Measurement of Differential Amplifier Circuit for Acoustic Signal with Electret Condenser Microphone

Abstract

본 석사학위 논문은 일렉트릿 콘덴서 마이크로폰 (ECM)을 이용한 차동 회로가 단일 종단 회로와 비교해 짝수 하모닉이 줄어드는 장점을 측정을 통해 관찰했다. 일반적으로 ECM을 사용할 때 단일 종단 회로 방식으로 사용하는데 본 연구에서는 이전에 존재했지만 잘 사용하지 않았던 차동 회로 방식을 사용했다. 본문에서는 차동 회로와 단일 종단 회로를 소신호 해석을 통해 분석한 뒤 차동 회로에서 짝수 하모닉이 감소하는 이유를 수식을 통해 설명했다. 측정 시 ECM으로부터 나오는 작은 신호를 증폭하기 위해 증폭기를 사용했고 측정 회로의 동작점을 결정하기 위해 ECM에 내장된 N 채널 JFET(Junction Field Effect Transistor)의 전류-전압 특성을 HP4155A 장비를 통해 측정했다. ECM의 동작점을 결정하는 부하 저항 RL값을 결정할 때 ECM의 전류가 증폭기쪽으로 최대한 많이 흘러 증폭기의 이득을 키우기 위해 JFET이 포화영역에서 동작하는 한 RL값을 최대한 크게 설정했다. 또한 저항 RL의 크기를 더 키우기 위해 ECM의 VDD를 3.3 V에서 4.7 V로 키워 사용했다. 측정 결과 단일 종단 회로와 비교해 차동 회로의 짝수 하모닉이 감소하는 것을 확인했다. 두 회로의 신호의 출력이 달라 이득을 보정한 결과 단일 종단 회로와 비교해 차동 회로의 2nd 하모닉이 23 dB, 4th 하모닉이 38.2 dB, 6th 하모닉이 21.4 dB 그리고 8th 하모닉이 24.1 dB 만큼 감소했다. ECM을 사용한 아날로그 front-end에서 ECM 출력의 성능은 아날로그 front-end 전반의 성능에 영향을 끼칠 수 있다. 이때 차동 회로 방식을 사용한 ECM으로부터 짝수 하모닉이 감소한 출력을 얻게 된다면 THD (Total Harmonic Distortion)가 감소해 SNDR (Signal and Noise to Distortion Ratio)을 증가 시킬 수 있다는 장점을 기대할 수 있다. 본 연구는 마이크로폰으로 ECM 방식을 사용할 때 차동신호를 출력하기 위한 아날로그 front-end에서 사용될 수 있다.

This thesis presents measurement for differential amplifier circuit using ECM. We measured and analyzed the advantage that the differential circuit reduced even harmonic distortion compared to the single-ended circuit. To set the DC operating point of an ECM for measurement of acoustic signal, the I-V characteristic of the N channel JFET in ECM was measured. The measurement of differential amplifier circuit reduced the second harmonic 23.6dB compared to the single-ended measurement at 1 kHz sine wave input.