KR20100136886A - Power amplifier method and device for audio amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 디지털 오디오 앰프 시스템에 관한 것이며, 특히 오디오 앰프의 파워 스위칭 회로부에 공급되는 전원을 가변적으로 공급하는 오디오 앰프 전원 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a digital audio amplifier system, and more particularly, to an audio amplifier power supply control apparatus and method for variably supplying power supplied to a power switching circuit portion of an audio amplifier.
통상적으로 디지털 오디오 시스템은 오디오 파워 앰프(audio power amplifier)를 사용한다. Digital audio systems typically use an audio power amplifier.
오디오 파워 앰프로서는 A급, B급, AB급 및 D급이 사용된다. 이중에서 D급 오디오 앰프는 A급 오디오 앰프, B급 오디오 앰프, AB급 오디오 앰프등에서 발생하는 증폭 효율 저하를 줄일 수 있다. Class A, B, AB and D classes are used as audio power amplifiers. Among them, class D audio amplifier can reduce amplification efficiency degradation caused by class A audio amplifier, class B audio amplifier and class AB audio amplifier.
여기서 D급 오디오 앰프는 오디오 신호를 펄스 폭 변조(Pulse Width Modualation:PWM)신호로 변경하여 스위칭하는 방식이다. 또한 D급 오디오 앰프는 개방 루프(open loop) 방식과 폐쇄 루프(closed) 방식으로 구분된다.In this case, the class D audio amplifier converts an audio signal into a pulse width modulated (PWM) signal and switches the audio signal. In addition, Class D audio amplifiers are classified into an open loop and a closed loop.
일반적으로 D급 오디오 앰프는 최대 오디오 출력에 대응하는 높은 고정 전원값으로 파워 스위칭 회로를 구동한다. 이러한 높은 전원으로 동작되는 D급 오디오 앰프는 기기의 발열을 초래하고 주위의 전자 소자들에 노이즈를 발생하게 하는 원인을 제공한다.Class D audio amplifiers typically drive power switching circuits with high fixed power values corresponding to the maximum audio output. These high-powered, Class-D audio amplifiers cause the device to generate heat and cause noise in the surrounding electronics.
따라서 D급 오디오 앰프로 공급되는 전원을 적절하게 제어하기 위한 기술이 필요하다. Therefore, a technique is needed to properly control the power supplied to the class D audio amplifier.
본 발명이 해결하고자하는 과제는 입력되는 오디오 신호의 레벨에 따라 오디오 앰프에 제공되는 전원을 가변적으로 제어하는 오디오 앰프 전원 제어 장치 및 방법을 제공하는 데 있다. An object of the present invention is to provide an audio amplifier power control apparatus and method for variably controlling the power provided to an audio amplifier according to the level of an input audio signal.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 의하면 오디오 앰프의 공급 전원 제어 방법에 있어서, In order to solve the above problems, according to an embodiment of the present invention, in the power supply control method of the audio amplifier,
입력되는 오디오 신호 레벨과 오디오 출력 변경 인자간의 상관 관계를 바탕으로 오디오 출력 레벨을 추정하는 과정;Estimating an audio output level based on a correlation between an input audio signal level and an audio output change factor;
상기 추정된 오디오 출력 레벨에 대응하여 파워 스위칭 회로부에 공급되는 전원을 미리 설정하는 과정;Presetting power supplied to a power switching circuit in response to the estimated audio output level;
상기 설정된 전원에 따라 상기 파워 스위칭 회로부에 공급되는 전원을 가변적으로 제어하여 오디오 신호를 증폭하는 과정을 포함한다.And amplifying an audio signal by variably controlling power supplied to the power switching circuit unit according to the set power.
상기의 다른 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 의하면 오디오 앰프의 공급 전원 제어 장치에 있어서, In order to solve the above other problem, according to an embodiment of the present invention, in the power supply control apparatus for an audio amplifier,
입력되는 오디오 신호 레벨과 오디오 신호의 출력 변경 인자간의 상관 관계를 바탕으로 오디오 신호의 출력 레벨을 추정하고, 그 추정된 오디오 신호의 출력 레벨에 대응하는 전원 제어값을 생성하는 디지털 신호 처리부;A digital signal processor for estimating an output level of the audio signal based on a correlation between an input audio signal level and an output change factor of the audio signal, and generating a power control value corresponding to the output level of the estimated audio signal;
상기 디지털 신호 처리부에서 생성되는 전원 제어값에 따라 가변적인 전원을 공급하는 가변 전원 공급부;A variable power supply for supplying variable power according to a power control value generated by the digital signal processor;
상기 가변 전원 공급에서 공급되는 가변 전원에 따라 펄스폭 변조 신호를 스위칭 파워 증폭하는 파워 스위칭 회로부를 포함한다. And a power switching circuit unit configured to amplify switching power of the pulse width modulated signal according to the variable power supplied from the variable power supply.
일실시예에 따른 상기 디지털 신호 처리부는 The digital signal processor according to an embodiment
다수 채널의 오디오 신호 레벨을 검출하는 신호 레벨 검출부;A signal level detector for detecting audio signal levels of a plurality of channels;
볼륨 레벨값 및 오디오 앰프 시스템의 이득값을 이용하여 오디오 출력에 관련된 오디오 레벨 변경 인자를 분석하는 출력 변경 인자 분석부;An output change factor analyzer for analyzing an audio level change factor related to the audio output using the volume level value and the gain value of the audio amplifier system;
상기 신호 레벨 검출부에서 검출된 오디오 신호 레벨과 출력 변경 인자 분석부에서 분석된 출력 레벨 변경 인자간의 상관 관계를 바탕으로 오디오 출력 레벨을 예측하는 오디오 출력 예측부;An audio output predictor for predicting an audio output level based on a correlation between the audio signal level detected by the signal level detector and an output level change factor analyzed by an output change factor analyzer;
상기 오디오 출력 예측부에서 추정된 오디오 출력 레벨에 대응하는 전원 제어값을 설정하는 전원 제어값 생성부를 구비할 수 있다.The apparatus may include a power control value generator configured to set a power control value corresponding to the audio output level estimated by the audio output predictor.
이하 첨부된 도면을 참조로하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1a는 본 발명에 따른 폐쇄 루프(closed loop) 방식의 D급 오디오 앰프 시스템의 전체 블록도이다.FIG. 1A is a block diagram of a class D audio amplifier system in a closed loop according to the present invention.
폐쇄 루프 방식의 D급 오디오 앰프 시스템은 공급 전원 가변시 PWM 신호의 듀티와 PWM 신호의 레벨을 동시에 가변한다. 따라서 폐쇄 루프 방식의 D급 오디오 앰프 시스템은 공급 전원을 가변 하여도 오디오 출력에 영향을 주지 않는다. The closed loop class D audio amplifier system simultaneously changes the duty of the PWM signal and the level of the PWM signal when the power supply is changed. Therefore, the closed loop class D audio amplifier system does not affect the audio output even if the power supply is varied.
도 1a의 폐쇄 루프 방식의 D급 오디오 앰프 시스템은 볼륨 변경부(110a), 마 이크로콘트롤러(120a), 디지털신호처리부(130a), 펄스폭변조부(140a), 가변전원공급부(150a), 파워 스위칭회로부(160a), 피드백부(170a), LPF부(Low Pass Filter)(180a), 스피커부(190a)로 구성된다. The closed loop class D audio amplifier system of FIG. 1A includes a
먼저, 오디오 앰프에 복수 채널의 아날로그 또는 디지털 오디오 신호를 입력한다.First, a plurality of channels of analog or digital audio signals are input to an audio amplifier.
볼륨 변경부(110a)는 리모콘이나 판넬에 부착되어 부착되어 사용자에 의해 선택된 볼륨 키 정보를 생성한다.The
마이크로콘트롤러(120a)는 사용자에 의해 선택된 볼륨 키 정보를 입력받으면 볼륨 키 정보를 해당 볼륨 레벨값으로 변환한다. 또한 마이크로콘트롤러(120a)는 오디오 출력에 영향을 미치는 오디오 앰프 내부의 이득값을 로딩한다. 예를 들면, 오디오 앰프 내부의 이득값은 디지털 신호처리부(130a)의 이득값 및 펄스폭변조부(140a)의 이득값을 포함한다. 마이크로콘트롤러(120a)는 오디오 신호의 채널 개수에 따라 디지털 신호처리부(130a)의 이득값 및 펄스폭변조부(140a)의 이득값을 미리 설정하고, 재생 동작이 수행되면 해당 이득값을 디지털 신호처리부(130a) 및 펄스폭변조부(140a)로 전달한다. When the
디지털 신호 처리부(130a)는 마이크로콘트롤러(120a)의 제어 신호에 따라 입력되는 오디오 신호를 PCM(Pulse Code Modulation) 오디오 데이터로 변환한다.The
그리고 디지털 신호 처리부(130a)는 마이크로콘트롤러(120a)로부터 입력되는 볼륨 레벨값 및 오디오 앰프시스템의 신호 이득값과 같은 오디오 출력에 영향을 미치는 오디오 레벨 변경 인자를 분석하고, 입력되는 오디오 신호 레벨과 오디오 레 벨 변경 인자간의 상관 관계를 바탕으로 오디오 출력 레벨을 추정하고, 그 추정된 오디오 출력 레벨에 대응하여 파워 스위칭 회로부(160a)에 공급되는 전원을 미리 설정한다. 그리고 디지털 신호 처리부(130a)는 추정된 오디오 출력 레벨에 대응하는 전원 제어 신호를 가변 전원 공급부(150a)로 출력한다. The
이때 디지털 신호 처리부(130a)는 가변 전원 공급부(150a)로 전달되는 전원 제어 신호를 단계식과 선형식으로 처리할 수 있다. In this case, the
즉, 디지털 신호 처리부(130a)는 단계식일 경우 각 단계의 기준값과 매칭되는 전원 제어 신호를 가변 전원 공급부(150a)로 전달하고, 선형식일 경우 각 단계에 대한 기준값 없이 출력되는 오디오 신호 레벨에 비례하는 선형값을 가변 전원 공급부(150a)로 전달한다.That is, the
또한 디지털 신호 처리부(130a)는 버퍼(buffer)를 이용하여 출력 오디오 신호에 대한 전원 제어 신호의 트래킹 타임을 조절하여 음질 왜곡 현상을 방지한다. In addition, the
펄스폭변조부(140a)는 캐리어 신호 레벨과 디지털 신호처리부(130a)에서 출력되는 PCM 신호의 레벨을 비교하여 저전압의 PWM 신호를 생성한다. The
가변 전원 공급부(150a)는 디지털 신호 처리부(130a)에서 입력되는 전원 제어값에 대응하는 가변 전압을 파워 스위칭회로부(160a)로 공급한다. 일 실시예로 가변 전원 공급부(150a)는 저항비(resistor ratio)를 이용하여 구현할 수 있다. The variable
파워 스위칭 회로부(160a)는 펄스폭변조부(140a)에서 생성된 저전압의 PWM 신호를 가변 전원 공급부(150a)로부터 공급되는 가변 전압에 따라 대출력의 PWM 신호로 전력 증폭한다. 일 실시예로, 파워 스위칭회로부(160a)는 3.3V 정도의 소출력 PWM 신호를 5V - 40V 정도의 대출력 PWM 신호로 증폭한다. The
피드백부(170a)는 파워 스위칭 회로부(160a)의 입출력 신호 사이의 에러를 보정하기 위해 파워 스위칭 회로부(160a)에서 출력되는 PWM 신호를 다시 파워 스위칭 회로부(160a)로 피드백시킨다. The
LPF부(180a)는 파워 스위칭 회로부(160a)에 의해 전력 증폭된 PWM 신호를 로우 패스필터링 하여 잡음을 제거하고 원래의 오디오 신호로 복구한다. The
스피커부(190a)는 LPF부(180a)에서 추출된 오디오 신호를 소리로 재생한다. The
도 1b는 본 발명에 따른 개폐 루프(open loop) 방식의 D급 오디오 앰프 시스템의 전체 블록도이다.FIG. 1B is an overall block diagram of an open / close loop type D audio amplifier system according to the present invention.
개폐 루프 방식의 D급 오디오 앰프 시스템은 공급 전원 가변시 PWM 신호의 듀티는 유지한 채 PWM 신호의 레벨을 가변한다. 이때 개폐 루프 방식의 D급 오디오 앰프 시스템은 공급 전원을 가변하면 오디오 출력이 변경된다. 따라서 개폐 루프 방식의 D급 오디오 앰프 시스템은 가변된 공급 전원에 의한 출력 신호의 크기를 유지하기 위해 변경된 전원값 만큼 기준 볼륨을 조절해야 한다. The class D audio amplifier system of the open / close loop method varies the level of the PWM signal while maintaining the duty of the PWM signal when the power supply is changed. In this case, the audio output is changed when the power supply is changed in the class D audio amplifier system of the open / close loop method. Therefore, in order to maintain the magnitude of the output signal from the variable power supply, the class D audio amplifier system of the open / close loop method should adjust the reference volume by the changed power value.
도 1a의 폐쇄 루프 방식의 D급 오디오 앰프 시스템에서 피드백부(170a)를 제외한 나머지 블록들로 개폐 루프(open loop) 방식의 D급 오디오 앰프 시스템을 구현할 수 있다. In the closed loop class D audio amplifier system of FIG. 1A, an open loop class D audio amplifier system may be implemented using blocks other than the
도 1b의 개폐 루프 방식의 D급 오디오 앰프 시스템의 볼륨 변경부(110b), 마이크로콘트롤러(120b), 디지털신호처리부(130b), 펄스폭변조부(140b), 가변전원공급부(150b), 파워 스위칭회로부(160b), LPF부(Low Pass Filter)(180b), 스피커 부(190b)를 구비한다.
도 1b의 볼륨 변경부(110b), 마이크로콘트롤러(120b), 펄스폭변조부(140b), 가변전원공급부(150b), 파워 스위칭회로부(160b), LPF부(Low Pass Filter)(180b), 스피커부(190b)는 도 1a의 볼륨 변경부(110a), 마이크로콘트롤러(120a), 펄스폭변조부(140a), 가변전원공급부(150a), 파워 스위칭회로부(160a), LPF부(180a), 스피커부(190a)의 기능과 동일하므로 동작 설명을 생략한다.
디지털신호처리부(130b)는 입력되는 오디오 신호 레벨과 오디오 레벨 변경 인자간의 상관 관계를 바탕으로 오디오 출력 레벨을 추정하고, 추정된 오디오 출력 레벨에 대응하여 파워 스위칭 회로부(160b)에 공급되는 전원을 미리 설정하고, 추정된 오디오 출력 레벨에 대응하는 전원 제어 신호를 가변 전원 공급부(150b)로 출력한다. 이때 디지털 신호 처리부(130b)는 추정된 오디오 출력 레벨에 의한 전원 변동시 기준 볼륨(디지털 게인)을 전원값에 연동한다. 즉 , 디지털 신호 처리부(130b)는 추정된 오디오 출력 레벨에 따라 공급 전원값을 변경하고, 변경 공급 전원에 의한 출력 신호의 크기를 유지하기 위해 변경된 공급 전원값 만큼 기준 볼륨값(디지털 게인)을 조절한다.The
도 2는 도 1a 및 도 1b의 디지털 신호 처리부(130a, 130b)의 상세도이다.2 is a detailed view of the digital
도 2의 디지털 신호 처리부는 오디오 신호 처리부(210), 오디오 신호 레벨 검출부(220), 출력 변경 인자 분석부(230), 오디오 출력 예측부(250), 전원 제어값 생성부(260)으로 구성된다.The digital signal processor of FIG. 2 includes an
오디오 신호 처리부(210)는 다수의 채널로 입력되는 오디오 신호를 PCM(Pulse Code Modulation) 오디오 데이터로 변환하고, 그 외에 이퀄라이져(equalizer), 인핸스먼트(enhancement)와 같은 신호 처리를 수행한다. The
오디오 신호 레벨 검출부(220)는 오디오 신호 처리부(210)에서 신호 처리된 다수 채널의 오디오 신호 레벨에 대한 피크-피크치를 검출한다. The audio
출력 변경 인자 분석부(230)는 마이크로콘트롤러(120)로부터 획득되는 볼륨 레벨값 및 오디오 앰프 내부의 이득값과 같은 오디오 출력에 영향을 미치는 오디오 레벨 변경 인자를 분석한다.The output
오디오 출력 예측부(250)는 오디오 신호 레벨 검출부(220)에서 검출된 다수 채널의 오디오 신호 레벨중에서 가장 큰 레벨값을 선정하고, 그 선정된 오디오 신호 레벨과 출력 변경 인자 분석부(230)에서 분석된 오디오 레벨 변경 인자간의 상관 관계를 바탕으로 오디오 출력 레벨을 예측한다. 예를 들면, 예측된 오디오 출력 레벨은 입력 오디오 신호 레벨과 오디오 볼륨 레벨과 오디오 앰프내부의 이득값을 곱한값이다.The
전원 제어값 생성부(260)는 오디오 출력 예측부(250)에서 추정된 오디오 출력 레벨에 대응하는 전원 제어값을 미리 설정하고, 그 전원 제어값을 가변 전원 공급부(150)로 출력한다. 이때 전원 제어값 생성부(260)는 개폐 루프 방식과 폐쇄 루프 방식에 따라 서로 다른 전원 제어값을 생성한다. The power
도 3은 도 1a 및 도 1b의 파워 스위칭 회로부(160a, 160b) 및 LPF부(180a, 180b)의 일실시 회로도이다. 3 is a circuit diagram of the
파워 스위칭 회로부(160)는 PMOS 트랜지스터(P1) 및 NMOS 트랜지스터(N1)를 포함한다. PWM 신호는 위상이 서로 동일한 제1PWM 신호(Q1)와 제2PWM 신호(Q2)로 나누어진다. PMOS 트랜지스터(P1)는 제1PWM 신호(Q1)에 따라 스위칭되고, 소스(Source)에는 실제 전원 전압(VCC2)이 인가된다. NMOS 트랜지스터(N1) 역시 제2PWM신호(Q2)에 따라 스위칭되고, 그것의 드레인(Drain)은 PMOS트랜지스터(P1)의 드레인과 연결되고 그것의 소스는 실제 접지 전압(VSS2)과 연결된다. 여기서 VCC1, VSS1은 전압원에서 인가되는 이상적인 전압이고, VCC2, VSS2는 전압원과 파워 스위칭 회로부(160) 사이를 연결하는 도선(50)내의 저항(R1, R2)에 의해 일정치 만큼 강하된 전압으로, 파워 스위칭 회로부(160)에 인가되는 실제 전압이다. 아울러 R1, R2는 전압원과 파워 스위칭 회로부(160)사이를 연결하는 도선에 발생되는 저항이다. 다른 실시예로 파워 스위칭 회로부(160)는 PN 타입 뿐만 아니라 NN 타입으로도 구성할 수 있다. The power
도 4는 본 발명에 따른 폐쇄 루프 방식의 D급 오디오 앰프의 전원 제어 방법의 제1실시예이다. 4 is a first embodiment of a power supply control method of a closed loop class D audio amplifier according to the present invention.
먼저, 다수의 채널로 입력되는 오디오 신호 레벨들을 검출한다(410 과정). First, audio signal levels input to a plurality of channels are detected (step 410).
이어서, 리모콘등으로부터 사용자에 의해 설정된 오디오 볼륨 레벨을 획득한다(420 과정).Next, the audio volume level set by the user is acquired from the remote controller or the like (step 420).
이어서, 오디오 출력에 영향을 미치는 오디오 앰프내부의 오디오 레벨 변경 인자(factor)를 분석한다(430 과정). 이때 오디오 레벨 변경 인자(factor)는 오디오 볼륨 레벨 및 오디오 앰프내부 이득값을 포함한다. Next, an audio level change factor in the audio amplifier affecting the audio output is analyzed (step 430). In this case, the audio level change factor includes an audio volume level and an internal gain value of the audio amplifier.
이어서, 다수 채널의 오디오 신호 레벨중에서 가장 큰 레벨값을 선정하고, 그 선정된 오디오 신호 레벨과 오디오 레벨 변경 인자간의 상관 관계를 바탕으로 오디오 출력 레벨을 예측한다(440 과정). Next, the largest level value is selected among the audio signal levels of the plurality of channels, and the audio output level is predicted based on the correlation between the selected audio signal level and the audio level change factor (step 440).
이때 예측되는 오디오 출력 레벨은 수학식 1과 같이 정할 수 있다.In this case, the predicted audio output level may be determined as in Equation 1.
이어서, 추정된 오디오 출력 레벨에 대응하여 파워 스위칭부(160)에 공급되는 전원을 미리 설정한다(450 과정 - 476 과정). Subsequently, the power supplied to the
전원 설정 과정(450 과정 - 476 과정)에 대해 더 상세히 설명하면, 사용자에 의해 전원을 복수개의 레인지 예를 들면, "LOW", "Middle", "High"로 구분한다.The power setting process (
먼저, 예측된 오디오 출력 레벨이 미리 정해진 전원 레인지 "LOW" 내에 있는가를 체크한다(450 과정). First, it is checked whether the predicted audio output level is within a predetermined power range "LOW" (step 450).
이어서, 예측된 오디오 출력 레벨이 전원 레인지 "LOW" 내에 있으면 파워 스위칭부(160)의 공급 전원을 "LOW" 앰프 전원값으로 설정한다(472 과정). Subsequently, if the predicted audio output level is within the power range "LOW", the power supply of the
이어서, 예측된 오디오 출력 레벨이 전원 레인지 "LOW" 내에 있지 않으면 다시 예측된 오디오 출력 레벨이 미리 정해진 전원 레인지 "Middle" 내에 있는가를 체크한다(460 과정). Then, if the predicted audio output level is not within the power range "LOW", it is again checked whether the predicted audio output level is within the predetermined power range "Middle" (step 460).
이어서, 예측된 오디오 출력 레벨이 미리 정해진 전원 레인지 "Middle" 내에 있으면 공급 전원을 "Middle" 앰프 전원값으로 설정한다(476 과정). Subsequently, if the predicted audio output level is within the predetermined power range "Middle", the supply power is set to the "Middle" amplifier power value (step 476).
이어서, 예측된 오디오 출력 레벨이 미리 정해진 "Middle" 내에 있지 않으면 공급 전원을 "High" 앰프 전원값으로 설정한다(474 과정).Then, if the predicted audio output level is not within the predetermined "Middle", the power supply is set to the "High" amplifier power value (step 474).
최종적으로 설정된 앰프 전원값을 파워 스위칭 회로부(160)에 가변적으로 공급한다(480 과정). The amplifier power value finally set is variably supplied to the power switching circuit 160 (step 480).
본 발명은 입력 오디오 신호의 레벨과 오디오 앰프내부의 이득값간의 상관 관계를 이용하여 디지털 신호 처리 단계에서 파워 스위칭 회로부(160)에 공급되는 전원값을 미리 설정하고, 그 전원값을 출력되는 오디오 신호 레벨에 따라 단계적으로 가변한다. 도 7a를 참조하면 공급 전원(710)은 출력되는 오디오 신호(720)의 레벨에 따라 단계적으로 추종하게 된다. 예를 들면, 출력 오디오 신호(720)의 레벨이 0.5V이면 공급 전원(710)은 0.7V가되고, 출력 오디오 신호(720)의 레벨이 2V이면 공급 전원(710)은 2.3V가된다. According to the present invention, the power value supplied to the power
도 5는 본 발명에 따른 폐쇄 루프 방식의 D급 오디오 앰프의 전원 제어 방법의 제2실시예이다. 5 is a second embodiment of a power supply control method of a closed loop class D audio amplifier according to the present invention.
먼저, 510과정 - 540 과정은 도 4의 410 과정- 440 과정과 동일하여 설명을 생략한다.First, steps 510 to 540 are the same as
이어서, 예측된 오디오 출력 레벨에 대응하는 전원 제어값을 결정한다(550 과정). In
이어서, 전원 제어값에 따라 오디오 출력 레벨에 근접한 선형적 가변 전원을 파워 스위칭 회로부(160a)에 공급한다(560 과정). Subsequently, the linear variable power supply close to the audio output level is supplied to the power
결국, 본 발명은 파워 스위칭 회로부(160a)의 이전 블록에서 예측된 오디오 출력 레벨에 따라 선형적으로 가변 되는 전원값을 결정한다. 도 7b를 참조하면 공 급 전원(730)은 출력되는 오디오 신호(740)의 레벨에 따라 선형적으로 추종하게 된다. 예를 들면, 출력 오디오 레벨의 피크값들에 대응하는 공급 전원값들을 미리 생성한다. As a result, the present invention determines a power supply value that varies linearly according to the audio output level predicted in the previous block of the power
도 6은 본 발명에 따른 개폐 루프 방식의 D급 오디오 앰프의 전원 제어 방법의 일실시예이다. 6 is an embodiment of a power supply control method of an open / close loop type D audio amplifier according to the present invention.
먼저, 610과정 - 640 과정은 도 4의 410 과정- 440 과정과 동일하여 설명을 생략한다.First, processes 610 to 640 are the same as
이어서, 예측된 오디오 출력 레벨이 현재 설정된 전원 레인지 인가를 체크한다(650 과정). 이때 예측된 오디오 출력 레벨이 현재 설정된 전원 레인지이면 현재 설정된 전원값을 파워 스위칭 회로부(160b)로 공급한다. Then, it is checked whether the predicted audio output level is the currently set power range (operation 650). At this time, if the predicted audio output level is the currently set power range, the currently set power value is supplied to the power
이어서, 예측된 오디오 출력 레벨이 현재 설정된 전원 레인지 이상이면 공급 전원값을 현재 설정된 전원값보다 더 높게 설정한다(662 과정). 이때 공급 전원값을 높이면 최종 출력 신호의 레벨이 변경되기 때문에 높아진 공급 전원값 만큼 기준 볼륨값을 감소시킨다(664 과정). 예를 들면, 최대 공급 전원이 30V이고 현재 설정된 전원이 20V이고 예측 오디오 출력 레벨이 28V이면 공급 전원을 30V로 설정하고, 현재 설정된 전원 20V보다 10V 높아진 공급 전원 만큼 오디오 볼륨값을 감소 시킨다.Subsequently, if the predicted audio output level is equal to or greater than the currently set power range, the supply power value is set higher than the currently set power value (step 662). In this case, increasing the power supply value changes the level of the final output signal, thereby reducing the reference volume value by the increased supply power value (step 664). For example, if the maximum power supply is 30V, the current power supply is 20V, and the predicted audio output level is 28V, the power supply is set to 30V, and the audio volume value is decreased by 10V higher than the current power supply 20V.
이어서, 예측된 오디오 출력 레벨이 현재 설정된 전원 레인지 이하이면 공급 전원값을 현재 설정된 전원값보다 더 낮춘다(672 과정). 이때 공급 전원값을 낮추면 최종 출력 신호의 레벨이 변경되기 때문에 공급 전원값 만큼 기준 볼륨값을 증 가시킨다(674 과정). 예를 들면, 최대 공급 전원이 30V이고 현재 설정된 전원이 20V이고 예측 오디오 출력 레벨이 7V이면 공급 전원을 10V로 설정하고, 현재 설정된 전원 20V보다 10V 낮아진 공급 전원 만큼 오디오 볼륨값을 증가시킨다.Subsequently, if the predicted audio output level is less than or equal to the currently set power range, the supply power value is lower than the currently set power value (step 672). In this case, since the level of the final output signal is changed by lowering the power supply value, the reference volume value is increased by the power supply value (step 674). For example, if the maximum power supply is 30V, the current power supply is 20V, and the predicted audio output level is 7V, the power supply is set to 10V, and the audio volume value is increased by 10V lower than the current power supply 20V.
결국, 개폐 루프 방식의 D급 오디오 앰프에서는 추정된 오디오 출력 레벨에 따라 변경되는 전원값에 기준 볼륨값을 연동함으로서 가변된 공급 전원에 의한 출력 신호의 크기를 유지할 수 있다. As a result, in the class D audio amplifier of the open / close loop method, the reference volume value is linked to the power value changed according to the estimated audio output level, thereby maintaining the magnitude of the output signal by the variable power supply.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따라 디지털 신호 처리부(130a, 130b)에서 오디오 출력에 따라 추종되는 전원 제어 신호의 파형도이다.8A and 8B are waveform diagrams of a power control signal followed by an audio output in the digital
도 8a를 보면, 공급 전원(808)을 출력 오디오 신호(802)에 추종하게 되면 전원 상승 영역(803)에서 오디오 신호가 공급 전원에 의해 클리핑(810)되는 현상으로 인해 음질 왜곡 현상이 발생한다.Referring to FIG. 8A, when the
따라서 디지털 신호 처리부(130a, 130b)는 버퍼링(buffering)을 이용하여 오디오 출력 레벨에 대한 전원 제어 신호의 트래킹 타임을 조절할 수 있다. 즉, 도 8b에 도시된 바와 같이 디지털 도메인에서 버퍼링 타임(buffering time)을 이용하여 공급 전원(828)을 출력 오디오 신호(822) 보다 먼저 상승시킨(823) 후 유지(824)시킴으로서 음질 왜곡 현상을 방지한다. Therefore, the digital
도 9a 및 도 9b는 오디오 앰프에서 본 발명과 종래 기술의 전원 제어를 비교한 도면이다.9A and 9B show a comparison of power control in the prior art with the present invention in an audio amplifier.
종래 기술의 오디오 앰프는 도 9a에 도시된 바와 같이 입력 오디오 레벨과 무관하게 사전에 설정된 파워 레벨(910)이 일정하게 공급되기 때문에 파워 앰프를 거쳐 실제로 증폭 출력되는 오디오 신호의 레벨(920)에 비해 상대적으로 많은 소비 전력이 불필요하게 낭비되는 문제점이 있다. 도 9a에서 공급 파워 레벨과 출력 오디오 신호간의 에너지 손실 영역(930)은 점선으로 표시되어 있다. In the prior art audio amplifier, as shown in FIG. 9A, since a
반면에 본 발명의 오디오 앰프는 입력 오디오 신호의 레벨과 오디오 시스템의 이득값의 상관 관계를 이용하여 디지털 신호 처리부(130a, 130b)에서 오디오 출력을 미리 예측하여 파워 스위칭 회로부(160a, 160b)에 공급되는 전원을 가변한다. 따라서 본 발명은 도 9b에 도시된 바와 같이 다이나믹하게 변하는 출력 오디오 신호(950)에 따라 공급 파워 레벨(940)을 변화시킬 수 있다. 따라서 본 발명의 오디오 앰프는 오디오의 최대 출력을 유지하면서 일반적으로 사용하는 낮은 출력에서의 오디오 재생시 파워 스위칭 회로부에 공급하는 전원을 낮출 수 있으므로 효율향상을 도모할 수 있다. 또한 본 발명의 오디오 앰프는 소비 전력을 낮출 수 있으며 발열을 줄여서 방열판의 크기와 잡음 요소를 줄일 수 있다. On the other hand, the audio amplifier of the present invention predicts the audio output in advance from the digital
또한 본 발명은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 하드디스크, 플로피디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.The present invention can also be embodied as computer readable codes on a computer readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all kinds of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, hard disk, floppy disk, flash memory, optical data storage, and the like. The computer readable recording medium may also be distributed over a networked computer system and stored and executed as computer readable code in a distributed manner.
이상의 설명은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 속하는 기술 분 야에서 통상의 지식을 가진자는 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허 청구 범위에 기재된 내용과 동등한 범위내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다. The above description is only one embodiment of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may implement it in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should be construed to include various embodiments which are not limited to the above-described examples but are within the scope equivalent to those described in the claims.
도 1a는 본 발명에 따른 폐쇄 루프 방식의 D급 오디오 앰프 시스템의 전체 블록도이다.Figure 1a is a block diagram of a closed loop class D audio amplifier system according to the present invention.
도 1b는 본 발명에 따른 개폐 루프 방식의 D급 오디오 앰프 시스템의 전체 블록도이다.1B is an overall block diagram of a class D audio amplifier system of an open / close loop type according to the present invention.
도 2는 도 1a 및 도 1b의 디지털 신호 처리부의 상세도이다.FIG. 2 is a detailed view of the digital signal processor of FIGS. 1A and 1B.
도 3은 도 1a 및 도 1b의 파워 스위칭 회로부 및 LPF부의 일실시 회로도이다. 3 is a circuit diagram illustrating an exemplary embodiment of the power switching circuit unit and the LPF unit of FIGS. 1A and 1B.
도 4는 본 발명에 따른 폐쇄 루프 방식의 D급 오디오 앰프의 전원 제어 방법의 제1실시예이다. 4 is a first embodiment of a power supply control method of a closed loop class D audio amplifier according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 폐쇄 루프 방식의 D급 오디오 앰프의 전원 제어 방법의 제2실시예이다. 5 is a second embodiment of a power supply control method of a closed loop class D audio amplifier according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 개폐 루프 방식의 D급 오디오 앰프의 전원 제어 방법의 일실시예이다. 6 is an embodiment of a power supply control method of an open / close loop type D audio amplifier according to the present invention.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 오디오 신호 출력과 공급 전원과의 관계를 도시한 것이다. 7A and 7B show the relationship between the audio signal output and the power supply according to the present invention.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따라 디지털 신호 처리부에서 오디오 출력 왜곡 방지를 위해 오디오 출력에 따라 추종되는 전원 제어 신호의 파형도이다.8A and 8B are waveform diagrams of a power control signal following an audio output in order to prevent audio output distortion in a digital signal processor according to the present invention.
도 9a 및 도 9b는 파워 앰프에서 본 발명과 종래 기술의 전원 제어를 비교한 도면이다.9A and 9B show a comparison of power control in the prior art with the present invention in a power amplifier.
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