전류 거울 회로 (Current Mirror)
쉽게 풀면
두 트랜지스터의 제어 단자를 서로 묶어 같은 전압을 걸어 주면, 크기가 같은 두 트랜지스터는 같은 크기의 전류를 흘리게 됩니다. 한쪽에 기준 전류를 정해 두면 다른 쪽이 그 전류를 거울처럼 따라 하므로 전류 거울이라고 부릅니다. 두 트랜지스터의 크기 비를 바꾸면 복사되는 전류를 2배, 3배로 키우거나 줄일 수도 있습니다.
왜 중요한가
집적회로 안에서는 정밀한 저항값을 만들기 어렵지만 두 소자의 비율은 레이아웃으로 정확히 맞출 수 있습니다. 그래서 아날로그 집적회로는 전압 분배 대신 전류 거울로 바이어스를 분배하는 방식을 택하며, 증폭기의 능동 부하나 차동쌍의 꼬리 전류원도 대부분 이 블록으로 구현됩니다. 아날로그 회로 논문에서 회로도를 읽을 때 가장 자주 마주치는 구조입니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
전류 거울의 출력 저항이 곧 증폭기의 이득을 좌우한다는 점을 이용한 설계를 설명한 문장입니다.
조금 더 깊게 보면
가장 단순한 형태는 다이오드처럼 연결된 트랜지스터 하나와 출력 트랜지스터 하나로 이루어지지만, 출력 전압이 변하면 채널 길이 변조 때문에 복사된 전류가 흔들리는 한계가 있습니다. 이를 줄이려고 캐스코드 구조를 얹어 출력 임피던스를 높이거나, 소스에 저항을 달아 정합도를 높이거나, 아주 작은 전류를 만들기 위한 변형 구조를 쓰기도 합니다. 복사 정확도는 두 소자의 공정변이 부정합에 직접 좌우되므로, 레이아웃에서 공통중심 배치를 쓰고 소자 면적을 키워 부정합을 줄입니다.
주의할 점
전류 거울이 제대로 동작하려면 출력 트랜지스터가 포화 영역에 머물러야 하므로, 출력 전압이 일정 수준 아래로 내려가면 복사가 무너집니다. 이 최소 전압 여유가 저전압 설계에서 병목이 됩니다. 밴드갭 기준전압 회로가 온도에 둔감한 기준 전압을 만드는 것과 달리, 이 회로는 주어진 기준 전류를 복제하는 역할만 합니다.