Interactive Analog Circuit Design

아날로그는 어렵다.
그래서 만진다.

트랜지스터 하나의 곡선에서 시작해 증폭기, 연산 증폭기, 기준 전압, 레귤레이터, ADC, PLL까지 올라간다. 모든 회로는 브라우저 안에서 도는 작은 SPICE로 실제로 풀리고, 독자는 바이어스를 끌고 커패시터를 바꾸며 이득이 꺼지고 회로가 발진하는 순간을 직접 본다.

20개 챕터170여 개 시뮬레이터브라우저 SPICE가상 공정 AB180이어지는 타깃 AB-1

숫자로 보는 아날로그 설계

이 책을 끝내면 아래 숫자가 어디서 나오는지, 왜 서로 발목을 잡는지 설명할 수 있게 됩니다. (가상의 교육용 공정 AB180 기준)

약 125배L = 1 µm 트랜지스터 하나가 낼 수 있는 고유 이득 gm·ro. 70 dB를 얻으려면 두 단이 필요하다
64 µV1 pF 커패시터에 피할 수 없이 남는 kT/C 잡음(300 K). 12비트 LSB의 약 5분의 1
60°피드백 증폭기가 울리지 않으려면 지켜야 할 위상 여유의 관례적 기준
1.2 V온도에 따라 내려가는 전압과 올라가는 전압을 더하면 나오는 밴드갭 기준 전압
6.02N + 1.76 dBN비트 ADC의 이상적 신호 대 잡음비. 1비트 늘리면 6 dB
1/√(WL)두 트랜지스터의 부정합이 줄어드는 비율. 정밀도의 대가는 면적이다

설계 계층

이 책은 소자에서 시스템으로 올라갑니다. 각 단계는 앞 단계의 부품으로 만들어집니다. 1장(개요)과 19장(실험실), 20장(용어집)은 전체를 가로지릅니다.

이어지는 타깃: AB-1 센서 인터페이스 칩

모든 장은 가상의 칩 하나를 조금씩 완성합니다. 압력 센서의 ±10 mV 신호를 키우고, 샘플링하고, 12비트로 읽는 칩입니다. 장 끝의 타깃 파일에서 그 장이 AB-1에 무엇을 더했는지 확인하세요.

센서 브리지±10 mV PGA×40 · OTA SC 샘플러1 pF SAR ADC12 b · 1 MS/s 디지털 밴드갭1.2 V LDO3.6→1.8 V PLL4→32 MHz
AB-1 블록도. 신호 사슬(위)과 그것을 받치는 기준·전원·클록 블록(아래). 모든 블록의 밑바닥에는 같은 2단 밀러 OTA가 있다. 실제 회사·제품과 무관한 가상의 칩이다.

아날로그 실험실

회로도를 직접 그리고 브라우저 SPICE로 동작점, 주파수 응답, 과도 응답, 잡음을 돌려 본다. 공통 소스 증폭기부터 AB-1의 OTA, 밴드갭, 링 발진기까지 프리셋으로 열어 고쳐 보자.

먼저 만져 볼 시뮬레이터

글 없이 바로 들어가도 되는 대표 시뮬레이터입니다. 전체 목록은 시뮬레이터 갤러리에 있습니다.

전체 챕터

2~6장은 소자와 기본 블록, 7~10장은 증폭기와 피드백, 11~12장은 정밀도, 13~14장은 기준·전원, 15~18장은 데이터 변환과 클록입니다. 각 장은 직관 → 시뮬레이터 → 수식 → 손 계산과 시뮬레이션 비교 → 타깃 파일 → 퀴즈 순서로 진행합니다.

CHAPTER 01

아날로그는 왜 어려운가

세상은 아날로그다. 센서에서 ADC까지 신호 사슬, 디지털과 다른 설계 감각, 이득·대역폭·잡음·전력이 서로 발목을 잡는 트레이드오프 팔각형.

시뮬레이터
CHAPTER 02

MOSFET: 아날로그의 원재료

게이트 전압으로 채널 전하를 조절하는 스위치가 아니라 전압 제어 전류원으로서의 MOSFET. 차단·선형·포화, 채널 길이 변조, 약반전과 바디 효과.

시뮬레이터
CHAPTER 03

소신호 모델과 gm/ID

동작점 근처에서 곡선을 직선으로 본다. gm, ro, 고유 이득 gm·ro, 기생 커패시턴스와 fT, 그리고 현대 설계의 나침반 gm/ID 방법론.

시뮬레이터
CHAPTER 04

단일단 증폭기

공통 소스, 공통 게이트, 소스 팔로워, 캐스코드. 부하선과 동작점, 전압 이득 −gm·Rout, 출력 스윙과 이득의 맞바꿈.

시뮬레이터
CHAPTER 05

전류 미러와 바이어스

전류를 복사하는 회로. 단순 미러의 오차, 캐스코드와 광폭 스윙 미러, 출력 저항, 정전류 바이어스 생성기.

시뮬레이터
CHAPTER 06

차동 증폭기

두 입력의 차이만 키운다. 차동 쌍의 대신호 특성, 공통 모드 제거비(CMRR), 능동 부하 5트랜지스터 OTA.

시뮬레이터
CHAPTER 07

주파수 응답

커패시터가 이득을 갉아먹는다. 극점과 영점, 보드 선도, 밀러 효과, 시정수 어림법, 단위 이득 주파수.

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CHAPTER 08

피드백

이득을 내주고 정확도를 산다. 루프 이득, 이득 둔감화, 대역폭 확장, 입출력 저항 변화, 네 가지 피드백 구조.

시뮬레이터
CHAPTER 09

연산 증폭기 설계

2단 밀러 OTA와 폴디드 캐스코드를 손으로 설계한다. 이득·스윙·슬루율·전력 예산, 공통 모드 피드백(CMFB).

시뮬레이터
CHAPTER 10

안정도와 주파수 보상

피드백은 발진할 수 있다. 위상 여유, 나이퀴스트, 밀러 보상과 극점 분리, 우반면 영점, 계단 응답의 울림.

시뮬레이터
CHAPTER 11

잡음

열잡음과 1/f 잡음, kT/C, 입력 환산 잡음, 잡음 대역폭, 잡음과 전력의 교환 비율.

시뮬레이터
CHAPTER 12

부정합과 레이아웃

똑같이 그린 두 트랜지스터는 다르다. 펠그롬 법칙, 오프셋 전압, 몬테카를로, 공통 중심 배치와 더미, 코너 시뮬레이션.

시뮬레이터
CHAPTER 13

밴드갭 기준 전압

온도에 따라 내려가는 전압과 올라가는 전압을 더한다. PTAT·CTAT, 브로카우 셀, 곡률, 스타트업.

시뮬레이터
CHAPTER 14

LDO 레귤레이터

흔들리는 전원을 깨끗하게. 패스 소자와 드롭아웃, 부하 과도 응답, 전원 잡음 제거비(PSRR), 출력 커패시터와 안정도.

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CHAPTER 15

스위치드 커패시터와 샘플링

스위치와 커패시터로 저항을 흉내 낸다. 샘플-앤-홀드, 전하 주입과 클록 피드스루, 부트스트랩 스위치, SC 적분기와 필터.

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CHAPTER 16

데이터 변환기: DAC와 ADC

양자화 잡음과 SNR = 6.02N + 1.76 dB. DAC 구조, 비교기, 플래시·SAR·파이프라인 ADC, DNL·INL과 ENOB.

시뮬레이터
CHAPTER 17

오버샘플링과 ΔΣ 변환기

1비트로 20비트를 얻는다. 오버샘플링, 잡음 성형, 루프 차수와 안정도, 데시메이션 필터.

시뮬레이터
CHAPTER 18

발진기와 PLL

링·LC 발진기, 위상 잡음과 지터, 위상 비교기와 전하 펌프, 루프 필터, 주파수 합성.

시뮬레이터
CHAPTER 19

아날로그 실험실

회로도를 직접 그리고 브라우저 안의 SPICE로 동작점, 주파수 응답, 과도 응답, 잡음을 돌려 보는 종합 실험실.

시뮬레이터
CHAPTER 20

용어집 & 종합 퀴즈

아날로그 회로 용어를 검색하고, 종합 퀴즈로 설계 감각을 점검하자.

시뮬레이터

추천 학습 경로

목적에 따라 이렇게 읽어 보세요.

처음 배우는 학부생

전자회로 1을 들었다면. 소자에서 연산 증폭기까지 차례로.

증폭기와 안정도

보드 선도, 피드백, 위상 여유가 늘 헷갈렸다면.

정밀 아날로그

잡음, 오프셋, 기준 전압. 마이크로볼트를 다루는 법.

데이터 변환기

샘플링, 양자화, SAR, ΔΣ, 그리고 지터.

시뮬레이터만

글은 나중에. 손으로 먼저 감을 잡는다.

복습·면접 대비

용어와 공식을 빠르게 훑고 종합 퀴즈로 점검.

이 사이트 사용법

끌기동작점, 극점, 손잡이는 대부분 캔버스 위에서 직접 끌 수 있습니다.
무너뜨리기슬라이더를 끝까지. 트랜지스터가 선형 영역으로 빠지고 회로가 울리는 지점이 배울 점입니다.
시뮬레이터만챕터 상단의 "시뮬레이터만" 버튼을 누르면 글이 숨고 시뮬레이터만 남습니다.
따라가기장마다 가상의 칩 AB-1이 한 단계씩 완성됩니다.
그려 보기19장 실험실에서 회로도를 직접 그려 시뮬레이션합니다.

반도체 시리즈

앞의 책들이 칩을 어떻게 만드는지 다뤘다면, 이 책은 만든 트랜지스터로 회로를 어떻게 설계하는지 다룹니다.

ProcessBook반도체 제조 공정 전체 LithoBook노광 · EUV와 멀티 패터닝 MemoryBookDRAM·NAND·HBM의 구조 PackagingBook패키징 · 칩렛과 2.5D/3D YieldBook수율 분석 · 결함과 웨이퍼 맵 FailureBook불량 분석 · 다이를 열어 보기 SensorBook이미지 센서 TCADBook공정·소자 시뮬레이션 ChipIndustryBook반도체 산업 지도