TI, 10m 밖 음성까지 포착하는 4채널 Burr-Brown 오디오 ADC 출시

  • 2019-11-18
  • 윤범진 기자, esmaster@elec4.co.kr

텍사스 인스트루먼트(Texas Instruments, TI)는 10 m 이상 원거리의 음성도 선명하게 포착할 수 있는 Burr-Brown(버브라운) 브랜드의 새로운 ADC(Analog-to-Digital Converter) 제품(TLV320ADC5140)을 발표했다. TLV320ADC5140은 스마트홈 애플리케이션에서 선명한 하이파이 오디오 시스템을 구현할 수 있는 제품으로, 이전 세대 제품보다 4배 더 먼 거리에서 선명한 품질의 오디오를 구현할 수 있다고 한다. 

TI의 아비 무피리(Abhi Muppiri) 오디오 코덱 및 컨버터 제품 마케팅 매니저는 "TI는 Burr-Brown 오디오 제품을 통해 지속적인 혁신을 실현하고 있다"며 "2020년경에는 전 세계적으로 500억 개의 기기가 서로 연결되고 기기들이 음성 명령으로 제어돼 오디오가 굉장히 중요한 역할을 하게 될 것"이라고 말했다.  


아비 무피리(Abhi Muppiri) TI 오디오 코덱 및 컨버터 제품 마케팅 매니저
 
무피리 매니저에 따르면, TI는 프리미엄 음질을 요구하는 자동차, 전문가용 오디오, 스마트홈 분야에 고충실도 오디오를 제공하기 위해 많은 투자를 하고 있다. 자동차 분야에는 첨단 기술을 적용한 고품질 IC와 능동 잡음 제거(Active Noise Cancellation, ANC) 기술을 적용해 최상의 오디오 경험을 제공한다. 예를 들어, 아날로그 입력 4채널 자동차용 클래스-D 오디오 증폭기 TPA6304-Q1은 최소 4.5 V로 오디오 재생이 가능하며, 디지털 입력 1채널 자동차용 클래스-D 오디오 증폭기 TAS6421-Q1은 2.1 MHz의 높은 스위칭 주파수와 함께 동일한 풋프린트로 2채널 또는 4채널로 확장 가능하다. 
전문가용 오디오 분야에서는 바이폴라 및 박막 저항 프로세서 기술과 잡음이 극히 낮은 CMOS 및 고효율 클래스-D 오디오 IC를 사용해 탁월한 사운드를 구현할 수 있다. 예를 들어, 오디오용 연산 증폭기 OPA1656은 20 kHz로 –129 dB의 낮은 왜곡을 실현해 전체 오디오 대역폭에서 오디오 신호 충실도를 높일 수 있다. 
스마트홈 분야에서는 소음이 심한 환경에서의 음성 포착과 기능 집적도를 높이고 혁신적인 패키징을 사용해 보드 공간을 크게 줄여가고 있다.
무피리 매니저는 "TLV320ADC5140이 4 mm2 크기로 동급 성능의 4채널 오디오 ADC 중에서는 크기가 가장 작다"고 강조했다. 이 제품은 3종류의 TI Burr-Brown 오디오 ADC로 이루어진 새로운 제품군에 속한다.
 
 
 
특징 TLV320ADC3140 TLV320ADC5140 TLV320ADC6140
제어 인터페이스 I2C 또는 SPI
디지털 오디오 시리얼 인터페이스 TDM, I2S 또는 left-justified (LJ)
오디오 아날로그 채널 4 4 4
디지털 PDM 채널 8 8 8
Dynamic Range Enhancer(DRE) 없음 있음 있음
Dynamic Range (DRE 비활성) 106 dB 108 dB 113 dB
Dynamic Range (DRE 활성) 없음 120 dB 123 dB
호환성 핀투핀, 패키지 및 제어 레지스터 호환, 서로 드롭인 교체
패키지 WQFN (RTW), 24-pin, 4.00 mm × 4.00 mm (0.5-mm pitch)

TI Burr-Brown 프리미엄 오디오 IC 제품군에는 이 ADC 외에도 고성능 클래스-D 증폭기, 데이터 컨버터, 연산 증폭기가 포함돼 있다.
 

업계에서 크기가 가장 작은 고성능 4채널 오디오 ADC 

오늘날 스마트홈 시스템의 경우, 원거리 오디오 포착을 요구한다. 반면, 현 시스템은 제한적인 마이크로폰 수와 신호처리 성능으로 시끄러운 환경에서 음성 명령을 포착하고 이해하기 점점 더 어려워지고 있다. 
이 문제를 해결하기 위해, TLV320ADC5140은 엔지니어들이 하이엔드 스마트 스피커, 사운드 바, 무선 스피커, 고화질(HD) TV, IP 네트워크 카메라, 화상회의 시스템, 스마트 가전기기 등의 애플리케이션에서 원거리 오디오 포착 능력과 음성 명령의 인식률을 향상시킬 수 있도록 설계됐다. 또한 어레이의 마이크로폰 수를 줄일 수 있어 시스템 비용도 낮출 수 있다. 

어떤 환경에서든 고충실도 음성 포착

TLV320ADC5140은 내장된 다이내믹 레인지 인핸서(Dynamic Range Enhancer, DRE) 기능을 이용해 120 dB의 다이내믹 레인지를 실현했다. DRE 기능을 해제해도 108 dB의 다이내믹 레인지를 제공한다. DRE는 시스템 차원에서 낮은 볼륨의 오디오 신호를 증폭하고 스피커 출력과 근접해서도 왜곡이 적은 레코딩 성능을 유지한다. 또한 모든 환경에서 원거리, 고음질의 레코딩 기능을 향상시킨다. 
TLV320ADC5140은 106-dB 이상의 다이내믹 레인지로 신호 대 잡음비(signal-to-noise-ratio, SNR)가 높은 최신 프리미엄 마이크로폰도 완벽하게 지원한다. 
또한 펄스 밀도 변조(Pulse Density Modulation, PDM) 마이크로폰 입력은 최대 4채널의 아날로그 또는 8채널의 디지털 마이크로폰을 지원해 시스템 설계의 유연성을 높일 수 있다. 뿐만 아니라 마이크로폰 어레이의 부정합을 균등화하기 위한 이득(gain) 및 위상 보정(Phase calibration) 등의 프로그램 기능도 포함하고 있다. 예를 들어, 채널 이득(Channel gain)은 1-dB 단위로 0~42 dB까지, 디지털 볼륨 제어는 -100~27 dB 범위까지 각각 조정할 수 있다. 마이크로폰의 바이어스 전압과 전원 전압의 생성 등도 프로그램 할 수 있다. 샘플 레이트(fS)는 8 kHz ~ 768 kHz, 채널당 소비 전력은 샘플 레이트 48 kHz 시 9.5 mW이다. 


TLV320ADC5140 블록 다이어그램

무피리 매니저는 "시스템 설계의 유연성을 제공함으로써 엔지니어들은 제품을 프로토타이핑을 할 때 아날로그 마이크로폰과 디지털 마이크로폰을 둘 다 사용해 보면서 성능과 가격을 고려해 최적의 결정을 할 수 있다"고 말했다.   

이밖에도 이득 조절 증폭기(Programmable Gain Amplifier, PGA), 고역 통과 필터( High-pass Filter, HPF), 채널 믹싱(channel mixing), 선형 위상(LP) 또는 초저 지연 데시메이션(decimation) 필터 등의 기능을 포함하고 있다. 


오디오 컨버터 마더보드(AC-MB) + ADC5140EVM-PDK
TLV320ADC5140 4채널 768-kHz Burr-Brown™ 오디오 ADC 평가 보드

TLV320ADC5140은 4 mm2 24핀 WQFN 패키지로 제공된다. 평가 모듈 ADC5140EVM-PDK는 한정 수량으로 제공된다. 

무피리 매니저는 이 제품의 적용 예로 감시 카메라를 들었다. 그는 "일반적으로 전력소모가 낮은 음성 모니터링용 디지털 마이크로폰이 침입자를 탐지하면, 카메라 시스템이 동작하고 동시에 아날로그 마이크로폰을 활성화시켜 침입자 방향으로부터 깨끗한 오디오 정보를 레코딩 할 수 있기 때문에 배터리 수명을 연장할 수 있다"고 말했다. 
이외에도 음성 제어 기능을 탑재한 가전 제품은 물론, 자동차의 음성 제어나 핸즈프리 통화에도 이용할 수 있다. 

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