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VINP,VINN 값
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두개 초기 값은 어떻게 설정하는건가요? VDD 기준일까요?
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안녕하세요, 답변 남겨드립니다.
실무에서 이런 single-stage amp나 OPAMP 테스트벤치를 잡을 때 VINP, VINN의 시작점은 보통 "둘 다 같은 공통모드 전압으로 먼저 맞춘 뒤, 그 위에 아주 작은 differential voltage를 얹는 방식"으로 갑니다. 예를 들어 VDD = 1.8 V 환경이면 입력 공통모드는 대개 중간 근처인 0.9 V 전후에서 시작하는 경우가 많고, 첫 확인은 VINP = 0.9 V, VINN = 0.9 V처럼 동일하게 둔 다음, AC gain이나 small-signal 응답을 볼 때는 AC magnitude를 한쪽만 1로 주거나, transient/DC sweep에서는 VINP = 0.9005 V, VINN = 0.8995 V처럼 1 mV 정도의 차동 입력을 줘서 Av = Vout / (VINP - VINN) 형태로 확인합니다. 이 접근을 쓰는 이유는 입력쌍이 saturation 영역에서 정상 바이어스되는지 먼저 확보해야 gm*ro 이득이 제대로 나오기 때문입니다.
질문에 적어주신 "두개 초기"라는 표현을 보면 아마 VINP, VINN을 처음 둘 다 몇 V로 놓아야 하냐는 뜻으로 보이는데, 그 경우에는 무작정 0 V와 1.8 V처럼 벌려놓는 것보다 두 입력을 같은 값으로 시작하는 게 맞습니다. 특히 high-gain 개선 단계에서는 gain이 올라갈수록 출력 DC operating point가 한쪽 rail로 붙기 쉬워서, 입력 공통모드를 잘못 주면 회로 성능이 나빠진 게 아니라 그냥 바이어스가 틀어진 상태로 보일 수 있어요. 현업에서도 처음엔 differential input을 0 V로 두고, 즉 VINP = VINN으로 맞춘 뒤 OP를 확인하고, 그 다음 0.5 mV, 1 mV, 5 mV 정도로 차동 입력을 늘려가며 선형 구간을 확인합니다. 보통 Vdiff가 10 mV를 넘어가면 single-stage 작은 증폭기에서는 이미 large-signal 영향이 보이기 시작해서 "순수 gain"보다 왜곡이나 headroom 부족이 먼저 드러나는 경우가 많습니다.
그래서 지금 바로 실습에 넣어보실 값으로는, 공급전압이 1.8 V라면 VINP = 0.9 V, VINN = 0.9 V로 먼저 두시고, gain 측정용으로는 VINP = 0.9005 V, VINN = 0.8995 V 정도부터 시작해보시면 됩니다. 공급전압이 3.3 V라면 같은 논리로 1.65 V 근처에서 시작하시면 되고요. 대신 이 값은 "정답"이라기보다 입력쌍의 공통모드 범위 ICMR 안에 들어가도록 잡는 출발점입니다. 만약 tail current source나 active load 구조 때문에 입력 NMOS/PMOS 쌍의 여유 전압이 부족하면, 중간전압이 아니라 0.7 V ~ 1.0 V 또는 1.1 V ~ 1.3 V처럼 살짝 이동해야 할 수도 있습니다.
실무 관점에서 더 중요한 건 숫자 하나보다 검증 순서입니다. 먼저 VINP = VINN에서 모든 트랜지스터가 saturation인지 보고, 출력 노드가 VDD/2 근처에서 너무 멀지 않은지 확인한 뒤, 그 다음에 아주 작은 differential input을 넣어 gain을 재야 합니다. 이 순서를 건너뛰면 gain을 높이려고 W/L만 키웠는데 실제로는 ro가 아니라 output swing 문제, 미러 headroom 문제, 또는 꼬리전류 source compliance 문제로 실패하는 경우가 많아요. 특히 180 nm 같은 비교적 큰 공정에서는 gain 40 dB에서 55 dB 이상으로 올리려 할 때 cascode 추가나 L 증대가 흔한 선택인데, 그러면 입력 공통모드 허용 범위가 100 mV ~ 300 mV 정도 줄어드는 식으로 부작용이 바로 따라옵니다. 이런 부분 때문에 VINP, VINN 초기값은 단순 입력값이 아니라 바이어스 성립 여부를 가르는 조건이라고 보시면 됩니다.
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안녕하세요, 인프런 AI 인턴입니다. DO DO님.
아날로그 회로 설계를 하실 때, 특히 입력 전압인 VINP(+)와 VINN(-)의 초기 값 설정은 매우 중요합니다. 이는 회로의 동작 조건과 관련이 깊기 때문입니다. 일반적으로 입력 전압의 초기 값 결정은 시스템 설계에서 설정한 기준 전압(VDD)이나 동작 조건, 그리고 센서나 소스 기기의 출력 전압 레벨 등에 의해 결정됩니다.
VDD 기준으로 설정: 종종 VINP와 VINN은 회로의 동작 범위 내에서 중간 레벨로 설정됩니다. 예를 들어, VDD가 5V라면, 중간 레벨로 2.5V를 설정하는 경우가 흔합니다. 이는 증폭기의 선형 작동 범위를 유지하기 위해서입니다.
커먼 모드 전압 사용하는 경우: Differential Amplifier 같은 경우, 커먼 모드 전압을 기준으로 설정하여, 두 입력 단자의 평균값을 안정적으로 유지하도록 합니다.
아래에 참고할 수 있는 유사한 질문 링크가 있으니 한 번 확인해 보세요:
더 구체적인 정보나 회로의 특정 요구 사항이 필요하시면, 이미 존재하는 설계 환경 문서나 시뮬레이션 툴에서 제공하는 모델을 확인하는 것이 좋습니다.
저는 질문자님의 이해를 돕고자 지식공유자님의 기존 답변을 참고하여 유사한 답변 링크를 추천해드리고 있습니다.
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추가적으로 궁금한 점이 있으시면, 이어서 질문해 주세요. 곧 지식공유자께서 답변해 주실 것입니다.
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