KR101516327B1 - Apparatus and method for analog integrated circuit - Google Patents

Apparatus and method for analog integrated circuit Download PDF

Info

Publication number
KR101516327B1
KR101516327B1 KR1020130069217A KR20130069217A KR101516327B1 KR 101516327 B1 KR101516327 B1 KR 101516327B1 KR 1020130069217 A KR1020130069217 A KR 1020130069217A KR 20130069217 A KR20130069217 A KR 20130069217A KR 101516327 B1 KR101516327 B1 KR 101516327B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
circuit
block
self
design
integrated circuit
Prior art date
Application number
KR1020130069217A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20140146459A (en
Inventor
김영석
백기주
Original Assignee
충북대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 충북대학교 산학협력단 filed Critical 충북대학교 산학협력단
Priority to KR1020130069217A priority Critical patent/KR101516327B1/en
Publication of KR20140146459A publication Critical patent/KR20140146459A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101516327B1 publication Critical patent/KR101516327B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/30Circuit design
    • G06F30/36Circuit design at the analogue level
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H03K17/6871Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors the output circuit comprising more than one controlled field-effect transistor
    • H03K17/6872Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors the output circuit comprising more than one controlled field-effect transistor using complementary field-effect transistors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Design And Manufacture Of Integrated Circuits (AREA)

Abstract

본 발명은 아날로그 집적회로 설계 장치 및 방법에 관한 것으로서, 입력된 설계 사양을 입력처리하는 단계와, 전체 회로를 블록별로 분리하고, 각 블록별로 셀프 캐스코드 구조의 회로를 구성하는 단계와, 설계 사양에 대응하여 셀프 캐스코드의 채널길이 비율을 조절하는 단계와, 블록별 회로를 결합하는 단계와, 전체 회로의 특성을 설계 사양과 비교하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 단일 모스펫을 이용하여 성능을 향상시키는 것보다 면적 증가비율이 작기 때문에 제조비용의 절감의 효과가 있다. 그리고, 성능 향상을 위해서 고안되는 회로를 추가하는 방법보다 간단하고, 적은 노력으로 회로의 성능을 높일 수 있다. 또한 추가되는 회로가 적기때문에 회로의 신뢰성도 향상시킬 수 있다. 특히 최신 공정인 저전압 나노미터급 공정을 이용한 아날로그 회로설계에 제안된 설계 기법을 적용하면 큰 효과를 얻을 수 있다.The present invention relates to an apparatus and method for designing an analog integrated circuit, comprising steps of inputting input design specifications, separating the entire circuits on a block-by-block basis, constructing a circuit of a self-coded code structure for each block, Adjusting the channel length ratio of the self-cascode code in correspondence with the block size, combining the block-by-block circuit, and comparing the characteristics of the entire circuit with the design specification. According to the present invention, since the area increase rate is smaller than that of using a single MOSFET, the manufacturing cost can be reduced. In addition, the performance of the circuit can be improved with a simpler and less effort than a method of adding a circuit designed to improve the performance. In addition, since the number of circuits to be added is small, the reliability of the circuit can be improved. In particular, the proposed design method for the analog circuit design using the latest process, the low-voltage nanometer-scale process, has a great effect.

Description

아날로그 집적회로 설계 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ANALOG INTEGRATED CIRCUIT}[0001] APPARATUS AND METHOD FOR ANALOG INTEGRATED CIRCUIT [0002]

본 발명은 아날로그 집적회로 설계 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서로 다른 문턱 전압을 갖는 셀프 캐스코드(self-cascode) 구조에서의 채널길이 변화를 이용하여 아날로그 집적회로를 설계하는 아날로그 집적회로 설계 장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus and method for designing an analog integrated circuit, and more particularly to an analog integrated circuit designing an analog integrated circuit using a channel length change in a self-cascode structure having different threshold voltages Design apparatus and method.

금속-산화막-반도체 전계 효과 트랜지스터(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor : MOSFET, 이하 "모스펫"이라 함)를 이용한 아날로그 집적회로 설계에 있어서, 짧은 채널(short channel) 모스펫은 작은 출력저항으로 인하여 채널변조현상(channel length modulation)이 크게 나타나므로, 높은 이득이 요구되는 아날로그 회로에 사용하기에는 문제가 있다. 이에 출력저항을 증가시키기 위해서, 최소 채널길이의 몇 배나 긴 채널(long channel) 모스펫을 이용해야만 한다.In an analog integrated circuit design using a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), a short channel MOSFET has a problem of channel modulation phenomenon (channel length modulation) is large, there is a problem in that it is used in an analog circuit requiring a high gain. To increase the output resistance, a long channel MOSFET should be used, which is several times longer than the minimum channel length.

그런데, 긴 채널 모스펫은 짧은 채널 모스펫보다 트랜스컨덕턴스가 낮기 때문에, 트랜스컨덕턴스를 증가시키기 위해서는 채널폭(channel width)을 증가시켜야 한다. 결국 원하는 설계 목표치(specification)에 도달하기 위해서는 전체 아날로그 집적회로의 면적이 커지게 되어 제조 비용을 증가시키는 문제점을 발생시키게 된다.However, since the long channel MOSFET has a lower transconductance than the short channel MOSFET, the channel width must be increased to increase the transconductance. Consequently, in order to reach a desired design specification, the area of the entire analog integrated circuit becomes large, which causes a problem of increasing the manufacturing cost.

한편, 다른 아날로그 집적회로 설계 기법으로는 일반적인 캐스코드(cascode) 구조를 적용하여 출력저항을 증가시킬 수 있다. 그러나 이 일반적인 캐스코드 구조는, 공급전원 전압이 감소되는 현재의 추세를 고려하면, 문턱전압(threshold voltage, VTH)과 낮은 출력 전압의 제한으로 인해 저전압 아날로그 회로에서는 사용하기 어려운 문제가 있다.
Meanwhile, other analog integrated circuit design techniques can increase the output resistance by applying a general cascode structure. However, this general cascode structure has a problem that it is difficult to use in a low voltage analog circuit due to the limitation of a threshold voltage (V TH ) and a low output voltage in consideration of the current trend in which the supply voltage is reduced.

대한민국 공개특허공보 제10-2009-0127432호(공개일 2009.12.11.)Korean Patent Publication No. 10-2009-0127432 (published on December 11, 2009)

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 서로 다른 문턱 전압을 갖는 셀프 캐스코드 구조의 두 모스펫의 채널길이 조합에 따라 최적화된 트랜스컨덕턴스(transconductance, gm)와 출력저항(output resistance, rout)을 얻을 수 있도록, 각 회로 블록에 최적화된 특성에 대응된 채널길이 비율을 갖는 셀프 캐스코드 구조를 적용할 수 있는 아날로그 집적회로 설계 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a transconductance (gm) optimized according to a channel length combination of two MOSFETs of a self-cascading code structure having different threshold voltages. And a method of designing an analog integrated circuit capable of applying a self-cased code structure having a channel length ratio corresponding to a characteristic optimized for each circuit block so as to obtain an output resistance (r out ) have.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 아날로그 집적회로 설계 장치는, 설계 사양에 대한 입력처리를 수행하는 설계 사양 입력처리부; 상기 설계 사양에 따라 블록별로 회로를 구성하는 블록 회로 구성부; 블록별 회로를 결합시키는 블록 회로 결합부; 상기 블록 회로 구성부 및 상기 블록 회로 결합부를 각각 시뮬레이션하는 시뮬레이션부; 및 시뮬레이션 결과를 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for designing an analog integrated circuit, including: a design specification input processing unit for performing input processing on a design specification; A block circuit constituting a circuit for each block according to the design specification; A block circuit coupling unit for coupling circuitry for each block; A simulation unit for simulating the block circuit unit and the block circuit unit, respectively; And an output unit for outputting a simulation result.

한편, 본 발명의 아날로그 집적회로 설계 방법은, 서로 다른 문턱 전압을 갖는 셀프 캐스코드 구조의 채널길이 비율을 이용하여 아날로그 집적회로를 설계하는 것을 특징으로 한다.
Meanwhile, the analog integrated circuit design method of the present invention is characterized by designing an analog integrated circuit using a channel length ratio of a self-cascode code structure having different threshold voltages.

또한, 본 발명의 아날로그 집적회로 설계 방법은, (a) 입력된 설계 사양을 입력처리하는 단계; (b) 전체 회로를 블록별로 분리하고, 각 블록별로 셀프 캐스코드 구조의 회로를 구성하는 단계; (c) 상기 설계 사양에 대응하여 셀프 캐스코드의 채널길이 비율을 조절하는 단계; (d) 각 블록별 회로를 결합하는 단계; 및 (e) 상기 전체 회로의 특성을 상기 설계 사양과 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Further, the analog integrated circuit design method of the present invention includes the steps of: (a) inputting input design specifications; (b) separating all the circuits on a block-by-block basis, and constructing a circuit of a self-coded code structure for each block; (c) adjusting a channel length ratio of the self-coded code in accordance with the design specification; (d) combining circuits for each block; And (e) comparing the characteristics of the entire circuit with the design specification.

상기 단계 (b)는 상기 셀프 캐스코드 구조의 채널길이 비율을 50 : 50로 하여 임시로 회로를 설계한다.In the step (b), the circuit is temporarily designed with the channel length ratio of the self-cascode structure being 50: 50.

상기 단계 (c)는 상기 설계 사양에 대응하여 시뮬레이션하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.Preferably, the step (c) further includes a step of simulating in accordance with the design specification.

상기 셀프 캐스코드 구조에 포함되는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)는, 채널 도핑, 게이트 일함수, 게이트 산화막 두께를 포함하는 공정; 쇼트 채널 효과(short channel effect), 리버스 쇼트 채널 효과(reverse short channel effect)를 포함하는 소자 특성; 및 정방향 바디 바이어스, 게이트 바이어스를 포함하는 바이어스; 중에서 적어도 어느 하나에 의해 상기 서로 다른 문턱 전압을 갖는다.
A MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) included in the self-cased code structure includes a process including channel doping, a gate work function, and a gate oxide thickness; Device characteristics including a short channel effect and a reverse short channel effect; And a bias including a forward body bias and a gate bias; The threshold voltage is different from the threshold voltage.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 아날로그 집적회로 설계 장치 및 방법에 따르면, 단일 모스펫을 이용하여 성능을 향상시키는 것보다 면적 증가비율이 작기 때문에 제조비용의 절감의 효과가 있다. 즉, 각 회로 블록에 최적화된 트랜스컨덕턴스나 출력저항의 특성을 갖는 채널길이 조합을 적용하여 전체 회로를 설계하면 최대의 성능과 작은 면적을 갖는 아날로그 집적회로 설계가 가능하다.As described above, according to the apparatus and method for designing an analog integrated circuit according to the present invention, the manufacturing cost can be reduced because the area increasing ratio is smaller than that of using a single MOSFET. That is, if an entire circuit is designed by applying a channel length combination having characteristics of transconductance or output resistance optimized for each circuit block, it is possible to design an analog integrated circuit having a maximum performance and a small area.

또한, 성능 향상을 위해서 고안되는 회로를 추가하는 방법보다 간단하고, 비교적 용이하게 회로의 성능을 높일 수 있다. 즉, 전체 아날로그 집적회로의 성능을 향상시키고, 제조비용을 줄이고, 보다 쉬운 방법으로 설계할 수 있다.In addition, the performance of the circuit can be improved more easily and relatively easily than the method of adding a circuit designed for improving the performance. That is, it can improve the performance of the entire analog integrated circuit, reduce the manufacturing cost, and can be designed in an easier way.

그리고, 추가되는 회로가 적기 때문에 회로의 신뢰성도 향상시킬 수 있다.Since the number of circuits to be added is small, the reliability of the circuit can be improved.

특히, 최신 공정인 저전압 나노미터급 공정을 이용한 아날로그 회로설계에 제안된 설계 기법을 적용하면 큰 효과를 얻을 수 있다. 즉, 셀프 캐스코드 구조는 저전압을 사용하는 아날로그 집적회로에서 출력저항을 증가시킬 수 있다.
Especially, the proposed design method for the analog circuit design using the latest process, low-voltage nanometer-scale process, can be applied to great effect. That is, the self-cascode structure can increase the output resistance in analog integrated circuits using low voltage.

도 1은 서로 다른 문턱 전압을 갖는 셀프 캐스코드 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 셀프 캐스코드 구조의 두 모스펫의 채널길이 조합에 따른 특성을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 아날로그 집적회로 설계 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 아날로그 집적회로 설계 방법의 흐름도이다.
도 5는 제안된 설계 기법을 설명하기 위한 일반적인 2단 연산 증폭기 회로도이다.
도 6은 제안된 아날로그 집적회로 설계 기법을 이용한 2단 연산 증폭기 회로도이다.
도 7은 기존의 회로와 제안된 설계방식으로 설계된 회로의 주파수 응답특성을 비교한 그래프이다.
1 is a diagram illustrating a self-cascode code structure having different threshold voltages.
FIG. 2 is a graph showing characteristics according to channel length combinations of two MOSFETs in a self-coded code structure.
3 is a block diagram of an analog integrated circuit designing apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart of a method of designing an analog integrated circuit according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic diagram of a general two-stage operational amplifier to illustrate the proposed design technique.
6 is a circuit diagram of a two-stage operational amplifier using the proposed analog integrated circuit design technique.
7 is a graph comparing the frequency response characteristics of a circuit designed with the conventional circuit and the proposed design method.

이하, 본 발명의 아날로그 집적회로 설계 장치 및 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, an apparatus and method for designing an analog integrated circuit of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 서로 다른 문턱 전압을 갖는 셀프 캐스코드 구조를 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating a self-cascode code structure having different threshold voltages.

도 1을 참조하면, 서로 다른 문턱 전압을 갖는 셀프 캐스코드 구조는 게이트(Gate, G)가 두 모스펫에 함께 연결된다. 소스측 모스펫과 드레인측 모스펫은 서로 다른 문턱전압을 갖고,

Figure 112013053745350-pat00001
와 같이 드레인측 모스펫의 문턱전압이 소스측 모스펫의 문턱전압보다 낮다. 이 구조에서 적절한 바이어스가 인가되면 높은 출력저항을 얻을 수 있다. 그 때 소스측 모스펫은 선형영역(linear region)에서 동작하고, 드레인측 모스펫은 포화영역(saturation region)에서 동작하게 된다. 여기서 단일 모스펫 M의 채널길이(channel length)는 L이고, 셀프 캐스코드 구조에서 소스(Source, S)측 모스펫 MS의 채널길이는 LS 이고, 드레인(Drain, D)측 모스펫 MD의 채널길이는 LD 이다. 셀프 캐스코드 구조에서 두 모스펫의 채널길이 합은 단일 모스펫의 채널길이와 동일하게 유지하여 LS + LD = L 로 정의한다. 채널폭(channel width, W)은 동일하다.
Referring to FIG. 1, a self-coded code structure having different threshold voltages is connected to two MOSFETs with gates (Gate, G). The source side MOSFET and the drain side MOSFET may have different threshold voltages,
Figure 112013053745350-pat00001
The threshold voltage of the drain side MOSFET is lower than the threshold voltage of the source side MOSFET. In this structure, a high output resistance can be obtained when an appropriate bias is applied. The source side MOSFET then operates in a linear region and the drain side MOSFET operates in a saturation region. Here, the channel length of the single MOSFET M is L, the channel length of the source (S, S) side MOSFET MS in the self-coded code structure is L S, and the channel length of the drain (D, L D. In the self-coded code structure, the sum of the channel lengths of two MOSFETs is defined as L S + L D = L by keeping the channel length of the single MOSFET at the same value. The channel width (W) is the same.

도 2는 셀프 캐스코드 구조의 두 모스펫의 채널길이 조합에 따른 특성을 나타낸 그래프이다.FIG. 2 is a graph showing characteristics according to channel length combinations of two MOSFETs in a self-coded code structure.

도 2를 참조하면, 인가되는 바이어스에서 셀프 캐스코드 구조의 채널길이 합 L에서 LS와 LD의 비율에 따른 트랜스컨덕턴스와 출력저항의 변화를 나타낸 그래프로서, 상기한 바와 같이 채널폭은 동일하다. LS가 LD보다 작은 비율이 될수록 트랜스컨덕턴스가 단일 모스펫보다 증가한다. 그 이유는 셀프 캐스코드의 전체 트랜스컨덕턴스가 선형영역에서 동작하는 소스측 모스펫의 트랜스컨덕턴스에 의해 결정되기 때문에 소스측 모스펫 채널길이 LS가 짧을수록 트랜스컨덕터스가 증가하게 된다. 반대로 LS의 비율이 증가하게 되면 트랜스컨덕턴스는 감소하고 출력저항이 증가하는 경향을 볼 수 있다. 그것이 셀프 캐스코드 구조의 또 다른 조건인

Figure 112013053745350-pat00002
(
Figure 112013053745350-pat00003
) 을 추가로 만족하여 LS가 LD보다 작은 비율보다 출력저항이 증가하게 되고, 또한 단일 모스펫보다 향상된다. 그러므로 최대의 출력저항을 갖는 채널길이 LS와 LD 조합을 찾을 수 있다. 회로 설계를 위해서 선택한 공정의 모스펫 소자를 이용한 셀프 캐스코드 구조의 채널길이 조합에 따른 특성이 도 2와 같다면, 트랜스컨덕턴스가 중요한 회로 블럭에는 LS가 LD보다 작은 비율을 갖는 셀프 캐스코드를 적용하고, 출력저항이 중요한 회로 블록에는 LS가 LD 보다 큰 비율을 갖는 셀프 캐스코드를 적용하면, 최적의 설계가 가능하다. 그리고, 트랜스컨덕턴스와 출력저항 모두 적절히 향상시켜야 된다면, 적절한 채널길이 비율을 선택하여 적용하면 설계하고자 하는 아날로그 회로의 성능을 향상시킬 수 있다.
Referring to FIG. 2, the graphs show changes in transconductance and output resistance depending on the ratio of L S and L D in the channel length sum L of the self-coded code structure in the applied bias, and the channel widths are the same as described above . As L S becomes smaller than L D , the transconductance increases more than a single MOSFET. The reason is that the total transconductance of the self-cascode is determined by the transconductance of the source-side MOSFET in the linear region, so that the shorter the source-side MOSFET channel length L S , the greater the transconductance. Conversely, when the ratio of L S increases, the transconductance decreases and the output resistance tends to increase. This is another condition of the self-cascading code structure
Figure 112013053745350-pat00002
(
Figure 112013053745350-pat00003
) Is satisfied so that the output resistance is higher than the ratio that L S is smaller than L D , and is also improved than that of a single MOSFET. It is therefore possible to find a combination of channel lengths L S and L D with maximum output resistance. If the characteristics of the self-cascode structure using the MOSFET device of the selected process for the circuit design are the same as those in FIG. 2, a circuit block in which transconductance is important includes a self-cascode having a ratio L S smaller than L D And a circuit block in which output resistance is important, an optimum design is possible by applying a self-coded code having a ratio of L S to L D. If both the transconductance and the output resistance need to be appropriately improved, the performance of the analog circuit to be designed can be improved by selecting an appropriate channel length ratio.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 아날로그 집적회로 설계 장치의 구성도이다.3 is a block diagram of an analog integrated circuit designing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 아날로그 집적회로 설계 장치는, 설계 사양(Specification)에 대한 입력처리를 수행하는 설계 사양 입력처리부(1)와, 설계 사양에 따라 블록별로 회로를 구성하는 블록 회로 구성부(2)와, 블록별 회로를 결합시키는 블록 회로 결합부(3)와, 블록 회로 구성부(2) 및 블록 회로 결합부(3)를 각각 시뮬레이션하는 시뮬레이션부(4)와, 시뮬레이션 결과를 출력하는 출력부(5)를 포함한다.
3, an analog integrated circuit designing apparatus according to the present invention includes a design specification input processing unit 1 for performing input processing on a design specification, a block circuit constituting a circuit for each block according to design specifications A simulation unit 4 for simulating the block circuit configuration unit 2 and the block circuit combination unit 3 and a simulation unit 4 for simulating the simulation results And an output unit 5 for outputting the output signal.

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 아날로그 집적회로 설계 방법의 흐름도이다.4 is a flowchart of a method of designing an analog integrated circuit according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 먼저 설계하고자 하는 아날로그 회로의 설계 사양을 입력처리하고(S1), 전체회로에 필요한 각 회로 블록을 셀프 캐스코드 구조를 이용하여 설계한다. 먼저 셀프 캐스코드 구조의 채널길이 비율 LS : LD = 50 : 50을 이용하여 임시로 회로를 설계한다(S2). 이 때 설계 사양을 고려하여, 각 회로 블록의 기능과 특성을 고려하여 높은 주파수 특성이나 높은 트랜스컨덕턴스를 위한 블록은 채널길이 비율을 조절하여 트랜스컨덕턴스가 높은 비율로 변경하고, 설계 사양과 비교하여 최적화한다. 한편, 높은 이득을 필요로 하거나, 높은 출력 임피던스가 필요한 회로 블록은 채널길이 비율을 조절하여 출력저항이 설계 사양과 비교하여 최적화되도록 조절한다(S3 ~ S4). S3 ~ S4에서 최적화 여부를 시뮬레이션하는 과정은 선택적으로 수행할 수 있다. 다음으로, 최적화된 각각의 회로 블록을 연결하여 전체 회로를 완성하고(S5), 전체 회로의 특성을 시뮬레이션하여 설계 사양과 비교한다(S6). 비교한 결과에서 부족한 부분이 발생하면 각 회로 블록의 최적화를 다시 진행하고, 전체 회로에 적용하여 설계 사양과 다시 비교하는 단계를 거친다. 설계 사양과 결과가 일치하면 설계과정은 마치게 된다(S7).
Referring to FIG. 4, first, a design specification of an analog circuit to be designed is inputted (S1), and each circuit block necessary for the entire circuit is designed using a self-cascode code structure. First, a circuit is temporarily designed (S2) using the channel length ratio L S : L D = 50: 50 of the self-cascode code structure. Considering the design specifications, considering the function and characteristics of each circuit block, the block for high frequency characteristics and high transconductance should be changed to a high ratio of transconductance by adjusting the channel length ratio. do. On the other hand, a circuit block which requires a high gain or a high output impedance is adjusted so that the output resistance is optimized in comparison with the design specification by adjusting the channel length ratio (S3 to S4). The process of simulating the optimization in S3 to S4 may be selectively performed. Next, the optimized circuit blocks are connected to complete the entire circuit (S5), and the characteristics of the entire circuit are simulated and compared with the design specification (S6). If there is a deficiency in the comparison result, optimization of each circuit block is performed again, and the circuit is applied to the entire circuit and then compared with the design specification again. If the design specification matches the result, the design process is finished (S7).

도 5는 제안된 설계 기법을 설명하기 위한 일반적인 2단 연산 증폭기 회로도이다.5 is a schematic diagram of a general two-stage operational amplifier to illustrate the proposed design technique.

도 5를 참조하면, 이 회로의 성능을 향상시키기 위해서 첫 번째와 두 번째 단의 바이어스를 위한 전류거울 회로 블록에 해당하는 P형 모스펫 MP3 ~ MP5는 큰 출력저항이 필요하므로 도 2에서 출력 저항이 최대가 되는 채널길이 비율 LS : LD = 80 : 20 이 되는 셀프 캐스코드 구조를 적용하고, 첫 번째단의 차동 입력단 P형 모스펫 MP1 ~ MP2는 노이즈 및 동작 주파수를 증가시키기 위해서 도 2에서 트랜스컨덕턴스가 최대가 되는 채널길이 비율 LS : LD = 20 : 80 이 되는 셀프 캐스코드 구조를 적용하여 전체 2단 연산 증폭기의 주요 성능인 전압이득 및 이득대역폭을 증가시킬 수 있다.
Referring to FIG. 5, in order to improve the performance of the circuit, the P-type MOSFETs MP3 to MP5 corresponding to the current mirror circuit blocks for the bias of the first and second stages require a large output resistance. channel length ratio is a maximum L S: L D = 80: applying a self-cascode structure 20, the differential input P-MOSFET MP1 ~ MP2 of the first stage transport from Figure 2 in order to increase the noise, and the operating frequency It is possible to increase the voltage gain and gain bandwidth, which are the main performance characteristics of the entire two-stage operational amplifier, by applying the self-cascode code structure with the channel length ratio L S : L D = 20: 80 at which the conductance becomes maximum.

도 6은 제안된 아날로그 집적회로 설계 기법을 이용한 2단 연산 증폭기 회로도이다.6 is a circuit diagram of a two-stage operational amplifier using the proposed analog integrated circuit design technique.

도 6을 참조하면, 도 5의 일반적인 2단 연산 증폭기에서 앞에서 설명한 내용을 P형 모스펫 MP1 ~ MP5 를 제안된 설계 기법으로 최적의 특성을 갖는 셀프 캐스코드 구조를 적용한 2단 연산 증폭기 회로이다. N형 모스펫 MN1 ~ MN3 도 최적의 특성을 갖는 셀프 캐스코드 구조를 적용할 수 있다.
Referring to FIG. 6, the conventional two-stage operational amplifier shown in FIG. 5 is a two-stage operational amplifier circuit applying the P-type MOSFETs MP1 to MP5 to the self-cascode code structure having the optimum characteristics with the proposed design technique. The N-type MOSFETs MN1 to MN3 can also apply a self-cascode code structure having optimum characteristics.

도 7은 기존의 회로와 제안된 설계방식으로 설계된 회로의 주파수 응답특성을 비교한 그래프이다.7 is a graph comparing the frequency response characteristics of a circuit designed with the conventional circuit and the proposed design method.

도 7을 참조하면, 도 5과 도 6의 2단 연산 증폭기의 성능을 비교한 주파수 응답특성으로서, 빨강색이 본 발명에서 제안한 회로의 응답특성이다. 그래프에서와 같이, 저주파수 전압이득은 10dB 증가하였고, 이득대역폭은 1MHz 증가한 것을 확인할 수 있다. 실험에 있어, 전원전압, 바이어스 전류, 부하 캐패시터, 주파수 보상 캐패시터와 저항 등의 모든 조건을 동일하게 적용하였다.
Referring to FIG. 7, a frequency response characteristic comparing the performance of the two-stage operational amplifier of FIG. 5 and FIG. 6 is shown. The red color is a response characteristic of the circuit proposed in the present invention. As in the graph, the low frequency voltage gain is increased by 10dB and the gain bandwidth is increased by 1MHz. In the experiment, all conditions such as power supply voltage, bias current, load capacitor, frequency compensation capacitor and resistance were applied equally.

이상에서 몇 가지 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것이 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention.

1 : 설계 사양 입력처리부
2 : 블록 회로 구성부
3 : 블록 회로 결합부
4 : 시뮬레이션부
5 : 출력부
1: design specification input processing unit
2: Block circuit constituent part
3: Block circuit connecting part
4: Simulation section
5: Output section

Claims (6)

삭제delete 서로 다른 문턱 전압을 갖는 셀프 캐스코드 구조의 채널길이 비율을 이용하여 아날로그 집적회로를 설계하는 아날로그 집적회로 설계 방법.
An analog integrated circuit design method for designing an analog integrated circuit using a channel length ratio of a self - coded code structure having different threshold voltages.
(a) 입력된 설계 사양을 입력처리하는 단계;
(b) 전체 회로를 블록별로 분리하고, 각 블록별로 셀프 캐스코드 구조의 회로를 구성하는 단계;
(c) 상기 설계 사양에 대응하여 셀프 캐스코드의 채널길이 비율을 조절하는 단계;
(d) 각 블록별 회로를 결합하는 단계; 및
(e) 상기 전체 회로의 특성을 상기 설계 사양과 비교하는 단계를 포함하는 아날로그 집적회로 설계 방법.
(a) inputting input design specifications;
(b) separating all the circuits on a block-by-block basis, and constructing a circuit of a self-coded code structure for each block;
(c) adjusting a channel length ratio of the self-coded code in accordance with the design specification;
(d) combining circuits for each block; And
(e) comparing the characteristics of the entire circuit with the design specification.
제3항에 있어서,
상기 단계 (b)는 상기 셀프 캐스코드 구조의 채널길이 비율을 50 : 50로 하여 임시로 회로를 설계하는 아날로그 집적회로 설계 방법.
The method of claim 3,
Wherein the step (b) temporarily designs the circuit by setting the channel length ratio of the self-cascode structure to 50:50.
제3항에 있어서,
상기 단계 (c)는 상기 설계 사양에 대응하여 시뮬레이션하는 단계를 더 포함하는 아날로그 집적회로 설계 방법.
The method of claim 3,
Wherein said step (c) further comprises the step of simulating corresponding to said design specification.
제3항에 있어서,
상기 셀프 캐스코드 구조에 포함되는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)는,
채널 도핑, 게이트 일함수, 게이트 산화막 두께를 포함하는 공정;
쇼트 채널 효과(short channel effect), 리버스 쇼트 채널 효과(reverse short channel effect)를 포함하는 소자 특성; 및
정방향 바디 바이어스, 게이트 바이어스를 포함하는 바이어스;
중에서 적어도 어느 하나에 의해 서로 다른 문턱 전압을 갖는 아날로그 집적회로 설계 방법.
The method of claim 3,
A MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) included in the self-
A process including channel doping, a gate work function, and a gate oxide thickness;
Device characteristics including a short channel effect and a reverse short channel effect; And
Bias including forward body bias, gate bias;
Wherein the threshold voltages are different from each other.
KR1020130069217A 2013-06-17 2013-06-17 Apparatus and method for analog integrated circuit KR101516327B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130069217A KR101516327B1 (en) 2013-06-17 2013-06-17 Apparatus and method for analog integrated circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130069217A KR101516327B1 (en) 2013-06-17 2013-06-17 Apparatus and method for analog integrated circuit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140146459A KR20140146459A (en) 2014-12-26
KR101516327B1 true KR101516327B1 (en) 2015-05-04

Family

ID=52675703

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130069217A KR101516327B1 (en) 2013-06-17 2013-06-17 Apparatus and method for analog integrated circuit

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101516327B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102303625B1 (en) 2020-05-29 2021-09-17 (주)현일렉트릭소프트 Method, apparatus and computer program for generating power schematic data automatically

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102303625B1 (en) 2020-05-29 2021-09-17 (주)현일렉트릭소프트 Method, apparatus and computer program for generating power schematic data automatically

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140146459A (en) 2014-12-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101355684B1 (en) Reference voltage circuit and electronic device
KR101409797B1 (en) Apparatus and method for exploiting reverse short channel effects in transistor devices
JP5672975B2 (en) Variable gain amplifier
EP2879292B1 (en) Amplifier arrangement
KR101926003B1 (en) Ultra-low working voltage rail to rail operational amplifier and differential input amplification-stage circuit and output-stage circuit thereof
JP2013544060A (en) Current mirror and high compliance single stage amplifier
JP2007053734A (en) Differential superposition circuit for linearization
KR100877626B1 (en) Class AB Amplifier and Input stage circuit for the same
Rakus et al. Comparison of gate-driven and bulk-driven current mirror topologies
KR100576716B1 (en) Transconductor circuit of compensating the distortion of output current
US8022764B2 (en) Differential amplifier
KR100714555B1 (en) Variable gain amplifier with wide gain variation and wide bandwidth
KR101516327B1 (en) Apparatus and method for analog integrated circuit
KR100582545B1 (en) Transconductor circuit of compensating the distortion of output current
US6566959B2 (en) Amplifier circuit having a particular biasing arrangement
KR101596565B1 (en) OP-AMP circuit using self-cascode structure
US7760012B1 (en) High linearity gmC filter
US20020079966A1 (en) Differential amplifier having active load device scaling
Ahmed et al. Single-stage operational transconductance amplifier design in UTBSOI technology based on gm/Id methodology
KR101525796B1 (en) Mixed-MOSFET for Analog Integrated Circuit
JP4976114B2 (en) amplifier
KR100550017B1 (en) Transconductor circuit composed of MOS Transistors
JP2007336025A (en) Ota circuit
Dubey et al. A Low-Voltage Two-Stage Enhanced Gain Bulk-Driven Floating Gate OTA
Saied et al. Analytical Method for Ultra-Low Power UWB Low-Noise Amplifiers

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191014

Year of fee payment: 5