Analog 회로) Folded-cascode 의 개념과 장단점

 

Analog amplifier 를 만들 때 많이 사용하는 기술 중 하나가 바로 folded cascode 입니다.

오늘은 folded cascode 의 개념과 장단점에 대해 다뤄보겠습니다.

 

 

일반적인 CS stage 와 CG stage

 

Amplifier 를 설계할 때  용도에 따라서 gain 이나 output resistance 를 다르게 설계합니다.

이에 따라 Common source stage 와 Common gate stage 등을 활용하게 됩니다.

Folded cascode 는 위의 CS, CG stage 에 변형을 가하는 scheme 입니다.

 

 

 

Folded cascode 의 개념

 

Fold 의 뜻을 사전에 검색해보면 접다 라는 뜻으로 나오는데요.

문자 그대로 CS, CG stage 를 접어서 사용하는 것이 바로 folded-cascode 입니다.

 

 

 

CS, CG stage 를 위와 같이 접어서 folded cascode stage 를 만들 수 있습니다.

CS stage 에서 nmos 였던 input transistor M1 을 pmos 로 바꿔주고

CG stage 에서 pmos 였던 input transistor M1 을 nmos 로 바꿔주면 되죠.

 

이렇게 할 경우 output stage 를 drive 하는 tr 과 input voltage 를 받는 tr 종류가 달라지게 됩니다.

(NMOS + PMOS or PMOS + NMOS)

이렇게 stage 를 구성한 것이 바로 folded cascode 방식이죠.

 

 

 

 

Folded-cascode 방식의 장단점

이러한 folded-cascode 방식은 여러가지 장단점이 있습니다.

먼저 장점은 바로 input voltage range 가 넓어지게 됩니다.

왼쪽의 CS, CG stage 를 보면 input tr 인 M1 의 saturation region 을 보장하기 위한 range 가

Vds > Vin-Vth 입니다.

하지만 tr M2 때문에 overdrive voltage 인 Vov 만큼 손해를 보게 되죠.

반면에 Folded cascode 방식에서는 input tr 인 M1이 M2 와 분리되어 있기 때문에 input range 가 더 넓죠.

 

반면 단점으로는 Current 를 더 많이 사용하는 단점이 있습니다.

같은 양의 saturation current 를 흘리는 경우 CS, CG 의 경우 M1, M2 가 current 를 공유해서 사용하지만,

Folded-cascode 의 경우 current 를 따로 쓰게 되어 동일 performance 를 위해서는

더 많은 current 소모가 필수적이죠.

결국 power 를 많이 소모하게 됩니다.

 

 

 

 

실제 amplifier 에서의 folded-cascode 방식의 응용

 

실제 amplifier 에서 folded-cascode 방식으로 변경하게 되면 위와 같이 변경할 수 있습니다.

이상입니다.