회로를 해석하는 과정(학부 시험 볼 때 중요함)

회로를 해석 할 때는 다음의 흐름을 가지고 해석하면 됩니다. 또한 각 해석 단계에서 설계자가 파악해야 할 점들에 대해 알아봅시다. 학부생분들이 시험 문제 풀 때도 다음과 같은 흐름을 생각하시면 유용할 것입니다.

 

 

 

1. Large signal analysis

Large signal 에 대한 분석을 먼저 해야합니다. 이 말은 각 소자의 동작점을 파악한 다는 의미입니다. 예를 들어 AMP를 설계 할 때 MOSFET 의 동작점에 따라 갖는 gain 은 가지 각색입니다. 따라서 원하는 gain을 얻게끔 동작점을 잘 잡아줘야합니다. 

 

 

Large signal 은 시간에 따라 변하지 않는 신호라고 생각하시면 됩니다. 그리고 이 과정에서 파악할 것은 전류원에 흐를 전류의 크기, 각 MOSFET 단자의 전압 크기, MOSFET 의 동작 영역 파악 입니다. 이걸 왜 먼저 해야 할까요? 바로 small singal 분석 할 떄 사용되는 parameter(gm, ro 등등) 를 구하기 위함입니다. 다음 2번 에서 더 자세히 살펴보겠습니다.

 

 

ex) DC bias 전압, Q-point, DC operation point 를 찾는것과 마찬가지의 과정입니다.

 

 

 

2. Small signal parameter

Small signal 등가 회로에서 사용되는 여러 parameter 값을 구하는 과정입니다. 

MOSFET 의 gm 식에는 3가지가 있습니다. 그 중 한가지를 가져와서 예시를 들어봅시다.

 

 

위 식에서 알 수 있듯이 gm 은 ID에 의해 값이 바뀝니다. 따라서 1번 과정에서 이미 ID 값을 정했기 때문에 여기서 gm 값을 구할 수 있게 됩니다. 

 

 

ro 값도 마찬가지입니다. 1/(람다*ID) 식에서도 1번 과정에서 구한 ID 값을 토대로 ro 값을 구할 수 있습니다. 

 

 

3. Small signal equivalent circuit

 

 

2번에서 구한 small signal parameter 값들을 토대로 MOSFET 의 각 node 에서 바라본 저항 값들을 구할 수 있습니다. 즉, 소자의 입력, 출력 저항을 구할 수 있는 것이지요. 또한 gain 값, bandwidth 값들을 구할 수 있습니다. 

 

 

 

 

주파수 응답 부분을 공부하였다면 아실텐데 MOSFET 에 존재하는 기생 캡 값들을 안다면 소자의 동작 속도, phase margin 등을 구할 수 있습니다. AMP 설계 시 feedback 구조를 사용한다면 매우 중요한 정보들이지요. 회로의 발진 유무를 확인 할 수 있습니다.