• 대한전자공학회논문지SD
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• 제45권4호
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• pp.146-153
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• 2008

High speed serial link에 적합한 clock multiphase generator용 integrated phase-locked loop (PLL)을 설계하였다. 설계된 PLL은 programmable current mirror를 사용하여 동작 범위 안에서 동일한 loop bandwidth와 damping factor를 가진다. 또한 설계한 PLL 회로 netlists를 가지고 HSPICE 시뮬레이션을 통해 close-loop transfer function과 VCO의 phase noise transfer function을 구하였다. Board 위 칩의 자체 임피던스는 decoupling capacitor의 크기와 위치에 따라 계산된다. 세부적으로, close-loop transfer function에서 gain의 최대값과 VCO noise transfer function에서 gain의 최대값 사이의 주파수범위에서 decoupling capacitor의 크기와 위치에 따른 보드 위 칩의 자체 임피던스를 구하였다. 이를 바탕으로 보드에서의 decoupling capacitor의 크기와 위치가 PLL의 jitter에 어떠한 영향을 미치는지 분석하였다. 설계된 PLL은 1.8V의 동작 전압에서 400MHz에서 2GH의 wide operation range를 가지며 $0.18-{\mu}m$ EMOS공정으로 설계하였다. Reference clock은 100MHz이며 전체 PLL power consumption은 1.2GHz에서 17.28 mW이다.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제16권6호
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• pp.760-770
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• 2016

A 12-bit 750 kS/s Dual-Sampling Successive Approximation Register Analog-to-Digital Converter (SAR ADC) technique with reduced Capacitive DAC (CDAC) is presented in this paper. By adopting the Adaptive Power Control (APC) technique for the two-stage latched type comparator and using bootstrap switch, power consumption can be reduced and overall system efficiency can be optimized. Bootstrapped switches also are used to enhance the sampling linearity at a high input frequency. The proposed SAR ADC reduces the average switching energy compared with conventional SAR ADC by adopting reduced the Most Significant Bit (MSB) cycling step with Dual-Sampling of the analog signal. This technique holds the signal at both comparator input asymmetrically in sample mode. Therefore, the MSB can be calculated without consuming any switching energy. The prototype SAR ADC was implemented in $0.18-{\mu}m$ CMOS technology and occupies $0.728mm^2$. The measurement results show the proposed ADC achieves an Effective Number-of-Bits (ENOB) of 10.73 at a sampling frequency of 750 kS/s and clock frequency of 25 MHz. It consumes only 0.13 mW from a 5.0-V supply and achieves the INL and DNL of +2.78/-2.45 LSB and +0.36/-0.73 LSB respectively, SINAD of 66.35 dB, and a Figures-of-Merit (FoM) of a 102 fJ/conversion-step.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제20권6호
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• pp.1163-1170
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• 2016

본 논문은 ISO/IEC 29192-2 경량 암호 표준으로 지정된 초경량 블록암호 알고리듬 PRESENT의 하드웨어 구현에 대해 기술한다. PRESENT 암호 프로세서는 80, 128비트의 마스터키 길이와 ECB, CBC, OFB, CTR의 4가지 운영모드를 지원하도록 설계되었다. 마스터키 레지스터를 갖는 on-the-fly 키 스케줄러가 포함되어 있으며, 저장된 마스터키를 사용하여 평문/암호문 블록의 연속적인 암호/복호화 처리가 가능하다. 경량화 구현을 위해 80, 128 비트의 키 스케줄링 회로가 공유되도록 최적화하였다. 라운드 블록을 64 비트의 데이터 패스로 설계하여 암호/복호화의 라운드 변환이 한 클록 사이클에 처리되도록 하였다. PRESENT 암호 프로세서를 Virtex5 FPGA로 구현하여 정상 동작함을 확인하였다. $0.18{\mu}m$ 공정의 CMOS 셀 라이브러리로 합성을 한 결과, 8,100 gate equivalents(GE)로 구현되었으며, 최대 454 MHz의 클록 주파수로 동작하여 908 Mbps의 처리율을 갖는 것으로 평가되었다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제20권7호
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• pp.1296-1302
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• 2016

경량 암호기술 표준인 ISO/IEC 29192-2에서 블록암호 표준으로 지정된 초경량 블록암호 알고리듬 PRESENT의 하드웨어 구현에 대해 기술한다. 암호 전용 코어와 암호/복호 기능을 갖는 두 종류의 PR80 크립토 코어를 80 비트의 마스터키를 지원하도록 설계하였다. 설계된 PR80 크립토 코어는 블록암호의 기본 ECB (electronic code book) 운영모드를 수행하며, 마스터키 재입력 없이 평문/암호문 블록들을 연속적으로 처리할 수 있도록 설계되었다. PR80 크립토 코어는 Verilog HDL을 사용하여 소프트 IP로 설계되었으며, Virtex5 FPGA에 구현하여 정상 동작함을 확인하였다. 설계된 코어를 $0.18{\mu}m$ 공정의 CMOS 셀 라이브러리로 합성한 결과, 암호 전용 코어와 암호/복호 코어는 각각 2,990 GE와 3,687 GE로 구현되어 적은 게이트를 필요로 하는 IoT 보안 응용분야에 적합하다. 암호 전용 코어와 암호/복호 코어의 최대 동작 주파수는 각각 500 MHz와 444 MHz로 평가되었다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제15권4호
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• pp.913-920
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• 2011

본 논문에서는 수동형 900MHz RFID 태그 칩용 로직 공정 기반 저면적.저전력 1Kb EEPROM를 설계하였다. 1Kb 셀 배열 (cell array)은 1 워드 (word)의 EEPROM 팬텀 셀 (phantom cell)을 2차원 배열 형태인 (16행 ${\times}$ 16열) ${\times}$ 4블록으로 구성하였으며, 4개의 메모리 블록이 CG (Control Gate)와 TG (Tunnel Gate) 구동회로를 공유하므로 저면적 IP 설계를 하였다. TG 구동회로를 공유하기 위해 소자간의 전압을 신뢰성이 보장되는 5.5V 이내로 유지하면서 동작 모드별 TG 바이어스 전압을 스위칭해 주는 TG 스위치 회로를 제안하였다. 그리고 4 메모리 블록 중 하나의 블록만 활성화하는 partial activation 방식을 사용하므로 읽기 모드에서 전력소모를 줄였다. 그리고 하나의 열 (column)당 연결되는 셀의 수를 줄이므로 읽기 모드에서 BL (Bit-Line)의 스위칭 시간을 빠르게 하여 액세스 시간 (access time)을 줄였다. Tower $0.18{\mu}m$ CMOS 공정을 이용하여 (32행 ${\times}$ 16열) ${\times}$ 2블록과 (16행 ${\times}$ 16열) ${\times}$ 4블록의 2가지 배열 형태의 1Kb EEPROM IP를 설계하였으며, (16행 ${\times}$ 16열) ${\times}$ 4블록의 IP가 (32행 ${\times}$ 16열) ${\times}$ 2블록의 IP에 비해 레이아웃 면적은 11.9% 줄였으며, 읽기 모드 시 전력소모는 51% 줄였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권3호
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• pp.699-707
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• 2016

중앙처리장치를 중심으로 하는 각종 내장형 시스템은 현재 각종 산업에 매우 광범위하게 쓰이고 있다. 특히 사물인터넷 등의 deeply embedded (심층 내장형) 시스템은 저비용, 소면적, 저전력, 빠른 시장 출시, 높은 코드 밀도 등을 요구한다. 본 논문에서는 이러한 요구 조건을 만족시키는 중앙처리장치를 제안하고, 이를 중심으로 한 시스템온칩 플랫폼을 소개한다. 제안하는 중앙처리장치는 16 비트라는 짧은 명령어로만 이루어진 확장형 명령어 집합 구조를 갖고 있어 코드 밀도를 높일 수 있다. 그리고, 다중사이클 아키텍처, 카운터 기반 제어 장치, 가산기 공유 등을 통하여 로직 게이트가 차지하는 면적을 줄였다. 이 코어를 중심으로, 코프로세서, 명령어 캐시, 버스, 내부 메모리, 외장 메모리, 온칩디버거 및 주변 입출력 장치들로 이루어진 시스템온칩 플랫폼을 개발하였다. 개발된 시스템온칩 플랫폼은 변형된 하버드 구조를 갖고 있어, 메모리 접근 시 필요한 클락 사이클 수를 감소시킬 수 있었다. 코어를 포함한 시스템온칩 플랫폼은 상위 언어 수준과 어셈블리어 수준에서 모의실험 및 검증하였고, FPGA 프로토타이핑과 통합형 로직 분석 및 보드 수준 검증을 완료하였다. $0.18{\mu}m$ 디지털 CMOS 공정과 1.8V 공급 전압 하에서 ASIC 프론트-엔드 게이트 수준 로직 합성 결과, 50MHz 동작 주파수에서 중앙처리장치 코어의 논리 게이트 개수는 7700 수준이었다. 개발된 시스템온칩 플랫폼은 초소형 보드의 FPGA에 내장되어 사물인터넷 분야에 응용된다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제47권11호
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• pp.13-22
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• 2010

본 논문은 입력 클록의 고주파 위상 잡음 억제와 정확한 듀티 사이클을 갖는 체배 주파수 생성을 위하여 Voltage-Controlled Oscillator(VCO)/Voltage-Controlled Delay Line(VCDL) 혼용기반의 다중 위상 Delay-Locked Loop(DLL)를 제시한다. 이 제안된 구조에서, 다중 위상 DLL은 혼용 VCO/VCDL의 입력 단에 nMOS 소스 결합 회로 기반의 이중 입력 차동 버퍼를 사용한다. 이것은 고주파 입력 위상 잡음 억제를 위하여 전 대역 통과 필터 특성을 갖는 기존 DLL의 입/출력 위상 전달을 저주파 통과 필터 특성을 갖는 PLL의 입/출력 위상 전달로 쉽게 변환시킬 수 있다. 또한, 제안된 DLL은 추가적인 보정 제어 루프 없이 단지 듀티 사이클 보정 회로와 위상 추적 루프를 이용하여 체배 주파수의 듀티 사이클 에러를 보정할 수 있다. $0.18{\mu}m$ CMOS 공정을 이용한 시뮬레이션 결과에서, 제안된 DLL의 출력 위상 잡음은 800MHz의 입력 위상 잡음을 갖는 1GHz 입력 클록에 대하여 -13dB 이하로 개선된다. 또한, 40%~60%의 듀티 사이클 에러를 갖는 1GHz 동작 주파수에서, 체배 주파수의 듀티 사이클 에러는 2GHz 체배 주파수에서 $50{\pm}1%$이하로 보정된다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제44권1호
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• pp.36-44
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• 2007

본 논문은 Delay-Insensitive(DI) 지연 모델을 갖는 비동기식 회로에 3치 전압 레벨을 사용한 하이브리드 터너리 데이터 전송 방식을 제안하고, 이를 이용하여 다양한 비동기 프로토콜과의 데이터 송신 및 수신을 위한 래퍼를 설계하였다. 제안된 하이브리드 터너리 데이터 전송 방식은 기존의 2 선식 전송 방식이나 1-of-4 전송 방식에 비해 데이터 전송선을 50% 줄일 수 있으며, 터너리 전송 방식과 비교하였을 때도 50%의 신호 천이 감소 결과를 보였다. 본 논문에서는 $0.18-{\mu}m$ CMOS 공정을 적용하여 래퍼를 설계하고 검증하였다. 하이브리드 터너리 전송 방식이 적용된 래퍼는 2 GHz 이상의 속도로 동작 하였으며 2 선식, 1-of-4, 그리고 터너리 전송 방식에 비해 각각 65%, 43%, 36%의 소비 전력이 줄어든 결과를 보였다. 제안된 전송 방식과 설계된 래퍼 회로는 비동기식 고속 및 저전력 인터페이스로 사용 가능하다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제21권4호
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• pp.795-803
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• 2017

블록암호 ARIA와 AES를 단일 회로로 통합하여 구현한 이중표준지원 암호 프로세서에 대해 기술한다. ARIA-AES 통합 암호 프로세서는 128-비트, 256-비트의 두 가지 키 길이를 지원하며, ECB, CBC, OFB, CTR의 4가지 운영모드를 지원하도록 설계되었다. ARIA와 AES의 알고리듬 공통점을 기반으로 치환계층과 확산계층의 하드웨어 자원이 공유되도록 최적화 하였으며, on-the-fly 키 스케줄러가 포함되어 있어 평문/암호문 블록의 연속적인 암호/복호화 처리가 가능하다. ARIA-AES 통합 프로세서를 $0.18{\mu}m$공정의 CMOS 셀 라이브러리로 합성한 결과 54,658 GE로 구현되었으며, 최대 95 MHz의 클록 주파수로 동작할 수 있다. 80 MHz 클록 주파수로 동작할 때, 키 길이 128-b, 256-b의 ARIA 모드에서 처리율은 각각 787 Mbps, 602 Mbps로 예측되었으며, AES 모드에서는 각각 930 Mbps, 682 Mbps로 예측되었다. 설계된 암호 프로세서를 Virtex5 FPGA로 구현하여 정상 동작함을 확인하였다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제45권2호
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• pp.101-111
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• 2008

본 논문은 40Gb/s급 광통신 시스템에서 사용되는 고속 리드-솔로몬(RS) 복호기의 하드웨어 면적을 줄인 새로운 구조를 소개하고 RS 복호기 기반의 고속 FEC구조를 제안한다. 특히 높은 데이터처리율과 적은 하드웨어 복잡도를 가지고 있는 차수 연산 블록이 제거된 pDCME 알고리즘 구조를 소개한다. 제안된 16채널 RS FEC구조는 8개의 신드롬 계산 블록이 1개의 KES 블록을 공유하는 8 채널 RS FEC구조 2개로 구성되어 있다. 따라서 4개의 신드롬 계산 블록에 1개의 KES블록을 공유하는 기존의 16채널 3-병렬 FEC 구조와 비교하여 하드웨어 복잡도를 약 30%정도 줄일 수 있다. 제안된 FEC 구조는 1.8V의 공급전압과 $0.18-{\mu}m$ CMOS 기술을 사용하여 구현하였고 총 250K개의 게이트수와 5.1Gbit/s의 데이터 처리율을 가지고 400MHz의 클럭 주파수에서 동작함을 보여준다. 제안된 면적 효율적인 FEC 구조는 초고속 광통신뿐만 아니라 무선통신을 위한 차세대 FEC 구조 등에 바로 적용될 수 있을 것이다.