프로그래머블 게인 앰프란?
프로그래머블 게인 앰프는 프로그램에 의해 사용자 측에서 게인의 크기를 바꿀 수 있는 앰프를 말합니다.
연산 증폭기를 이용한 증폭기이며, 일반적으로 비반전식 구성입니다. 프로그램 게인 앰프는 프로그래밍을 통해 게인을 변경할 수 있기 때문에 아날로그 신호를 디지털 신호로 변경하는 시그널 체인에서 변경 가능한 여지를 남길 수 있습니다.
신호의 수신 강도를 높이고 싶다는 고객이나 사용자의 요구에 대해 나중에 게인 변경을 통해 유연하게 대응할 수 있기 때문에 유연한 제품 개발이 가능합니다.
프로그래머블 게인 앰프의 사용 용도
프로그래머블 게인 앰프는 주로 통신기기나 감지기, 분석기기 등 신호나 노이즈를 수신하는 부분의 장치에서 신호의 증폭 용도로 사용됩니다. 구체적으로 휴대폰 등의 기지국이나 수신기, 초음파 레이더, 무선 통신, 음성 분석 정도입니다. 그 외에도 모터 제어 등의 애플리케이션에도 사용됩니다.
프로그램 이득 증폭기의 사양을 선택할 때, 프로그램 가능한 이득의 범위와 종류, 임피던스의 크기, 이득의 정확도 등을 고려해야 합니다.
프로그래머블 게인 앰프의 원리
프로그래머블 게인 앰프는 연산 증폭기의 부귀환 회로부의 저항을 래더 구성으로 하고, 디지털 회로의 레지스터 값 제어를 통해 스위치 동작을 통해 이 저항 값을 전환합니다. 이에 따라 광범위한 다이내믹 레인지를 갖는 게인 스위칭, 증폭기 동작을 실현하고 있습니다.
부귀환 회로부의 저항값 외에 연산 증폭기에 인가하는 내부 전압을 프로그램에 의해 변경함으로써 연산 증폭기의 증폭률 자체를 가변적으로 변경하여 이득의 크기를 변화시키는 것도 하나의 방법입니다. 의료 기기나 과학 실험 등에 사용되는 기기의 프로그램 게인 앰프는 넓은 다이내믹 레인지의 증폭률이 요구되며, 노이즈가 적고 온도 안정성이 우수해야 합니다.
따라서 저항이나 커패시터 등을 프로그램 게인 앰프에 탑재하여 저역 통과 필터를 형성하여 고주파 노이즈를 제거할 수 있는 메커니즘을 탑재한 제품도 있습니다. 또한, 여러 개의 연산 증폭기를 프로그램으로 동작 가능한 스위치로 연결하여 필요에 따라 연산 증폭기를 프로그램에 의해 동작시켜 효율적으로 큰 증폭을 할 수 있는 제품도 출시되고 있습니다.
프로그래머블 게인 앰프의 기타 정보
1. 센서 용도로 사용되는 프로그램 이득 증폭기
센서를 이용한 시스템 설계에서는 다양한 종류의 센서의 출력 범위와 후단 A-D 컨버터의 입력 범위를 조합하여 일치하도록 설계하지만, 반드시 시스템상의 입출력 범위가 일치하는 것은 아닙니다. 이러한 경우, 센서의 매우 미약한 저레벨 시 출력 범위를 커버하고 A-D 컨버터의 입력 범위에 맞추기 위해 센서와 A-D 컨버터 사이에 프로그램 게인 앰프를 사용해야 합니다.
센서 애플리케이션의 경우, 그 애플리케이션적 역할로 인해 당연히 노이즈 레벨에 주의를 기울여야 합니다. 계측 증폭기(인스트루멘테이션 앰프)도 많이 사용되지만, 프로그램 게인 앰프는 계측 증폭기의 후단에 게인 가변 기능을 추가한 것으로 볼 수 있습니다.
2. 프로그래머블 게인 앰프(PGA)와 가변 게인 앰프(VGA)의 차이점
둘 다 게인을 변경 조정할 수 있는 증폭기라는 점에서는 동일합니다. 프로그램 게인 증폭기(PGA)의 경우 아날로그적인 연속적인 조정이 아닌 4x, 8x, 16x와 같이 디지털 제어로 비트 전환이 가능하기 때문에 이산적인(정확한) 값의 게인 조정 용도로 사용됩니다.
조정용 레지스터의 비트 수만큼의 게인 설정에 대해서만 조정 분해능이 있다는 점에 유의해야 합니다. 반면, 가변 이득 증폭기(VGA)는 아날로그 방식으로 연속적인 이득을 제어하기 때문에 상대적으로 응답이 빠르며 AGC(자동 이득 제어) 동작이 필요한 애플리케이션에 적합합니다.