정동준, 페어차일드 반도체 오디오 애플리케이션 엔지니어
클래스-G 헤드폰 앰프,
소비전력은 낮추고 오디오 퀄리티 향상

 스마트폰의 크기가 작아지면 제품을 개발하는 물리적인 조건이 나빠진다. 그러나 모바일폰 커스터머의 오디오 측면의 요구는 두말이 필요없이 ‘음질’이다. 나빠진 물리적 환경에도 불구하고 소비전력은 낮추면서 보다 좋은 ‘음질’을 추구하기 위해 클래스-G 기법이 사용되고 있다.  최근 페어차일드 반도체가 오디오 퀄리티는 높이면서 소비전력은 줄인 헤드폰 앰프를 발표했다. 이날 제품 설명은 정동준 부장(오디오 애플리캐이션 엔지니어)이 했다
FAB2200는 클래스-D 스피커 증폭기와 커패시터가 필요없는 스테레오 클래스-G 헤드폰 앰프를 결합한 오디오 서브 시스템이다. 통합된 차저 펌프는 클래스-AB 설계 구현에 비해서 크게 전력 낭비를 줄이는 그라운드 중심의 클래스-G 헤드폰에 여러 공급 레일을 생성하고 높은 전원 공급 장치 비율도 제공한다.

필터가 필요 없는 클래스-D 증폭기는 전체 솔루션 시스템 비용을 절감하고, 두 외부 필터 네트워크를 필요로 하지 않는 스피커에 직접 연결할 수 있다. 이 제품은 왜곡 없이 스피커를 보호하기 위해 최대 스피커 출력 레벨에 제한을 가하는 자동 이득 제어를 또한 제공한다. 배터리 전압이 떨어지면서 동적으로 클리핑을 제한할 수 있다.

FAB1200와 FAB2200 모바일 오디오 IC는 전체 시스템 비용을 절감하고, 배터리 수명을 최소화하면서 단말기, 태블릿 및 기타 휴대용 오디오 응용에 보다 크고 향상된 소리가 나도록 한다. 휴대폰 단말기, 노트북과 태블릿 및 MP3에 이상적이다.
FAB1200는 16핀의 0.4mm 피치, 1.56mm×1.56mm WLCSP 패키지로, FAB2200는 25핀, 0.4mm 피치, WLCSP 패키지로 제공된다.

스마트폰, 태블릿 및 휴대용 미디어 플레이어와 같은 모바일 장치의 디자이너는 배터리 수명을 최
소화하면서도 보다 크고 향상된 제품의 보다 작은 스피커를 만들어야 하는 문제점에 직면한다.

이러한 문제점을 극복하기 위해서 고성능 전력 및 모바일 제품의 선도적인 글로벌 공급업체인 페어차일드반도체는 스테레오 클래스-G 헤드폰 앰프와 1.2W 클래스-D 모노 스피커 앰프의 FAB2200 오디오 서브 시스템 뿐만 아니라, 내장 벅 컨버터의 클래스-G 헤드폰 앰프인 ‘FAB1200’을개발했다.

FAB1200는 두 개의 외부 콘덴서 제거, 그라운드 중심 및 콘덴서 필요 없는 헤드폰 출력을 지원하는 음의 전원을 생성하는 전하 펌프가 있다. 내장된 벅 정류기는 배터리에 직접 연결되어 있고 출력 신호 레벨에 따라 두 개의 서로 다른 레벨 사이에서 공급 전압을 조정함으로써 파워소모를 감소시킨다. 이러한 기능의 결과로 오디오 품질의 높은 수준을 유지하면서 시스템 비용과 배터리 수명을 늘릴 수 있다.
 

Amplifier Class
앰프는 전기적 신호가 출력되는 출력단의 디자인에 의하여 여러 가지로 분류할 수 있다.
◆Class A : 작동은 신호가 동작하는 전체 사이클 동안 양쪽 출력장치가 연속적으로 동작하거나 바이어스 전류가 항상 출력장치에서 흐르는 작동을 한다. 클래스 Class A 앰프는 출력장치에서 단지 한 가지 타입의 극성을 가지는 디자인이다. 이것은 파워 앰프 디자인 중에서 효율이 가장 낮은 앰프이다. 그렇게 때문에 Class A 앰프는 사이즈가 크고 무거우며 매우 뜨겁게 동작한다. 이것은 앰프가 항상 최대 출력으로 작동하기 때문이다. 반대로 Class A 디자인의 장점은 음이 가장 직진성이고 왜곡의 양이 가장 적다.
◆Class AB : Class AB 작동은 양쪽 장치가 거의 같은 시간에 동작하고, 출력 바이어스는 특정 출력 장치에서의 전류흐름이 1/2사이클 이상이지만 전체 사이클보다는 작다. 양 장치를 통해 흐르는 전류의 양은 단지 소량으로만, 입력 전압 요구에 즉각적으로 반응하기 위하여 각 장치의 작동은 충분히 지속된다. 그렇기 때문에 Class A와 같은 비효율성이 없고 Class B 디자인의 비직진성이 제거된다. Class AB 앰프는 좋은 효율(약 50%)과 훌륭한 직진성을 가지기 때문에 대부분의 오디오 디자인에 적용된다.
◆Class AB + B : 두쌍의 출력 장치를 수반하며 한 쌍이 Class AB로 작동하는 동안 다른 한 쌍은 Class B로 작동한다.
◆Class D : 스위치처럼 작동함으로, 스위칭 파워앰프라고 부른다. 출력장치는 각 사이클에 대해서 적어도 두 번씩 ON/OFF로 급격히 개폐된다. 그렇기 때문에 출력장치는 이론적으로 파워를 낭비하지 않으면서 완전히 ON되거나 완전히 OFF된다. Class D앰프의 효율은 이론적으로 100% 이지만, 실제적으로 대략 90% 가까운 효율을 보인다.
◆Class G : Class G 작동은 낮은 레벨에서 큰 출력이 요구되는 높은 레벨까지 파워공급전압이 변화한다. 이 디자인은 일반적으로 프로 오디오 디자인에 어울리는 것이다.
◆Class H : Class G 디자인보다 한 단계 앞선 것으로 실제로 입력 신호에 의해 더 높은 파워 공급 전압을 조절한다.

<전자과학 2011년 09월호 기재>