• 대한전자공학회논문지SD
• /
• 제43권5호
• /
• pp.54-63
• /
• 2006

본 논문에서는 4세대 이동 통신 시스템에서 요구되는 사양을 위해, 해상도, 동작속도, 칩 면적 및 소모 전력을 최적화한 14b 100MS/s 0.18um CMOS ADC를 제안한다. 제안하는 ADC는 동작 모델 시뮬레이션을 통해 최적화된 구조를 분석 및 검증하여 3단 파이프라인 구조로 설계하였으며, Nyquist 입력에서도 14 비트 수준의 유효비트 수를 가지는 광대역 저잡음 SHA 회로를 기반으로 하고, MDAC에 사용되는 커패시터의 소자 부정합에 의한 영향을 최소화하기 위하여 3차원 완전 대칭 구조를 갖는 레이아웃 기법을 적용하였다. 또한, 100MS/s의 동작 속도에서 6 비트의 해상도와 소면적을 필요로 하는 최종단의 flash ADC는 오픈 루프 오프셋 샘플링 및 인터폴레이션 기법을 사용하였다. 제안하는 시제품 ADC는 SMIC 0.18um CMOS 공정으로 제작되었으며, 측정된 DNL과 INL은 14비트 해상도에서 각각 1.03LSB, 5.47LSB 수준을 보이며, 100MS/s의 샘플링 속도에서 SNDR 및 SFDR이 각각 59dB, 72dB의 동적 성능을 보여준다. 시제품 ADC의 칩 면적은 $3.4mm^2$이며 소모 전력은 1.8V 전원전압에서 145mW이다.

• 대한전자공학회논문지SD
• /
• 제43권12호
• /
• pp.55-64
• /
• 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
• /
• 제45권3호
• /
• pp.77-85
• /
• 2008

본 논문에서는 TFT-LCD 디스플레이 및 디지털 TV 시스템 응용과 같이 고속으로 동작하며 고해상도, 저전력 및 소면적을 동시에 요구하는 고화질 영상시스템 응용을 위한 12비트 130MS/s 108mW $1.8mm^2$ 0.18um CMOS ADC를 제안한다. 제안하는 ADC는 3단 파이프라인 구조를 사용하여 고해상도와 높은 신호처리 속도에서 전력 소모 및 면적을 최적화하였다. 입력단 SHA 회로에는 Nyquist 입력에서도 12비트 이상의 정확도로 신호를 샘플링하기 위해 게이트-부트스트래핑 회로를 적용함과 동시에 트랜스컨덕턴스 비율을 적절히 조정한 2단 증폭기를 사용하여 12비트에 필요한 높은 DC 전압 이득과 충분한 위상 여유를 갖도록 하였으며, MDAC의 커패시터 열에는 높은 소자 매칭을 얻기 위하여 각각의 커패시터 주위를 공정에서 제공하는 모든 금속선으로 둘러싸는 3차원 완전 대칭 구조를 갖는 레이아웃 기법을 적용하였다. 한편, 제안하는 ADC에는 전원 전압 및 온도에 덜 민감한 저전력 기준 전류 및 전압 발생기를 온-칩으로 집적하여 잡음을 최소화하면서 시스템 응용에 따라 선택적으로 다른 크기의 기준 전압 값을 외부에서 인가할 수 있도록 하였다. 제안하는 시제품 ADC는 0.18um n-well 1P6M CMOS 공정으로 제작되었으며, 측정된 DNL 및 INL은 12비트 해상도에서 각각 최대 0.69LSB, 2.12LSB의 수준을 보이며, 동적 성능으로는 120MS/s와 130MS/s의 동작 속도에서 각각 최대 53dB, 51dB의 SNDR과 68dB, 66dB의 SFDR을 보여준다. 시제품 ADC의 칩 면적은 $1.8mm^2$이며 전력 소모는 1.8V 전원 전압과 130MS/s에서 108mW이다.

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

• 대한전자공학회논문지SD
• /
• 제45권4호
• /
• pp.27-35
• /
• 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
• /
• 제43권11호
• /
• pp.58-68
• /
• 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.

• 대한전자공학회논문지SD
• /
• 제43권11호
• /
• pp.37-47
• /
• 2006

본 논문에서는 Digital Video Broadcasting (DVB), Digital Audio Broadcasting (DAB) 및 Digital Multimedia Broadcasting (DMB) 등과 같이 저전압, 저전력 및 소면적을 동시에 요구하는 고성능 무선 통신 시스템을 위한 10b 25MS/s $0.8mm^2$ 4.8mW 0.13um CMOS A/D 변환기 (ADC)를 제안한다. 제안하는 ADC는 요구되는 해상도 및 속도 사양을 만족시키면서 동시에 면적 및 전력 소모를 최소화하기 위해 2단 파이프라인 구조를 사용하였으며, 스위치 기반의 바이어스 전력 최소화 기법(switched-bias power reduction technique)을 적용하여 전체 전력 소모를 최소화하였다. 입력단 샘플-앤-홀드 증폭기는 낮은 문턱전압을 가진 트랜지스터로 구성된 CMOS 샘플링 스위치를 사용하여 10비트 이상의 해상도를 유지하면서, Nyquist rate의 4배 이상인 60MHz의 높은 입력 신호 대역폭을 얻었으며, 전력소모를 최소화하기 위해 1단 증폭기를 사용하였다. 또한, Multiplying D/A 변환기의 커패시터 열에는 소자 부정합에 의한 영향을 최소화하기 위해서 인접신호에 덜 민감한 3차원 완전 대칭 구조의 커패시터 레이아웃 기법을 제안하며, 기준 전류 및 전압 발생기는 온-칩으로 집적하여 잡음을 최소화하면서 필요시 선택적으로 다른 크기의 기준 전압을 외부에서 인가할 수 있도록 설계하였다. 또한, 다운 샘플링 클록 신호를 사용하여 바이어스 전류를 제어함으로써 10비트의 해상도에서 응용 분야에 따라서 25MS/s 뿐만 아니라 10MS/s의 동작 속도에서 더 낮은 전력 사용이 가능하도록 하였다. 제안하는 시제품 ADC는 0.13um 1P8M CMOS 공정으로 제작되었으며 측정된 최대 DNL 및 INL은 각각 0.42LSB 및 0.91LSB 수준을 보인다. 또한, 25MS/s 및 10MS/s의 동작 속도에서 최대 SNDR 및 SFDR이 각각 56dB, 65dB이고, 전력 소모는 1.2V 전원 전압에서 각각 4.8mW, 2.4mW이며 제작된 ADC의 칩 면적은 $0.8mm^2$이다.