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	휴대용 음향 기기에 탑재된 앰프의 종류와 특징 Ver.2	2008/12/25 16:41:57 \| Read 2669 \| Vote 45
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모든 미니기기의 코덱은 IC 소자입니다.

IC 코덱의 앰프부는 디지털과 아날로그로 나뉘는데

(아날로그 VS 디지털)

아날로그는 선형(Linear) 증폭으로써, 앰프가 선형 영역(Linear Region)에서 머물기 위해 출력 소자가 항시 가동(DC bias)되어 공급 전압을 소모합니다. 그 종류로는 A, B, C, 그리고 AB급이 있으나 A급은 전력 문제, B급(Push-Pull)과 C급은 잡음 문제로 인해서 IC 코덱 앰프부엔 A,B,C급이 없습니다.

따라서 AB급과
AB급: http://korea.maxim-ic.com/glossary/index.cfm/Ac/V/ID/1062/Tm/class-AB

AB급의 변종인 G급으로 나뉘는데,
G급: http://korea.maxim-ic.com/glossary/class-G

디지털은 개폐(Switching) 증폭으로써, 음향 신호를 기준으로 출력 소자가 개폐하여 공급 전압을 크게 소모하지 않습니다. 또한 신호의 처리 과정이 지극히 짧습니다.

그리고 디지털 앰프는 D급으로 분류가 됩니다.
D급: http://korea.maxim-ic.com/glossary/class-D

그 외에 H급이나 W급이 있습니다만:
H급: http://korea.maxim-ic.com/glossary/index.cfm/Ac/V/ID/1065/Tm/class-H
W급: http://www.wolfsonmicro.co.kr/whatsnew/press/press/PI280

H급과 W급은 G급에서 전력 효율을 더욱 끌어올리고 왜율을 상대적으로 낮추었다고 보시면 됩니다.

AB급엔 Single-Ended로 분류되는 CC형(Capacitor-Coupled)과,

Push-Pull로 분류되는 OCL형(Output Condenser-Less),

GR형(Ground-Referenced), 그리고 BTL(Bridge-Tied Load)의

배열 형상(Topology)이 적용되며,

D급은 풀-브릿지와 하프-브릿지 배열 형상이 적용됩니다.

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◎ AB급 CC형 (Capacitor-Coupled):

- AB급은 B급의 배열 형상을 가지긴 하나, 두 출력 소자가 선형적으로 구동되도록 0V에 가깝게 항시 전류가 걸려(bias)서 교차(Crossover) 잡음을 제거합니다. 전력 효율은 약 50~65%이며 왜율은 1% 이하입니다.

- 정(Positive)전압만이 존재하는 단일 공급 전압(+VA_HP)으로 구동되기 때문에 직류(DC) 성분이 중간 전압(+VA_HP/2)에 걸리게(bias) 되는데, 회로 전체에 일정한 레벨의 직류 전압을 유지시키고 전류의 누출을 막기 위해 출력단에 커플링 컨덴서를 채용하여 직류 성분을 억제합니다. 또한 이 직류 성분은 헤드폰/이어폰에 위해를 줄 수 있는 요소이기도 합니다. 전압 스윙이 중간 전압의 위/아래로 움직이면 그 교류 신호는 캐퍼시터를 거쳐서 진동판을 움직이고 전류는 시스템 그라운드로 돌아가게 됩니다.

- 전원을 키면, 순간적으로 컨덴서에 직류 전류가 충전되면서 생기는 전류의 과도 현상(transient)으로 인해 파열음이 발생하게 되므로, 이 배열 형상을 채용한 기기들은 전원을 끄지 않고 출력 신호를 항시 중간 전압에 위치(bias) 시킵니다. (기기의 휴면 상태, sleep mode 등이 이에 해당) 또는 파열음 방지 회로를 추가로 넣기도 합니다.

- 컨덴서의 용량이 100uF 이하로 떨어지면 저옴* 低Ohm 부하시 저역이 감쇄합니다.
* 보통 이어폰의 저항인 16옴 기준

- 울프슨社는 저역 감쇄 주파수를 가청한계영역의 아래 쪽에 위치시키기 위해 커플링 컨덴서의 용량을 220uF 이상으로 쓸 것을 권장합니다. 애플, 알립, 코원, 크리에이티브는 330uF의 용량을 가진 컨덴서를 채용하고 있기에 거의 모든 기기가 상기의 기준을 충족하고 있다고 보시면 되겠습니다.

- 적용이 간편하고 왜율이 적기에 현재 시중에 나와있는 거의 모든 미니기기의 앰프부에 채용됩니다.

- 이 앰프부에 대해 더욱 자세한 사항은 이쪽으로:
http://www.seeko.co.kr/zboard4/zboard.php?id=faq&no=8527

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◎ AB급 OCL형 (Output Condenser-Less):

- 기본 원리는 CC형과 같습니다만, OCL형은 그라운드를 세번째 앰프로 증폭하여 교류(AC) 성분이 없는 직류 전압을 중간 전압에 형성 시킴으로써 좌/우 채널의 직류 레벨을 그라운드와 일치 시킵니다. 따라서 정적 상태에서는 좌/우/그라운드가 모두 중간 전압으로 몰리지요. 직류 전압은 상쇄되어 커플링 컨덴서가 필요치 않습니다.

- 컨덴서가 없으므로 공간이 절약 됨과 동시에 주파수 응답의 선형성이 보장되며, CC 배열 형상의 단점인 파열음이 없습니다. 다만 그라운드 증폭으로 인한 전력 소모가 심합니다.

- OCL형은 CC형 보다 왜율이 높으며, 채널 간 상호 간섭(Crosstalk)에 취약합니다:

http://www.audiodesignline.com/showArticle.jhtml?articleID=180204291
[赤,靑는 CC형 / 黃,綠는 OCL형]

- 이어폰/헤드폰이 아닌, 접지된 타 기기의 입력단에 연결하면 문제가 생기는 단점을 가지고 있습니다. 아래의 글은 Wolfson Microelectronics社의 제품 마켓팅 기술자이신 Yan Goh氏의 OCL에 대한 견해입니다:
"캐퍼시터를 채용하지 않는 배열 형상을 가진 앰프부(Output Capacitor-Less)의 그라운드는, 거치형 시스템의 그라운드와 동일한 수준의 직류 성분을 가지고 있지 않기 때문에 또다른 문제점을 야기합니다. 흔한 경우는 아니지만, 배터리 충전기를 통해 접지가 된 앰프부의 출력단이 그와 동일한 그라운드 수준으로 레퍼런스된 거치형 시스템의 입력단과 연결된 경우엔 휴대용 음향 기기 앰프부의 그라운드는 효과적으로 거치형 시스템의 그라운드에 단락(短絡; short)하게 됩니다. 앰프의 설계에 따라서 차이는 있겠지만- 이러한 단락은 최소한 오작동, 혹은 최악의 경우에 휴대용 음향 기기의 앰프부를 손상시킬 수도 있습니다." http://www.audiodesignline.com/showArticle.jhtml?articleID=180204291

- 소니 향수병에 채용되어 있습니다:
http://www.atraclife.com/downloads/details.php?file=98
http://www.semicon.toshiba.co.jp/docs/datasheet/en/ASSP/TB2173FTG_en_datasheet_060419.pdf

- 아이리버 H100 & H300 시리즈에 채용되어 있습니다:
http://www.nxp.com/acrobat_download/datasheets/UDA1380_4.pdf
http://i78.photobucket.com/albums/j92/udauda/K-20080528-24243-8.png

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◎ AB급 GR형 (Ground-Referenced) & G급 :

- 그라운드에 붙은 *Charge Pump가 부(Negative)전압을 공급해서 좌/우 채널과 그라운드가 동일한 규모의 직류 성분을 가집니다. 따라서 커플링 컨덴서가 필요치 않습니다.
* http://korea.maxim-ic.com/glossary/index.cfm/Ac/V/ID/55/Tm/Charge_Pump
* http://korea.maxim-ic.com/glossary/index.cfm/Ac/V/ID/326/Tm/Voltage_Doubler

- 공급 전압에 비해 출력 전압 스윙이 두배 정도 높을 정도로 증폭 효율은 좋습니다. 그러나 Charge Pump에서 스위칭 잡음이 출력되므로 왜율이 높고 전력 소모가 배열 형상 중에 가장 심합니다.

- AB급과 구동 원리가 거의 같은 G급 앰프는, 2중 입력 Charge Pump를 채용, 입력 신호의 진폭에 따라 공급 전압이 高/低로 변환됩니다. 따라서 통상의 AB급 GR형 앰프보다 전력 효율이 높습니다. (H급 & W급 앰프는 가변 Charge Pump를 채용, 필요한 만큼의 전력을 소요하여 G급보다 전력 효율이 더 높습니다)

- 아이팟 클래식/나노 4세대/터치 2세대와 최근 나온 소니 NW-A800/A910 및 NWZ 시리즈 전체(초소형 제외)에 채용되어 있습니다:
Apple 338S0394: http://images.appleinsider.com/3g-nano-teardown-10.jpg
http://www.cirrus.com/en/products/pro/detail/P1088.html
http://www.cirrus.com/en/products/pro/detail/P1106.html

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◎ AB급 BTL형 (Bridge-Tied Load):

- 각 채널이 독립적으로 구동되기 때문에 GR형과 마찬가지로 출력 전압이 공급 전압의 2배로 증폭될 정도로 효율이 좋으며, 채널 간 상호 간섭이 기존의 배열 형상보다 적습니다. 이 배열 형상은 통상의 이어폰/헤드폰의 규격인 3극성(L/R/L-R-) 단자엔 호환이 되지 않으므로, 보통 휴대용 음향 기기의 앰프부로썬 거의 고려되지 않습니다.

- 한가지 예외로써- Sharp MD기기의 앰프부는 4극성(L/R/-L/-R)이며 각 채널의 출력 소자가 독립된 공급 전압과 그라운드를 사용합니다. 통상의 BTL형은 3극성 규격을 구동할 수 없는 반면, Sharp의 MD기기의 앰프부엔 기존 이어폰/헤드폰을 사용 가능합니다.

- 샤프는 자사 MD기기를 풀-브릿지형 디지털 앰프처럼 광고했으나, 실제로는 *1-bit ΔΣ변조 DAC를 탑재한 아날로그 AB급 BTL형 입니다:
"HiFi오디오와 같은 설계 사상에 근거한, 풀 브릿지 방식의 출력단…모바일1비트 디지털 앰프는, 퓨아오디오용1비트 앰프와 같은 고음질설계 사상에 근거해,＋／－(플러스/마이너스) 각각의 음성 신호에 독립한 출력단을 가진 풀 브릿지 방식을 채용하고 있습니다.이것에 의해, 전압 변동등의 요인으로 발생하는 일그러짐이나 노이즈 성분이 서로 서로 캔슬해 , 보다 원음에 충실한 음악 재생이 가능하게 됩니다.종래의 휴대용 오디오로 채용되고 있는 하프 브릿지 방식(좌우의 채널의 1 신호측을 공유)으로는 이루어 유리한 산 저일그러짐율, 저노이즈 특성에 의해, 클리어로 명료도의 좋은 사운드를 실현합니다."
http://www.sharp.co.jp/products/mddr77/text/b.html
* http://en.wikipedia.org/wiki/1-bit_DAC

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◎ D급 풀/하프-브릿지 (디지털 앰프/스위칭 앰프):

- '저전력'에선 AB급에 비해 효율은 좋지만 왜율이 높습니다.
http://www.wolfsonmicro.cn/uploads/documents/cn/Class%20D%20Basics.pdf

- 기본적으로 사인파(Sine Wave)인 음향 신호는, 톱니 파형(Sawtooth Wave)을 기준으로 펄스 폭(Pulse Width)의 크기에 맞춰 방형파(Square Wave)로 변환됩니다.
* http://word.tta.or.kr/terms/termsView.jsp?gubun=1&terms_num=18358

- 사인파를 방형파로 변환하는 이 과정을 PWM(Pulse Width Modulation)이라고 부르는데 여기서 만들어진 방형파는 MOSFET H-bridge를 구동하고, 음향 신호인 교류 전류를 생성하기 위해 반대 영역의 MOSFET을 개폐(Switch) 합니다. 여기서 생기는 개폐 잡음(Switching Noise)을 억제하기 위해 인덕터와 캐퍼시터로 이뤄진 고역감쇄필터(LPF)를 채용해야 합니다. 참고로 울프슨社는 33uH 짜리 인턱터와 220nF 캐퍼시터의 사용을 권장합니다:
http://www.wolfsonmicro.com/uploads/documents/en/WM8985_Rev4.4.pdf

- 출력 소자들의 개폐열로 발생하는 순전압 저하 이외엔 손실이 거의 없기 때문에 효율성이 약 90%에 육박합니다.

- 풀-브릿지는 직류 성분과 고조파 왜곡을 효과적으로 차단합니다. 그러나 단가가 비싸고 공간이 많이 필요합니다. 미니기기에서의 적용엔 한계가 있습니다.

- 하프-브릿지는, 정적 상태에서 PWM의 작업 싸이클(Duty Cycle)을 절반으로 유지하기 위해 걸리는(bias) 직류 성분 때문에 고역감쇄필터의 전/후에 AB급 CC형과 동급(100~2200uF)의 커플링 컨덴서가 붙습니다. 단가가 싸고 설계가 간편하며 공간이 절약되는 반면, 공급 전압의 변화가 커 왜율이 풀-브릿지보다 높은 것이 단점입니다.

- 소니 MZ-RH1에 채용되어 있습니다:
http://desk.mywork.co.kr/zboard/zboard.php?id=info&no=237
(주파수 응답이 비선형적입니다)

- 켄우드 HD60GD9(일명 육십기가)에 채용되어 있습니다:
http://www.seeko.co.kr/zboard4/zboard.php?id=freeboard&no=97338
(왜율이 높습니다)

- 켄우드 HD10GB7(일명 십기가)에 채용되어 있습니다:
http://www.seeko.co.kr/zboard4/zboard.php?id=faq&no=7954
(왜율이 높습니다)

(풀 / 하프-브릿지의 비교)

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(왼쪽은 '캐퍼시터의 용량이 부족한' 통상 앰프부의 응답 성향,
오른쪽은 출력 캐퍼시터가 없는 앰프의 응답 성향)

결론:
*휴대용 음향 기기의 앰프부에 한정. BTL형은 자료 부족으로 열외.

수치적 음질: AB급 CC형 > G급 = AB급 GR형 > AB급 OCL형 > D급

응답 선형성: AB급 OCL형 = AB급 GR형 = G급 = D급 > AB급 CC형

전력 소비량: D급 > AB급 GR형 > AB급 OCL형 > AB급 CC > G급

D급 VS AB급 VS G급의 효율성: