OP 앰프 시장 ‘증폭’

최근 광 및 무선 네트워킹, 차세대 컴퓨팅 플랫폼 시장 등이 급속히 성장하면서 대표적인 아날로그 부품인 OP 앰프(연산 증폭기) 시장도 확대되고 있다.시장 통계에 따르면 전 세계 증폭기 시장의 연평균 성장률이 2009년까지 9.9%에 이를 것으로 나타나 관련 업계의 발걸음도 빨라지고 있다.증폭 기능과 연산 기능을 결합한 회로인 OP 앰프는 신호처리, 통신, 컴퓨터, 전력장치, 신호발생 장치 및 측정 장치 등의 거의 모든 분야에 적용되고 있는 제품이다.특히 최근에는 새로운 프로세스와 패키지 기술이 등장하면서 각 반도체 업체들은 고속 정밀 분야의 고가제품도 속속 출시하고 있는 추세다.OP 앰프는 어떤 분야에 적용되느냐에 따라 특성의 차이가 있지만 일반적으로 입력 전압과 옵셋 전압의 범위, 노이즈, 정밀도, 속도 등을 우선적으로 고려한다는 것이 업계 관계자의 공통된 의견이다. 또한 다양한 패키지 기술과 바이폴라, CMOS 등의 프로세스 공정으로 저전력을 구현해야 한다는 점도 핵심 요소로 떠오르고 있다.OP 앰프는 보통 고속(High Speed), 정밀, 저전력/저전압, 범용 등으로 나눈다. 50MHz나 그 이상의 대역에 적용할 수 있는 고속 OP 앰프는 주로 무선, 브로드밴드 액세스 장비, 비디오 프로세싱, 산업용 데이터 수집 시스템에 쓰인다. 특히 통신과 셋톱박스, 브로드밴드 모뎀 등 컨수머 애플리케이션의 적용이 늘어나고 있다. 최근에는 네트워크의 밴드 폭이 높아지면서 고속 앰프의 필요성이 커지고 있다. 주로 계측기 등에 쓰이는 정밀 OP 앰프는 최대 옵셋 전압을 가지고 있으며 저전력, 저전압 OP 앰프는 이동성이 강한 통신, 컴퓨팅 분야 등에 적합하다. 500uA 이하의 저전력과 2.5V 이하의 저전압 특성을 가진다. 범용 OP 앰프는 높은 스피드나 정밀도를 요구하지 않는 애플리케이션에서 주로 사용하며 저가이면서 보드 공간을 줄이기 위해 멀티플 패키지를 이용한다.NS, 전원 소모량 낮추는 공정지난해 정밀도와 전원 효율을 크게 개선해 주는 새로운 BiC- MOS 앰프 공정을 발표해 제품에 적용한 내셔널 세미컨덕터(이하 NS)는 OP 앰프 시장에 발빠르게 대처하는 경우다.NS의 VIP50 수직 통합 PNP(VIP) 공정 기술은 휴대용 디바이스 및 의료, 산업, 자동차 등의 애플리케이션에서 전원 소모량을 줄이고 노이즈 레벨을 낮춰준다. 독자적인 BiCMOS 아날로그 공정 기술은 0.9V~12V의 전압 범위에서 작동하는 OP 앰프 애플리케이션을 지원하며 의료 기기와 진단 툴을 비롯한 고성능 연료 분사 장치, 전송 시스템 개발이 가능하다고 이 회사는 밝혔다.“전통적으로 OP 앰프가 강한 NS는 BiCMOS 앰프 공정 등의 독자 기술을 바탕으로 하이 스피드, 저전력, 저전압, 정밀 앰프에 초점을 맞추고 있다”- 김용춘 내셔널 세미컨덕터 대표NS의 관계자는 VIP50 공정 기술을 발표하는 자리에서 “전력 소모량이 적고 우수한 정확도를 제공하며 소형 앰프 제작을 가능하게 하는 NS의 혁신적인 공정 기술을 통해 제조업체는 더욱 정밀한 휴대용 제품을 제작할 수 있다”며, “고속 VIP10 제품을 50개 이상 제공하고 있으며 VIP50 제품도 계속해서 제공할 계획이다”고 밝혔다.새로운 공정 발표와 함께 NS는 LMV651, LMV791, LPV511, LPV7215 등 총 6개의 최신 제품을 출시하며 시장을 주도했다. 회사 측은 LMV651 앰프의 경우, 12MHz의 단일 이득 대역폭의 제품으로 SOT 및 SC70 패키지로 제공되는 대부분의 경쟁사 제품에 비해 90% 가량 전원이 절감된다고 밝혔다. SC70 패키지로 제공되는 다른 제품들은 전파 지연이 6.6μs인 나노앰프 콤패러레이터를 비롯해 sub-1μA 성능 및 최대 12V로 작동한다. 또한 차세대 OP 앰프 시리즈로 200fA 미만의 입력 바이어스 및 최대 12V의 작동이 지원되는 고성능 sub-300μV 입력 오프셋을 제공하는 LMP7701과 LMP7711을 출시하기도 했다.노이즈 발생이 적은 LMV791 CMOS 입력 OP 앰프는 5.8nV/sqrt Hz의 플랫 밴드 노이즈를 제공하며 1.3mV 미만의 낮은 오프셋 전압과 낮은 온도 계수가 전체 시스템 정확도를 높여준다. 2.7V~12V 범위에서 작동하는 LPV511 마이크로 전력 OP 앰프 및 LPV7215 마이크로 전력 콤패러레이터는 각각 900 nA, 600 nA 미만의 공급 전류를 소모하며 두 제품 모두 레일투레일 입/출력을 제공한다.NS코리아의 김용춘 대표는 “전통적으로 OP 앰프가 강한 NS는 최근에 관련 제품이 많이 나오고 있다”며 “NS는 OP 앰프는 임피던스 매칭, 출력, 퍼포먼스 면에서 향상된 제품으로 하이 스피드, 저전력, 저전압, 정밀 앰프 중심으로 비즈니스가 이뤄지고 있다”고 밝혔다.NS는 지난 3월에 최대 24V까지 동작하는 새로운 저노이즈 CMOS OP 앰프를 추가했다. LM6211은 20MHz의 넓은 대역폭과 적은 노이즈를 특징으로 하는 제품으로, 공급 전압 범위가 5V~24V로 넓고 입력 바이어스 전류가 0.5pA로 매우 낮아 높은 임피던스 소스에 사용하기에 매우 적합하다. 입력 전압 노이즈가 10kHz에서 5.5nV/sqrt Hz이고 입력 전류 노이즈가 10fA/sqrt Hz인 LM6211은 무선 및 센서 인터페이스 애플리케이션에서 발견되는 신호 피델리티를 개선해 준다. 또한 입력 커패시턴스가 낮아 고주파에서 사용할 경우 우수한 안정성을 보증한다. 최소한의 시스템 전력 소비로 정확하게 전압 조건을 모니터하기 위해 LM6211은 1mA 미만의 낮은 공급 전류만을 사용한다.LM6211의 레일투레일 출력 단계는 커패시턴스 부하가 500pF 정도로 높은 경우에도 안정성을 유지하므로 출력 시 최대한의 동적 범위를 제공한다.김 대표는 “OP 앰프는 다른 전자 시스템의 매우 폭넓은 애플리케이션의 기초 빌딩 블록에 들어가는 부품”이라며 “NS의 독자적인 제품처럼 차별화된 OP 앰프는 차별화된 고성능 시스템을 위한 기능을 제공한다”고 말했다.리니어, 1.8V 듀얼/쿼드 앰프리니어 테크놀로지 코리아(대표 홍사곽, 이하 LTC)도 초소형 DFN 패키지 형태의 1.8V 듀얼 및 쿼드 동작 앰프를 출시했다. LT6001 및 LT6002는 앰프 당 전류 소모량이 13μA에 불과하며, 성능 특성이 매우 우수하다. 입력 오프셋 전압은 25℃에서 최대 500μV이고, 최대 드리프트는 5μV/℃이다. 입력 및 출력은 레일투레일 동작이 특징이다.“LTC의 1.8V 듀얼 및 쿼드 동작 앰프는 타사와 비슷한 스펙을 가진 제품을 타사보다 작은 패키지 안에 집적했다는 차별성을 갖는다”- 김태현 리니어테크놀로지코리아 부장저전압, 저전류 소모 및 우수한 DC 특성이 초소형 DFN 패키지에 결합된 이들 디바이스는 휴대용 및 배터리 전원 방식의 애플리케이션에 적합하다고 회사 측은 설명했다.LTC의 김태현 부장은 “전류 소모를 작게 하기 위해 작은 패키지(DFN 패키지) 안에 넣었다는 것이 LTC 1.8V OP 앰프의 가장 큰 특징이다. 다시 말해 타사와 비슷한 스펙을 가진 제품을 타사보다 작은 패키지 안에 집적했다는 차별성을 갖는다”고 말했다. DFN 패키지는 칩 몸통에 리드가 있어 작은 면적을 차지하는 특성이 있다.전력을 대폭 절감할 수 있는 3mm×3mm 패키지 형태의 듀얼 LT6001은 셧다운 핀도 포함하고 있어 미사용 시 전류 소모량을 최대 1.5μA까지 감소시킨다. 김 부장은 또 기존의 OP 앰프가 2.4V 이상에서 동작하는 반면 LTC 제품은 1.8V의 동작전압을 갖는 것이 특징이라고 덧붙였다.ADI, 노이즈 특성 최소화아나로그디바이스(한국지사장 전고영, 이하 ADI)는 정밀 신호 조절이 필요한 휴대형 애플리케이션에서 저전압으로 동작하여 최소 전력을 소모하는 OP 앰프를 출시했다. AD8613, AD8617 및 AD8619 디바이스는 레일투레일 입/출력 기능의 싱글, 듀얼 및 쿼드 연산 증폭기로, 경쟁 디바이스 대비 각각 50% 낮은 잡음 및 30% 낮은 전력과 2배 높은 정밀도를 제공한다고 회사 측은 밝혔다.“노이즈 개선은 설계상의 문제가 가장 크며, 노이즈 특성이 좋다보니 정밀도도 우수해졌다. 전력 문제도 공정을 반으로 줄여 1/8 수준으로 줄였다”- 하헌성 ADI 코리아 차장아나로그디바이스 코리아의 전고영 사장은 “휴대형 의료 애플리케이션 설계에서 정밀도를 유지하면서 비용을 낮추고 배터리 수명을 연장시키는 것이 가장 어려운 문제”라며, “저잡음 연산 증폭기 제품군은 2셀 또는 다중 셀 배터리 구동 디바이스의 아날로그 프론트 엔드를 위한 저가형 솔루션을 제공한다”고 밝혔다.AD861x는 1.8V에 이르는 저전압 동작이 완벽하게 보장되므로 전력 관리와 안정성이 중요한 온도 모니터 및 이산화탄소 감지기 같은 배터리 작동 디바이스에 적합하다는 설명이다.AD8613 제품군은 최대 공급 전류가 38μA에 불과하며 1.8V~5V에서 작동한다. 이 디바이스는 최대 2mV의 낮은 오프셋 전압, 최대 1pA의 초저 입력 바이어스 전류 및 22nV/qrt-Hz의 낮은 잡음을 자랑한다. 뿐만 아니라 레일투레일 출력 기능을 통해 저전력 12~16비트 애플리케이션에서 ADC를 구동하고 DAC를 버퍼링하는 데 적합한 성능을 제공한다.AD861x를 적용 할 수 있는 휴대형 의료용 애플리케이션에는 세동 제거기(갑자기 심장박동이 정지된 사람의 심장박동을 정상화시키는 장치), 체온계, 혈압 모니터, 글루코스 모니터 및 기타 환자 모니터 등이 있고, 휴대형 컨수머 애플리케이션에는 연기 탐지기 및 원격 전력선 감지기 같은 안전/응급 장비가 포함된다.ADI의 하헌성 차장은 “이번 OP 앰프는 IC 내부 디자인을 획기적으로 바꾼 제품으로 테스트한 결과, 타사에 비해 잡음이 반 이상 줄고, 정밀도가 현저하게 높아졌다.”며 “노이즈 개선은 설계상의 문제가 가장 크며, 노이즈 특성이 좋다보니 정밀도도 우수해졌다. 프로세스와 관련된 전력 문제도 공정을 반으로 줄여 1/8 수준으로 줄였다”고 말했다.TI, 초저 오프셋 저전류 자부제로 드리프트 연산 증폭기의 새로운 제품군을 발표한 TI 코리아(대표이사 손영석)도 전력면에서는 단연 앞선다는 입장이다.지난달에 출시한 OPA333은 2μV의 초저 오프셋, 17μA의 초저 무부하 전류, 1.8V로 낮아진 동작 전압을 자랑한다고 회사 측은 밝혔다. 이 제품은 SC70이나 SOT23 패키지의 특징으로 의료용 계측, 온도 측정, 테스트 장비, 보안 및 컨수머 시스템 등 까다로운 애플리케이션에 적용된다.“고성능, 정밀 혼합 신호 CMOS 기술이 사용된 OPA333은 자동 제로 기법을 사용해 매우 낮은 오프셋 전압과 시간, 온도에 대해 거의 제로에 가까운 드리프트를 제공한다” - 텍사스인스트루먼트TI의 관계자는 “OPA333은 정밀도, 저전력, 낮은 작동 전압, 소형 패키지 결합을 요구하는 고성능 차세대 애플리케이션에서 핵심 빌딩 블록 부품으로 사용될 것”이라고 전했다.TI의 고성능, 정밀 혼합 신호 CMOS 기술이 사용된 OPA333은 자동 제로 기법을 사용해 매우 낮은 오프셋 전압과 시간, 온도에 대해 거의 제로에 가까운 드리프트를 제공한다. 레일투레일 출력을 제공하는 이 제품은 최저 1.8V, 최고 5.5V까지의 단일형 또는 듀얼 전원장치를 사용할 수 있다.OPA333은 기존의 보완적 입력 단계와 관련된 크로스오버 오류 없이도 뛰어난 CMRR(common-mode rejection ratio)의 기능을 제공하여, 차동 선형성을 저하시키지 않으면서 ADC를 구동할 수 있다.ST, 비디오 전용 앰프 출시STMicroelectronics(대표 이영수, 이하 ST)도 HDTV, 전문가용 비디오 및 의료 이미징 애플리케이션을 위한 초고속 비디오 앰프를 출시했다.“ST의 TSH340 및 TSH341 앰프는 비디오 전용 앰프로 초고속 0.25미크론 제조 기술을 사용하여 불과 9.8mA의 대기 전류로 최대 300MHz의 대역폭을 달성한다” - 옥윤상 STMicroelectronics 과장이 제품은 하이엔드 산업, 의료용 이미징 시스템과 HDTV 기반 셋톱 박스, DVD 플레이어에서 75Ω 비디오 라인에 초 고선명 신호를 구동할 수 있도록 설계됐다.이 새로운 TSH340 및 TSH341 비디오 앰프는 제로 볼트에 가까운 비디오 신호를 구동하는 기능과 함께 단 하나의 3V~5V 전원공급장치에서 작동하는 것이 특징이다.TSH340은 내부 게인이 있는 버퍼로서, 보드 공간과 부품 수 모두 감소됐다. 게인은 6dB로 설정되어 있어 라인을 잘 일치시키면서도 비디오 신호 레벨을 적당히 유지할 수 있다.TSH341은 TSH340과 같은 전압 피드백 아키텍처를 사용하지만 게인을 외부에서 설정할 수 있는 OP 앰프이다. 두 제품 모두 보완적인 초고속 0.25미크론 제조 기술을 사용하여 불과 9.8mA의 대기 전류로 최대 300MHz의 대역폭을 달성한다.TSH340과 TSH341은 높은 슬루율, 낮은 왜곡 및 65MHz의 게인 편평도가 7nV/sqrt Hz의 낮은 입력 전압 노이즈와 결합되어 75Ω 비디오 라인에서 DAC 출력을 구동하기 위한 최상의 솔루션이 된다고 회사 측은 밝혔다. 이 앰프는 생산 테스트로 보장되는 60mV의 접지 내로 신호를 구동할 수 있도록 해주며 단일 5V 전원에서 작동하면서 전환 정전용량 없이 DAC 출력에서 직접 비디오 신호가 구동될 수 있도록 해준다.두 제품 모두 150Ω 및 100Ω 부하에 맞게 제작되고 소형 SOT 23-5 및 SO8 플라스틱 패키지로 공급된다.ST 측은 “OP 앰프에 맞게 최적화된 평가 보드 키트가 TSH 340 및 TSH341 비디오 앰프를 지원하며, 이 키트에는 데이터시트, 애플리케이션 노트, 자료 및 사용 설명서가 포함된 CD-ROM이 있다”고 전했다.핵심 특성에 최적화가 과제이처럼 많은 반도체 업체들은 고성능의 OP 앰프 제품을 내놓고 있지만 광범위한 분야에 적용되는 앰프 제품의 특성상, 단순 비교는 힘들다는 일반적인 의견이다. 대신 범용제품보다는 고가 제품군에 속하는 고속 정밀 제품에 초점을 맞추면서 고객에게 맞는 특성을 제공하는 데 노력하고 있다.김용춘 NS코리아 대표의 말처럼 “하나의 OP 앰프로 모든 애플리케이션의 요구를 충족할 수 없기 때문에 어떤 핵심 특성을 최적화 시켜주는 프로세스 기술과 거기에 적합한 패키지 기술을 적용해야”하는 것이 OP 앰프 업체들의 숙제이다. <신윤오 기자>

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