KR940007976B1 - 하이 패스 필터 - Google Patents

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삼성전자 주식회사
김광호
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
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Abstract

내용 없음.

Description

하이 패스 필터
제 1 도는 이 발명에 따른 하이 패스 필터의 개략 구성도.
제 2 도는 제 1 도에 따른 하이 패스 필터의 주파수 응답 특성도.
제 3 도는 제 1 도에 따른 하이 패스 필터의 상세회로도.
제 4 도는 제 3 도에 따른 하이 패스 필터의 주파수 응답 특성도이다.
이 발명은 하이 패스 필터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 오디오 주파수 대역의 1차 고역강조 주파수 응답 특성을 얻기위한 하이 패스 필터를 구성함에 있어서, 트랜스 콘덕턴스 앰프와 콘덴서 및 신호 감쇄수단을 사용하여 외부 저항 및 콘덴서에 의한 시정수값을 설정하지 않고 고역강조의 주파수 응답 특성을 얻도록 한 하이 패스 필터에 관한 것이다.
일반적으로 오디오 주파수 대역에서 고역강조의 주파수 응답 특성을 얻기 위해서는 칩내에 상당한 용량을 가진 콘덴서가 필요하게 되고, 칩 외부에 저항 및 콘덴서를 사용하여 시정수값을 설정해야 함으로 회로구성이 복잡하고 고집적화의 장애요인이 되었다. 또한, 통상적인 하이 패스 필터는 차단주파수 이상만 통과시키고, 그 이하의 주파수를 차단해야 하는데, 입력되는 신호의 진폭이 큰 경우에는 주파수 특성에 의한 감쇄보다도 회전률(slew rate)의 제약에 의한 파형의 일그러짐(distortion)이 먼저 일어나는 경우도 있다. 이와같은 고역의 신호는 필터 이외의 회로에서도 OP 앰프를 사용하는 부분에서 역시 주파수 특성의 제약을 받게되기 때문에 입력신호의 진폭을 작게하고 있다.
따라서, 종래의 하이 패스 필터는 오디오 주파수 대역에서 콘덴서와 저항에 의해서 시정수값을 설정해야 함은 물론 필터에 입력되는 주파수의 진폭을 작게해야 함으로 고품격 오디오 제품에서는 부적합한 것이었다.
이 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이 발명의 목적은 종래의 외부에 저항 및 콘덴서를 사용하여 액티브 필터를 구성하던 것을 소용량 캐패시터, 저항 및 트랜스 콘덕턴스 앰프로 구성되는 하이 패스 필터를 구성함에 있어 외부 부품을 모두 삽입하여 고집적화 할수 있는 하이 패스 필터를 제공하는데 있다.
이 발명의 다른 목적은 시정수값 설정에 필요한 외부 구성소자를 제거하고 응답 특성에 필요한 동등한 주파수 응답특성을 구현함으로써 고품격 오디오 제품에 적합한 하이 패스 필터를 제공하는데 있다.
이와같은 목적을 달성하기 위한 이 발명에 따른 하이 패스 필터는 주파수 신호 입력단(Vin)의 신호 입력에 따라 K의 증폭도를 갖는 신호 감쇄수단과 ; 상기 신호 감쇄수단의 감쇄된 신호를 증폭 시키기 위한 gm의 증폭도를 갖는 트랜스 콘덕턴스 앰프와 ; 상기 트랜스 콘덕턴스 앰프의 출력을 트랜스 콘덕턴스 앰프의 부 입력단자에 전달하기 위한 전압 버퍼와 ; 상기 신호 감쇄수단의 주파수 신호 입력단과 트랜스 콘덕턴스 앰프의 출력단에 연결된 캐패시터 수단으로 구성되어 전달함수를 만족하는 1차 고역강조의 주파수 응답 특성을 얻을 수 있도록 함을 특징으로 하고 있다.
또한, 상기 트랜스 콘덕턴스 앰프(21)는 2개의 차동 증폭단으로 구성되며, 상기 트랜스 콘덕턴스 앰프(21)는 트랜지스터(Q3), (Q9) 및 저항(R1), (R6)을 포함하여 구성되는 PNP 전류원을 이용한 정전류부하를 갖는 차동 증폭단(Q1), (Q2)과, 트랜지스터(Q4∼Q8), (Q10), (Q13) 및 저항(R2∼R5)을 포함하여 구성되는 양쪽 베이스 저항을 갖는 차동 증폭단(Q11), (Q12)를 구비하고 있다.
또한, 상기 트랜스 콘덕턴스 앰프(21)의 반전단자에 접속되는 버퍼(31)는 트랜지스터(Q16), (Q17), (Q18) 및 저항(R7), (R8)을 포함하여 구성되는 PNP 전류원을 이용한 정전류 부하를 갖는 차동 증폭단(Q14), (Q15)를 구비하고 있다.
이와같이 구성되어 있으므로, 이 발명에 따른 바람직한 일실시예를 첨부된 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.
제 1 도는 이 발명에 따른 하이 패스 필터의 개략 구성도를 도시한 것으로, 신호 감쇄수단(10)은 주파수 신호 입력단(Vin)의 신호 입력에 따라 증폭도 K(K〈1)배로 신호를 증폭하여 트랜스 콘덕턴스 앰프(20)의 정입력 단자(+)에 인가하게 된다. 이어서 상기 트랜스 콘덕턴스 앰프(20)의 이 증폭된 신호와 출력 노드점(C)의 전위 신호레벨에 의한 출력 전류를 발생시키도록 입력 노드점(A)과 트랜스 콘덕턴스 앰프의 출력노드점(B)사이에 접속된 캐패시터(C) 수단을 통해 다시 입력단(Vin)으로 피드백(feed back)시킨다. 또한, 출력단(Vout)의 출력된 신호는 부하 임피던스를 크게하고 큰 전류이득을 얻을 수 있도록 트랜스 콘덕턴스 앰프(20)와 전압버퍼(30)의 부입력단자(-)로 각각 피드백시킨다.
따라서 전체적인 주파수 특성을 살펴보면 아래와 같은 1차 고역강조의 주파수 응답 특성을 갖는다.
여기서 K는 신호 감쇄수단(10)의 전압 증폭도이고, gm은 트랜스 콘덕턴스 앰프(20)의 트랜스 콘덕턴스 값이다.
상기 식(1-1)에 따라 Vin/Vout를 전달함수 T(s)라고 가정하면 전달함수 특성은 다음과 같다.
이와같이 신호 감쇄수단(10)의 증폭도 K는 저주파에서의 출력 감쇄비를 결정함과 동시에 제 2 도에 도시한 주파수 응답 속도를 만족시키는 영점 주파수(fx)와 극점 주파수(fp)간의 주파수 비 K=fz/fp를 구현하여, 고역통과 이득비 '1'로서 대역 통과하게 된다.
제 3 도는 이 발명에 따른 하이 패스 필터의 상세한 회로도를 나타낸 것으로, 신호 감쇄수단(11)의 인덕턴스(Ra), (Rb)는 트랜스 콘덕턴스 앰프(21)의 전압 분배수단으로 되며, 증폭도 K=Rb/Ra+Rb를 만족시킨다.
또한, 트랜스 콘덕턴스 앰프(21)는 상기 증폭도 K값의 입력에 따라 2개의 차동 증폭수단(Q1, Q2), (Q11, Q12)에 의해서 아래와 같은 트랜스 콘덕턴스(gm)값을 얻을 수 있다.
여기서 상기 트랜스 콘덕턴스 앰프(21)의 2개의 차동 증폭수단(Q1, Q2), (Q11, Q12)은 일반적인 차동 증폭수단이므로 구체적인 언급은 생략한다.
따라서 전체적인 주파수 응답 특성 T(s)는 상기 식 (1-2)에 식 (1-3)을 대입하면, T(s)=S+(Rb/Ra+Rb)·(2·Iy/C·Re·Ix)/S+((2/Iy)/(C·Re·Ix))로 나타나게 되므로 증폭도 K=Rb/Ra+Rb=0.1과 시정수(τ)=C·Re·Ix/2·Iy=24㎲를 만족시키는 1차 고역강조 주파수 응답 특성을 얻을 수 있게 된다.(제 4 도의 주파수 응답 특성도 참조).
또한, 전압 버프 앰프(31)는 상기 트랜스 콘덕턴스(gm)의 인가에 의해 차동 증폭단(Q14), (Q15)에서 버퍼링된 전압에 따라 1차 고역강조 주파수 값을 출력단(Vout)으로 출력하게 된다.
이와같이 구성되어 동작되는 이 발명에 따른 하이 패스 필터는 주파수 신호 입력단(Vin)의 신호 입력에 따라 K의 증폭도를 갖는 신호 감쇄수단과 ; 상기 신호 감쇄수단의 감쇄된 신호를 증폭시키기 위한 gm의 증폭도를 갖는 트랜스 콘덕턴스 앰프와 ; 상기 트랜스 콘덕턴스 앰프의 출력을 트랜스 콘덕턴스 앰프의 부입력단자에 전달하기 위한 전압 버퍼로 구성되어 전달함수를 만족하는 1차 고역강조의 주파수 응답특성을 얻을 수 있다.
따라서, 이 발명에 의하면, 시정수값(τ)의 설정에 필요한 외부 구성소자를 제거하고 내부소자가 상기 시정수값을 설정하도록 원칩화 되기 때문에 고집적화가 용이하여 오디오 주파수 대역의 1차 고역강조 주파수 응답특성에 필요한 동등한 주파수 응답 특성을 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 오디오 주파수 대역의 1차 고역강조 주파수 응답 특성을 얻기위한 하이 패스 필터에 있어서 ; 주파수 신호 입력단(Vin)의 신호 입력에 따라 K의 증폭도를 갖는 신호 감쇄수단(10)과 ; 상기 신호 감쇄수단(10)의 감쇄된 신호를 증폭시키기 위한 gm의 증폭도를 갖는 트랜스 콘덕턴스 앰프(20)와 ; 상기 트랜스 콘덕턴스 앰프(20)의 출력을 트랜스 콘덕턴스 앰프의 부입력 단자에 전달하기 위한 전압 버퍼(30)와 ; 상기 신호 감쇄수단(10)의 주파수 신호 입력단과 트랜스 콘덕턴스 앰프(20)의 출력단에 연결된 캐패시터 수단으로 구성되어 전달함수 [T(s)=(S+K·(gmC))/(S+(gmC)) ; S : 전달곡선, C : 전달상수, gm: 전달 콘덕턴스, K : 입력신호 증폭도]를 만족하는 주파수 응답 특성을 갖는 하이 패스 필터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전압버퍼(30)의 출력(Vout)은 출력노드점(c)에서, 상기 전압버퍼(30)와 트랜스 콘덕턴스 앰프(20)의 부입력단자(-)로 각각 피드백되도록 하는 하이 패스 필터.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 트랜스 콘덕턴스 앰프(20)는 그 출력을 주파수 신호 입력단(Vin)의 입력노드점(A)으로 트랜스 콘덕턴스(10)를 통하여 피드백 되도록 하는 하이 패스 필터.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 주파수 신호 출력단(Vout)은 전달함수 [T(s)=(S+K·(gmC))/(S+(gmC)) ; S : 전달곡선, C : 전달상수, gm: 전달 콘덕턴스, K : 입력신호 증폭도]를 만족하는 주파수 응답 특성을 갖는 하이 패스 필터.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 주파수 신호 입력단(Vin)은 전달함수 [T(s)=(S+K·(gmC))/(S+(gmC)) ; S : 전달곡선, C : 전달상수, gm: 전달 콘덕턴스, K : 입력신호 증폭도]를 만족하는 주파수 응답 특성을 갖는 하이 패스 필터.
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