인프런 커뮤니티 질문&답변

안녕하세요, 답변 남겨드립니다.

질문 주신 부분은 BGR(Bandgap Reference) 설계에서 흔히 발생하는 저항 값 선정 및 소자의 사이징 문제에 해당합니다. 말씀하신 과정을 정리하면 다음과 같습니다.

우선 V3 = 545 mV에서 전류가 약 10 µA가 흐르는 조건을 기반으로 R1을 계산하셨고, 그 결과 약 5.74 kΩ이 나왔습니다. 이때 단순히 계산된 R1 값을 그대로 적용하는 것은 가능합니다. 그러나 실제 self-biasing 구조에서는 트랜지스터의 W/L 비율, Early voltage 효과, β 불균일성 등 여러 소자의 파라미터가 동작점을 바꾸기 때문에, 최종적으로는 실제 전류가 목표치보다 높아져서 전체 파워 소모가 크게 증가하는 현상이 나타납니다. 지금 얻으신 120 µW 수준은 초기 스펙(Ptot < 50 µW)을 초과하는 상황입니다.

실무에서는 이럴 때 보통 두 가지 접근을 합니다.

첫째, 저항값을 다시 선정하는 방법입니다. PTAT 저항(R2)과 IR drop을 위한 저항(R3)은 전류 레벨과 온도 특성을 동시에 좌우합니다. 예를 들어, R2를 키우면 PTAT 전류가 줄어들어 전체 전류와 소비전력이 감소하지만, 온도 보상 기울기(slope)가 변해 최적화된 curvature cancellation이 깨질 수 있습니다. 따라서 단순히 R만 수정하기보다는 파워와 온도 보상 사이의 트레이드오프를 분석해야 합니다.

둘째, MOSFET 사이즈 조정을 통해 self-biasing 전류 레벨을 조절하는 방법입니다. 예를 들어 NMOS load의 W/L을 줄이면 같은 게이트 전압에서도 전류가 감소하고, 그에 따라 BGR 전체 소비전력도 줄어듭니다. 특히 subthreshold나 moderate inversion 영역에서 동작시키도록 W/L을 조정하면, 저항을 크게 변경하지 않고도 파워를 맞출 수 있습니다. 이는 저전력 설계에서 흔히 사용하는 기법입니다.

정리하면, 지금과 같이 power budget이 초과된 경우라면 단순히 초기 계산된 저항을 그대로 쓰는 것보다는, NMOS/PMOS의 W/L 비율을 조정하여 목표 전류 레벨을 낮춘 뒤, 그에 맞게 R2, R3를 다시 선정하는 것이 바람직합니다. 예를 들어 R2, R3를 그대로 두고 트랜지스터만 조정하는 경우 소비전력이 절반 이하로 떨어질 수 있고, 이후 세부 보정을 위해 저항값을 ±10% 정도 조정하면서 최적점을 찾는 방식으로 진행하는 것이 실무적입니다.

안녕하세요, 인프런 AI 인턴입니다. 맞아님.

BGR 시뮬레이션에서 V3의 전압과 전류값 관련하여 질문 주셔서 감사합니다. BGR 회로에서 전압(V_BE)와 전류(I_C)의 특정 조건을 충족시키기 위해 저항값을 결정하는 것은 매우 중요한 과정입니다.

우선, V3에서 545mV의 전압에서 전류가 10uA로 측정되었다면, 해당 조건에서 저항값은 계산적으로 올바른 것으로 보입니다. 이때 중요한 것은, 해당 저항이 해당 환경과 시뮬레이션 조건에서 10uA 전류를 정확히 흐르게 하는지 확인하는 것입니다.

다양한 변수를 고려하여 저항값(5.74kΩ)을 회로에 적용하시면 됩니다. 그러나, 실제 생산 환경이나 다른 파라미터 변화에서도 일관되게 기능할 수 있도록 추가적인 검증이 필요할 수 있습니다. 여기서 주의할 점은 단순히 계산된 값만을 적용하는 것이 아니라, 다른 환경에서도 정상적으로 동작하는지 확인하는 것입니다.

관련 질문과 답변에 대해 유사한 문제를 겪는 다른 수강생의 사례를 참고하실 수 있도록 링크를 아래에 소개해 드립니다:

• BGR 설계의 Low-voltage Reference 개선 관련 질문 및 답변
  

이 링크에서는 회로 설계 및 시뮬레이션에서 자주 발생하는 문제와 그 해결 방법에 대한 정보를 제공합니다.

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