본 논문에서는 신경신호기록을 위한 반도체 미세전극용 전치증폭기의 잡음특성을 설계하기 위한 체계적인 방법을 제시한다. 세포외기록(extracellular recording)에 의하여 측정된 신경신호와 전형적인 CMOS소자의 저주파 잡음특성을 함계 고려하여 전체 신호대잡음비를 계산하였다. 2단 CMOS 차동증폭기에 대한 해석과 함께 신호대잡음비에 중요한 영향을 끼치는 요소들에 대하여 설명하였다. 출력잡음전력에 대한 해석적인식을 유도하였으며 이로부터 회로설계자가 조절할 수 있는 주파수응답과 소자 파라미터들을 결정하였다. 입력소자의 크기와 트랜스컨덕턴스의 비가 최적영역으로부터 약간 벗어날 경우에 신호대잡음비가 크게 저하됨을 보였다. 이와 함께 만족스런 잡음특성을 위한 증폭이의 설계 변수 값들도 제시하였다.
화천 시추공 지진관측소의 부지특성을 살펴보기 위해 지표와 시추공 자료에 기록된 배경잡음과 지진신호의 특성을 분석하였다. 배경잡음을 분석한 결과, 비교적 잡음유입이 적은 밤 시간대에 비하여 낮 시간대에서 지표/시추공 잡음에너지 비가 약 15배 높게 나타났으며, 저주파에서 고주파로 갈수록 지표/시추공 스펙트럼 비가 크게 나타났다. 지진신호에 대해서는 P파와 SH파의 우세주파수 양상을 비교하였는데, 진앙거리가 가깝고, 규모가 작은 국내지진은 지표자료에서 8 Hz와 46 Hz에서 우세주파수를 보이며 시추공 자료와 다른 값을 나타내었다. 이는 수평/수직 스펙트럼 비 분석으로 구한 퇴적층의 공명주파수(7.4 Hz, 46 Hz)와 일치하며 상부 퇴적층에 영향을 받아 증폭현상이 나타나고 있음을 시사한다. 이번 연구를 통해 지표 관측소에 비하여 시추공 관측소에서는 배경잡음이 최대 20,000배 이상 감소되고, 상부퇴적층에 의한 증폭현상이 나타나지 않아 양질의 자료를 획득하여 지진관측능력이 향상될 수 있음을 알 수 있었다.
부궤환증폭기의 잡음지수를 해석하는데 있어서, 부궤환증폭기를 기본증폭기와 궤환회로망으로 나누어서 신호전달을 2원적으로 생각하였다. 이 개념으로 일반적이고 기븐적인 4가지 형태의 부궤환증폭기의 잡음지수 해석에 간편한 잡음등가회로 모델을 유도하고, 이를 이용하여 각 경우에 대한 잡음지수를 구하였다. 이 이론을 적용하는 한 보기로, 트란지스터로서 4가지 각각의 부궤환증폭기를 구성하여, 이 이론을 이들의 잡음지수를 구하는데 적용 하였다. 잡음지수의 이론치와 실험치 간에는 약 11%의 오차 범위 내에서 이론의 타당성을 보였으며, 그리고 회로구성 및 오차에 대하여 검토하였다.
본 논문은 기존 표준 단일모드 광섬유 링크를 통하여 초고속 광신호의 장거리 전송이 가능하도록 분산보상 광섬유를 이용한 최적 분산보상 기법에 기반을 둔 전송링크 설계 방법을 제안하였다. 제안한 방법에서는 광섬유의 비선형성에서 비롯되는 자기위상변조(Self-Phase Modulation: SPM)와 광증폭기에서 발생하는 증폭자연방출(Amplified Spontaneous Emission : ASE) 잡음에 대하여 증폭기간 거리와 중계기간 거리를 최적화함으로써 전송신호 속도에 따른 최대 전송거리를 제시하였다. 또한 주어진 증폭기간 거리와 중계기간 거리에 대하여 ASE 잡음과 SPM의 효과의 균형적 관계로부터 최적의 입력 신호전력의 범위가 있음을 제시하였다.
Optical Time Domain Reflectometry를 이용하여 수백 km 이상의 장거리 광통신망을 감시하기 위해서는 감시광을 증폭시켜야한다. 본 논문에서는 1625 nm OTDR 감시광을 증폭시키기 위해 fiber Bragg grating과 band pass filter를 이용하여 이득과 잡음지수를 각각 5.1 dB 그리고 0.9 dB 향상시킨 2단 구조의 Extended L-band EDFA를 제안하였다. 제안된 Extended L-band EDFA의 1625 nm 대역의 신호 이득은 16.3 dB이고 잡음지수는 7.1 dB였다.
본 논문에서는 DSP를 이용하여 운동하는 물체의 회전량을 측정하는 실린더형 진동 자이로스코프(이하 자이로) 제어기를 개발하였다. 진동 자이로를 구동하기 위해서는 정밀 진동제어와 신호 처리와 같은 고급 제어 기술이 필요하다. 정밀진동제어는 진동 자이로를 구동하기 위해 필요한 핵심기술로써 기존의 PLL(phase-locked loop)방식은 외부환경에 민감하여 구현이 까다로울 뿐만 아니라 자이로 개개의 고유 진동수가 다르기 때문에 대량 생산에 어려움이 있었다. 또한 자이로 출력 신호로부터 회전량을 검출하기 위해서는 진폭과 당향성 검출의 본 회로뿐만 아니라 잡음 제거와 신호 증폭, 온도 보상과 같은 전처리 과정도 필요하다. 본 논문에서는 DSP를 통해 정밀 진동제어와 잡음 제거, 방향성 검출 등의 기능들을 구현하였으며 증폭과 진폭(회전량) 검출은 아날로그 회로를 이용하였다. 또 한 외부와의 인터페이스를 위해 D/A 회로를 설계하였고 이들을 실험을 통해 검증하였다.
본 논문에서는 방향성을 갖는 새로운 공간적응 조절연산자와 비선형필터를 이용한 제한 반복적 영상복원 알고리듬을 제안하고 제안한 알고리듬의 수렴성에 대하여 분석을 하고 있다. 일반적인 제한반복적 영상복원 기법에서는 열화된 영상을 복원하는 과정에서 에지 및 경계부분의 재번짐이 지나친 잡음성분의 증폭에 의한 고리현상 등이 발생한다. 이러한 문제들을 해결하기 위하여 본 논문에서는 다음과 같은 기법을 도입하고 있다. 첫째는, 방향성을 갖는 새로운 공간적응 조절연산자를 적용하여 에지 등의 재번짐을 막고 고주파수 영역의 복원성능을 개선하고 있다. 둘째로, 적응적인 비선형필터를 사용하여 잡음성분과 같은 고주파수 영역의 지나친 증폭에 따른 문제를 해결하고 있다. 그리고, 제안한 논문의 안정성과 수렴성을 보장하기 위한 조건을 분석하고 있다. 열화된 영상에 대하여 실험한 결과, 기존의 다른 결과보다 우수한 성능이 있었고, 특히, 에지의 복원성능 및 고리현상의 제거에 두드러진 특징을 나타내었다.
비촛점흐려짐과 가산잡음에 의해 훼손된 영상을 정칙화 공액경사법을 이용하여 복원하는 방법을 제안하였다. 기존의 반복복원방법에 비하여 공액경사법은 초선형적인 수렴속도로 해에 수렴할 뿐 아니라 한정된 반복 횟수 내에 원래의 해에 수렴할 수 있다는 장점을지닌다. 본 논문은 반복복원시 잡음의 증폭을 억제하기 위하여 정칙화 공액 경사법에 구속조건을 적용함으로써 적응적으로 윤곽부분과 평면부분의 복원을 행하는 정칙화 공액경사법을 제안하였다. 제안한 방법은 기존의 방법에 비해, 윤곽부분에서는 1에 근사한 구속조건의값을 적용함으로서 윤곽의 복원을 행하고, 평면부분에서는 0에 근사하는 구속조건을 정칙화 공액경사법에 적용함으로써 잡음을 증폭을 억제할 수 있다는 장점을 지닌다.
한국우주전파관측망(Korean VLBI Network, KVN)을 이루는 21m 망원경의 수신기에는 전파세기를 모니터링하기 위한 장치가 있으나, 회로잡음, 이득, 그리고 DC offset 등의 개선을 위하여 전파세기 시험용 측정기를 설계하였다. 이 장치는 입력신호의 전압에 대하여 주파수로 출력되는데, 선형성과 신호잡음특성이 중요하다. 이러한 회로 특성 파악과 개선을 위하여, 차동입력 증폭, 단일입력 증폭, 그리고 1:1앰프출력 등으로 입력신호에 대하여 다양한 실험을 할 수 있게 하였고, 샘플링 주파수도 1 MHz와 4 MHz를 선택할 수 있게 전파세기 시험용 측정기를 설계하였다. 시제품을 제작하여 DC 입력 시험, 0 전압입력 시험, 노이즈 제너레이터를 이용한 동작 시험, 그리고 KVN연세전파천문대의 수신기에 직접 연결한 실험을 통하여, 최종 이득안정도의 잡음스펙트럼 ~1.5 X $10^{-4}\;dG/G(Hz^{-1/2})$@1Hz를 얻었다. 이번 실험 결과를 바탕으로 KVN의 전파세기측정기를 새로 제작할 예정이다. 이에 전파세기 시험용 측정기의 설계 결과를 소개하고자 한다.
공액 경사법을 이용한 정칙화 반복 복원 방법에 관하여 논하였다. 기존의 반복 복원 방법에 비하여, 공액 경사법을 이용한 반복 복원 방법은 초선형적인 속도로 해에 수렴한다는 장점을 지닌다. 그러나, 이와 같은 성질로 인해 잡음과 흐려짐현상으로 훼손된 영상을 복원하는 과정에서 잡음의 증폭이나 파문현상과 같은 결합을 갖게된다. 본 논문은 구속 조건을 적용한 정칙화 공액 경사법을 제안한다. 정칙화 공액 경사법에 정칙화 구속 조건과 정칙화 변수를 적용함으로서, 영상에서 윤곽 부분의 평활화없이 파문 현상을 감소시킬 수 있을 뿐 아니라, 가산 잡음의 증폭을 억제할 수 있다는 장점을 지닌다. 실험 결과를 통하여 기존의 정칙화 반복 복원 방법에 비해 본 논문에서 제안한 방법이 수렴비에 우수함을 증명하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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