• Title/Summary/Keyword: 3D integrated circuits

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A Dual-Mode 2.4-GHz CMOS Transceiver for High-Rate Bluetooth Systems

  • Hyun, Seok-Bong;Tak, Geum-Young;Kim, Sun-Hee;Kim, Byung-Jo;Ko, Jin-Ho;Park, Seong-Su
    • ETRI Journal
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    • 제26권3호
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    • pp.229-240
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    • 2004
  • This paper reports on our development of a dual-mode transceiver for a CMOS high-rate Bluetooth system-onchip solution. The transceiver includes most of the radio building blocks such as an active complex filter, a Gaussian frequency shift keying (GFSK) demodulator, a variable gain amplifier (VGA), a dc offset cancellation circuit, a quadrature local oscillator (LO) generator, and an RF front-end. It is designed for both the normal-rate Bluetooth with an instantaneous bit rate of 1 Mb/s and the high-rate Bluetooth of up to 12 Mb/s. The receiver employs a dualconversion combined with a baseband dual-path architecture for resolving many problems such as flicker noise, dc offset, and power consumption of the dual-mode system. The transceiver requires none of the external image-rejection and intermediate frequency (IF) channel filters by using an LO of 1.6 GHz and the fifth order onchip filters. The chip is fabricated on a $6.5-mm^{2}$ die using a standard $0.25-{\mu}m$ CMOS technology. Experimental results show an in-band image-rejection ratio of 40 dB, an IIP3 of -5 dBm, and a sensitivity of -77 dBm for the Bluetooth mode when the losses from the external components are compensated. It consumes 42 mA in receive ${\pi}/4-diffrential$ quadrature phase-shift keying $({\pi}/4-DQPSK)$ mode of 8 Mb/s, 35 mA in receive GFSK mode of 1 Mb/s, and 32 mA in transmit mode from a 2.5-V supply. These results indicate that the architecture and circuits are adaptable to the implementation of a low-cost, multi-mode, high-speed wireless personal area network.

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광전자집적회로를 위한 InP JFET의 제작 및 특성 분석 (Fabrication and Characterization of InP JFET's for OEIC's)

  • 박철우;정창오;김성준
    • 전자공학회논문지A
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    • 제29A권10호
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    • pp.29-34
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    • 1992
  • JFET's with gate lengths ranging from 1$\mu$m to 8.3$\mu$m are successfully fabricated on InP substrate where the long haul (1.3$\mu$m~8.3$\mu$m) OEIC's(OptoElectronic Integrated Circuits) have been made. The pn junction of InP JFET's is made by co-implantation and RTA process. JFET's have etched-mesa-gate structure and the maximum gm larger than 90mS/mm was measured and this is the highest record in JFET's of such structure without S/D n$^{+}$ ion implantation. To maintain maximum g$_m$ should be well controlled the overetch of n-layer which inevitably occurs during etching off the unused p-layer. The I-V characteristic is checked during p-layer etch, for this purpose. A dc voltage gain of 11 is obtained from a preamplifier circuit thus fabricated.

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3-D Hetero-Integration Technologies for Multifunctional Convergence Systems

  • 이강욱
    • 마이크로전자및패키징학회지
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    • 제22권2호
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    • pp.11-19
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    • 2015
  • Since CMOS device scaling has stalled, three-dimensional (3-D) integration allows extending Moore's law to ever high density, higher functionality, higher performance, and more diversed materials and devices to be integrated with lower cost. 3-D integration has many benefits such as increased multi-functionality, increased performance, increased data bandwidth, reduced power, small form factor, reduced packaging volume, because it vertically stacks multiple materials, technologies, and functional components such as processor, memory, sensors, logic, analog, and power ICs into one stacked chip. Anticipated applications start with memory, handheld devices, and high-performance computers and especially extend to multifunctional convengence systems such as cloud networking for internet of things, exascale computing for big data server, electrical vehicle system for future automotive, radioactivity safety system, energy harvesting system and, wireless implantable medical system by flexible heterogeneous integrations involving CMOS, MEMS, sensors and photonic circuits. However, heterogeneous integration of different functional devices has many technical challenges owing to various types of size, thickness, and substrate of different functional devices, because they were fabricated by different technologies. This paper describes new 3-D heterogeneous integration technologies of chip self-assembling stacking and 3-D heterogeneous opto-electronics integration, backside TSV fabrication developed by Tohoku University for multifunctional convergence systems. The paper introduce a high speed sensing, highly parallel processing image sensor system comprising a 3-D stacked image sensor with extremely fast signal sensing and processing speed and a 3-D stacked microprocessor with a self-test and self-repair function for autonomous driving assist fabricated by 3-D heterogeneous integration technologies.

3D-IC 전력 공급 네트워크를 위한 최적의 전력 메시 구조를 사용한 전력 범프와 TSV 최소화 (Optimization of Power Bumps and TSVs with Optimized Power Mesh Structure for Power Delivery Network in 3D-ICs)

  • 안병규;김재환;장철존;정정화
    • 전기전자학회논문지
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    • 제16권2호
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    • pp.102-108
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    • 2012
  • 3D-IC는 2D-IC와 비교하여 전력 공급 네트워크 설계 시에 더 큰 공급 전류와 더 많은 전력 공급 경로들 때문에 몇 가지 문제점을 가지고 있다. 전력 공급 네트워크는 전력 범프와 전력 TSV로 구성되고, 각 노드의 전압 강하는 전력 범프와 전력 TSV의 개수와 위치에 따라 다양한 값을 가지게 된다. 그래서 칩이 정상적으로 동작하기 위해서는 전압 강하 조건을 만족시키면서 전력 범프와 전력 TSV를 최적화하는 것이 중요하다. 본 논문에서는 3D-IC 전력 공급 네트워크에서 최적의 전력 메시 구조를 통한 전력 범프와 전력 TSV 최적화를 제안한다.

2차원 구조와 3차원 구조에 따른 멀티코어 프로세서의 온도 분석 (Thermal Pattern Comparison between 2D Multicore Processors and 3D Multicore Processors)

  • 최홍준;안진우;장형범;김종면;김철홍
    • 한국컴퓨터정보학회논문지
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    • 제16권9호
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    • pp.1-10
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    • 2011
  • 동작 주파수의 증가는 싱글코어 프로세서의 성능을 크게 향상시키는 반면 전력 소모 증가와 높은 온도로 인한 신뢰성 저하 문제를 유발하고 있다. 최근에는 싱글코어 프로세서의 한계점을 극복하기 위한 대안으로 멀티코어 프로세서가 주로 사용되고 있다. 하지만, 멀티코어 프로세서를 2차원 구조로 설계하는 경우에는 내부 연결망에서의 전송 지연 현상으로 인해 프로세서의 성능 향상이 제약을 받고 있다. 내부 연결망에서의 전송 지연을 줄이기 위한 방안으로 멀티코어 프로세서를 3차원 구조로 설계하는 연구가 최근 큰 주목을 받고 있다. 2차원 구조 멀티코어 프로세서와 비교하여 3차원 구조 멀티코어 프로세서는 성능 향상과 전력 소모 감소의 장점을 지닌 반면, 높은 전력 밀도로 인해 발생된 발열 문제가 프로세서의 신뢰성을 위협하는 문제가 되고 있다. 3차원 멀티코어 프로세서에서 발생되는 발열 문제에 대한 상세한 분석이 제공된다면, 프로세서의 신뢰성을 확보하기 위한 연구 진행에 큰 도움이 될 것으로 기대된다. 그러므로 본 논문에서는 3차원 멀티코어 프로세서의 온도에 밀접하게 연관된 요소인 작업량, 방열판과의 거리, 그리고 적층되는 다이의 개수와 온도 사이의 관계를 자세히 살펴보고 높은 온도가 프로세서의 성능에 미치는 영향 또한 분석하고자 한다. 특히, 2차원 구조 멀티코어 프로세서와 3차원 구조 멀티코어 프로세서에서의 온도 문제를 함께 분석함으로써, 온도 측면에서 효율적인 프로세서 설계를 위한 가이드라인을 제시하고자 한다.

WCDMA 베이스밴드단 전류모드 아날로그 필터 설계 (Design of a Current-Mode Analog Filter for WCDMA Baseband Block)

  • 김병욱;방준호;조성익;최석우;김동용
    • 전기학회논문지P
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    • 제57권3호
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    • pp.255-259
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    • 2008
  • In this paper, a current-mode integrator for low-voltage, low-power analog integrated circuits is presented. Using the proposed current-mode integrator, the baseband analog filter is designed for WCDMA wireless communication. To verify the proposed current-mode integrator circuit, Hspice simulation using 1.8V TSMC $0.18{\mu}m$ CMOS parameter is performed and achieved 44.9dB gain, 15.7MHz unity gain frequency. The described 3rd-order current-mode baseband analog filter is composed of the proposed current-mode integrator, and SFG(Signal Flow Graph) method is used to realize the baseband filter. The simulated results show 2.12MHz cutoff frequency which is suitable for WCDMA baseband block.

온칩 테스트 로직을 이용한 TSV 결함 검출 방법 (TSV Defect Detection Method Using On-Chip Testing Logics)

  • 안진호
    • 전기학회논문지
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    • 제63권12호
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    • pp.1710-1715
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    • 2014
  • In this paper, we propose a novel on-chip test logic for TSV fault detection in 3-dimensional integrated circuits. The proposed logic called OTT realizes the input signal delay-based TSV test method introduced earlier. OTT only includes one F/F, two MUXs, and some additional logic for signal delay. Thus, it requires small silicon area suitable for TSV testing. Both pre-bond and post-bond TSV tests are able to use OTT for short or open fault as well as small delay fault detection.

Real-Time Power Electronics Remote Wiring and Measurement Laboratory (PermLAB) Using 3-D Matrix Switching Algorithms

  • Asumadu, Johnson A.;Tanner, Ralph;Ogunley, Hakeem
    • Journal of Power Electronics
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    • 제10권6호
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    • pp.611-620
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    • 2010
  • This paper presents a new architecture, called "Power Electronics Remote Wiring and Measurement Laboratory (PermLAB)", that translates a common gateway interface (CGI) string from a remote web user to a web server connected to a 3-dimension switching matrix board, can be used to switch on and off, and to control a cluster of instruments and components. PermLAB addresses real-time connection, switching, and data acquisition over the Internet instead of using simulated data. A software procedure uses a signature system to identify each instrument and component in a complex system. The Web-server application is developed in HTML, JavaScript and Java, and in C language for the CGI interface, which resides in a controller portion of LabVIEW. The LabVIEW software fully integrates the Web sever, LabVIEW data acquisition boards and controllers, and the 3-dimensional switching matrix board. The paper will analyze a half-wave rectifier (AC - DC converter) circuit connected over the Internet using the PermLAB. PermLAB allows students to obtain real data by real-time wiring of real circuits in the laboratory using a "virtual breadboard" on the Web. The software for the Web-based 3-dimensional system is flexible, portable, can be integrated into many laboratory applications or expanded, and easily accessible worldwide.

C-대역 위성 통신용 20 W급 주파수 상향 변환기의 소형화 (A Compact 20 W Block Up-Converter for C-Band Satellite Communication)

  • 장병준;문준호;장진만
    • 한국전자파학회논문지
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    • 제21권4호
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    • pp.352-361
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    • 2010
  • 본 논문에서는 C-대역 위성 통신용 20 W급 주파수 상향 변환기(BUC: Block Up Converter)를 소형화하기 위한 설계 방안을 제안하고, 이에 따른 제작 및 측정 결과를 제시하였다. 개발된 주파수 상향 변환기는 모뎀의 신호를 입력받아 적절한 주파수 필터링과 신호 세기 조절 및 전력 증폭 기능을 수행하며, 중간 주파수 회로, 국부 발진기 및 주파수 혼합기, 구동 증폭기, 전력 증폭기, 도파관 회로 및 전원 모듈의 6개 블럭으로 구성된다. 본 논문에서는 BUC를 소형화하기 위하여 개별 블럭을 각각 제작하여 케이블 등으로 연결하는 대신, 하나의 하우징 내에서 집적화하여 제작함으로써, $21{\times}14{\times}11cm^3$의 크기만을 가지도록 하였다. 특히 가장 큰 면적을 차지하는 도파관 필터 및 마이크로스트립-도파관 변환기를 하우징에 직접 제작하여 크기를 축소시켰다. 또한 Elliptic 필터를 포함한 다양한 마이크로스트립 필터를 설계하여 스퓨리어스 및 하모닉 규격을 만족시켰다. 제작된 주파수 상향 변환기는 43.7 dBm의 출력, 65 dB 이상의 이득, ${\pm}1.84$의 이득 평탄도, -35.7 dBc의 IMD3, -105 dBc의 하모닉 값을 가지는 우수한 특성을 나타내었다.

Ka 대역 위성통신 하향 링크를 위한 GaN 전력증폭기 집적회로 (GaN HPA Monolithic Microwave Integrated Circuit for Ka band Satellite Down link Payload)

  • 지홍구
    • 한국산학기술학회논문지
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    • 제16권12호
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    • pp.8643-8648
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    • 2015
  • 본 논문은 Ka대역 위성통신 탑재체의 하향링크대역인 주파수 19.5 GHz ~ 22 GHz대역에서 사용가능한 8W급 전력증폭기를 3단으로 설계 및 제작하여 특성 평가한 과정을 기술하였다. 제작된 전력증폭기 GaN MMIC는 3단으로 구성된 HEMT(High Electron Mobility Transistor)들로 이루어 졌으며 증폭기의 첫 번째단 게이트 폭은 $8{\times}50{\times}2um$, 두 번째단 게이트폭은 $8{\times}50{\times}4um$, 마지막단인 출력단의 게이트 폭은 $8{\times}50{\times}8um$의 구조로 이루어 졌다. 0.15 um GaN 공정으로 제작된 전력 증폭기 MMIC의 사이즈는 $3,400{\times}3,200um^2$ 이고 주파수 19.5 GHz ~ 22 GHz대역에서 입력 전압 20 V 일 때, 소신호 및 대신호 측정 결과 소신호 이득 29.6 dB 이상, 입력정합 최소 -8.2 dB, 출력정합 -9.7 dB, 최소 39.1 dBm의 출력전력, 최소 25.3%의 전력 부가 효율을 나타내었다. 따라서 설계 및 제작된 전력증폭기 MMIC는 Ka대역 위성통신 탑재체의 하향링크에 사용이 가능할 것으로 판단된다.