개요: 차지 펌프 더블러가 내장된 특수 IC(스테레오 헤드폰 드라이버)는 3V 전원으로 압전 스피커를 구동하는 작업에 이용된다.
로우 프로파일의 압전 스피커(piezoelectric speaker)는 휴대용 전자 장치에 고음질을 제공할 수 있지만 스피커 소자에 대해 8VP-P 이상의 전압 스윙을 필요로 한다. 그러나 대부분의 휴대용 장치는 저전압 전원만 갖고 있고 배터리로 동작하는 기존의 앰프는 압전 스피커를 구동하기 위한 충분한 전압 스윙을 제공하지 못한다.
한 가지 솔루션은 그림 1의 IC1과 같이 단일 3V 전원에서 동작하면서 12VP-P 정도로 압전 스피커를 구동하도록 구성하는 것이다.

그림 1. 앰프의 전압 스윙 성능을 배가시키는 BTL(bridge-tied-load) 구성
IC1(MAX4410)은 +3V 전원에서 -3V 전원을 유도해내는 반전 차지 펌프를 스테레오 헤드폰 드라이버에 결합시킨 특수 소자이다. 구동 앰프에 ±3V 전원을 공급하면 IC1의 각 출력이 6VP-P를 스윙할 수 있다. BTL(bridge-tied load driver)과 같은 IC1 구성은 부하에서의 최대 스윙을 12VP-P까지 배가시킨다.
BTL 구성에서, IC1의 오른쪽 채널은 마스터 앰프와 같은 역할을 한다. 이는 장치의 이득을 설정하고, 스피커의 한쪽을 구동하며, 왼쪽 채널에 신호를 공급한다. 개체 이득 추적기로 구성된 경우, 왼쪽 채널은 오른쪽 채널의 출력을 반전시키고 스피커의 다른 지선을 구동한다. 왜곡을 낮추고 적절한 정합을 위해서는 정밀 저항을 이용하여 왼쪽 채널 이득을 설정한다.
회로 테스트에서는 Panasonic WM-R57A 압전 스피커를 사용하였고 그림 2와 3에 나온 THD+N 곡선으로 나타났다. 주파수가 양쪽 그래프에서 증가할 때 THD+N이 증가한다는 사실을 유념한다. 스피커는 앰프에 대한 커패시터로 나타나기 때문에, 스피커 임피던스는 주파수가 증가하면 감소하며, 이 때 앰프로부터 더 많은 전류가 인입된다.

그림 2. 그림 1 회로에 대한 THD+N vs. 출력 전압

그림 3. 그림 1 회로에 대한 THD+N vs. 주파수
IC1은 그림 4에 사용된 스피커의 경우 안정된 상태로 유지되지만 다른 특성을 지닌 스피커의 경우 불안정을 초래할 수도 있다. 이 경우, 스피커에 단순한 인덕터/저항 회로를 직렬로 추가하여 스피커 커패시턴스를 앰프로부터 격리시킬 수 있다(그림 1의 점선 표시 부분). 회로는 소자 출력에서 약 10 의 최소 고주파 부하를 유지해주면 안정된 상태로 유지된다.

그림 4. 해당 소자가 WM-R57A 압전 스피커를 구동하는 동안 그림 1 IC1의 OUTR 출력에서 스텝 응답
해당 소자의 이전 설계 아이디어가 2003년 10월 16일자 EDN 매거진에 게재되었다.
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