• 대한전자공학회논문지SD
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• 제46권3호
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• pp.75-85
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• 2009

본 논문에서는 two-carrier W-CDMA 응용과 같이 고해상도, 저전력 및 소면적을 동시에 요구하는 3G 통신 시스템 응용을 위한 13비트 100MS/s 0.13um CMOS ADC를 제안한다. 제안하는 ADC는 4단 파이프라인 구조를 사용하여 고해상도와 높은 신호처리속도와 함께 전력 소로 및 면적을 최적화하였다. 입력 단 SHA 회로에는 면적 효율성을 가지멸서 고속 고해상도로 동작하는 게이트-부트스트래핑 회로를 적용하여 1.0V의 낮은 전원 전압동작에서도 신호의 왜곡없이 Nyquist 대역 이상의 입력 신호를 샘플링할 수 있도록 하였다. 입력 단 SHA 및 MDAC에는 낮은 임피던스 기반의 캐스코드 주파수 보상 기법을 적용한 2단 증폭기 회로를 사용하여 Miller 주파수 보상 기법에 비해 더욱 적은 전력을 소모하면서도 요구되는 동작 속도 및 안정적인 출력 조건을 만족시키도록 하였으며, flash ADC에 사용된 래치의 경우 비교기의 입력 단으로 전달되는 킥-백 잡음을 줄이기 위해 입력 단과 출력 노드를 클록 버퍼로 분리한 래치 회로를 사용하였다. 한편, 제안하는 시제품 ADC에는 기존의 회로와는 달리 음의 론도 계수를 갖는 3개의 전류만을 사용하는 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 0.13um 1P8M CMOS 공정으로 제작되었으며, 측정된 DNL 및 INL은 13비트 해상도에서 각각 최대 0.70LSB, 1.79LSB의 수준을 보이며, 동적 성능으로는 100MS/s의 동작 속도에서 각각 최대 64.5dB의 SNDR과 78.0dB의 SFDR을 보여준다. 시제품 ADC의 칩 면적은 $1.22mm^2$이며, 1.2V 전원 전압과 100MS/s의 동작 속도에서 42.0mW의 전력을 소모하여 0.31pJ/conv-step의 FOM을 갖는다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제44권3호
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• pp.26-34
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• 2007

본 논문에서는 신체 임피던스 측정법(Bioelectrical Impedance Analysis, 이하 BIA)을 기초로 한 체지방 측정 칩 설계에 대한 내용을 서술하였다. 제안된 회로는 인체에 전류 신호를 인가하는 회로, 인체를 통해 나온 전압 신호를 측정하는 회로, 회로의 동작을 제어하는 마이크로 콘트롤러(Micom), 그리고 분석프로그램이 내장된 메모리(SRAM, EEPROMs) 의 모든 기능을 하나의 칩에 집적하였다. 특히 정밀한 인체 임피던스 측정을 위하여 다주파수 동작이 가능한 대역통과필터(Band Pass Filter, BPF)를 설계하였다. 또한, 설계된 대역통과필터는 weak inversion 영역에서 동작하기 때문에 면적과 전력소모를 줄일 수 있었다. 그리고 측정부분 회로의 성능을 개선하기 위해서 차동차이증폭기(Differential difference amplifier, DDA)를 이용한 새로운 전파정류기(Full wave rectifier, FWR)를 설계하였다. 또한 이 회로는 마지막 단에 연결될 아날로그-디지털 변환기(ADC)의 설계에 대한 부담을 덜어주는 장점도 있다. 이 칩의 시제품은 CMOS 0.35um 공정을 이용하였고 전력소모는 모든 주파수에서 6mW 이며 전원전압은 3.3V이다. 전체 칩의 크기는 $5mm\times5mm$ 이다.

• 전자공학회논문지
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• 제51권4호
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• pp.49-58
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• 2014

본 논문에서는 저전력 고속 모바일 I/O 인터페이스를 위한 저스윙 차동 니어-그라운드 시그널링 (NGS) 트랜시버를 소개한다. 제안하는 트랜스미터는 온-칩 레귤레이터로 정류된 프로그래머블한 스윙을 가지는 전압-모드 드라이버와 비대칭 상승/하강시간을 가지는 전단드라이버를 사용한다. 제안하는 리시버는 고주파이득을 신장시키는 피드-포워드 커패시터를 이용한 새로운 다중경로이득 차동앰프를 사용한다. 또한, 이 리시버는 가변적인 트랜스미터 출력스윙에 의한 입력 공통모드 변화를 보상하며, 리시버 입력단 증폭기의 전류 미스매치를 최소화하기 위하여 새로운 적응형 바이어스 생성기를 포함한다. 트랜스미터와 리시버에 적용된 새로운 간단하고 효과적인 임피던스 매칭 기술들의 사용으로 우수한 시그널 인테그리티와 높은 파워 효율을 이뤄냈다. 65 nm CMOS 공정으로 설계된 제안하는 트랜시버는 10 cm 길이의 FR4 PCB에서 채널당 13 Gbps의 전송속도와 0.3 pJ/bit (= 0.3 mW/Gbps)의 높은 파워 효율을 갖는다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제19권1호
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• pp.149-155
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• 2015

본 논문에서는 선형성이 개선된 5MHz의 샘플링 주파수를 가지는 10-비트 디지털/아날로그 변환기를 제안한다. 제안하는 디지털/아날로그 변환기는 10-비트 R-2R 기반 디지털/아날로그 변환기, rail-to-rail 입력 범위의 차동 전압증폭기를 이용하는 출력버퍼, 그리고 바이어스 전압을 위한 밴드-갭 기준전압 회로로 구성된다. R-2R 디지털/아날로그 변환기의 2R 구현에 스위치를 위해 사용되는 인버터의 turn-on 저항 값을 포함하여 설계함으로 선형성을 개선시킨다. DAC의 최종 출력 전압 범위는 출력버퍼에 차동전압증폭기를 이용함으로 R-2R의 rail-to-rail 출력 전압으로부터 $2/3{\times}VDD$로 결정된다. 제안된 디지털/아날로그 변환기는 1.2V 공급전압과 1-poly, 8-metal을 이용하는 130nm CMOS 공정에서 구현되었다. 측정된 디지털/아날로그 변환기의 동적특성은 9.4비트의 ENOB, 58dB의 SNDR, 그리고 63dBc의 SFDR이다. 측정된 DNL과 INL은 -/+0.35LSB 미만이다. 제작된 디지털/아날로그 변환기의 면적과 전력소모는 각각 $642.9{\times}366.6{\mu}m^2$과 2.95mW이다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제16권6호
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• pp.1250-1259
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• 2012

본 논문에서는 저전압 고해상도 축차근사형 아날로그-디지털 변환기를 위한 시간-도메인 비교기를 제안한다. 제안하는 시간-도메인 비교기는 클럭 피드-스루 보상회로를 포함한 전압제어지연 변환기, 시간 증폭기, 그리고 바이너리 위상 검출기로 구성된다. 제안하는 시간-도메인 비교기는 작은 입력 부하 캐패시턴스를 가지며, 클럭 피드-스루 노이즈를 보상한다. 시간-도메인 비교기의 특성을 분석하기 위해 다른 시간-도메인 비교기를 가지는 두 개의 1V 10-bit 200-kS/s 축차근사형 아날로그-디지털 변환기가 0.18-${\mu}m$ 1-poly 6-metal CMOS 공정에서 구현된다. 11.1kHz의 아날로그 입력신호에 대해 측정된 SNDR은 56.27 dB이며, 제안된 시간-도메인 비교기의 클럭 피드-스루 보상회로와 시간 증폭기가 약 6 dB의 SNDR을 향상시킨다. 구현된 10-bit 200-kS/s 축차근사형 아날로그-디지털 변환기의 전력소모와 면적은 각각 10.39 ${\mu}W$와 0.126 mm2 이다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제43권11호
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• pp.48-57
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• 2006

본 설계에서는 최근 부상하고 있는 motor control, 3-phase power control, CMOS image sensor 등 각종 센서 응용을 위해 고해상도와 저전력, 소면적을 동시에 요구하는 12b 200KHz 0.52mA $0.47mm^2$ 알고리즈믹 ADC를 제안한다. 제안하는 ADC는 요구되는 고해상도와 처리 속도를 얻으면서 동시에 전력 소모 및 면적을 최적화하기 위해 파이프라인 구조의 하나의 단만을 반복적으로 사용하는 알고리즈믹 구조로 설계하였다. 입력단 SHA 회로에서는 고집적도 응용에 적합하도록 8개의 입력 채널을 갖도록 설계하였고, 입력단 증폭기에는 folded-cascode 구조를 사용하여 12비트 해상도에서 요구되는 높은 DC 전압 이득과 동시에 층L분한 위상 여유를 갖도록 하였다. 또한, MDAC 커패시터 열에는 소자 부정합에 의한 영향을 최소화하기 위해서 인접 신호에 덜 민감한 3차원 완전 대칭 구조의 레이아웃 기법을 적용하였으며, SHA와 MDAC 등 아날로그 회로에는 향상된 스위치 기반의 바이어스 전력 최소화 기법을 적용하여 저전력을 구현하였다. 기준 전류 및 전압 발생기는 칩 내부 및 외부의 잡음에 덜 민감하도록 온-칩으로 집적하였으며, 시스템 응용에 따라 선택적으로 다른 크기의 기준 전압을 외부에서 인가할 수 있도록 설계하였다. 또한, 다운 샘플링 클록 신호를 통해 200KS/s의 동작뿐만 아니라, 더 적은 전력을 소모하는 10KS/s의 동작이 가능하도록 설계하였다. 제안하는 시제품 ADC는 0.18um n-well 1P6M CMOS 공정으로 제작되었으며, 측정된 DNL과 INL은 각자 최대 0.76LSB, 2.47LSB 수준을 보인다. 또한 200KS/s 및 10KS/s의 동작 속도에서 SNDR 및 SFDR은 각각 최대 55dB, 70dB 수준을 보이며, 전력 소모는 1.8V 전원 전압에서 각각 0.94mW 및 0.63mW이며, 시제품 ADC의 칩 면적은 $0.47mm^2$ 이다.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제11권7호
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• pp.665-670
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• 2016

본 논문에서는 IoT(Internet of Things) 시스템의 기본 구성이 되는 센서 네트워크에 사용될 수 있는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)의 Sub-threshold 동작을 이용하는 OP-AMP(Operational amplifier) 설계를 제안한다. MOSFET의 Sub-threshold 동작은 전원전압을 낮추는 효과로 회로 시스템을 초저전력으로 유도할 수 있는 특징이 있기 때문에 배터리를 사용하는 IoT의 센서 네트워크 시스템의 초저전력화에 매우 유용한 회로설계 기술이라고 할 수 있다. $0.35{\mu}m$ 공정을 이용한 시뮬레이션 결과, VDD를 0.6 V로 설계할 수 있었으며, OP-AMP 의 Open-loop Gain은 43 dB, 또한 설계한 OP-AMP의 소비전력은 $1.3{\mu}W$가 계산되었다. 또한, Active Layout 면적은 $64{\mu}m{\times}105{\mu}m$이다. 제안한 OP-AMP는 IoT의 저전력 센서 네트워크에 다양한 응용이 가능할 것으로 기대된다.

• 전자공학회논문지
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• 제51권9호
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• pp.82-90
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• 2014

본 논문에서는 선형성을 가진 파노라믹 스캔 라이다(PSL) 시스템용의 4-채널 차동 트랜스임피던스 증폭기 어레이를 0.18-um CMOS 공정을 이용하여 구현하였다. PSL시스템을 위한 성능의 비교분석을 위하여 전류모드 및 전압모드의 두 종류 트랜스임피던스 어레이 칩을 각각 구현하였으며, 채널당 1.25-Gb/s 동작속도를 갖도록 설계하였다. 먼저 전류모드 칩의 경우, 각 채널 광 수신입력단은 전류미러 구조로 구현하였으며, 특히 로컬 피드백 입력구조로 개선하여 낮은 입력저항과 낮은 잡음지수를 가질 수 있도록 설계하였다. 칩 측정 결과, 채널 당 $69-dB{\Omega}$ 트랜스임피던스 이득, 2.2-GHz 대역폭, 21.5-pA/sqrt(Hz) 평균 잡음 전류 스펙트럼 밀도, -20.5-dBm 수신감도, 및 1.8-V 전원전압에서 4채널 총 147.6-mW 소모전력을 보이며, 1.25-Gb/s 동작속도에서 크고 깨끗한 eye-diagram을 보인다. 한편, 전압모드 칩의 경우, 각 채널 광 수신입력단은 인버터 입력구조로 구현하여 낮은 잡음지수를 갖도록 설계하였다. 칩 측정 결과, 채널 당 $73-dB{\Omega}$ 트랜스임피던스 이득, 1.1-GHz 대역폭, 13.2-pA/sqrt(Hz) 평균 잡음 전류 스펙트럼 밀도, -22.8-dBm수신감도, 및 4채널 총 138.4-mW 소모전력을 보이며, 1.25-Gb/s 동작속도에서 크고 깨끗한 eye-diagra을 보인다.

• 대한전자공학회논문지TC
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• 제46권12호
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• pp.6-13
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• 2009

X-대역의 위상 배열 시스템에 응용 가능한 전력 증폭기, 6-bit 위상 변위기, 6-bit 디지털 감쇠기 및 SPDT 송수신 스위치를 각각 설계 및 측정하였다. 모든 회로는 CMOS 0.18 um 공정을 사용하여 구현되었다. 전력 증폭기는 2-단 차동 및 cascode 구조를 가지며, 20 dBm 의 P1dB, 19%의 PAE 의 성능을 8-11 GHz 주파수 대역에서 보였다. 6-bit 위상 변위기는 Embedded switched filter 구조를 가지며, 스위치용 nMOS 트랜지스터 및 마이크로스트립 선로로 인덕턴스를 구현하였다. $360^{\circ}$ 위상 제어가 가능하며 위상 해상도는 $5.6^{\circ}$ 이다. 8-11 GHz 주파수 대역에서 RMS phase 및 amplitude 오차는 $5^{\circ}$ 및 0.8 dB 이하이며, 삽입손실은 약 $-15.7\;{\pm}\;1,1\;dB$ 이다. 6-bit 디지털 감쇠기는 저항 네트워크와 스위치가 결합된 Embedded switched Pi-및 T-구조이며, 위상 배열 시스템에서 요구하는 낮은 통과 위상 변동 특성을 가지는 구조가 적용되었다. 최대 감쇠는 31.5 dB 이며 진폭 해상도는 0.5 dB 이다. 8-11 GHz 주파수 대역에서 RMS amplitude 및 phase 오차는 0.4 dB 및 $2^{\circ}$ 이하이며, 삽입손실은 약 $-10.5\;{\pm}\;0.8\;dB$ 이다. SPDT 송수신 스위치는 series 및 shunt nMOS 트랜지스터의 쌍으로 구성되었으며 회로의 면적을 최소화하기 위해 1개의 수동 인덕터만으로 SPDT 기능을 구현하였다. 삽입손실은 약 -1.5 dB, 반사손실은 -15 dB 이하이며, 송수신 격리 특성은 -30 dB 이하이다. 각각의 칩 면적은 $1.28\;mm^2$, $1.9mm^2$, $0.34\;mm^2$, $0.02mm^2$ 이다.

• 한국전자파학회논문지
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• 제23권4호
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• pp.475-483
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• 2012

본 논문은 차세대 재구성 전력증폭기용을 위해서, 새로운 타입의 다중 모드 혼합형 전압 공급기를 제안한다. 이를 위한 핵심 회로인 스위칭 증폭기의 새로운 구조를 제안하였다. 혼합형 전압 공급기의 가장 중요한 성능지표 중의 하나인 효율을 증가시키기 위해 멀티 스위칭 증폭기 구조를 이용하였고, 또한 다중 모드 구현을 위해서 멀티 스위칭 증폭기와 입력 신호 검출단을 이용하였다. 성능 비교를 위해서 기본 구조를 지닌 혼합형 가변전압 공급기도 같이 설계되었으며, 새롭게 제안하는 구조 이외에는 모두 동일하게 설계하여 비교를 용이하도록 하였다. 설계된 혼합형 전압 공급기의 효율을 측정하기 위해 384 kHz/3.84 MHz/5 MHz 대역폭을 가지는 EDGE, WCDMA, LTE 신호를 적용하였다. EDGE를 적용한 효율은 85 %, WCDMA를 적용한 효율은 84 % 그리고 LTE를 적용한 효율은 79 %의 결과를 얻게 되었다. 이는 기본 구조보다 최대 9 %의 성능 향상을 얻었으며, 차세대 재구성 송신기인 다중 대역 및 다중 모드 송신기 구현에 적용 가능함을 입증한다.