이득대역폭곱 (Gain-Bandwidth Product)
한 줄 정의: 증폭기의 이득과 대역폭을 곱한 값으로, 한 회로에서 거의 일정하게 유지되는 성능 한계 지표입니다.
쉽게 풀면
증폭기에서 이득을 높이면 신호를 처리할 수 있는 주파수 범위가 좁아지고, 이득을 낮추면 범위가 넓어집니다. 두 값을 곱하면 대체로 일정한 값이 나오는데 이것이 이득대역폭곱입니다. 이 값은 증폭기 자체의 체급을 나타내므로, 같은 소자를 어떻게 쓰든 이득과 속도를 동시에 공짜로 얻을 수는 없다는 뜻이 됩니다.
왜 중요한가
증폭기를 고를 때 가장 먼저 확인하는 사양이며, 필요한 이득에서 요구 대역폭이 나오는지 즉시 판단할 수 있게 해 줍니다. 부귀환을 걸어 이득을 낮추면 그만큼 대역이 넓어진다는 사실도 이 지표로 설명되므로, 회로 성능의 상충 관계를 논할 때 표준 언어 역할을 합니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"제안한 증폭기는 1.2V 공급 전압에서 이득대역폭곱 180MHz를 달성하면서 소비 전류를 기존 대비 40% 줄였다."
이득과 속도를 한 수치로 묶어 전력 소비와 함께 성능을 비교한 사례입니다.
조금 더 깊게 보면
단일 극점으로 근사되는 증폭기에서는 이득이 주파수에 반비례해 떨어지므로 두 값의 곱이 일정해지고, 이 곱은 이득이 1이 되는 단위이득 주파수와 수치적으로 같습니다. CMOS 증폭기에서는 이 값이 대체로 입력 트랜지스터의 트랜스컨덕턴스를 보상 커패시터로 나눈 값에 비례하므로, 속도를 높이려면 전류를 더 쓰거나 부하 용량을 줄여야 합니다. 여러 극점이 가까이 있는 다단 증폭기에서는 이 곱이 일정하다는 근사가 무너지므로, 위상 여유와 함께 보아야 합니다.
주의할 점
이득대역폭곱이 일정하다는 성질은 단일 극점 근사가 성립하는 범위에서만 유효하며, 큰 신호를 다룰 때는 슬루율이 먼저 한계로 작용해 계산과 다른 속도가 나옵니다. 슬루율이 큰 신호의 속도 한계라면, 이 지표는 작은 신호의 속도 한계입니다.