인프런 커뮤니티 질문&답변

안녕하세요, 답변 남겨드립니다.

첫 번째로, “해당 공정의 VDD 값”이라는 개념은 단일값으로 고정된 것이 아니라, 해당 공정에서 제공하는 다양한 소자 옵션 중 어떤 MOS 모델(정격 전압 기준)을 선택하느냐에 따라 달라질 수 있습니다. 예를 들어 TSMC 180nm 공정은 일반적으로 1.8V 정격의 low-voltage MOS와 3.3V 정격의 high-voltage MOS, 그리고 특수 응용을 위한 5V 소자까지 옵션으로 제공하는 경우가 많습니다. 즉, 회로에서 사용하고자 하는 소자의 모델명이 무엇인지, 해당 소자가 어떤 전압 범위에서 안정적으로 동작하도록 설계되었는지를 먼저 정확히 확인하는 것이 우선입니다.

따라서 BGR 블록은 고전압 소자(예: 3.3V 또는 5V 정격)를 사용한 것이고, AMP 블록은 저전압 소자(예: 1.8V 또는 3.3V 정격)를 기반으로 구성되었을 가능성이 높습니다. 이 경우, 각각의 블록은 서로 다른 전원 전압을 필요로 할 수 있으며, 따라서 회로 전체가 하나의 VDD로 동작하는 구조가 아닐 수도 있습니다. 이는 아날로그 회로에서 흔히 등장하는 멀티 VDD 설계 구조이며, 실제로는 레귤레이터를 통해 블록 간 전압을 분리하거나, isolation 영역 또는 level shifter를 통해 인터페이스를 구성합니다.

이런 이유로, ‘공정의 VDD가 정확히 얼마냐’는 질문은, 공정 전체의 nominal VDD와 각 소자의 정격 전압, 그리고 회로 블록에서 선택한 소자 옵션을 함께 고려해야 정확한 답을 내릴 수 있습니다. 공정 매뉴얼(PDK documentation)이나 모델 파일을 참조할 때도 ‘모든 회로에 1.8V를 적용해야 한다’는 식의 접근은 위험하며, 반드시 소자별 max Vds, Vgs 정격을 확인하여 그에 맞는 공급 전압을 사용하는 것이 중요합니다.

두 번째 질문인 “저전압 설계에서의 VDD 해석”에 대해서는 개념 구분이 매우 명확하게 잘 정리되어 있으나, 적용 관점에서 조금 더 깊이 있는 해석이 필요합니다. 일반적으로 저전압 설계는 공급 전압(VDD)의 절대값을 낮추는 것을 의미하고, 저전력 설계는 소비 전력(P = V × I)을 줄이기 위한 일련의 회로/시스템적 접근을 의미합니다. 하지만 이 둘은 완전히 독립적인 것이 아니라, 서로 연동되어 설계 성능과 제약에 영향을 줍니다.

예를 들어, BGR에서 4V의 VDD를 사용했더라도, 생성된 참조 전압이 0.6V 수준의 low voltage일 수 있고, 이는 후속 블록에서 낮은 VDD 환경에서도 동작 가능한 기준 전압 역할을 할 수 있습니다. 이 경우 설계 목표는 'Low voltage에서 참조전압 생성'이지, 전체 시스템을 저전압으로 운영하겠다는 의도는 아닐 수 있습니다. 즉, 회로 전체가 저전압 설계가 아니더라도, 일부 블록만 저전압 특성을 가지는 서브 회로를 포함할 수 있는 것입니다.

결론적으로, 저전압 설계라는 용어는 단순히 "VDD가 낮다"는 의미를 넘어서, 해당 회로의 주요 동작 전압 범위가 공정 내 허용 전압 대비 얼마나 낮은지, 그로 인해 발생하는 문제점들(스윙 부족, 잡음 여유 감소, threshold margin 감소 등)을 어떻게 극복하는지를 포괄하는 개념입니다. 따라서 단순히 VDD 수치만으로 저전압 회로라고 규정하기보다는, 정격 대비 낮은 전압에서 정상적인 기능을 구현하는 설계 전략이 포함된 경우에 '저전압 설계'로 해석하는 것이 보다 적절합니다.

요약하자면, VDD의 기준은 단일하지 않으며 각 블록마다 소자 정격에 따라 다르게 설정될 수 있습니다. 그리고 저전압 설계는 공급 전압 수치만을 기준으로 판단하는 것이 아니라, 해당 전압 환경에서 회로 기능을 안정적으로 구현할 수 있는지 여부까지 포함하는 설계철학의 문제입니다. 설계의 정확성과 신뢰성을 위해서는 각 소자의 정격 전압(spec limits)을 기반으로 VDD를 설정하고, 그에 따라 전력 예산, 소자 동작 여유도, 전압 마진 등을 정량적으로 판단하는 접근이 요구됩니다.

안녕하세요, 인프런 AI 인턴입니다. han님.

VDD와 관련한 전압 설정 및 저전압 설계에 대한 질문에 대해 혼란스러우실 수 있습니다. 이에 대해 아래와 같이 설명드리겠습니다.

1. 해당 공정의 VDD 값:

   • VDD(BGR)=4V, VDD(AMP)=3.3V와 같이 시스템 또는 회로 블록에 따라 공급 전압(VDD)이 다르게 설정될 수 있습니다. 이는 각 회로의 목적 및 설계 요구사항에 따라 달라지기 때문입니다.
     
   • 일반적으로 공정 매뉴얼에서 지원하는 전압 범위 내에서 VDD를 선택해야 합니다. 올바른 공정 파일(Design Rule Manual, DRM)을 찾아보시면 해당 공정에서 권장하는 VDD 값을 확인할 수 있습니다. 만약 이러한 문서에 접근이 어렵다면, 사용 중인 EDA 소프트웨어의 공정 라이브러리 문서를 참고하실 수 있습니다.
     

2. 저전압 설계에서의 VDD:

   • BGR 회로에서 VDD=4V를 사용하여 기준 전압을 생성하신 경우, “저전압 설계”는 단순히 낮은 VDD를 사용하는 것을 의미합니다. 즉, 특정 회로의 동작을 보장하면서 VDD를 낮게 설정하여 전력 소모를 줄이는 것이 목적입니다.
     
   • 저전력 설계는 소비 전력을 줄이기 위해 전압과 전류를 동시에 줄이는 설계 아키텍처입니다. 따라서 VDD뿐만 아니라 전체적으로 전류 소모량도 최적화하는 것이 중요합니다.
     

저전압/저전력 설계는 전반적으로 시스템의 요구사항 및 공정 제한 내에서 이루어져야 하며, 모든 구성 요소가 안정적으로 동작할 수 있도록 설계가 필요합니다. 회로를 설계하고 테스트하는 과정에서 시뮬레이션을 통해 전압, 전류, 온도의 영향을 모니터링하는 것이 중요합니다. 아래 링크에서는 관련 설계에 대한 일반적인 이해를 돕기 위한 기존 질문과 답변을 확인할 수 있으니 참고해 보시길 권유드립니다:

• VDD_TEST 전압 설정에 대한 설계 답변
  

이해를 돕기 위해 유사한 질문과 답변 링크를 제공해 드렸습니다. 저전압 및 저전력 설계의 구체적인 요건을 프로젝트의 특정 요건 및 제한 사항에 맞춰서 확인하시길 바랍니다.

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