NMOS와 Cascaded Amplifier(Common Source, Source Follower) 설계

소개글

"NMOS와 Cascaded Amplifier(Common Source, Source Follower) 설계"에 대한 내용입니다.

주어진 과제에 cascade 회로의 개선방안을 제시하여 높은 점수를 받은 보고서입니다.

목차

1. NMOS
1) MOSFET에서 transconductance의 의미
2) Max transconductance를 얻을 수 있는 biasing point의 의미
3) MOSFET의 transfer curve(IDS-VGS)와 output curve(IDS-VDS) 특성의 의미
4) 주어진 목표를 달성하기 위한 NMOS 설계과정
5) 시뮬레이션 결과와 이론의 비교/논의

2. Common-Source & Source Follower Amplifier
1) Common Source Amplifier의 동작원리
2) Source Follower의 동작 원리
3) Vin의 biasing point 설정 이유
4) 낮은 load 저항이 인가될 경우source follower의 장점
5) R1, R2, Rd, Rs 값 및 M1, M2의 W/L 그리고 NMOS로 설계한 current source의 설계과정
6) 기타 논의

3. 참고 문헌

4. 수정대조표

본문내용

설계 조건
○1 Common Source와 Source Follower로 구성된 다음의 회로에 대해 voltage gain이 4이상 되도록 설계하여라. (옵션: current source를 NMOS로 구현)
○2 설계 제한사항:
VDD = 2.5 V
total current = M1 과DC bias용 R1, R2에 흐르는 총 전류 합 1mA 이하
RL= 100Ω
입력신호 주파수= 1kHz,
small-signal amplitude = 100 mV
0.18 μm ≤ Channel Length ≤ 2 μm
0.18μm ≤ Channel Width ≤ 100μm
Body of NMOS: connected to GND

□1 [1, pp. 333-345]Common Source Amplifier의 동작원리
Mosfet의 Common source amplifier는 BJT의 common emitter amplifier와 유사하게 입력을 게이트에 인가하고 출력은 드레인에서 감지하는 토폴로지이다.

위 회로는 가장 간단한 CS단의 예시이다. Channel length modulation을 포함하여 소신호 관점에서 보았을 때, 이 회로의 이득은 A_v=v_out/v_in =-(g_n v_1 (R_D ||r_O))/v_1 =-g_m (R_D ||r_O) 로 구할 수 있다. Channel length modulation효과를 무시(λ=0)한다면 A_v=-g_m R_D 이다. 이 때 input및 output impedance를 구하면, R_in=∞, R_out=R_D ||r_O 이다.

축퇴저항이 포함된 CS단: 다음은 소스에 축퇴저항이 있는 경우의 전압이득을 구하자. 이때 채널길이 변조를 무시하면 다음과 같다.

참고 자료

B. Razavi, Fundamentals of microelectronics, WILEY.
B. Razavi, Design of Analog CMOS Integrated Circuits, MC Graw Hill Education.
R. F. Pierret, Semiconductor Device Fundamentals, PEARSON.