CMOS 소자를 이용한 OPAMP 설계 (tiny cad, pspice)

소개글

전자회로 프로젝트 때 했던 자료입니다.

Tiny cad를 이용하여 CMOS소자로만 이루어진 OP AMP를 설계하여 그 특성을 파악하고
추가적으로 만들어진 OP AMP소자의 특성을 미분기, 적분기, 가산기를 통해 확인해봤습니다.

목차

1. 설계 기초
2. 설계 내용
3. 최종 설계
4. 설계 시 문제점
5. 느낀 점 및 설계 내용 고찰

본문내용

- gm 안정도 바이어스 회로 -
입력 바이어스전류는 OP-Amp가 적당하게 동작하도록 OP-Amp 두 입력(+,- 단자)에 가해져야 한다. 하지만 여기서 입력 바이어스 전류를 구할 때 너무 높게 정해버리면 off-set voltage가 생길 수도 있으니 최소의 전류에 맞추도록 하였다. I_B에 식에서 W/L비를 고정해두고 저항 값(R_B)을 변경해주며 값을 구해보기로 하였다.

- 차동 증폭기 회로(Differential Amplifier) -
단동 출력을 가진 차동 증폭기 회로는 Q5 에서 ‘gm 안정도 바이어스 회로’를 통해 정해진 I값을 받아 +단과 –단에 각각 I/2씩 공급받도록 한다. 그러기 위해 W/L값을 조절할 필요가 있었고, Q5에 절반인 값을 가지도록 Q1, Q2값을 정해주었다. 그리고 차동 증폭기에서 증폭 값을 크게 만들어 주는 능동 부하(Q3,Q4)도 역시 10000배 만큼의 이득을 내기 위해서 큰 값을 지정해준다.

- CS 증폭기(Common Source Amplifier) -
Q7이 전류를 공급해주는 역할을 하며, 능동 부하의 기능을 하게 되는데, 증폭신호를 높게 설정하기 위해 W/L비를 크게 해주었다. CS 증폭기의 특징은 높은 증폭률과 그에 따른 높은 출력 저항(r_o6 ||r_07)이다. 출력 저항이 높으면 신호가 전달되는 과정에서 손실이 발생하게 된다. 프로젝트 사양에 맞게 설계를 하기 위해 출력 측에 낮은 Ro값을 가지는 Amp를 하나 더 만들어준다.

- CD 증폭기(Common Drain Amplifier) -
CS 증폭기의 단점을 보안하기 위해 CD 증폭기를 추가시켰다. CD 증폭기는 낮은 출력저항을 갖는 특징을 가졌으므로 마지막 단에 붙으면 CS 증폭기만으로 이뤄진 OP AMP의 구조적 특성을 해소할 수 있다. 대신 W/L비가 낮으면 입력신호의 값이 제대로 증폭이 되지 않으므로 Q14, Q15의 값을 매우 크게 잡아준다.

참고 자료

없음