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..

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..

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..

지난번에 이어서, 그리고 마지막으로 MOSFET에 대해 정리해보겠습니다. 기존의 (1), (2) 내용에서 다룬 MOSFET 내용들은 좀 더 기초적인 내용이면서 realistic 한 부분들을 많이 뺀 내용입니다. 기초를 위해서는 꼭 필요한 내용이지만 실제 세상의 회로에서는 조금은 다르게 동작하죠. 이번 내용에서는 realistic 한 회로에서 어떤 일들이 일어나는지에 대해 좀 더 자세히 보겠습니다. 1. Channel Length Modulation (Early effect) 지난번 내용에서 우리는 대부분 Mosfet을 saturation region에서 사용하고 싶어한다는 얘길 했습니다. Saturation region에서는 channel 에 pinch-off 현상이 일어나고 이 때 drain 쪽 cha..

저번 글에 이어서 계속하겠습니다. 먼저 MOSFET의 모양과 실제 어떻게 생겼는지에 대해 익숙해지기 위해서 MOSFET 그림을 한 장 가져왔습니다. n-type MOSFET에 대한 그림이며 n-type이기 때문에 p-substrate를 사용한 것을 볼 수 있습니다. 이 MOSFET에서 channel을 형성하려면 Vgs > Vth 를 가해서 channel을 on 시켜야겠죠. 그 후 Vds Vgs - Vth인 경우에는 saturation region입니다. 1. Triode region Triode region에서는 위에 그림과 같이 Vds에 따른 Id curve가 나옵니다. Vds가 변함에 따라 Drain current가 변하는 것을 ..

저번 내용에 이어 이번 내용도, 그리고 앞으로의 내용도 Razavi 선생님의 Design of Analog CMOS Integrated Circuit 교재를 기반으로 한 내용입니다. 이번 내용에서는 MOSFET이 Length 와 Width가 변함에 따라서 어떻게 변하는지를 가볍게 살펴보고자 합니다. MOSFET이란 Metal-Oxide-Silicon Field Effect Transistor의 준말입니다. MOSFET은 보통 아래 그림과 같이 생겼습니다. n-type MOSFET을 그린 그림이죠. 현대의 MOSFET은 사실 Metal 대신 Poly-silicon을 사용하지만 통상적으로 MOSFET이라고 부릅니다. Bulk 전압도 있어야하지만 여기서는 잠시 무시하고 보도록 하죠.MOSFET은 Gate와 S..

시작하기에 앞서 본 글 내용은 전자회로의 대가인 Behzad Razavi 교수의 Design of Analog CMOS Integrated Circuits 2nd edition을 기반으로 하고 있습니다. 전자공학을 배우면서 원리 자체는 흥미롭고 재밌었지만, 대학교 3학년의 저에게는 왜 이걸 배우는지, 이걸 어디에 써먹는건지 알려주는 분이 없었습니다(있었어도 제가 못 알아먹은 거일 수도..) 시간이 지나면서 꾸준히 전자회로에 대해 공부하면서 그때보다 좀 더 나은 지식을 갖고 있기에 그 정보를 공유해보면 어떨까 해서 부족한 실력임에도 블로그를 시작하게 됐습니다. 아날로그란? 디지털이란? 아날로그 신호는 모두가 알다시피 연속적인 신호입니다. 값이 불연속적으로 있는 것이 아닌 연속적으로 있는 값이지요. 자연계에..