이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 교차 입력신호 변조기의 구조 및 동작특성을 살펴보기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 교차 입력신호 변조기의 블럭도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 교차 입력신호 변조기는 포지티브 패스 블록(Positive path block, 100), 네거티브 패스 블록(Negative path block, 200) 및 동기화 블럭(130)을 포함한다.

포지티브 패스 블록(100)은 제1 적분기(110), 제2 적분기(120), 제1 비교기(140), 제1 스위칭 블럭(150) 및 제1 피드백 블럭(160)을 포함한다.

네거티브 패스 블록(200)은 제3 적분기(210), 제4 적분기(220), 제2 비교기(240), 제2 스위칭 블럭(250) 및 제2 피드백 블럭(260)을 포함한다.

제1 적분기(110)는 입력신호(A)와 피드백 블럭(160)을 통과한 피드백 신호(C)를 입력으로 하여 1차 적분하여 이를 제2 적분기(120)로 전달하며, 제3 적분기(210)는 입력신호(B)와 피드백 블럭(260)을 통과한 피드백 신호(E)를 입력으로 하여 1차 적분하여 이를 제4 적분기(120)로 전달한다. 제1 적분기(110) 및 제3 적분기(210)는 OPAMP-RC 적분기의 역할을 한다.

제2 적분기(120)는 제1 적분기(110)의 적분신호(D)와 네거티브 패스 블럭(200)의 반전신호(B)를 2차 적분하여 제1 비교기(140)로 전달하며, 제4 적분기(220)는 제3 적분기(210)의 적분신호(F)와 포지티브 패스 블럭(100)의 반전신호(A)를 2차 적분하여 제2 비교기(240)로 전달한다. 2차 적분기인 제2 및 제4 적분기(120, 220)는 self-oscillation을 위한 적분 기능 및 비교기에 신호를 전달하는 역할을 한다.

동기화 블럭(130)는 포지티브 패스 블럭(100) 및 네거티브 패스 블럭(200)의 양 루프의 교차 입력신호 변조기된 신호에 캐리어 주파수를 동기화 한다. 여기서 캐리어 주파수는 포지티브 패스 블럭(100) 및 네거티브 패스 블럭(200) 각 경로의 루프에서 결정되며, 각 경로의 비정합에 의한 주파수 차이는 동기화 블럭(130)에 의하여 주파수 차이를 상쇄시킨다.

제1 비교기(140)는 바이어스 신호(Vbias)와 2차 적분된 신호(G)를 비교하여 제1 스위칭 블럭(150)으로 전달하며, 제2 비교기(240)는 바이어스 신호(Vbias)와 2차 적분된 신호(H)를 비교하여 제2 스위칭 블럭(250)으로 전달한다.

제1 스위칭 블럭(150) 및 제2 스위칭 블럭(250)은 제1 비교기(140) 및 제2 비교기(240)로부터 전달된 PWM신호를 부하로 출력시킨다.

제1 피드백 블럭(160) 및 제2 피드백 블럭(260)은 출력신호를 각각 제1 적분기(110) 및 제3 적분기(210)로 전달하여 피드백 시스템을 구성하며, 제1 피드백 블럭(160) 및 제2 피드백 블럭(260) 각각은 단순한 저항(R1, R2)만으로 구성된다.

이하, 본 발명에 따른 교차 입력신호 변조기에 대한 구성 및 동작특성을 좀 더 상세하게 살펴본다.

본 발명에 따른 교차 입력신호 변조기는 오디오 앰프의 특성으로 갖는 왜곡 제어 기술과 스위칭 앰프(switching amp)의 사용에 있어서 낮은 캐리어 주파수로 구현 가능한 제어 시스템이며, 또한 실리콘 집적화에 맞는 효율적인 방법을 제시한다. 교차 입력신호 변조기(XCM, cross coupled modulation)은 Full Bridge Tied Load를 위하여 제시된다. XCM의 명칭은 Cross Coupled Modulation의 약어로서 차동 입력신호를 두 경로(포지티브/네거티브 경로)에서 교차하여 받아 사용하므로 명명된다.

도 1를 참조하면, 포지티브 패스 블럭(100)의 입력신호는 A이고, 네거티브 패스 블럭(200)의 입력신호는 B이며, 입력신호(B)는 입력신호(A)의 차동신호이다. 이하에서는 포지티브 패스 블럭(100)을 중심으로 설명하며, 네거티브 패스 블럭(200)은 포지티브 패스 블럭(100)의 동작특성과 동일하므로 생략한다.

1차 적분기인 제1 적분기(110)는 차동입력으로 구동되며, 입력신호는 입력신호(A)와 피드백 블럭(160)에 의하여 피드백된 출력 신호(C)를 받는다. 제1 적분기(110)에 의하여 1차 적분된 신호(D)는 차동 입력으로 구동되는 2차 적분기인 제2 적분기(120)의 입력으로 인가되고 제2 적분기의 차동 입력은 네거티브 패스 블럭(200)의 입력신호(B)로 구동된다. 즉, 제1 적분기(110)의 적분 신호(D)와 입력신호(A)의 차동 신호인 입력신호(B) 신호가 제2 적분기(120)의 차동 입력으로 인가된다.

여기서, 입력신호(A)의 차동신호인 입력신호(B)는 응용에 따라서 입력신호(A)의 차동신호가 될 수 있으며, 또한 아날로그 기준신호 또는 특정주파수(캐리어주파수 등)가 될 수 있다.

만약, 단일 입력일 경우 입력신호(A)에 단일 입력을 제공하고 신호(B)에 기준전압을 제공하여도 출력단 OUT+/OUT-는 PWM 차동신호를 생성할 수 있고, 또한 특정주파수를 캐리어 주파수로 사용하고자 하는 경우 입력신호(A)에 단일입력을 제공하고 신호(B)에 캐리어 주파수로 사용하고자 하는 주파수를 제공하여 특정 캐리어 주파수를 갖는 PWM신호를 출력단 OUT+/OUT-으로 생성할 수 있다.

제2 적분기(120)에 의하여 2차 적분된 신호는 즉, 양 루프(포지티브/네거티브 패스 블럭)의 교차 입력신호 변조기된 신호는 동기화 블럭(130)으로부터의 하나의 동기 신호에 의해 동기화된다. 동기신호는 모듈레이터의 타입에 의존하여 전압신호 또는 전류신호에 기초할 수 있다. 동기신호는 캐리어 주파수가 될 수 있으며 2차 적분된 신호는 캐리어 주파수에 동기화된다. 또한 포지티브/네거티브 패스 블럭(100, 200)의 경로에서 결정될 수 있으며 이때에는 각 경로의 비정합에 의한 주파수 차이는 동기화 블럭(130)에 의하여 주파수 차이를 상쇄시킬 수 있다.

이어서, 입력신호(A, B)와 피드백된 출력신호를 적분한 적분신호를 동기화한 신호(G)는 제1 비교기(150)에 의해 기준 바이어스(Vbias)와 비교하여 그 비교 결과가 출력된다. 제1 비교기(150)에 의해 출력되는 소정의 로우 레벨 신호 또는 하이 레벨 신호에 따라 제1 스위칭 블럭(150)의 개폐가 이루어지고 출력신호를 출력단자(OUT+)로 출력한다. 또한, 출력신호는 제1 피드백 블럭(160)에 의하여 제1 적분기(110)의 입력신호로 피드백된다.

이러한 본 발명에 따른 교차 입력신호 변조기는 차동 PWM일 경우 각 경로(포지티브/네거티브 패스 블럭)가 차동 입력의 신호를 모두(입력신호(A, B), 차동신호(E, F))를 사용하므로 보다 정확한 차동 PWM 신호를 생성할 수 있다. 또한 피드백 블럭(160, 260)에 저항단(R1, R2)을 사용하여 간략화 할 수 있는 것도 2개의 적분기를 사용하여 출력신호의 피드백을 받으므로 가능하며, 피드백 블럭(160, 260)이 구현상의 단순화 및 적용면적의 최소화가 가능하여 실리콘 집적에 보다 효율적이고 적합한 방법을 제안할 수 있게 된다.

또한, 2개의 경로를 연결하는 동기화 블럭(130) 이외에도 입력 신호 자체의 정보를 각 경로가 크로스-커플드(공유)하여 사용하므로 차동 신호의 비정합 발생을 최소한으로 방지할 수 있게 된다.

본 발명은 전력 관리 시스템 및 발광 다이오드 시스템, 모터 구동기등 Pulse width modulation 을 이용하는 분야에서 사용 가능하다. 또한, 본 발명은 입력신호에 따른 캐리어 주파수의 변화를 갖는 변조기이며 이는 본 발명에 의거한 오디오 앰프가 실제 구동될 때 발생되는 Electro Magnetic Interference (EMI)를 줄여 주는 기능을 수행한다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.