밴드갭 기준전압 회로 (Bandgap Reference Circuit)
쉽게 풀면
더운 날에는 줄어들고 추운 날에는 늘어나는 재료와, 반대로 더운 날에는 늘어나고 추운 날에는 줄어드는 재료를 적절한 비율로 섞으면 온도가 바뀌어도 길이가 거의 일정한 막대를 만들 수 있습니다. 밴드갭 기준전압 회로는 이런 원리를 전압에 적용한 것입니다. 반도체 소자 중에는 온도가 오르면 전압이 떨어지는 성분과, 온도가 오르면 전압이 오르는 성분이 있는데, 이 둘을 적절한 비율로 더하면 온도 변화에 거의 흔들리지 않는 기준 전압을 만들 수 있습니다. 이렇게 만들어진 전압은 다른 회로들이 기준으로 삼는 "눈금자" 역할을 합니다.
왜 중요한가
레귤레이터, 데이터 컨버터, 오실레이터 등 정밀한 동작이 필요한 거의 모든 아날로그·믹스드시그널 회로는 안정적인 기준 전압을 필요로 합니다. 온도나 공정 편차에도 흔들리지 않는 기준전압을 만드는 것이 회로 전체 정확도의 출발점이기 때문에, 밴드갭 기준전압 회로의 설계 개선은 아날로그 IC 설계 논문에서 꾸준히 다뤄지는 주제입니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
온도 변화에 대한 기준전압의 안정성을 평가하는 문장입니다.
밴드갭 회로가 다른 회로의 기준 신호로 활용되는 방식을 보여주는 예입니다.
조금 더 깊게 보면
대표적으로는 바이폴라 트랜지스터의 베이스-이미터 전압이 갖는 음의 온도 특성과, 서로 다른 전류 밀도를 갖는 두 접합 사이의 전압 차이가 갖는 양의 온도 특성을 결합하는 구조가 널리 쓰입니다. 실제 회로에서는 1차 온도 보상만으로는 충분한 정확도를 얻기 어려운 경우가 있어, 곡률 보상 등 추가적인 보정 기법을 적용하기도 합니다.
주의할 점
밴드갭 기준전압 회로가 만들어내는 전압이 절대적으로 온도 무관한 것은 아니며, 실제로는 아주 작은 잔여 온도 의존성(온도 계수)이 남습니다. 논문에서 성능을 비교할 때는 이 온도 계수 수치를 함께 확인하는 것이 중요합니다.