TI 사의 고성능 Op-Amp

PGA2500는 고성능 오디오 아날로그-디지털(A-D) 컨버터의 전단으로 사용하기 위해 설계된 디지털 제어 아날로그 마이크 프리앰프입니다. PGA2500의 특징은 낮은 잡음, 넓은 다이내믹 레인지 및 차동 신호 경로가 있습니다. 칩 내 DC 서보 루프가 DC 오프셋을 최소화하는 데 사용되며, 공통 모드 서보 기능은 공통 모드 거부를 향상시키기 위해 사용될 수 있습니다.

PGA2500의 게인 범위는 10dB부터 65dB까지(1dB/단계)이며, 단위 게인 설정도 제공됩니다. 넓은 게인 범위는 다양한 마이크와 함께 사용할 수 있도록 합니다. 게인 설정 및 내부 기능은 간단한 직렬 포트 인터페이스를 사용하여 로드되는 16비트 제어 워드를 사용하여 프로그래밍됩니다. 직렬 데이터 출력 핀은 여러 PGA2500 장치의 데이지 체인 연결을 지원합니다. 입력 PAD, 팬텀 파워, HPF 및 극성 반전 기능의 외부 스위칭을 제어하기 위해 네 개의 프로그래밍 가능한 디지털 출력이 제공됩니다. PGA2500에는 +5V 및 -5V 전원 공급이 모두 필요하며, 소형 SSOP-28 패키지로 제공됩니다.

• Fully Differential Input-to-Output Architecture
• Digitally Controlled Gain Using Serial Port Interface:
  • Gain Range: 10dB through 65dB, 1dB per step
  • Unity (0dB) Gain Setting via Serial Port or Dedicated Control Pin
• Dynamic Performance:
  • Equivalent Noise with ZS = 150 and Gain = 30dB: –128dBu
  • Total Harmonic Distortion plus Noise (THD+N) with Gain = 30dB: 0.0004%
• Zero Crossing Detection Minimizes Audible Artifacts when Gain Switching
• Integrated DC Servo Minimizes Output Offset Voltage
• Common-Mode Servo Improves CMRR
• Four-Wire Serial Control Port Interface:
  • Simple Interface to Microprocessor or DSP Serial Ports
  • Supports Daisy-Chaining of Multiple PGA2500 Devices
• Dedicated Input Pin for Selecting Unity Gain
• Overload Output Pin Provides Clipping Indication
• Four General-Purpose Digital Output Pins
• Requires ±5V Power Supplies
• Available in an SSOP-28 Package
• APPLICATIONS
  • Microphone Preamplifiers and Mixers
  • Digital Mixers and Recorders

All trademarks are the property of their respective owners.

• Max input level : 6dBu(1.5V)

• Gain-bandwidth product : 약 0.6MHz@60dB

• EIN : -128dB

• THD+N vs Frequency

같은 Op-Amp 를 사용했다고 해서 같은 음질을 구현하지는 않습니다. Op-Amp 에 얼마만큼의 전압(또는 전력)을 인가하느냐에 따라서 최대 입력 레벨이나 게인 범위 특성이 달라질 수 있습니다. 전력을 최대로 사용하면 최대의 성능을 내지만, 버스 파워 기기와 같은 저전력 설계에는 최소한의 전력을 인가하기도 합니다.

• https://www.sweetwater.com/store/detail/ApolloTwinS--universal-audio-apollo-twin-solo-2x6-thunderbolt-audio-interface-with-uad-dsp
• https://www.soundonsound.com/reviews/rme-octamic-xtc
• https://rme-audio.de/micstasy.html
• https://mikeriversaudio.files.wordpress.com/2014/08/prismsound_lyra1_review_mr.pdf
• https://gearspace.com/board/studio-stage-mobile-amp-location-equipment/1252514-merging-anubis-25.html
• https://www.audiotechnology.com/reviews/antelope-audio-zen-studio-usb-audio-interface

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2000년대 초반, 오디오 인터페이스와 디지털 콘솔 시장이 급격히 팽창하면서 엔지니어들은 한 가지 간절한 숙원을 갖게 됩니다. 바로 “지난번에 녹음했던 그 게인 값을 수치 그대로 완벽하게 불러올 수 없을까?” 하는 점이었습니다. 기존의 INA163이나 SSM2019 같은 칩들은 가변 저항(Potentiometer)을 직접 돌려야 하는 순수 아날로그 방식이었기에 정확한 수치 복원이 불가능했습니다. 이때 버브라운(Burr-Brown, 현 TI)이 내놓은 PGA2500은 아날로그 증폭 회로와 디지털 제어부(SPI 인터페이스)를 하나의 칩에 통합하며 이 문제를 완벽히 해결했습니다. PGA2500의 가장 큰 혁신은 1dB 단위의 정밀한 게인 조절을 소프트웨어적으로 가능하게 했다는 점입니다. 내부적으로는 고성능 아날로그 증폭 회로를 갖추고 있으면서도, 그 증폭률을 결정하는 피드백 루프를 디지털 레지스터로 제어하는 방식을 취했습니다. 이는 엔지니어가 마우스 클릭 한 번으로 수십 개의 채널 게인을 즉시 복구(Total Recall)할 수 있는 시대를 열었으며, RME Fireface 400이나 Micstasy 같은 장비들이 “소프트웨어 제어 프리앰프“라는 타이틀을 달고 시장을 장악하는 핵심 동력이 되었습니다. 사운드 퀄리티 면에서도 PGA2500은 타협하지 않았습니다. 디지털로 제어된다고 해서 소리까지 디지털적인 것은 아니었습니다. 오히려 당시 하이엔드 아날로그 프리에 필적하는 -128dBu의 낮은 입력 잡음(EIN)과 넓은 다이내믹 레인지를 확보했습니다. 또한, 게인을 조절할 때 발생하는 '찌릭' 거리는 노이즈(Zipper Noise)를 방지하기 위해 신호가 0을 지날 때만 값을 변경하는 제로 크로싱(Zero Crossing) 기술을 도입하여, 실시간 레코딩 중에도 매끄러운 게인 조절이 가능하도록 설계되었습니다. 이 칩의 등장은 단순히 편리함을 넘어 하드웨어 설계의 지형을 바꾸어 놓았습니다. PGA2500 하나만 있으면 수많은 릴레이와 가변 저항, 복잡한 제어 회로가 필요 없게 되어 기판의 크기를 획기적으로 줄일 수 있었습니다. 덕분에 베이비페이스나 파이어페이스 같은 컴팩트한 오디오 인터페이스에서도 대형 콘솔급의 정밀한 프리를 탑재할 수 있게 된 것입니다. 이는 하드웨어의 소형화와 정밀 제어라는 두 마리 토끼를 동시에 잡은 상징적인 사례로 평가받습니다. 결론적으로 PGA2500은 “디지털로 제어하는 고성능 아날로그 프리앰프“라는 개념을 완벽한 상용 제품으로 정착시키고 수많은 스튜디오의 표준으로 만든 주인공입니다. 20여 년이 지난 지금도 수많은 하이엔드 장비와 라이브 믹서에서 이 칩이 현역으로 뛰고 있다는 사실이 그 독보적인 완성도를 증명합니다. 아날로그의 질감과 디지털의 편의성을 가장 이상적으로 결합해낸, 현대 음향 장비 설계의 기념비적인 소자라 할 수 있습니다.