전회1(CH5)_AMP의 3가지 타입과 해석(5): CD(Source Follower)

 

1) CD 혹은 소스 팔로워는 어떤 용도로 쓰일까?

-> 연구실에서 진행했던 과제를 중점으로 말하면, LDO의 Pass Tr과 FMCW 수신단의 PGA 뒷단과 출력 SMA라인 사이의 회로로 사용했었다.

-> LDO의 Pass TR이 SF로 쓰였다면, 당연하게도 Nmos의 형태로 사용했다. (관련된 내용은 따로 정리하겠다)

-> 수신단의 출력에서 SF를 왜 사용했을까? SMA는 50ohm이고 보통의 Amp는 아웃단 임피던스가 크기 때문에 전압 전달이 잘 되지 않는다.

-> 때문에, SF를 통해 출력 임피던스를 낮추어 전압 전달을 잘 하고자 했을 것이다.

 

2) 그럼 이제 위의 사진에 나와있는 기본적인 CD의 구조를 분석하며 특징을 알아보자.

-> CD는 Drain이 DC로 연결되어 AC에서는 GND로 Short된 상태이며, Gate(in)/Source(out)의 구조를 갖고 있다.

-> Rin은 당연히 Gate니깐 무한대이고

-> Rout은 채널 변조에 의한 ro와 Rs가 병렬로 보이는 것과 Source단으로 보이는 1/gm이 병렬로 보인다. 즉, 1/gm의 low 임피던스다.

**body effect를 고려하지 않는다면, SF의 아웃단 저항은 1/gm의 Low Impedance이다.**

 

3) 이때, 이전에 배웠던 Body effect를 고려한다면 어떻게 되는지 살펴보자.

-> Body to Source의 Foward Bias를 방지하기 위해 GND를 달아놓았다.

-> 하지만, Body Effect로 인해 Vbs가 발생하여 ibs가 흐른다고 생각할 것이다.

-> 그렇다면, 등가적으로 Body는 Gnd이기 때문에 Source to Gnd 사이에 Vbs가 걸려있는 것처럼 표현할 수 있다.

 

4) 이때, 흐르는 전류는 앞장에서 배웠듯이 ib=gmb*Vbs이므로 우리는 이를 등가적으로 1/gmb라고 표현할 수 있게 된다.

-> 즉, Body effect로 인한 Vbs 전압으로 인해 소스에 등가적으로 1/gmb만큼의 저항이 보이는 것이다.

 

5) 1/gmb를 고려하게 된다면 Rout은 직관적으로도 1/gmb // 1/gm // ro일 것이다.

-> 보통 1/gm이 작기 때문에 일반적으로는 1/gm이 dominant한 결과이다.

 

6) Av를 구해보자

-> 2가지 방식으로 구한 결과이며 동일한 결과이다.

-> 단지 해석을 어떻게 하냐에 따라 간단해질수도 복잡해질수도 있단 것을 보여주고 싶었다.

-> 뭘 선택하든 자유고 나는 2번의 형식으로 구할 것이다.

 

6-2)

-> Vgs에 의해 gmVgs가 흐르면, 이 전류와 출력단 저항 RL'이 만나 Vout을 만든다

-> 이때, Vgs=Vi-Vout이므로 이를 대입하여 Vout/Vi를 구한다.

 

7)이 해석을 통해 우리는 SF이 Gain이 1을 절대 넘을 수 없다는 것을 알 수 있다.

즉, Gain은 최대 1이며 출력 임피던스가 낮다 --> 전압을 전달하는 버퍼 역할을 수행한다로 해석할수 있다.