• 전자공학회논문지
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• 제54권6호
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• pp.30-39
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• 2017

본 논문은 디지털영역에서의 평균화 기법을 이용한 cyclic ADC의 디지털 보정기법을 제안한다. 제안하는 보정기법은 1.5비트 MDAC의 커패시터 부정합으로 인해 발생하는 ADC의 비선형성을 보정한다. 부정합을 지니는 커패시터로 이루어진 1.5비트 MDAC은 이상적인 1.5비트 MDAC의 레지듀 플롯(residue plot)에 대해 대칭적인 레지듀 플롯을 지닌다. 커패시터 부정합을 지니는 1.5비트 MDAC의 고유한 레지듀 플롯은 대칭적인 아날로그-디지털 전달함수로 반영된다. 이상적인 아날로그-디지털 전달함수에 대해 대칭적인 두 아날로그-디지털 전달함수를 평균화함으로써, 비선형성이 보정된 아날로그-디지털 전달함수를 얻을 수 있다. 해당 아날로그-디지털 전달함수 평균화의 구현을 위해, 본 논문의 12비트 cyclic ADC는 1.5비트 MDAC의 동작 모드를 2개로 정의한다. 해당 cyclic ADC는 MDAC을 첫 번째 동작모드로 동작시킴으로써, 비선형성을 지니는 12.5비트 출력 코드를 획득한다. 샘플링 된 동일한 입력 아날로그 전압에 대해, MDAC을 두 번째 동작모드로 동작시킴으로써, cyclic ADC는 비선형성을 지니는 또 다른 12.5비트 출력 코드를 획득한다. 각 MDAC의 동작모드에 의해 발생하는 아날로그-디지털 전달함수는 이상적인 아날로그-디지털 전달함수에 대해 대칭적이기 때문에, 앞서 획득한 두 개의 비선형성을 지니는 12.5비트를 평균화함으로써, 비선형성이 보정된 최종 12비트 출력 코드를 획득할 수 있다. 제안하는 디지털 보정기법과 12비트 cyclic ADC는 $0.18-{\mu}m$ CMOS 공정을 이용하여 full-custom 형식으로 구현되었다. 측정된 SNDR(ENOB)와 SFDR은 각각 65.3dB(10.6비트 ENOB)와 71.7dB이다. 측정된 INL과 DNL은 각각 -0.30/+0.33LSB와 -0.63/+0.56LSB이다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제48권5호
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• pp.18-24
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• 2011

DEM(Dynamic Element Matching) 기법중의 하나인 DWA(Data Weighted Averaging)는 멀티비트 Sigma-Delta Modulator에서 피드백 DAC의 단위요소 커패시터 부정합으로 인한 비선형성을 제거하기 위하여 널리 이용된다. 본 논문에서는 기존 DWA 구조에서 적용된 클록 타이밍을 조정하여 양자화기 데이터 코드 출력을 Latch 하는 $2^n$ Register 블록을 $2^n$ S-R latch 블록으로 대체하여 MOS Tr.를 줄임과 더불어 여분의 클록을 제거하였고, n-bit 데이터 코드를 지연시키기 위해 사용되는 2개의 n-비트 Register 블록을 1개의 n-비트 Register 블록으로 감소시켰다. 개선된 DWA 구조를 이용하여 3차 3-비트 SC(Switched Capacitor) Sigma-Delta Modulator를 설계한 후, 입력 주파수 20kHz, 샘플링 주파수 2.56MHz에서 0.1% DAC 단위 요소 커패시터 부정합을 갖도록 하여 시뮬레이션 한 결과 기존의 구조와 동일한 해상도를 얻을 수 있었고, 222개의 MOS Tr. 수를 줄일 수 있었다.

• 전자공학회논문지SC
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• 제47권3호
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• pp.13-18
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• 2010

본 논문은 디스플레이 데이터 구동부에 사용되는 디지털 아날로그 컨버터를 위해 스위치 커패시터형 cyclic 디지털 아날로그 컨버터를 제안하고 특성을 검토한다. 본 제안의 디지털 아날로그 컨버터는 구성이 간단하여 저전력, 소면적의 디스플레이 구동 IC설계에 적합하다. 회로레벨 시뮬레이션을 통해 OP앰프 입력의 오프셋전압에 대한 영향이 적고 커패시터간의 부정합이 0.5% 정도까지는 회로성능에 별 영향이 없음을 검증한다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제45권5호
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• pp.1-11
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• 2008

본 논문에서는 디지털 코드 오차 보정 기법을 사용한 15비트 50MS/s CMOS 파이프라인 ADC를 제안한다. 제안하는 ADC는 15비트 수준의 고해상도에서 면적과 전력 소모를 최소화하기 위해서 4단 파이프라인 구조를 사용하며 전체 ADC의 아날로그 회로를 변경하지 않고 첫 번째 단에 약간의 디지털 회로만을 추가하는 디지털 코드 오차 보정 기법을 적용한다. 첫 번째 단에서 소자 부정합으로 인해 발생하는 코드 오차는 나머지 세 단에 의해 측정된 후 메모리에 저장되고 정상 동작 시 메모리에 저장된 코드 오차를 디지털 영역에서 제거하여 보정한다. 모든 MDAC 커패시터 열에는 주변 신호에 덜 민감한 3차원 완전 대칭 구조의 레이아웃 기법을 적용하여 소자 부정합에 의한 영향을 최소화하면서 동시에 첫 번째 단의 소자 부정합을 보다 정밀하게 측정하도록 하였다. 시제품 ADC는 0.18um CMOS 공정으로 제작되었으며, 측정된 DNL 및 INL은 15비트 해상도에서 각각 0.78LSB 및 3.28LSB의 수준을 보이며, 50MS/s의 샘플링 속도에서 최대 SNDR 및 SFDR은 각각 67.2dB 및 79.5dB를 보여준다. 시제품 ADC의 칩 면적은 $4.2mm^2$이며 전력 소모는 2.5V 전원 전압에서 225mW이다.

• 전기전자학회논문지
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• 제23권1호
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• pp.35-43
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• 2019

본 논문은 10비트 비동기 SAR ADC에 사용되는 CDAC의 선형성을 개선하기 위한 커패시터 자체 보정 기법을 제안한다. 제안된 커패시터 자체 보정 기법은 10비트 CDAC의 상위 5비트의 각각의 커패시터의 값이 하위 커패시터의 값들의 합과 같아지도록 수행된다. Behavioral 시뮬레이션의 결과에 의하면, CDAC의 커패시터의 최대 부정합 오류가 4%일 때, 제안한 커패시터 자체 보정 기법은 DNL과 INL를 각각 -0.810/+0.194LSB와 -0.832/+0.832LSB에서 -0.235/+0.178LSB와 -0.227/ +0.227LSB로 개선시킨다. 1.2V 공급전압과 110nm CMOS 공정을 이용하여 제작된 10비트 비동기 SAR ADC의 면적과 전력소모는 각각 $0.205mm^2$와 1.25mW이다. 20MS/s의 샘플율과 96.13kHz 입력 주파수에 대해 제안한 10비트 비동기 SAR ADC의 측정된 ENOB는 9.194비트이다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제42권12호
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• pp.53-60
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• 2005

본 논문에서는 저 전력 멀티미디어 응용을 위한 10b 100 MS/s $1.4\;mm^2$ CMOS A/D 변환기(ADC)를 제안한다. 제안하는 ADC는 해상도 및 속도 사양을 만족시키면서, 면적 및 전력 소모를 최소화하기 위해 기존의 다단 구조가 아닌 2단 파이프라인 구조를 사용하였다. 그리고 10 비트 해상도에서 1.2 Vp-p의 단일 및 차동 입력 신호 처리 대역폭을 넓히기 위해 입력 샘플-앤-홀드 증폭기에는 게이트-부트스트래핑 회로를 적용하며, 6 비트 해상도를 필요로 하는 두 번째 단의 flash ADC에는 오픈-루프 오프셋 샘플링 기법을 적용하였다. 또한 커패시터 등 소자 부정합에 의해 해상도에 크게 영향을 줄 수 있는 MDAC의 커패시터에는 3차원 완전 대칭 구조를 갖는 레이아웃 기법을 제안하였다. 기준 전류/전압 발생기는 온-칩으로 집적하여 잡음 에너지를 줄였으며, 필요시 선택적으로 다른 크기의 기준 전압을 외부에서 인가하도록 설계하였다. 제안하는 10b 시제품 ADC는 0.18 um CMOS 공정으로 제작되었고, 측정된 DNL 및 INL은 각각 0.59 LSB, 0.77 LSB 수준을 보여준다. 또한 100 MS/s의 샘플링 속도에서 SNDR 및 SFDR이 각각 54 dB, 62 dB 수준을 보였으며, 전력 소모는 56 mW이다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제43권12호
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• pp.55-64
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• 2006

본 설계에서는 무선 랜 등 최첨단 무선 통신 및 고급영상 처리 시스템과 같이 고해상도와 높은 신호처리속도, 저전력 및 소면적을 동시에 요구하는 고성능 집적시스템 응용을 위해 기존의 보정기법을 사용하지 않는 14b 70MS/s 0.13um CMOS A/D 변환기(Analog-to-Digital Converts- ADC)를 제안한다. 제안하는 がU는 중요한 커패시터 열에 인접신호에 덜 민감한 3차원 완전 대칭 구조의 레이아웃 기법으로 소자 부정합에 의한 영향을 최소화하였고, 3단 파이프라인 구조로 고해상도와 높은 신호처리속도와 함께 전력 소모 및 면적을 최적화하였다. 입력 단 SHA 회로에는 Nyquist 입력에서도 14비트 이상의 정확도로 신호를 샘플링하기 위해 게이트-부트스트래핑 (gate-bootstrapping) 회로를 적용함과 동시에 트랜스컨덕턴스 비율을 적절히 조정한 2단 증폭기를 사용하여 14비트에 필요한 높은 DC전압 이득을 얻음과 동시에 충분한 위상 여유를 갖도록 하였으며, 최종 단 6b flash ADC에는 6비트 정확도 구현을 위해 2단 오픈-루프 오프셋 샘플링 기법을 적용하였으며, 기준 전류 및 전압 발생기는 온-칩으로 집적하여 잡음을 최소화하면서 필요시 선택적으로 다른 크기의 기준 전압 값을 외부에서 인가할 수 있도록 하였다. 제안하는 시제품 ADC는 0.13um CMOS 공정으로 요구되는 2.5V 전원 전압 인가를 위해 최소 채널길이는 0.35um를 사용하여 제작되었으며, 측정된 DNL 및 INL은 14비트 해상도에서 각각 0.65LSB, 1.80LSB의 수준을 보이며, 70MS/s의 샘플링 속도에서 최대 SNDR 및 SFDR은 각각 66dB, 81dB를 보여준다. 시제품 ADC의 칩 면적은 $3.3mm^2$이며 전력 소모는 2.5V 전원 전압에서 235mW이다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제45권4호
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• pp.27-35
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• 2008

본 논문에서는 고해상도와 높은 신호처리속도, 저전력 및 소면적을 동시에 요구하는 Software Defined Radio (SDR) 시스템 응용을 위한 14비트 150MS/s 0.13um CMOS ADC를 제안한다. 제안하는 ADC는 고해상도를 얻기 위한 특별한 보정 기법을 사용하지 않는 4단 파이프라인 구조로 설계하였고, 각 단의 샘플링 커패시턴스와 증폭기의 입력 트랜스컨덕턴스에 각각 최적화된 스케일링 계수를 적용하여 요구되는 열잡음 성능 및 속도를 만족하는 동시에 소모되는 전력을 최소화하였다. 또한, 소자 부정합에 의한 영향을 줄이면서 14비트 이상의 해상도를 얻기 위해 MDAC의 커패시터 열에는 인접신호에 덜 민감한 3차원 완전 대칭 구조의 레이아웃 기법을 제안하였으며, 온도 및 전원 전압에 독립적인 기준 전류 및 전압 발생기를 온-칩 RC 필터와 함께 칩 내부에 집적하고 칩 외부에 C 필터를 추가로 사용하여 스위칭 잡음에 의한 영향을 최소화하였고, 선택적으로 다른 크기의 기준 전압 값을 외부에서 인가할 수 있도록 하였다. 제안하는 시제품 ADC는 0.13um 1P8M CMOS 공정으로 제작되었으며, 측정된 DNL 및 INL은 14비트 해상도에서 각각 최대 0.81LSB, 2.83LSB의 수준을 보이며, 동적 성능은 120MS/s와 150MS/s의 동작 속도에서 각각 최대 64dB, 61dB의 SNDR과 71dB, 70dB의 SFDR을 보여준다. 시제품 ADC의 칩 면적은 $2.0mm^2$ 이며 전력 소모는 1.2V 전원 전압에서 140mW이다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제45권3호
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• pp.60-68
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• 2008

본 논문에서는 10비트 해상도를 가지면서 0.5V부터 1.2V까지의 전원 전압에서 10MS/s 이상 100MS/s 까지 재구성이 가능한 저전력 2단 파이프라인 ADC를 제안한다. 제안하는 ADC는 0.5V의 전원 전압 조건에서도 10비트 해상도를 얻기 위해 입력단 SHA 회로에는 낮은 문턱 전압을 가지는 소자를 사용한 게이트-부트스트래핑 기법 기반의 샘플링 스위치를 사용하였으며, SHA 회로와 MDAC 회로에 사용된 증폭기에도 넓은 대역폭을 얻기 위해 입력단에는 낮은 문턱 전압을 가지는 소자를 사용하였다. 또한 온-칩으로 집적된 조정 가능한 기준 전류 발생기는 10비트의 해상도를 가지고, 넓은 영역의 전원 전압에서 동작할 수 있도록 증폭기의 정적 및 동적 성능을 최적화시킨다. MDAC 회로에는 커패시터 열의 소자 부정합에 의한 영향을 최소화하기 위해서 인접신호에 덜 민감한 전 방향 대칭 구조의 레이아웃 기법을 제안하였다. 한편, flash ADC 회로 블록에는 비교기에서 소모되는 전력을 최소화하기 위해 스위치 기반의 바이어스 전력 최소화 기법을 적용하였다. 시제품 ADC는 0.13um CMOS 공정으로 제작되었으며, 측정된 최대 DNL 및 INL은 각각 0.35LSB 및 0.49LSB 수준을 보인다. 또한, 0.8V의 전원 전압 60MS/s의 동작 속도에서 최대 SNDR 및 SFDR이 각각 56.0dB, 69.6dB이고, 19.2mW의 전력을 소모하며, ADC의 칩 면적은 $0.98mm^2$이다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제43권11호
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• pp.58-68
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• 2006

본 논문에서는 차세대 디지털 TV 및 무선 랜 등과 같이 고속에서 저전압, 저전력 및 소면적을 동시에 요구하는 고성능 집적시스템을 위한 10b 250MS/s $1.8mm^2$ 85mW 0.13um CMOS A/D 변환기 (ADC)를 제안한다. 제안하는 ADC는 요구되는 10b 해상도에서 250MS/s의 아주 빠른 속도 사양을 만족시키면서, 면적 및 전력 소모를 최소화하기 위해 3단 파이프라인 구조를 사용하였다. 입력단 SHA 회로는 게이트-부트스트래핑 (gate-bootstrapping) 기법을 적용한 샘플링 스위치 혹은 CMOS 샘플링스위치 등 어떤 형태를 사용할 경우에도 10비트 이상의 해상도를 유지하도록 하였으며, SHA 및 두개의 MDAC에 사용되는 증폭기는 트랜스컨덕턴스 비율을 적절히 조정한 2단 증폭기를 사용함으로써 10비트에서 요구되는 DC 전압 이득과 250MS/s에서 요구되는 대역폭을 얻음과 동시에 필요한 위상 여유를 갖도록 하였다. 또한, 2개의 MDAC의 커패시터 열에는 소자 부정합에 의한 영향을 최소화하기 위해서 인접신호에 덜 민감한 향상된 3차원 완전 대칭 구조의 커패시터 레이아웃 기법을 제안하였으며, 기준 전류 및 전압 발생기는 온-칩 RC 필터를 사용하여 잡음을 최소화하고, 필요시 선택적으로 다른 크기의 기준 전압을 외부에서 인가할 수 있도록 설계하였다. 제안하는 시제품 ADC는 0.13um 1P8M CMOS 공정으로 제작되었으며, 측정된 DNL 및 INL은 각각 최대 0.24LSB, 0.35LSB 수준을 보여준다. 또한, 동적 성능으로는 200MS/s와 250MS/s의 동작 속도에서 각각 최대 54dB, 48dB의 SNDR과 67dB, 61dB의 SFDR을 보여준다. 시제품 ADC의 칩 면적은 $1.8mm^2$이며 전력 소모는 1.2V 전원 전압에서 최대 동작 속도인 250MS/s일 때 85mW이다.