미자짱은 아마도 개발공부중

회로 설계 시 Audio Noise 는 크게 Power Noise, RF Noise 총 2가지로 나누어진다. 

- Power Noise

  : Bead 나 Inductoe 로 제거

- RF Noise

  : Bypass Capacitor로 제거

    주로 1GHz >> 100pF 사용

             400~500MHz >> 33pF 사용

Noise Frequency에 따라 맞는 부품을 사용하면 되지만,

되도록이면 33pF 미만으로 사용하는 것이 좋다. 

너무 높은 Cap 은 Analog Signal을 제거할때 Noise 는 물론 Audio Signal 까지 Bypass 될 수 있기 때문에 조심해야됨 >.~

집가고싶다...

집가서 축구보면서 대방어 먹어야지

Noise 환경에서 송수신 시 ANC ON/OFF 에 따른 SNR을 측정해달라고 하셨다. 

• SNR (Signal to Noise Ratio, S/N)

    : 신호 대 잡음비 

    SNR (dB)  = 10 * log (Signal Power / Noise Power)

                      = 20 * log (Signal Voltage / Noise Voltage)

    SNR이 높을 수록 Siganal 과 Noise의 차이가 크므로 Signal이 명확하다 (좋은거임)

Analzer 로 SNR 측정은 제품에서 출력되는 Noise에 대한 SNR을 측정하는데,

Noise 환경에서의 ANC ON/OFF 시 Noise Cancellation 이 얼마나 되는지 SNR 수치로 확인해보자는 목적이다. 

일단, Noise 환경에서 아무런 출력도 없이 수신 받는 단말에 Output의 Vrms 또는 P 측정한다. 

즉 Noise Power 또는 Noise Signal 을 측정한다. 

난 Noise Generator를 통해 White Noise 110dB 환경을 만들어주었다. 

이후 Noise 환경에서 Ref.signal을 주어 수신 받는 단말의 Output의 Vrms 또는 P를 측정한다. 

Reference Signal은 주로 1kHZ sin wave를 주지만, 

ANC ON / OFF 시 Noise Cancellation 이 되는지 확인하려고 하는것이기 때문에 혹시나 sin wave 를 Noise 로 인식하고 Cancellation 될 수 있을까봐 여성, 남성 음원으로 측정을 하였다. 

Audio Analyzer로 SNR 측정 시

Ref.signal을 sin wave로 하면 바로 Voltage나 Power 가 일정하게 나와 바로 Monitoring 하여 RMS Level 를 확인하면 되지만,

사람의 음성 같이 Signal 이 일정하지않아 Voltage와 Power 가 계속 변하게 된다면 일정 시간동안 RMS Level 을 측정 후 AVG 값을 통해 계산한다. 

Measurements - Recoder 에서 시간을 설정한 후 start 하면 grape 및 data 를 jpg, excel 로 변환할 수 있다. 

추출한 excel에서의 data들의 AVG 계산 해준다. 

각각 Signal과 Noise의 RMS Level를 측정을 완료하였다면 위 공식과 같이 계산하면 SNR 값을 구할 수 있다. 

측정결과, 

ANC 기능은 정상적으로 잘 동작하였다. 

ANC를 OFF하였을때 SNR(dB) 값이 음수로 나오면서 Noise 신호가 많이 유입되는 것을 알 수 있다. 

실제로 들었을때에도 110dB 환경에서의 Noise 유입이 많이 들리긴하였다. 

그러나 ANC ON 하였을 때 Noise 가 많이 제거되었으나 음성이 뭉게지면서 들렸다. (이건 SW tuning 영역이니...pass..)

암튼 그렇다~

그럼 20000 :-D

• TDD (Time Domain Duplex)

동일한 주파수를 가진 2개의 신호를 시간차를 두고 송수신 신호가 교대로 같은 경로로 이동 (ex, CD폰)

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• FDD Frequency Domain Duplex)

송신 주파수와 수신 주파수를 다르게 사용 (ex. CDMA, AMPS)

시간차를 두지 않아도 됨.

그러나 안테나 2개 필요하나 (Tx, Rx), Duplexer가 있으면 안테나 1개로 송수신을 할 수 있음

​

• Duplexer

같은 안테나를 이용하면서 송수신단을 분기하는 역할

용어 가끔 헷갈려서 적어봄...

​

Mobile AP

: 기기 구동에 필요한 CPU, GPU, Modem, VPU, DSP 등이 하나에 포함된 Chip

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- CPU (Central Processing Unit)

: 중앙처리장치, 명령을 해독하고 산술 놀리 연산이나 데이터 처리

​

- GPU (Graphics Processing Unit)

: 그래픽 처리 장치

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- Modem

: 3G나 LTE, WiFi 등 인터넷 연결

​

- VPU (Video Processing Unit)

: 공중파를 통해 4K UHD 실행

​

- DSP (Digital Signal Processor)

: 디지털 신호 처리 (오디오 신호처리, 비디오 신호처리)

아날로그 신호 -> [A/D] -> 디지털 신호로 연산 (필터링, 스펙트럼 등 신호처리)

​

- ISP (Image Signal Processor)

: 디지털 카메라에 들어가는 이미지 처리 장치

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- 그외

: GPS, GLONASS 위치정보

: ASP (Audio Signal Processor)

Audio Amp Class의 종류는 매우 다양하며 상황에 맞게 Class 를 선정하도록 한다. 주로 사용하는 Class 위주로 정리해보았다.

​

1. Class A

• TR 1개 사용
• +, - 신호를 한번에 +로 증폭 시켜 손상없이 증폭 됨.
• Amp 에 Current 계속 흐름 (상시전류)

이로 인해 전력소모가 커지고 발열이 매우 심함.

• 그러나 왜곡이 거의 없고 힘이 좋음.

​

2. Class B

• TR 2개를 사용하여 신호가 들어올때마다 각각 증폭되어 Class A보다 효율이 좋음
• 그러나 +, - 각각 변화하기 떄문에 그 과정에서 왜곡이 생길 수 있음. 이로인해 음질이 저하 될 수 있음.

​

3. Class AB

• 일정 출력까지는 Class A로 동작하나 특정 벗어나는 출력이 되면 +, - 각각 따로 증폭된다 (Class A + Class B 장점 합침)
• 어느 정도 상시 전류가 있찌만 특정 전력 이상에서는 신로가 들어올때만 반응하도록 한다.

​

4. Class D

• 디지털 앰프라고도 함.
• PWM (Pulse Width Modulation) 방식 사용 (PWM 신호를 증폭)
• 열이 거의 나지 않으며, 90%이상의 효율로 가장 좋음
• 그러나 디지털 소자에서 빠르게 변화하다보니 노이즈가 발생함.

(그렇기에 노이즈 제거 필터가 필요함)

​

5. Class H

• 오디오 신호에 따라 전압을 변경할 수 있어 저전력 구현에 적합함.
• 출력장치 전체의 손실이 줄어들고 증폭기가 출력 전력 수준에 관계없이 최적화된 Class AB 효율로 작동함.
• 그러나 회로 설계가 복작하고 공급전압을 예측하는데에 추가 제어 회로가 필요함.

1. Mono (Monaural 혹은 Monophonic Sound)

1개의 채널, 하나의 마이크를 통한 녹음, 하나의 스피커를 통해 듣는 소리

스피커가 2개여도 mono로 된 오디오 (1채널)을 재생하면 mono로 들린다.

SPK L, R 소리 동일함.

​

2. Stereo (Stereophonic Sound)

동시에 하나 이상의 SPK에 맞춰 데이터를 사용하는 2채널 재생 및 녹음

스피커 2개에서 서로 다른 소리(신호)를 출력함으로써 물체의 이동 등 현실적으로 실감나게 들려줌 (ex. 공간음향 같은 기능)

SPK L, R 소리 다름

1. MEMS Analog 설계

호스트 시스템 내에서 아날로그 처리를 위해 증폭기의 입력이 연결될 때 편리함. ADC가 없어 Digital 보다 전력 소비가 낮음.

​

2. MEMS Digital 설계

마이크로 컨트롤러나 DSP(Digital Signal Processor) 와 같은 디지털 회로에 신호가 적용할때 유리함.

MIC와 호스트 회로 사이의 컨덕터가 전기적으로 잡음이 많은 환경에 있는 경우 유리함.

아날로그보다 더 큰 전기적 잡음 내성이 나타남.

ADC 필요, PDM (Digiral Incoding) 필요.

<노이즈 캔슬링 종류>

• PNC (Passive Noise Cancellation)

: 직접적으로 귀를 막아 외부의 소음을 차단 (물리적 차폐)

​

• ANC (Active Noise Cancellation)

: 외부 소음을 이어폰 또는 헤드폰에 내장된 칩셋이 분석하여 이를 상쇄하는 음파를 발생시키는 방식

(PNC와 다르게 ON/OFF 기능)

: 이어폰이나 헤드셋에 내장된 마이크로 수집한 외부 소음을

디지털 신호 처리 장치 (DSP)가 탑재된 칩셋으로 분석한 후

이와 반대되는 음파 (소리)를 발생하여 소음을 감쇄

​

ANC 특징)

: 고막에 전달하기 전 모든 과정이 이루어져야만 노이즈 캔슬링이 됨.

​

- 규칙 / 불규칙한 소음

(지하철, 비행기 소음과 같은) 규칙적인 소리는 앞서 만든 파형을 토대로 분석하여 소리를 출력할 수 있기 때문에 감쇄 능력이 좋음

그러나 (사람 음성과 같은) 불규칙한 소리는 바로바로 음성을 분석하기가 어려워 감쇄하기가 어려움

>> 칩셋의 성능이 좋을수록 처리하는 속도가 빨라져 노이즈 캔슬링 성능 향상

​

- 저음역대 / 고음역대 소음

저음역대에는 주로 규칙적인 소음이 대부분. 고음역대보다 파장이 길어 반대파형을 내보내기가 여유로움.

고음역대에는 주로 사람 음성이나 자동차 경적소리와 같은 불규칙한 소음이 대부분

• ANC 3가지 방식

1. 피드 포워드 ANC

: 바깥쪽을 향한 마이크로 소음을 감지하여 처리하는 방식

대부분의 제품에서 일반적으로 사용됨.

(1) 낮은 주파수와 중간 주파수에 대한 감도가 높음

(2) 교통 소음이나 목소리와 같은 주변 소음을 잘 구별함

​

2. 피드백 ANC

: 귀 안쪽에 배치한 마이크로 소음을 감지하여 처리하는 방식

(1) 낮은 주파수에 대한 감도가 높음

(2) 몸에서 들리는 소리 (걷는 소리, 부딪치는 소리 등) 사용자에게 실제로 들리는 소리를 이용해 소음을 구별하여 정밀한 노이즈 캔슬링 가능

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3. 하이브리드 ANC

: 귀 안쪽과 바깥쪽에 MIC 배치를 하고 피드 포워드 방식과 피드백 방식을 모두 사용하여 소음을 감지하여 처리하는 방식

(1) 높은 성능

(2) 제품이 커지고 배터리 소모가 많아짐, 비용 증가

1. SPK 유형 (Passive / Active)

• Passive

: DAC와 같은 audio interface 에서 보내는 line signal을 직접 구동할 수 없어 별도의 amp 가 필요

+ 전기적 음향적 매칭 필요

• Active

: Power amp가 내장되어 있으며, 대부분의 audio interface에서 생성된 line level signal을 바로 공급 받을 수 있음

+ amp를 내장하고 있어 결선이 간단, 위치 선정이 자유로움

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2. 주파수 응답 (Frequency Response)

: 저음에서 고음까지 사운드를 재생하는 주파수 대역

(일반적인 인간의 가청주파수 20Hz ~ 20kHz)

주파수 범위만 포함하는 건 매우 제한적임

주파수에 따른 레벨 변동을 ± 편차로 표시하는 것이 좋음

플랫한 사운드 : 모니터 시스템을 통해서 재생되는 모든 사운드가 원래 소스와 똑같이 재생되어야하는데 이때 Frequency Response 가 중요함

​

​

3. Sensitivity

: 스피커의 효율을 나타내는 값

감도가 높을수록 주어진 Input 신호를 더 큰 사운드로 재생

Impedence : 낮을수록 더 큰 소리 재생

​

​

4. 최대 SPL (Sound Pressure Level)

: 출력음압레벨

출력음압 : Amp로부터 전달받은 전기 신호를 소리로 바꾸는 스피커의 능률

1W Input >> (1m) >> 1m에서 측정했을때 얻을수 있는 음압레벨

+ 일정 위치에서 일정한 파워를 공급했을때 스피커가 재생할 수 있는 SPL

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​

5. 신호 대 잡음비, SNR (Signal to noise ratio)

: 동일 조건일때 수치가 높을수록 좋음

​

6. Amp Class

Class - A : 왜곡과 소음 측면에선 우수, 효율 안좋음

Class - B : 매우 효율적, 왜곡 심하고 신호 품질이 낮음

Class - AB : Class A와 B의 중간 정도의 효율, 왜곡과 소음이 낮음

Class - D : 가장 효율적, 고음 손실이 있음, 스피커 부하에 따라 오디오 품질이 안정적이지 않음

​

Ferrite Bead

: 주로 고주파 회로에서 사용됨

Z = Bead Impedance , X = Bead reactance

R = Rac ( Rdc + Rac 인데 Rdc는 값이 너무 작아서 무시함)

​

1. 주파수 별 특징

주파수가 점점 커질수록,

Inductive > Resistive > Capacitor 구간으로 동작함.

• Inductive 구간

: 말 그대로 Inductor 처럼 동작하는 구간.

• Resistive 구간

: Resister 처럼 동작

>> 그래서 열이 발산 하면서 필터 역할을 함.

• Capacitor 구간

: Capacitor 처럼 동작

노이즈 필터링 효과는 미미, 고주파로 갈수록 더 미미해짐

​

Bead는 고주파에서 저항값이 많이 높아진다.

하지만 주파수가 많이 올라갈수록 효과가 미미해져서 무의미해짐

대체적으로 이용하는 주파수대역에서만 효과적으로 임피던스가 높아져 노이즈를 흡수함. (Resistive 구간)

내가 이용하고자하는 주파수 대역의 Bead 를 사용할수 있도록 고려하도록 함.

​

2. DC 전류별 특성

인덕터 : DC 전류가 흐르면 기생저항으로 인해 열이 발생하고 인덕턴스가 줄어듬.

비드 : 대놓고 열을 방출함.

>> DC 전류에 민감하게 동작함

(DC BiAS ∧, 열 ∧, 인덕턴스 ∨)

​

3. Inductor vs Ferrite Bead

Resistive 구간에서

인덕터 : 저손실 페라이트 물질 (노이즈 반사)

비드 : 고손실 페라이트 물질 (노이즈 흡수 -> 열로 방출!)

​

비드 대신 인덕터를 달게 된다면,

노이즈는 차단되겠지만 인덕터는 노이즈를 반사 시키기 떄문에 차단된 노이즈가 원신호단으로 반사 되어 링잉 문제가 나타날 수 있음

>> 그러므로 투과율이 좋은 비드를 주로 사용함 ! (대신 열...)

​

4. Bead spec Item

(1) Impedance

: 몇 Hz 에서 몇 ohm 으로 동작하는지

(2) DC resistance

: DC 기생 저항 (DCR), 낮을수록 좋음

(3) Rate Current

: 허용 가능한 최대 전류, 높을수록 좋음

​

5. Bead 선정 시 주의사항

(1) 차단하고자 하는 주파수 대역이 어디까지인지

(2) 비드가 연결된 도선의 최대 전류는 얼마인디

- 전원단에 연결

: 저주파까지 커버하는 광대역 저항 임피던스가 좋음

: 전원단은 전류가 높으므로 Rates Current가 해당 도선에 흐르는 최대 전류보다 높아야함.

- 신호단에 연결

: 신호 주파수 대역을 차단하지 않도록 주파수 대역을 잘 확인하여 선정

(ex. 내가 저주파 신호단에 저주파를 커버하는 비드를 달면 신호 주파수 대역까지 차단되기 때문에 꼭 신호 주파수 대역을 고려하여 겹치지 않도록 선정함)

​

6. 결론

- Bead : 고주파 노이즈를 제거하는 EMI Filter

- 도선에 투과율이 높을 페라이트를 둘러싼 것이 페라이트 비드

- 주파수가 커질수록 Inductor > Resistor > Capacitor 로 동작함.

- DC 전류에 따라 비드 임피던스가 변하므로 연결단 DC 전류가 얼마인지 고려.

- 용도 (전원/신호)에 맞게 차단 주파수, Rate current 를 고려.