홍익대학교 전자회로(2) H-SPICE 시뮬레이션 보고서

문서 내 토픽

1. CS Amp 설계

CS Amp 설계 시 전압이득 20 정도를 얻기 위해 M2 NMOS TR의 W/L 크기와 Vb 바이어스 전압을 조절하였다. M2가 Current Source로 동작할 수 있도록 VDS에 따른 전류 변화가 작은 조건을 찾았으며, 전압이득을 높이기 위해 M1 PMOS TR의 W 크기를 조절하였다. 최종적으로 M2의 W/L을 0.6um, Vb를 0.62V로 설정하고 M1의 W를 0.4um로 설정하여 전압이득 22.4를 얻었다.
2. Transient 시뮬레이션

Vin에 1.86V DC 바이어스와 10mV Peak-to-Peak, 1MHz Sine wave를 인가하여 Transient 시뮬레이션을 진행하였다. Vout의 Peak-to-Peak 전압이 226mV로 나타나 전압이득이 22.6임을 확인하였다. M1과 M2가 모두 Saturation 영역에서 동작하고 있음을 전류 크기를 통해 확인하였다.
3. 주파수 특성 분석

CS Amp의 3dB 대역폭을 확인하기 위해 AC Sweep 시뮬레이션을 진행하였다. 출력 노드에서 보이는 총 Capacitance와 Resistance를 계산한 결과 약 387MHz 부근에서 3dB 차단 주파수가 나타났으며, 이는 Hspice 시뮬레이션 결과와 유사하였다. 3dB 대역폭을 넓히기 위해서는 M2의 전류를 증가시켜 출력 저항을 낮추는 것이 필요하다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. CS Amp 설계

CS(Common Source) 증폭기는 전자 회로 설계에서 매우 중요한 기본 회로 중 하나입니다. CS 증폭기는 단순한 구조와 높은 이득, 낮은 잡음 특성으로 인해 다양한 응용 분야에서 널리 사용됩니다. CS 증폭기 설계 시 고려해야 할 주요 요소로는 바이어스 회로 설계, 입력 임피던스 및 출력 임피던스 매칭, 주파수 특성 최적화, 안정성 확보 등이 있습니다. 이러한 요소들을 종합적으로 고려하여 설계를 진행해야 하며, 시뮬레이션과 실험을 통해 검증하는 과정이 필요합니다. 또한 제작 공정 변동이나 외부 환경 변화에 대한 강건성 확보도 중요한 설계 목표가 될 수 있습니다.
2. Transient 시뮬레이션

전자 회로 설계에서 Transient 시뮬레이션은 매우 중요한 역할을 합니다. Transient 시뮬레이션은 회로의 동적 동작을 분석하여 과도 응답 특성, 안정성, 스위칭 동작 등을 확인할 수 있습니다. 이를 통해 회로의 실제 동작을 예측하고 설계를 검증할 수 있습니다. 특히 전력 전자 회로, 스위칭 회로, 디지털 회로 등에서 Transient 시뮬레이션은 필수적입니다. 시뮬레이션 시 초기 조건 설정, 시간 스텝 크기, 수렴 조건 등의 설정이 중요하며, 실제 측정 결과와의 비교를 통해 시뮬레이션 모델의 정확성을 검증해야 합니다. 또한 Transient 시뮬레이션 결과를 바탕으로 회로 설계를 최적화하는 과정이 필요합니다.
3. 주파수 특성 분석

전자 회로의 주파수 특성 분석은 회로의 동작 원리와 성능을 이해하는 데 매우 중요합니다. 주파수 특성 분석을 통해 회로의 대역폭, 이득, 위상 특성 등을 확인할 수 있으며, 이를 바탕으로 회로 설계를 최적화할 수 있습니다. 특히 증폭기, 필터, 발진기 등의 회로 설계에서 주파수 특성 분석은 필수적입니다. 주파수 특성 분석을 위해서는 주파수 영역 시뮬레이션, 네트워크 분석기를 이용한 측정 등의 방법을 활용할 수 있습니다. 이때 회로 모델링의 정확성, 측정 환경의 영향, 데이터 해석 등에 유의해야 합니다. 주파수 특성 분석 결과를 바탕으로 회로 설계를 개선하고 성능을 최적화하는 과정이 필요합니다.