아날로그 집적회로 설계

지능형 반도체는 4차 산업 혁명을 발전시키는 핵심 요소이다. 인공지능, 자율주행 및 사물인터넷 기술 등 날로 지능화되고 있는 기술을 실제 제품으로 구현하기 위하여 지능화된 반도체가 필수적이다. 지능화된 반도체는 디지털, 아날로그, 메모리 및 S/W를 포함하고 있으므로 구성 요소들의 성능이 고르게 개선되어야지만 그 능력을 극대화 할 수 있다. 자연계에 존재하는 물리적, 화학적 정보들이 아날로그 신호로 형성되어 있기 때문에 이 신호들을 처리하는 아날로그 반도체 설계 기술의 중요성은 날로 증대되고 있다. 아무리 디지털 신호를 정밀하게 처리하여도 인간이 인지하는 아날로그 신호를 정밀하게 처리하지 않으면 반도체 성능은 저하될 수밖에 없을 것이다.

필자는 27년간 반도체 업체에서 아날로그 반도체 설계 및 개발을 담당하였고, 5년간 국책 연구소 및 학교에서 반도체 관련 과제를 수행하였고 학생들을 가르쳐 왔다. 아날로그 반도체에서 가장 큰 화두는 설계 결과와 제작된 반도체 특성과의 차이를 줄이는 작업이다. 이 차이를 줄이기 위하여 제조 공정 및 패키지 과정에서 발생되는 편차들의 영향을 고려하고, 그 영향을 최소화하기 위한 설계를 수행하여야 한다. 따라서 우수한 성능의 아날로그 반도체를 설계하기 위하여 집적회로 제조 공정, 반도체 소자 특성, 패키지 기술 및 레이아웃 설계 등의 반도체 관련 지식들도 터득하여야만 한다.

본서에서는 반도체 제조공정, 반도체 능동/수동 소자의 동작 이론, 패키지 기술, 정전기 대책 설계에 대하여 설명하였다. 특히 실제 시스템 IC 설계에 사용한 기본 회로들을 사례로 회로의 동작을 설명하고, 그 특성을 회로 시뮬레이션을 통하여 검증하였다. 시뮬레이션 Tool은 Cadence사의 Pspice 16.6 버전을 사용하였다. 기본 회로를 기반으로 연산 증폭기의 위상 보상 설계, 회로 설계 방법 및 과정을 상세히 설명하였다. 그리고 아날로그 반도체의 수율을 증가시키는 여러 가지 설계 방안을 제시하였고 반도체 시작품 평가에 대해서도 설명하였다.

산업 현장 일선에서 겪어온 경험과 지식들을 정리한 본 저서가 아날로그 반도체 회로 설계를 공부하는 사람들에게 조그만 도움이 되기를 희망한다.