PowerBudget 설계 질문

投稿した質問数 3

0

안녕하세요, 답변 남겨드립니다.

질문하신 내용처럼 전원 전압이 달라지면 소비전류도 달라질 수 있습니다. 다만 CS43L22의 경우에는 먼저 확인해야 할 부분이 있습니다. 이 IC는 내부 기능에 따라 사용하는 전원 핀이 구분되어 있고, 각 전원 핀마다 허용 전압 범위가 다릅니다.

CS43L22 데이터시트의 Recommended Operating Conditions를 확인해 보면, 아날로그 전원(VA), 디지털 전원(VD), 헤드폰 앰프 전원(VHP)은 1.65~2.63V까지 사용할 수 있습니다. 반면 디지털 인터페이스 전원(VL)은 1.65~3.47V까지, 스피커 앰프 전원(VP)은 1.60~5.25V까지 사용할 수 있습니다.

따라서 3.3V를 공급한다고 해서 모든 전원 핀에 3.3V를 인가해도 되는 것은 아닙니다. VL이나 VP에는 3.3V를 사용할 수 있지만, VA, VD, VHP에 직접 3.3V를 인가하면 허용 전압을 초과하게 됩니다. 만약 강의의 블록 다이어그램에서 CS43L22 전체를 3.3V 전원에 연결한 것처럼 표현했다면, 실제 회로를 설계할 때는 해당 전원 핀들을 구분해서 확인해야 합니다.

소비전류도 데이터시트의 Power Consumption 표를 기준으로 살펴보겠습니다. Stereo Playback to Headphone 조건에서 1.8V를 사용하는 경우 소비전류의 합은 약 7.69mA이고, 2.5V를 사용하는 경우에는 약 10.19mA입니다. 따라서 전압이 1.8V에서 2.5V로 증가할 때 소비전류 역시 증가하는 것을 확인할 수 있네요.

다만 이 수치는 48kHz 샘플링, Slave Mode, 무부하 조건에서 측정한 Typical 값입니다. 실제 헤드폰을 연결하여 오디오를 출력하면 출력 레벨과 부하 임피던스에 따라 소비전류가 추가로 증가할 수 있습니다.

Power Budget을 산정할 때는 이런 동작 조건을 고려해야 합니다. 예를 들어 2.5V에서 스테레오 헤드폰을 구동한다면 무부하 상태에서도 약 10.19mA가 소비되므로, 10mA 이하로 확정하는 것은 적절하지 않습니다. 초기 설계에서는 실제 사용 모드의 소비전류를 기준으로 잡고, 부하에 따른 증가분과 20~30% 정도의 설계 여유를 검토하는 것이 좋습니다. 이후 시제품 단계에서 최대 출력 조건의 소비전류를 측정해 Power Budget을 보정하면 됩니다.

강의에서 10mA 수준으로 산정한 부분은 초기 Power Budget을 위한 개략적인 소비전류 추정값으로 이해하시면 될 것 같습니다. 다만 2.5V에서 3.3V로 올려도 소비전류가 10mA 이하일 것이라고 가정한 것은 아닙니다. 실제 설계에서는 전원 핀별 허용 전압과 동작 모드를 구분해야 하며, 3.3V 전원에서 VA, VD, VHP를 구동하려면 별도의 2.5V 또는 1.8V 전원 공급이 필요합니다.

실무에서는 소비전류 계산에 앞서 각 IC의 전원 핀에 인가되는 전압이 데이터시트의 권장 동작 범위에 들어오는지 확인하는 것이 우선입니다. 이 부분이 잘못되면 Power Budget의 정확도뿐 아니라 IC의 정상 동작과 신뢰성에도 문제가 생길 수 있기 때문입니다.