Common Source Amplifier Design(공통 소스 증폭기 설계)

1. 토폴로지 선택(저항, 캐스코드, 축퇴형)

  1) 토폴로지 선택 : 소스 폴로워, 공통 게이트, 공통 소스(축퇴형 포함), 캐스코드

  2) 부하 선택 : 저항, Deep Triode MOS Resistor, PMOS 등등..

 

2. Length를 선택

 - 해당 공정에서 제공하는 가장 낮은 L을 선택하는 것이 좋다.

 

3. Vov를 선택

 

4. 키 디자인 방정식으로 부터 드레인 전류를 구한다.

 

Key Design Equation

 

5. 바이어스 전류를 위한 W와 부하저항을 계산한다.

 

1) W

gm을 통해 W를 알 수 있다.

 

2) 부하저항

 

대역폭 수식을 통해 RD 선택

 

6. 입출력 바이어스 전압과 소자들이 포화영역에서 동작하는지 확인한다.

 

공통 소스 증폭기

 

회로의 구성은 위와 같다. 공통 소스 증폭기이며, RD는 드레인 저항, CL은 뒤에 연결된 증폭기의 커패시턴스 성분이다. 집적회로를 구성할 때 증폭기 하나만으로 구성이 된 것이 아니고 여러개의 블록으로 구성된 회로가 연결되어 있음으로 뒷 단의 입력 커패시턴스를 고려해야 한다.

 

증폭기를 설계할 때 각종 파라미터가 존재하게 되는데 전력, 이득, 대역폭과 같은 중요한 파라미터들을 선정해야 하며, 다른 증폭기와 성능을 비교하기 때문에 성능지수(Figure Of Merits, FOM)를 고려해야한다.

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전력(Power)

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사진 1과 식 1

 

 

전력은 드레인 전류와 공급전압(VDD)의 곱으로 표현이 가능하다.

 

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이득과 대역폭의 상충관계(Trade OFF Between Gain and Bandwidth)

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식 1에서의 드레인 전류는 아래와 같이 표현이 가능하다

 

식 2

 

GBW는 이득과 대역폭(GainBandwidth)를 의미하며 A는 전압이득, w는 대역폭을 의미한다 각각의 표현은 아래와 같다.

 

식 3

 

식 2에서 GBW에 대한 식으로 바꿔쓰면 아래와 같다.

 

식 4

 

gm을 수식으로 표현하는 3가지 표현중 2ID/Vov는 gm이므로 위와 같이 쓸 수 있다.

식 2-4를 통해 우리는 이득과 대역폭의 트레이드 오프를 알 수 있는데 gm을 키우면 전력소모가 증가하니 R값을 키우게 되지만 이는 식 3의 대역폭이 감소하기 때문이다.

 

이득은 전력, 대역폭과 트레이드 오프를 가짐을 알 수 있다.

 

 

 

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