개요: 이 애플리케이션 노트에서는 가전 장치에서 "필터리스" 동작을 구현하기 위해 Maxim의 3세대 클래스 D 오디오 전력 앰프에 사용되는 기술에 대해 설명한다. 특히 본문에서는 특허 출원 중인 Maxim의 새로운 액티브 방사 제한 회로가 어떤 방식으로 오디오 성능을 저하시키지 않으면서 방사를 최소화하는지 설명한다.
Maxim의 2세대 클래스 D 오디오 전력 앰프는 특허를 획득한 고유의 확산 스펙트럼 변조 모드를 사용하여 광대역 스펙트럼 성분을 평탄화함으로써 스피커와 케이블에서 방출될 수 있는 EMI 방사 제한 기능을 향상시킨다. Maxim의 3세대 클래스 D 오디오 전력 앰프는 특허 출원 중인 새로운 액티브 방사 제한 (AEL) 회로와 함께 동일한 확산 스펙트럼 기술을 사용하여 오디오 성능을 저하시키지 않으면서 협대역 스펙트럼 성분을 추가로 감소시킨다. 이러한 고유한 두 가지 기술의 결합으로 MAX9705와 같은 Maxim의 클래스 D 오디오 전력 앰프는 최대 24인치 비차폐 케이블에서 '필터리스' 동작이 가능할 뿐 아니라 EN55022 EMI 표준을 만족한다. 이 글에서는 Maxim이 클래스 D 앰프에 기대되는 높은 효율을 유지하면서 AEL 클래스 D 앰프의 방사 레벨을 최소화하기 위해 사용하는 기술에 대해 설명한다.
Maxim의 3세대 클래스 D 기술
Maxim의 3세대 클래스 D 기술은 Maxim의 확산 스펙트럼 변조 기술과 함께 특허 출원 중인 새로운 액티브 방사 제한 회로를 사용하여 협대역 스펙트럼 성분을 더욱 감소시킨다.¹ AEL 회로는 모든 가능한 과도 출력 전압 조건에서 출력-FET 게이트 천이를 능동적으로 제어하여 EMI 방사를 크게 낮춘다. 각 게이트 천이의 에지 속도는 지능적으로 제어되므로 앰프 효율에는 가능한 거의 영향을 미치지 않으면서 방사에 미치는 rail-to-rail에 가까운 스윙 및 고속 스위칭 주파수 영향은 줄어든다.
클래스 D 앰프의 높은 효율은 rail-to-rail에 가까운 스윙과 출력 FET의 고속 온/오프 천이로 인한 것이므로(그림 1), 에지 속도 제어는 클래스 D 앰프의 효율에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
그림 1. 스위칭 에지 속도와 트랜지스터 RDS(ON)로 인한 손실 영역을 보여주는 클래스 D 출력 파형
출력상의 고속 천이는 상승 또는 하강 시간의 손실을 최소화함으로써 높은 효율을 제공한다. 온/오프 천이 시간이 증가하면 효율은 감소한다. AEL을 사용할 경우 우수한 방사 성능을 달성하면서 클래스 D 효율을 극대화할 수 있도록 출력-FET 게이트가 지능적으로 제어된다(그림 2).
그림 2. 액티브 방사 제한 회로는 클래스 D 스위칭 파형의 에지 속도를 지능적으로 제어하고 방사를 감소시키면서 효율 저하는 거의 없다.
MAX9705 클래스 D, AEL 앰프
MAX9705는 Maxim의 3세대 클래스 D 기술을 채택한 초저 EMI, 모노 클래스 D 앰프이다. 최대 90% 효율을 제공하는 MAX9705는 12인치의 비차폐, 트위스트 페어 스피커 케이블에서 FCC 제한에 무려 15.8dB 준 피크 (quasi-peaked) 마진을 제공한다(그림 3). 더욱이 MAX9705는 최대 24인치의 비차폐, 트위스트 페어 스피커 케이블을 사용하는 경우에도 FCC 제한을 통과할 수 있다(그림 4).
그림 3. MAX9705 방사 데이터 (MAX9705EVKit, 확산 스펙트럼 변조 모드, 12인치, 비차폐, 트위스트 페어 스피커 케이블)
그림 4. MAX9705 방사 데이터 (MAX9705EVKit, 확산 스펙트럼 변조 모드, 24인치, 비차폐 트위스트 페어 스피커 케이블)
탁월한 EMI 성능 외에도 MAX9705 IC는 0.02%의 낮은 THD+N, 75dB의 높은 PSRR 및 저전력 0.3µA 셧다운 모드를 제공한다. MAX9705는 10핀 TDFN(3mm x 3mm x 0.8mm), 10핀 µMAX®, 12범프 UCSP™ (1.5mm x 2mm x 0.6mm) 패키지로 제공된다. 보다 자세한 내용과 그 밖의 규격에 대해서는 MAX9705 데이터 시트를 참조한다.
결론
Maxim의 3세대 클래스 D 앰프의 방사 성능은 가전 장치에서 클래스 D 앰프의 진정한 '필터리스' 동작을 구현한다. 이로써 확산 스펙트럼 변조 및 액티브 방사 제한 회로는 부품 수를 줄이고 배터리 수명을 연장시킬 뿐 아니라 Maxim의 3세대 클래스 D 앰프에서 효율을 희생하지 않고 클래스 AB 성능을 제공할 수 있도록 한다. '필터리스' 기술은 더 작고 보다 경제적인 솔루션 구현이 용이하므로 이들 앰프는 휴대전화, MP3, PDA, 노트북 애플리케이션에 이상적이다.
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