5에서 Amplifier 의 gain 을 늘리기 위한 방법으로 multi-stage 를 이용하는 방법과 cascode 방법에 대해 알아보았습니다. 두 방법 다 많이 사용하는 방법이지만, 공정이 미세화되고 supply voltage가 점점 낮아지면서 cascode 방식은 사용하기 어려워지게 됩니다. mosfet을 stack하면 각각의 단이 차지해야하는 saturation voltage가 있는데 이게 아무리 작아도 0.3V 이상은 필요하기 때문이죠.... 4개의 mosfet만 cascode하더라도 1.2V 이상의 supply voltage가 필요합니다. 따라서 자연스럽게 multi-stage 방식을 이용하여 amplifier의 gain을 증가시킵니다. 하지만 전에도 말했듯이 stage 수를 늘려서 gain을..

Current mirror는 amplifier 등의 회로에서 원하는 current를 흘려주기 위해서 필수적인 회로입니다. 회로를 설계하는 관점에 있어서 전류의 관점에서 혹은 전압의 관점에서 설계를 하게 되는데, 실제로는 기준을 잡아주기에 전류가 더 편하기 때문이죠. 예를 들어서 회로 안에서 0.5V의 전압을 만들어주는 경우를 생각해보겠습니다. 0.5V 의 전압을 만들기 위해서는 회로 밖에서 0.5V의 전압을 직접 걸어주어도 되고, 혹은 1V의 전압을 걸어 resistor를 사용해 voltage dividing 을 해도 됩니다. 반면에 current 같은 경우에는 current mirror를 사용하죠. 일반적으로 amplifier를 설계할 시에 branch에 흐르는 current 값을 정해 설계하는데 이를..

지난 글에서 Amplifier의 gain을 늘리는 방법에 대해 알아보았습니다. Mosfet을 cascode할수도 있고 multi-stage를 사용해서 gain을 늘리는 방법도 있었죠. 아날로그 디자이너는 항상 gain의 amplifier와 싸우게 됩니다. 제한된 power 내에서 원하는 gain spec을 맞춰야하죠. 어플리케이션에 따라 다르겠지만 일반적인 amplifier 설계에 있어서 높은 gain을 원하는 경우가 많습니다. 그렇다면 왜 gain이 높은 amplifier를 필요로 할까요? Amplifier의 gain이 크면 어떤 이점이 있길래 설계자들은 기를 쓰고 높은 gain의 amplifier를 설계할까요? 아날로그 설계자가 설계하는 amplifier는 당연하게도 아날로그 신호를 증폭하는 데 사용..

그 전 글에서 amplifier 의 여러 구조에 대해서 간단하게 다뤄봤습니다. Amplifier는 큰 gain을 통해 signal 크기를 늘리는 아날로그와 디지털 전반에서 필수적인 블락인데요. 결국 amplifier의 특성 중 가장 중요한 특성은 바로~ 큰 gain 입니다. 큰 gain을 갖기 위해서는 가장 중요한 특성 중 하나가 Mosfet이 high-resistive 한 output 특성을 가져야한다는 겁니다. 하지만 공정이 미세화됨에 따라서 mosfet의 channel length 가 작아지고 이로 인해 mosfet의 output 저항 특성은 작아지게 됩니다. 따라서 우리는 gain 을 늘리기 위해 다른 방법을 시도해야하는데요. 제일 많이 사용하는 두 방법이 바로 cascode stage를 이용하는..

Amplifier 는 전자회로에서 아날로그 설계자라면 꼭 알아야하는 가장 본질적이면서도 중요한 블락입니다.(디지털 설계자여도 당연히 알아야 합니다. Inverter 또한 본질적으로는 amplifier니까요!) 아날로그 신호든 디지털 신호든 간에 load를 drive하는데 힘이 딸릴 수 있기 때문에 꼭 spec에 맞는 amplifier를 설계할 수 있어야합니다. 그럼 single-stage amplifier 를 이루는 가장 본질적인 세 가지의 구조인 Common-source, Common-gate, Source-follower에 대해 알아보겠습니다. -Common-source 먼저 Common-source 의 경우에는 가장 많은 amplifier에서 사용하는 구조입니다. Input을 gate로 받고 out..

우리가 설계하는 칩은 반도체를 이용합니다. 이러한 반도체는 어느 type으로 도핑되었느냐에 따라서 n-type 혹은 p-type으로 나뉘게 됩니다. N-type 반도체는 electron을 carrier로 한 반도체이고 p-type 반도체는 hole을 carrier로 한 반도체이죠. 현대 공정은 대부분 p-substrate를 이용하고 이 p-substrate 위에 n-well 을 만들어 PMOS와 NMOS를 사용하는 CMOS 공정입니다. n-substrate 에 p-well을 사용할 수도 있지만 대부분 p-sub을 사용하죠. 이 때 p-substrate 는 당연히 칩의 가장 낮은 전압 VSS 즉 Ground 로 잡혀있게 됩니다. n-well도 다는 아니지만 대부분 VDD 즉 Supply voltage로 잡..

우리가 전자회로에서 흔히 배우는 mosfet을 이용한 회로 design은 모두 sub-micron design 입니다. 회로 시뮬레이션을 돌려서 layout을 그리고 이것을 가지고 MTO(Mask Tape-out)을 나가 실물 칩을 받게 되죠. 실제 이렇게 설계된 칩을 측정하기 위해서는 일반적으로 PCB를 그려 PCB에 칩을 올려 여러 측정기기 등을 이용해 원하는 동작을 하는지 측정하게 됩니다. 위에서 보이는 초록색 기판이 바로 PCB입니다. PCB는 Printed Circuit-board 의 약자로 우리가 원하는 cap, amplifier, resistor 등 다양한 수동과 능동 소자에 해당하는 mask와 mask 들을 이어주는 전기적 선로를 그려 설계한 칩이 원활한 동작을 하도록 만들어주는 board..

이번에는 회로에서 small-signal gain 을 어떻게 구하는 지에 대해 정석적인 방법을 다루겠습니다. 정석적인 방법을 한 번 다룬 후 좀 더 간단하게 회로에서의 gain을 구하는 법을 알아야 더 잘 이해할 수 있습니다. 이전 내용에서도 말했다시피 우리가 회로에서 구하는 gain은 mosfet이 saturation region에 있다고 가정하고 구하는 값입니다. 결국 DC 에서 회로의 operating point를 정하고 saturation region에서의 회로의 ac parameter 들을 구한 후 이를 이용해 small-signal model 을 그려서 gain을 구하면 됩니다. 일반적인 mosfet의 경우 small signal model 은 오른쪽과 같습니다. 이 때의 gain을 intri..

대학교 커리큘럼만 배우고 넘어오다 보면 single-ended 와 differential 에 대해 알고는 있지만 이를 명확히 알고 왜 differential을 사용하는 지에 대해 아는 사람은 많지 않습니다. 그래서 single-ended 와 differential 회로에 대해 조금 자세히 다뤄보고자 합니다. Single-ended 회로는 말 그대로 output이 single port로 나오는 회로를 의미하며, 좀 더 자세히 말하면 fixed potential 에 대해 output이 측정되는 회로라고 볼 수 있습니다. 일반적으로 회로를 회석할 때는 single-ended로 많이 회석하곤 합니다. Differential 회로도 사실 single-ended 로 modeling해서 분석할 수 있기 때문이죠. 일..

전 글에서도 다뤘다시피 우리는 대부분의 상황에서 mosfet이 saturation region에서 동작하길 원합니다. Saturation region에서 DC analysis를 해서 ac parameter를 구하고 이 parameter들을 이용해 small-signal analysis를 하게 됩니다. 특히 amplifier를 설계 시 회로의 gain을 구할 때 이 분석을 많이 하게 되죠. 일반적으로 mosfet은 input과 output이 어디냐에 따라 Common-source, Common-gate, Source-follower 로 나누어서 분석합니다. 1. Common-source 일반적으로 common-source 는 input을 gate에서 주고 output을 drain에서 받는 형태를 의미합니다..