MOSFET 기반의 전류 미러 설계 실습 단일 및 캐스코드 구조의 심층 분석

1. 단일 전류 미러의 설계 원리

단일 전류 미러는 전류를 복제하여 출력 단에서 일정한 전류를 생성하는 회로이다. 기본적으로 이 회로는 두 개의 MOSFET이 필요하며, 이들 MOSFET은 동일한 특성을 가진 소자로 선택한다. 단일 전류 미러의 주요 원리는 전류 처리 소자의 게이트와 드레인이 연결된 구조에 있다. 첫 번째 MOSFET, 즉 참조 MOSFET은 고정된 전류가 인가되어 이를 통해 작동한다. 두 번째 MOSFET, 출력 MOSFET은 참조 MOSFET과 동일한 Vgs를 유지하도록 설계되어 출력 단에서 안정적인 전류를 생성한다. 동작 방식으로는, 참조 전류가 흐르는 첫 번째 MOSFET에서 발생한 전압 강하가 두 번째 MOSFET의 게이트-소스 전압(Vgs)과 같아져야 한다. 이렇게 되면 두 MOSFET 모두 동일한 전압 강하를 가지게 되고, 이로 인해 출력 전류가 참조 전류에 일치하게 된다. 이 과정에서 온도 변화와 소자의 변동성에 따른 드리프트를 최소화할 수 있다. 또한, 단일 전류 미러 구조는 간단하고 구현이 용이하여 다양한 아날로그 회로에서 널리 사용된다. 하지만, 단일 전류 미러는 출력 내압에 따라 전류 일치도가 떨어질 수 있고, 유도된 전압 강하로 인한 성능 저하가 발…