전회1(CH5)_Frequency Response(1): 기생 Capacitance

 

1) 기본적으로 Body/Source/Drain도 Metal이고 Gate도 metal인데 가운데 유전체 oxide있으니깐 당연히 Cap이 있을거다.

-> 근데, S/D이 정말 Gate랑 딱 맞춰서 도핑되고 두 개의 영역크기가 같다면 상쇄되어 없을 것이지만 절~대 그럴 수는 없다

-> 그러니깐 아래의 그림처럼 도핑 영역이 Gate Channel 구간을 침범하게 될 것이다. 

-> 그러면 이제 Cgs와 Cgd가 영향을 미치게 되는데, 우리의 Amp는 Saturation 상태에서 동작하게 되니 당연히 Cgs가 Dominant한 영향을 끼칠 것이다.

-> 그러나, VDS 전압이 강해짐에 따라 Pinch-off 되는 지역이 더 좁아지면서 Lov만큼 채널길이의 차이가 생기게 되는데, 실제로는 이 녀석의 영향을 고려해야한다.

 

 

 

2) 위에서 발생하는 Cgs와 Cgd를 설명했지만 동일하게 Cdb, Csb도 발생할 것이다.

-> 이를 회로적 모델링으로는 위의 사진과 같이 표현하며 어떤 식으로 영향을 주는 지 살펴보자

-> 위의 회로는 CS stage이다. 이때, 일반적으로 Body-Source를 Gnd로 보내기 때문에 Csb의 영향은 제거된다.

-> 또한, Cdb의 경우 한쪽 노드의 전압이 Gnd이므로 Drain 단에 붙여서 고려할 수 있다.

-> Saturation에서 Cgd보단 Cgs가 지배적이기 땜에 일단은 무시한다면 결국 출력단의 주파수 응답에 영향을 주는 것은 Cdb + Cgs이다.

 

 

****3)  Short Circuit (전류 Gain)****

-> 이 부분에 대한 내용은 아주 중요하다.

-> 결과를 먼저 말하면 이 해석을 통해 우리는 "회로가 동작할 수 있는 최대 주파수 지점을 판단"할 수 있게 된다.

 

3-1) 회로 구성

-> AC Coupled Cap : 얘는 전에도 말했지만, 장비랑 연결할때 얘 없으면 전류 세니깐 막아주는 역할(DC에서는 Short)

-> Cgd 후에 나올 miller effect로 인해 Gate 단의 Cgs와 병렬로 연결

-> Cbs는 Gnd-Gnd이므로 무시

-> Cdb는 Body는 AC GND이니깐 Drain단에 붙음

 

3-2) DC해석 

-> 기존에 하던 대로 Av/Gv/Rin/Rout 구한다.

 

 

3-3) AC해석

-> 앞에 해석한 대로 회로를 재구성하면 위와 같이 모델링할 수 있다.

-> 이때 입력 전류에 대한 출력 전류 관계식을 구할 거니깐, 입출력을 전류로 표현한다.

-> 그러면 Vgs= Ii * 1/sC1로 표현된다.

-> 이걸 통해 id 전류가 발생하게 된다

 

-> 출력단을 전류로 표현했기 때문에 Gnd로 쇼트된 것으로 표현되고, 그로 인해 출력단 Cap, 저항으로의 전류 패스는 죽는다.

-> 때문에, Io= Ids = gmVgs=gm*Ii/sC1이다

 

** 만약 Gain=0dB 이라면 (증폭이 1도 없다면) **

-> fT=gm/(2pi*(Cgd+Cgs)) 인 것을 알 수 있다.  즉, fT 이후로는 Gain이 1도 없다라는 얘기고

-> 이 회로는 fT까지만 증폭기 동작을 수행한다는 것이다. 

-> 때문에 이 녀석의 명칭을 Unit Gain Frequency라고 표현하며, Amp의 동작이 얼마나 고속으로(BW와 연관되어있으니깐) 동작하는 가를 판단하는 지표이다.