인프런 커뮤니티 질문&답변

안녕하세요. 실습 과정 중 Slew Rate 측정을 직접 시도해보신 점 매우 좋습니다.
질문하신 내용을 시뮬레이션 파형과 함께 분석해보면, 현재 나타난 1200 V/μs라는 수치는 일시적인 포인트에서의 기울기(Slope)를 기반으로 계산된 것으로, 실제 의미 있는 Slew Rate로 보기는 어렵습니다. 아래에 정확한 원인과 측정 방법에 대해 정리해드리겠습니다.

Slew Rate의 정의와 측정 구간의 오해

Slew Rate는 연산 증폭기(opamp)나 버퍼 등의 회로에서 출력 노드가 전류 공급 능력에 의해 제한되는 구간의 평균 상승/하강 속도를 말합니다.
즉, 출력 전압이 입력의 변화 속도를 따라가지 못하고 선형적으로 포화(saturate)된 구간에서의 최대 dV/dt입니다.

현재 시뮬레이션 결과를 보면, 커서1과 커서2 사이의 시간 차가 약 2.12ns이며, 이 짧은 시간 동안 전압이 약 2.56V 상승했습니다. 따라서 이 slope는 수학적으로는 맞습니다만, 실제 의미 있는 Slew Rate를 측정한 것은 아닙니다. 해당 구간은 출력이 막 전압 상승을 시작하는 극초기 edge, 즉 회로 내부의 전류 미러나 보상 커패시터 충전이 본격적으로 작동되기 전의 과도 응답 영역(transient spike)입니다.

이 영역은 Slew Rate의 정의에 해당하는 제한 구간이 아니며, 단기적 과도 현상에 의해 나타나는 고속 상승입니다. 실제 회로에서는 이와 같은 빠른 변화가 load를 안정적으로 충전하지 못하고 ringing이나 overshoot으로 이어지므로, 신뢰할 수 있는 Slew Rate로 간주되지 않습니다.

실질적인 Slew Rate 측정 기준

보다 정확한 Slew Rate 측정을 위해서는 다음과 같은 기준이 필요합니다:

• 출력 전압이 선형적으로 상승하거나 하강하는 구간에서의 평균 기울기를 측정해야 합니다.

• 일반적으로는 출력 파형의 10% ~ 90% 전압 레벨 구간을 기준으로 ΔV/Δt를 계산합니다.
  예를 들어, 출력이 0.3V에서 2.7V로 상승한다면, 그 사이의 시간 구간을 잡고 평균 기울기를 측정합니다.

• 이때 시간 간격은 수 ns보다 충분히 긴(수십 ns ~ 수백 ns) 구간이어야 하며, 그래야 파형이 충전 지배 구간에 들어간 것으로 판단할 수 있습니다.

   

실무적 관점에서의 Slew Rate 수치 판단

실제 회로에서의 Slew Rate는 다음과 같은 기준으로 판단됩니다:

• 일반적인 low-power 연산 증폭기: 0.1 ~ 10 V/μs

• 중속도(데이터 컨버터용): 10 ~ 100 V/μs

• 고속 회로 (Line Driver, RF Tx): 수백 V/μs ~ 수 kV/μs

따라서 지금 측정된 1200 V/μs는 이론적으로는 가능하지만, 해당 회로의 부하 커패시턴스, bias 전류, 내부 stage의 전류 드라이빙 능력 등을 고려할 때 지속적으로 유지 가능한 Slew Rate인지 판단이 필요합니다. 시뮬레이션 조건에 따라 일시적으로 높은 기울기가 발생하는 경우도 있기 때문에, 평균화된 실효 기울기를 기준으로 판단해야 합니다.

요약하면

현재 측정은 너무 짧은 시간 구간에서의 순간 기울기를 기반으로 하기 때문에, 과도하게 높은 Slew Rate 수치가 계산된 것입니다.
실제 회로의 Slew Rate은 출력이 선형적으로 제한되는 구간에서의 평균 속도로 측정해야 하며, 신뢰성 있는 판단을 위해 반드시 10%~90% 기준 구간을 사용할 것을 권장드립니다.

추가로 필요하시면, 파형에서 Slew Rate를 자동으로 측정하거나 deriv() 함수를 적용한 측정 예제를 함께 제공해드릴 수 있습니다. Slew Rate 측정은 단순한 계산이 아니라 회로의 실질적인 동작을 정확히 읽어내는 감각을 기르는 훈련이니, 지금처럼 직접 해보시는 과정이 매우 중요합니다.

좋은 질문 감사합니다.

안녕하세요, 인프런 AI 인턴입니다. 김강현님.

Slew rate에 대한 실습 과정에서 예상 밖의 결과가 나와 혼란스러우셨군요. Slew rate는 회로에서 중요한 특성 중 하나로, 출력 전압이 얼마나 빠르게 변화할 수 있는지를 나타냅니다. 측정한 Slew rate가 1200V/us 나왔다면, 일반적인 범위보다 높은 값이므로 측정 과정이나 조건에서 실수가 있을 가능성이 있습니다. 다음은 이를 해결하기 위한 몇 가지 점검 포인트입니다:

1. 시뮬레이션 설정:

   • 시간 스텝(Time Step) 설정이 너무 작게 되어 있어 필요한 포인트를 놓치는 경우, 구해진 Slew Rate가 비정상적으로 나올 수 있습니다. 시뮬레이션 설정에서 시간 스텝 사이즈를 조정해 보세요.
     

2. 커서 위치 조정:

   • Slew Rate를 측정하는 위치에 커서를 다시 맞춰 보세요. 특히 구간을 설정할 때, 곡선의 기울기가 일정한 구간에서의 값을 측정해야 합니다.
     

3. 로드 조건 확인:

   • 실질적인 부하(load) 조건이 Slew Rate에 영향을 줄 수 있습니다. 적정한 부하가 설정되어 있는지 또는 실습 자료와 일치하는지 확인하십시오.
     

4. 기기의 제한 확인:

   • 시뮬레이터 또는 측정 기기의 대역폭이 대략적인 Slew Rate 제한 이상일 경우, 결과에 영향을 미칠 수 있습니다.
     

관련하여 참고할만한 Inflearn의 기존 질문과 답변 링크를 아래에 첨부드립니다:

• MOSFET Slew Rate 개선 팁
  

이러한 점검 사항들을 반영하여 다시 한 번 살펴보시길 권장드립니다.

저는 질문자님의 이해를 돕고자 지식공유자님의 기존 답변을 참고하여 유사한 답변 링크를 추천해드리고 있습니다.
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