(B+)과 그라운드사이에 연결된 저항(R8)과 리세트 스위치(SW1) 접속점의 전압신호가 제공된다.

이득조정수단(35)은 저항(R3) 및 스위치수단(Q1)의 직렬접속을 출력증폭기(10)의 저항(R2) 양단에 병렬로 접속한 구성으로 이루어진다. 상기 스위치수단(Q1)은 게이트전극이 저항(R4)을 통하여 디지탈-아날로그변환기(34)의 출력단자에 연결되고, 저항(R3)을 통하여 제1전류 전극 즉 드레인이 저항(R2)의 일단에 접속되고, 제2전류 전극 즉 소오스가 저항(R2)의 타단에 접속된 FET(Q1)로 구성된다.

따라서 오디오 증폭기(U1)의 증폭이득은 FET(Q1)가 동작될때는 다음 식에 의한 이득 Ac을 가진다.

또 FET(Q1)가 완전히 턴온(TURN ON)되었을 시는

단, 여기서 FET의 도통저항은 무시한 경우이다.

그러므로 (1)(2)및 (3)식에 의해 R2>R2//(R3+FET자체저항)>R2//R3이므로 오디오 증폭기(10)의 이득은 FET(Q1)가 동작되면 식(2) 및 (3)의 이득으로 감쇄되고 FET(Q1)가 턴오프되면 식(1)의 이득으로 복귀된다.

따라서 음성출력부의 이득이 출력클립핑 상태에 따라 자동적으로 조정된다.

제5도의 흐름도를 참조하여, 본 발명에 의한 출력클립핑 제거방법의 실시예의 동작을 설명하면 다음과 같다.

클립핑 판단수단(33)인 마이크로 컴퓨터는 시스템 초기화 상태에서 출력단자(LED)와 출력단자(B)에 “하이(High)”신호와 데이터 “0”을 각각 출력하고(제101단계), 내부 카운터(RC)를 초기화한다(제102단계).

102단계 후, 입력단자(RESET)에 가해지는 신호가 “로우(Low)” 즉 “0” 상태인가를 판단한다(제103단계).

103단계에서 입력신호가 “0”가 아니면 입력단자(DATA)에 가해지는 데이터를 입력한다(제105단계). 입력된 데이터를 설정된 기준값(A$)과 비교하여 기준값보다 작으면 출력이 정상적인 상태인 것으로 판단하고(제106단계), 제102단계로 점핑한다. 만약 106단계에서 입력된 데이터가 기준값(A$)보다 크면 일단 출력신호가 설정된 한계레벨 이상인 것으로 판단하고, 내부 카운터(RC)를 체크한다(제107단계), 내부 카운터(RC)값이 “0”이면 입력된 데이터를 내부 레지스터(R)에 저장하고(제108단계), 내부 레지스터(R)에 저장된 데이터와 현재 입력된 데이터를 비교한다(제109단계). 제109단계에서 데이터가 동일하므로 내부 카운터(RC)의 값을 “1”증가시키고(제110단계) 내부 카운터(RC)의 값이 미리 설정된 값, 즉 “5”가 아니면 제103단계로 점핑한다(제111단계). 이후, 제103단계, 제105단계, 제106단계를 수행하고 두번째 입력된 데이터가 기준값(A$)이하이면, 출력이 다시 정상상태로 복귀된 것으로 판단하여 102단계로 점핑한다. 기준값(A$)이상이면, 제107단계를 수행하고, 내부 카운터(RC)값이 “0”가 아니므로 제109단계를 수행한다. 제109단계에서 레지스터(R)에 저장된 최초 입력데이터와 두번째 입력된 데이터가 동일하지 않으면 출력이 기준값(A$) 이상이나 아직 클립핑 상태는 아닌것으로 판단하고 제102단계로 점핑한다. 동일하면 제110단계, 제111단계를 수행한다.

이와같은 동작을 반복수행하면서 내부 카운터(RC)값을 체크하여 입력데이터값이 5회이상 동일하다면 출력클립핑 상태인 것으로 판단하여 출력단자(B)에 출력되는 데이터를 “α$”로 하여 디지탈 아날로그변환기(34)를 통해 FET(Q1)를 α$에 해당하는 만큼 턴온시키고 출력단자(LED)에 “로우”신호를 출력하며 발광다이오드(D1)를 점등시킨다(제112단계). 그리고 제102단계로 점핑한다. 제102단계에서는 내부 카운터(RC) 값을 “0”으로 하여, “α$”의 값에 의해 증폭기(U1)의 이득이 다운된 상태에서도 클립핑이 발생할 경우에 본 발명이 동작되도록 한다. 상기의 과정을 거쳐 만일 “α$”의 값에 의해 오디오 증폭기(U1)의 이득이 다운된 상태에서도 클립핑이 발생하면 레지스터 B의 값은 제112단계에 의해 “2α$”가 되어 디지탈-아날로그변환기(34)를 통해 FET(Q1)을 “2α$”에 해당하는 만큼 턴온시켜 증폭기(U1)의 이득을 더욱 다운시키게 된다.

이 과정이 오디오 증폭기(U1)의 출력에 클립핑이 발생되지 않을때까지 연속된다. 제103단계에서 사용자가 출력클립핑 상태를 확인하여 볼륨을 낮추고 리세트 스위치(SW1)을 조작하여 리세트 명령을 발생하면 이를 감지하여 제104단계에서 출력단자(LED) “하이”신호를 출력하며 발광다이오드(D1)를 소등시키고, 출력단자(B)에 “0”값을 출력하여 디지탈 아날로그변환기(34)를 통해 FET(Q1)를 턴오프시킨다. 따라서 출력증폭기의 이득은 정상상태로 복귀된다. 제106단계 및 제109단계를 거치는 이유는 출력이 순간적으로 출력증폭기의 최대 스윙폭의 레벨로 될때에는 루프(loop)를 빠져나오도록 하기 위함이다. 즉 출력이 일정시간동안 지속적으로 최대 레벨을 유지할때만 출력 클립핑 상태로 판단하고 순간적인 경우에는 오동작하지 않도록 한다.

이상과 같이 본 발명에서는 음성출력장치에서 사용자가 실수로 볼륨을 최대로 크게해 놓고 음성출력장치를 동작시킬때에 음성출력이 지속적인 클립핑 상태로 인하여 스피커의 파손 및 출력앰프의 고장발생을 미연에 방지할 수 있다.

Claims (4)

1. 오디오 입력신호를 증폭하기 위한 출력증폭기와 상기 출력증폭기의 출력신호를 음성으로 변환하기 위한 스피커를 구비한 오디오 출력회로에 있어서, 상기 출력증폭기의 출력클립핑 상태가 검출되었을 때 상기 출력증폭기의 증폭이득을 감쇄시키기 위한 피드백회로수단을 포함하며 상기 피드백회로수단은 상기 출력증폭기의 출력전압레벨을 전압분배하여 분배된 소정 레벨의 전압신호를 발생하기 위한 전압분배기 ; 상기 전압분배수단에서 발생된 전압신호의 레벨에 대응하는 부호와 데이터를 발생하기 위한 아날로그-디지탈변환기 ; 상기 아날로그 디지탈변환기로부터 부호와 데이터를 입력하여 설정된 기준값과 비교해 기준값 이상일 때는 제어데이터를 발생하기 위한 클립핑 판단수단 ; 상기 클립핑 판단수단의 제어데이터를 입력하여 제어데이터에 대응하는 레벨을 가진 전압신호를 발생하기 위한 디지탈-아날로그변환기 ; 상기 디지탈 아날로그 변환기에서 출력되는 전압신호에 응답하여 상기 출력증폭기의 증폭이득이 감쇄되도록 이득을 조정하는 이득조정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 출력회로.
2. 제1항에 있어서, 상기 클립핑 판단수단은 상기 기준값을 초과하는 최초의 입력데이터를 내부 레지스터에 저장하고, 상기 기준값을 초과하고 상기 내부 레지스터에 저장된 최초의 입력데이터와 동일한 입력데이터가 연속적으로 소정 횟수 입력될때 출력클립핑 상태가 발생된 것으로 판단하여 상기 제어데이터를 발생하는 마이크로 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 출력회로.
3. 제2항에 있어서, 상기 클립핑 판단수단은 상기 마이크로 컴퓨터에서 상기 제어데이터 발생과 동시에 출력클립핑 상태임을 표시하기 위해 상기 마이크로 컴퓨터에서 발생되는 표시제어신호에 응답하여 구동되는 발광다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 출력회로.
4. 오디오 입력신호를 증폭하기 위한 출력증폭기와 상기 출력증폭기의 출력신호를 음성으로 변환하기 위한 스피커를 구비한 오디오 출력회로의 출력클립핑 제거방법에 있어서, 오디오 출력증폭기의 출력신호를 디지탈 변환하는 과정과, 상기 변환된 신호를 기준값과 비교하는 과정과, 상기 비교단계에서 기준값을 초과하는 최초의 입력데이터를 내부 레지스터에 저장하는 과정과, 상기 기준값을 초과하고 상기 내부 레지스터에 저장된 최초의 입력데이터와 동일한 입력데이터가 연속적으로 소정 횟수 입력될때 출력클립핑 상태가 발생된 것을 판단하는 과정과, 상기 출력클립핑 상태가 발생되면 이득감쇄데이터를 발생하여 상기 출력증폭기의 증폭이득을 감쇄시키고 상기 과정을 반복하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 출력클립핑 제거방법.