1-1. Bandgap reference

0. Intro

안녕하세요 일주일만에 다시 글을 쓰네요. 

 

오늘은 살짝 어려운 내용을 다뤄볼까 합니다.

 

그림1.

Current Mirror에서 살짝 언급했었는데  다시 보겠습니다.

 

왼쪽에 $I_{ref}$라는 전류원이 있습니다. 이 전류원은 'a.Supply Voltage의 Noise'와 'b.온도에 민감하지 않은' 잘 만들어진 전류원으로 current mirror를 사용해 여기 저기에 bias를 줍니다.

 

이 때 Bandgap reference를 통해 바로 저 $I_{ref}$를 만드는 것입니다.

 

우선  'a.Supply Voltage 의 Noise'에  민감하지 않게 어떻게 만드는지 idea를 먼저 작성해보겠습니다.

 

1. Supply Independent Biasing

 

그림 1에서 $I_{ref}$를 전류원 대신 저항 $R$이 달려있다고 생각해보겠습니다. 여기에 흐르는 전류를 M2에서 current mirror로

 

공급하는 것입니다.

 

만약 $V_{DD}$가 흔들리면 전류의 변화량을 다음과 같이 구할 수 있습니다.

$$\Delta I = \frac{\Delta V_{DD}}{R+\large\frac{1}{g_{m1}}}$$

$V_{DD}$의 변화가 전류에 그대로 나타납니다.

 

어떤 회로든 각종 Noise 같은 것들 때문에  $V_{DD}$가 흔들릴 수 밖에 없습니다.

 

그런데 그 Noise에 의해 전류가 바뀌면 회로가 제대로 동작을 안하게 됩니다.

 

그래서 더욱더 $I_{ref}$ 같은 것이 필요한거구요.

 

어쨌든 $V_{DD}$로 바로 공급해주는 것은 위험합니다.

 

그래서 다음과 같은 회로가 제시됩니다.

 

그림2.

그림2와 같은 회로를 self-bias circuit이라고 합니다.

 

$M_{4}, M_{1}$을 보시면 diode connected 구조로 $|V_{gs}|$가 $|V_{th}|$보다 크기만 하면 saturation이 됩니다.

 

그런데 가만히 생각해보면 이상한 점이 있습니다.

 

예를들어 $V_{DD}$를 3.3V, 그리고 모든 mosfet의 $|V_{th}|$는 0.3V라고 하겠습니다.

 

M1이 turn on(saturation)이 되기 위해서는 M1의 gate전압이 0.3V보다 크기만 하면 됩니다.

마찬가지로 M4의 gate는 3V보다 작으면 됩니다.

 

여기서 가만히 생각해보면 M1의 gate는 0.4V, 0.5V, 0.6V 등 여러 값이 될 수 있습니다.

(= 다양한 전류값을 가질 수 있습니다)

 

그에 상응해서 M4의 gate도 3V보다 작은 여러 값을 가지게 되겠죠?

 

즉 저 회로의 흐를 수 있는 전류의 값은 굉장히 많습니다.

 

전류식 $I_{ref}=K I_{out}$만 만족하게 $V_{gs}$가 적절히 선택되면 됩니다.

 

다시 말하면  $V_{DD}$와 저 $I_{ref}$에 흐르는 전류는 관계가 없습니다.

 

supply에 independent하게 전류를 만들고 있습니다.

 

그 전류로 biasing이 되었으니 self bias-circuit이라고 부르는 이유도 알 수 있습니다.

 

위와 같은 회로로 supply noise에 independent한 전류를 만들 수 있다는 idea는 가져왔습니다. 

 

 

 

 

 

여기서 '전류가 얼마나 흐를지 어떻게 정하지?' 라는 궁금증이 있는데 이는 추후에

 

'온도와 무관'하게 전류만드는 방법을 설명 드린뒤 다시 설명드리겠습니다.

 

 

질문 오류지적 환영합니다!