• 대한전자공학회논문지SD
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• 제43권12호
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• pp.65-73
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• 2006

본 논문에서는 각종 지능형 센서, control system 및 battery-powered system 응용과 같이 고해상도, 저전력 및 소면적을 동시에 요구하는 시스템을 위한 14b 200KS/s $0.87mm^2$ 1.2mW 0.18um CMOS 알고리즈믹 A/D 변환기 (ADC)를 제안한다. 제안하는 ADC는 요구되는 해상도 및 속도 사양을 만족시키면서, 동시에 면적을 최소화하기 위해 입력단 샘플-앤-홀드 앰프를 전혀 사용하지 않는 알고리즈믹 구조를 채택하였으며, 전체 ADC의 전력소모를 최소화하기 위해 핵심 아날로그 회로 부분에는 향상된 스위치 기반의 바이어스 전력 최소화 기법을 제안하였고, multiplying D/A 변환기에는 클록 선택적인 샘플링 커패시터스위칭 기법을 적용하였다. 또한, 초저전력 온-칩 기준 전류 및 전압 발생기를 제안하여 전체 ADC의 전력소모를 최소화하였다. 제안하는 시제품 ADC는 0.18um 1P6M CMOS 공정으로 제작되었으며, 측정된 DNL 및 INL은 각각 최대 0.98LSB 및 15.72LSB 수준을 보인다. 또한, 200KS/s의 동작 속도에서 SNDR 및 SFDR이 각각 최대 54dB, 69dB이고, 전력 소모는 1.8V 전원 전압에서 1.2mW이며 제작된 ADC의 칩 면적은 $0.87mm^2$이다

• 전자공학회논문지
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• 제53권8호
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• pp.113-118
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• 2016

본 논문에서는 30 Hz의 프레임률로 동작하는 적외선 영상 투사기 (IR scene projector, IRSP)에서 투사되는 적외선 영상의 유효온도 감소를 최소화하기 위해 sub-frame 제어 기법을 적용한 IRSP용 신호입력회로 (read-in integrated circuit, RIIC)를 제안한다. 제안하는 sub-frame 제어 기법은 단위 프레임을 8개의 sub-frame으로 나누어 동일한 영상 데이터를 8회 refresh함으로써 픽셀 내 커패시터에 sampling된 영상 데이터가 유지 기간 동안 MOSFET 스위치를 통한 누설 전류로 인해 손실되는 정도를 감소시킨다. Emitter에서 투사되는 적외선 영상의 높은 유효온도를 위해 전류 구동형 RIIC를 설계하였으며, 외부의 DAC로부터 아날로그 전압 형태의 영상 데이터를 전송 받는다. 시제품 $64{\times}32$ RIIC array 칩은 매그나칩/SK하이닉스 $0.35{\mu}m$ 2-poly 4-metal CMOS 공정으로 제작되었으며, 출력 가능한 최대 데이터 전류는 $230.3{\mu}A$이다. 이를 $15k{\Omega}$의 저항 값을 갖는 시제품 emitter 소자에 인가할 시 mid-wavelength IR (MWIR) 대역을 기준으로 최대 $366.2^{\circ}C$의 유효온도를 갖는 적외선 영상의 투사가 가능하다.

• 전자공학회논문지
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• 제53권7호
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• pp.39-46
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• 2016

본 논문에서는 음성 신호의 디지털 데이타 변환을 위한 인버터와 1.5비트 비교기를 이용한 CMOS 3차 델타-시그마 변조기를 설계하였다. 제안하는 3차 델타-시그마 변환기는 연산증폭기 대신에 1.5비트 비교기를 이용한 멀티비트 구조로 낮은 OSR에서 단일비트 4차 델타-시그마 변조기 대비 높은 신호대 잡음비를 확보하고 인버터 기반 적분기를 사용하여 소모 전력을 최소화 시키며 인버터 기반 적분기 회로를 아날로그 덧셈기로 이용함으로써 전력소모를 감소시키고 회로구조를 단순화 시켰다. 제안한 델타-시그마 변조기는 0.18um CMOS 표준 공정을 통해 제작되었으며, 전체 칩면적은 $0.36mm^2$으로 설계되었다. 제작된 칩의 측정 결과 아날로그 회로는 공급전압 0.8V에서 $28.8{\mu}W$, 디지털 회로는 공급전압 1.8V에서 $66.6{\mu}W$로 총 $95.4{\mu}W$의 전력소모가 측정되었다. 델타-시그마 변조기의 동작주파수 2.56MHz, OSR 64배의 조건에서 2.5kHz의 입력 정현파 신호를 인가하였을 때 SNDR은 80.7 dB, 유효비트수는 13.1 비트, 동적범위는 86.1 dB로 측정되었다. 측정결과로부터 FOM(Walden)은 269 fJ/step, FOM(Schreier)는 169.3 dB로 계산되었다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제44권11호
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• pp.74-81
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• 2007

본 논문에서는, 1.8V 6-bit 1GSPS CMOS A/D 변환기를 제안한다. 제안하는 A/D 변환기는 저 전력소모를 위해 폴딩 구조의 A/D 변환기로 구현되었으며, 특히 전압구동 인터폴레이션 기법을 사용하여 전력소모를 최소화 하였다. 또한 전체 A/D 변환기의 전력소모 감소를 위해 새로운 폴더 감소회로를 제안하여 기존의 폴딩 A/D 변환기에 비해 폴더 및 프리앰프 수를 절반으로 줄였고, 새로운 프리앰프 평균화 기법과 폴딩에 적합한 레이아웃 기법을 제안하여 전체 A/D 변환기의 성능을 향상시켰다. 설계된 A/D 변환기는 1GSPS의 변환속도에서 500MHz의 ERBW를 가지며, 이때의 전력소모는 60mW이였다. 측정결과 INL은 $\pm$0.5 LSB, DNL은 $\pm$0.7 LSB 이내의 정적 특성을 보였으며 Fin=100MHz의 샘플링 300MHz에서 SNR=34.1dB의 동적 특성을 나타내었다. 제안하는 A/D 변환기는 0.18um CMOS공정으로 제작되었으며 ADC 코어의 유효 칩 면적은 $0.27mm^2$ 이다.

• 수산해양기술연구
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• 제38권3호
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• pp.249-255
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• 2002

소형 레이더 신호를 정량적으로 분석하여 해상물표의 운동정보를 실시간으로 추출 및 표시하기 위한 radar target extractor(RTX)를 개발하고, 이 장치를 소형 레이더 장치에 부착시켜 소형 연근해 어선에서도 타선의 진운동정보나 충돌회피정보와 같은 각종의 항해정보를 활용토록 하기 위한 연구를 수행하였다. 본 연구에서 개발한 RTX는 IBM PC 의 ISA bus를 통해 데이터를 입출력할 수 있도록 설계된 신호처리장치로서, 일반 선박용 레이더에서 출력되는 video signal, trigger, antenna bearing pulse, antenna heading mark를 직접 입력할 수 있도록 하였다. 이 장치는 레이더 펄스신호가 해상에 존재하는 물표로부터 반사되어 수신될 때, 그 물표의 신호정보 및 위치좌표정보를 PC 의 CPU 에 의해 처리하지 않고 RTX 자체에 내장된 전용 DSP를 이용하여 실시간으로 처리하도록 하였다. 이 장치에 서 video 신호는 analog devices 사의 AD9042 (12 bit, 40 MHZ monolithic A/D converter)를 이용하여 digital 신호로 변환되고, 그 화상 신호는 CRT에 PPI 방식으로 표시되었다. 이 때 안테나가 회전하면서 탐지한 레이더 물표의 echo 신호는 echo 신호의 강도가 증가하면서 다른 물표의 위치와 구별되면 하나의 물표로서 판정한다. 이 경우, 표적식별 알고리즘은 물표가 미리 설정한 물표포착영역(target acquiring zone)내에 있고, 해당 물표의 크기와 다른 물표와의 거리등에 대한 데이터가 식별기준을 만족하는가에 대한 처리를 수행하도록 개발되었다. 본 연구는 현재 소형어선에 탑재되고 있는 소형레이더의 성능 향상에 크게 기여할 것으로 판단되고, 또한 소형어선용 저가형 ARPA 시스템의 국산화에 필요한 기반기술을 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

• 전자공학회논문지
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• 제52권10호
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• pp.33-46
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• 2015

본 논문에서는 ITRS(International Technology Roadmap for Semiconductors)를 따라 스케일 다운된 FinFET 소자의 디지털 및 아날로그 회로의 성능을 예측했다. 회로 성능의 정확한 예측을 위해 기생 커패시턴스와 기생 저항 모델을 개발해 3D Technology CAD 해석 결과와 비교해 오차를 2 % 미만으로 달성했다. 기생 커패시턴스 모델은 conformal mapping 방식을 기반으로 모델링 되었으며, 기생 저항 모델은 BSIM-CMG에 내장된 기생 저항 모델을 핀 확장 영역 구조 변수($L_{ext}$) 변화에 따른 기생 저항 성분 변화를 반영 할 수 있도록 개선했다. 또한, 공정 단위 변화에 대해 소자의 전압전류의 DC 특성을 반영하기 위해 BSIM-CMG 모델의 DC 피팅을 진행하는 알고리즘을 개발했다. BSIM-CMG에 내장된 기생 모델을 본 연구에서 개발한 저항과 커패시턴스 모델로 대체해 압축 모델 내부에 구현하여, SPICE 시뮬레이션을 통해 스케일 다운된 FinFET 소자의 $f_T$, $f_{MAX}$, 그리고 링 오실레이터와 공통 소스 증폭기의 기생 성분으로 인한 특성변화를 분석했다. 정확한 기생 성분 모델을 적용해 5 nm FinFET 소자까지 회로 특성을 정량적으로 제시했다. 공정 단위가 감소함에 따라 소자의 DC 특성이 개선될 뿐만 아니라 기생 성분의 영향이 감소하여, 회로 특성이 향상됨을 예측했다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제42권2호
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• pp.23-30
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• 2005

이 논문에서는 낮은 stand-by power 및 DLL의 재동작 후 fast relocking 구조를 가지는 저전력, 고속 VISI 칩용 DLL(지연 고정 루프) 기반의 다중 클락 발생기를 제안하였다. 제안된 구조는 주파수 곱셈기를 이용하여 주파수 체배가 가능하며 시스템 클락의 듀티비에 상관없이 항상 50:50 듀티비를 위한 Duty-Cycle Correction 구조를 가지고 있다. 또한 DAC를 이용한 디지털 컨트롤 구조를 클락 시스템이 standby-mode에서 operation-mode 전환 후 빠른 relocking 동작을 보장하고 아날로그 locking 정보를 레지스터에 디지털 코드로 저장하기 위해 사용하였다. 클락 multiplication을 위한 주파수 곱셈기 구조로는 multiphase를 이용한 feed-forward duty correction 구조를 이용하여 지연 시간 없이 phase mixing으로 출력 클락의 duty error를 보정하도록 설계하였다. 본 논문에서 제안된 DLL 기반 다중 클락 발생기는 I/O 데이터 통신을 위한 외부 클락의 동기 클락과 여러 IP들을 위한 고속 및 저속 동작의 다중 클락을 제공한다. 제안된 DLL기반의 다중 클락 발생기는 $0.35-{\mu}m$ CMOS 공정으로 $1796{\mu}m\times654{\mu}m$ 면적을 가지며 동작 전압 2.3v에서 $75MHz\~550MHz$ lock 범위와 800 MHz의 최대 multiplication 주파수를 가지고 20psec 이하의 static skew를 가지도록 설계되었다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제43권11호
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• pp.83-89
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• 2006

본 논문에서는 무선통신용 송수신기에 집적화할 수 있도록 $0.35{\mu}m$ CMOS n-well 1-poly 4-metal 공정을 이용하여 3.3V의 전원 전압으로 동작하는 I/Q 채널 12비트 120MHz 전류구동 D/A 변환기를 설계하였다. 설계된 12비트 D/A 변환기는 4비트 온도계 디코더를 3단 구성하여 글리치 에너지와 선형오차 특성을 최소화하였다. 측정된 선형오차인 INL/DNL은 각각 ${\pm}1.5LSB$, ${\pm}1.3LSB$이며, 글리치 에너지는 31pV.s 로 측정되었고, 전력소모는 105mW이다. 샘플링 및 입력주파수가 각각 120MHz, 1MHz일 때, 싱글 톤 테스트에서 유효비트수는 10.5비트로 측정되었다. 듀얼 톤 테스트에서 1MHz/1.1MHz의 기저대역신호는 0.9MHz/1.2MHz의 영상신호 차이가 -63dB 나타나는 것으로 측정되었다.

• 전자공학회논문지
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• 제54권5호
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• pp.97-105
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• 2017

공중폭발탄은 소총용 탄으로 공간의 제약이 크기 때문에 탑재하는 신관의 크기와 탄약의 양에 제한이 있다. 제한된 양의 탄약으로 위력을 높이기 위해 표적의 위에서 지면 방향으로 공중폭발탄을 기폭시켜 화력을 집중하는 새로운 기법을 개발하였다. 본 논문은 1축 지자기 센서를 이용하여 공중폭발탄의 비행거리를 구하고 지면방향을 감지하는 초소형 저전력 지면감지 센서의 설계와 검증 방법에 관해 제시한다. 지면감지 센서를 설계하기 위해 회전하는 탄의 지자기 센서 모델을 분석하고 이 모델을 단순화하여 지면감지 알고리즘을 설계하였다. 공중폭발탄의 회전 환경을 모사하는 고속회전 시험치구를 제작하고 데이터를 획득하기 위한 지자기 센서와 원격측정 장치를 제작하여 지자기 데이터를 획득하고 이 데이터를 후처리하는 방법으로 지면감지 알고리즘을 검증하였다. 검증된 지면감지 알고리즘에 따라 소형 저전력을 고려하여 센서 일부를 아날로그 소자로 구현하고 나머지를 프로세서에서 프로그램으로 구현하여 지면감지 센서를 설계 제작하였다. 지면감지 센서의 출력신호를 육안으로 확인할 수 있게 LED에 연결하고 고속회전 시험치구에서 임의의 속도인 200 Hz로 회전시켰다. 고속카메라로 회전하는 지면감지 센서를 촬영하여 지면감지 출력신호가 발생한 시점을 지자기 센서 모델과 비교하여 검증하였다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제44권2호
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• pp.34-45
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• 2007

오버샘플링(oversampling) 방식의 시그마-델타(sigma-delta) A/D 컨버터에서는 오버샘플링된 신호를 최종 Nyquist rate 으로 낮춰주는 디지털 데시메이션 필터가 필수적이다. 본 논문에서는 면적을 크게 줄이면서 time-to-market의 이점을 가져다주는 고해상도 시그마-델타(sigma-delta) A/D 컨버터용 디지털 데시메이션(decimation) 필터의 Verilog-HDL 설계 및 구현을 보였다. 디지털 데시메이션 필터는 CIC(cascaded integrator-comb) filter와 두 개의 half-band FIR filter로 이루어져 있다. FIR필터에서 곱셈연산의 복잡성을 줄이고 면적을 최소화하기 위해 계수를 CSD(canonical signed digit) 코드로 표현하여 사용하였다. 곱셈 연산은 일반 곱셈기 없이 쉬프트 와 덧셈방식을 이용하여 구현되었다. 3단 데시메이션 필터는 $0.25-{\mu}m$ CMOS 공정으로 제작되었고, 필터의 면적은 $1.36mm^2$ 이며 2.8224 MHz의 클럭 주파수에서 4.4 mW의 파워소모를 보였다. 측정 결과 높은 신호대 잡음 비(SNR)를 요구하는 디지털 오디오용 데시메이션(decimation) 필터의 사양을 충분히 만족시키고 있음을 볼 수 있다.