회로를 실제로 설계할 때 Antenna 라는 단어에 대해 몇 번 들어보셨을 겁니다. 특히 Tape-out 을 나가기 위해 layout을 그리고 DRC를 보다보면 Antenna effect 에 관한 항목이 많이 나오게 됩니다. 과연 Antenna는 무엇일까요? 먼저 Antenna하면 가장 많이 떠오르는 것들이 이런 Transmitter나 Receiver일텐데요, Signal을 공기 중으로 쏴서 받는 이런 Antenna는 물론 중요하지만 통신쪽 분들이 설계하고 스펙을 정하는 것일 뿐 저희는 들어온 Signal을 다루기만 합니다. 따라서 별로 관심사가 아니죠. Antenna effect를 다루기 위해서는 먼저 Layout에 대해 짚고 넘어가야 합니다. 먼저 아주 작은 Mosfet 하나가 이렇게 Metal 1에..

회로 해석을 하는 데 있어서 한 개의 작은 블락은 대신호 모델에서 small signal parameter를 구하는 방법으로 해석할 수 있습니다. 하지만 Transmitter 나 Receiver 그리고 다른 여러 개의 블락이 합쳐진 회로에서는 일일이 하나의 소신호를 구할 수 없습니다. 각 블락의 gain 과 dynamic range 등을 파악하고 이를 제어공학에서 배운 방법을 통해 해석합니다. 하지만 이 제어공학의 전제에는 아주 중요한 전제가 깔려있는데요, 그것은 바로 각 블락이 linear하다는 전제입니다. 그렇다면 Linear하다는 것은 무슨 뜻일까요? 어떤 시스템이 linear 하다는 것은 input 에 따라 output 이 linear 하게 변하는 것을 의미합니다. (a) model 을 보면 in..

오늘은 회로의 가장 기본이 되는 Voltage divider 를 설계해보겠습니다. Voltage divider는 내용 자체는 전혀 어렵지 않은 단순히 저항을 2개 직렬 연결한 것입니다. LTspice를 처음 써보면 Hspice를 쓰던 분은 쉽게 적응할 수 있을지 몰라도 cadence사의 virtuoso를 사용하던 분들은 다소 UI에 적응하기 힘들 것입니다. 하지만 한 번 익숙해지면 쉬운 tool이므로 오늘은 같이 연습해보는 시간을 갖도록 하겠습니다. 완전 기본부터 가르쳐드리니 간단하게 따라할 수 있습니다. 먼저 LTspice 프로그램을 켜줍니다. 그러면 위에 보이는 것처럼 화백이 그린 듯한 배경이 나오는데 여기서 마우스 오른쪽 클릭을 해준 뒤 New schematic (Ctrl+N)을 클릭해줍니다. 이런..

최근에 읽었던 책에서 본 내용인데 사람은 어느 학습 방식에 최적화되어있냐에 따라 종류가 나뉜다고 합니다. 저의 경우에는 무엇보다도 직접 경험하는 방식을 통해 무언가를 배우는 게 가장 편합니다. 회로 설계도 마찬가지입니다. 아무리 전공 서적을 많이 읽었다고 하더라도 직접 설계하면서 생기는 문제들에 직면하고 이를 해결하지 않으면 설계 실력이 늘 수 없습니다. 회로 설계를 해보기 위해 먼저 Tool인 LTspice 부터 소개해드리겠습니다. 리눅스 환경이나 Virtuoso를 따로 다운받을 필요 없이 아주 간단하고 용량 작은 프로그램만 가입하면 회로 설계를 해볼 수 있습니다. 아래는 다운로드 링크입니다. https://www.analog.com/en/design-center/design-tools-and-calc..

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..