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오늘은 실제 OP AMP를 선정할 때 고려되어야 할 주요 성능에 대해서 정리해 보겠습니다. 이전까지의 포스팅에서는 이상적인 OP AMP에 대해서 알아봤지만, 실무에 쓰는 OP AMP는 이상적인 경우와는 달리 약간의 오차가 발생하게 되는데요. 그렇기에 소자 선정에 앞서 주요 성능의 개념을 제대로 이해하는 게 필요합니다.
그럼 한 개씩 바로 보시죠!
1. OP AMP의 주요 성능
1) CMRR
CMRR(Common Mode Rejection Ratio)은 직역하면 '공통 모드 신호를 제거하는 비율'이라고 할 수 있습니다. 즉, OP AMP 두 개의 입력 단자에 인가되는 공통 모드 신호를 얼마큼 제거할 수 있는지를 나타내는 비율입니다. OP AMP는 일반적으로 차동 증폭기로 동작하여 두 개의 입력신호의 차이를 증폭합니다. 따라서 이상적인 경우에는 공통 모드 신호(Vcm)는 상쇄되어 출력 신호에 영향을 미치지 않습니다. 이상적인 OP AMP는 CMRR이 무한합니다. CMRR이 높을수록 이상적인 차동증폭기가 됩니다.
공통 모드 신호는 대표적으로 전원 노이즈가 있습니다. 전원 노이즈는 두 개의 입력 단자에 동일하게 입력되는데, CMRR이 높을수록 전원 노이즈를 더 많이 제거하고 Offset Voltage도 낮아지게 됩니다.
2) PSRR
PSRR(Power Supply Rejection Ratio)은 직역하면 '전원 전압 변동을 제거하는 비율'이라고 할 수 있습니다. 즉, OP AMP에 공급되는 전원 전압이 흔들릴 때 출력이 얼마나 흔들리는지 나타내는 비율입니다.
위의 그림처럼, 실제 OP AMP에 공급되는 전원 전압(VDD)은 +△값의 전원 노이즈 성분이 존재합니다. 이 노이즈 성분을 제거하는 것은 제품 성능에 아주 중요한 요소입니다. 이상적인 OP AMP는 PSRR이 무한합니다. 즉, PSRR이 크면 클수록 노이즈 성분에 의해 출력신호가 영향을 받지 않는다는 뜻입니다. 전원 노이즈 성분은 앞 서 말씀드렸듯이 일종의 공통 모드 신호와 같은 형태이기 때문에 CMRR와 PSRR은 비슷한 개념입니다. CMRR이 높으면 PSRR도 높습니다.
3) Offset Voltage
이상적인 OP AMP는 '두 개의 입력 단자의 전압은 같습니다. 즉, 두 개의 입력 단자의 전압의 차이가 0입니다.' 그렇다면 두 개의 입력 단자에 동일한 신호를 인가할 경우, 출력 신호는 0일 수밖에 없습니다.
하지만, 실제 OP AMP는 이상적이지 않기에, 두 개의 입력 단자의 전압이 아주 미세하게 차이가 납니다. 따라서 두 개의 입력 단자에 동일한 신호를 인가하여도, 출력 신호가 출력됩니다. 이 출력 신호를 Offset Voltage라고 합니다.
Offset Voltage이 0에 가까우면 가까울수록 이상적인 OP AMP입니다. 즉 Offset Voltage가 작으면 작을수록 좋은 OP AMP라는 뜻입니다. 통상적으로 Offset Voltage는 mV 또는 uV단위입니다.
4) Slew rate
Slew rate는 OP AMP의 동작 속도를 나타내는 중요한 파라미터입니다.
이상적인 OP AMP의 경우, 입력 신호와 출력 신호와의 시간 차이가 0입니다. 즉 입력되는 데로 곧바로 출력된다는 뜻입니다. 하지만, 실제 OP AMP는 입력 신호가 들어오면 신호를 출력하는 과정에서 약간의 딜레이가 발생하게 됩니다.
위의 그림처럼 입력 파형에 ON/OFF 주기를 같은 구형파 펄스를 인가할 경우, 출력파형이 LOW에서 HIGH로 올라가고, HIGH에서 LOW 내려가는 과정에서 딜레이가 발생합니다. 그 기울기값을 나타내는 것이 바로 Slew rate입니다. 이러한 특성으로 인해 OP AMP의 응답 속도에 한계점이 생기게 됩니다. 즉 입력 신호에 ON/OFF 주기를 같은 고주파 펄스를 입력할 경우 Slew rate값은 필수로 검토하셔야 합니다. Slew rate값이 크면 클수록 고주파 신호에도 제한을 받지 않습니다.
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