• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제13권2호
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• pp.108-113
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• 2013

This paper describes a low power asynchronous successive approximation register (SAR) type 12b analog-to-digital converter (ADC) for biomedical applications in a 0.35 ${\mu}m$ CMOS technology. The digital-to-analog converter (DAC) uses a capacitive split-arrays consisting of 6-b main array, an attenuation capacitor C and a 5-b sub array for low power consumption and small die area. Moreover, splitting the MSB capacitor into sub-capacitors and an asynchronous SAR reduce power consumption. The measurement results show that the proposed ADC achieved the SNDR of 68.32 dB, the SFDR of 79 dB, and the ENOB (effective number of bits) of 11.05 bits. The measured INL and DNL were 1.9LSB and 1.5LSB, respectively. The power consumption including all the digital circuits is 6.7 ${\mu}W$ at the sampling frequency of 100 KHz under 3.3 V supply voltage and the FoM (figure of merit) is 49 fJ/conversion-step.

• 센서학회지
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• 제27권2호
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• pp.93-98
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• 2018

In this paper, an energy-efficient 11.49-bit successive approximation register (SAR) capacitance-to-digital converter (CDC) for capacitive sensors with a figure of merit (FoM) of 31.6 pJ/conversion-step is presented. The CDC employs a SAR algorithm to obtain low power consumption and a simplified structure. The proposed circuit uses a capacitive sensing amplifier (CSA) and a dynamic latch comparator to achieve parasitic capacitance-insensitive operation. The CSA adopts a correlated double sampling (CDS) technique to reduce flicker (1/f) noise to achieve low-noise characteristics. The SAR algorithm is implemented in dual operating mode, using an 8-bit coarse programmable capacitor array in the capacitance-domain and an 8-bit R-2R digital-to-analog converter (DAC) in the charge-domain. The proposed CDC achieves a wide input capacitance range of 29.4 pF and a high resolution of 0.449 fF. The CDC is fabricated in a $0.18-{\mu}m$ 1P6M complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) process with an active area of 0.55 mm2. The total power consumption of the CDC is $86.4{\mu}W$ with a 1.8-V supply. The SAR CDC achieves a measured 11.49-bit resolution within a conversion time of 1.025 ms and an energy-efficiency FoM of 31.6 pJ/step.

• 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.

• 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.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제38권7호
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• pp.455-463
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• 2001

본 논문에서는 많은 연산을 필요로 하는 디지털 필터의 저전력화를 위한 새로운 저전력 기법을 제안한다. 제안된 저전력 기법에서는 CSD (canonic signed digit)숫자의 유효 표현 범위를 결정하는 nonzero digit 와 ternary digit의 값에 따른 필터의 차단대역 특성 변화를 이용하여, 다단계의 필터 차단 대역 특성을 가지는 가변 CSD 계수를 얻고 이를 approximate processing 기법에 적용하였다. 제안된 저전력 필터 설계기법의 성능을 확인하기 위하여 4개의 필터 차단대역 특성을 사용하는 AC '97 과표본화 ADC용 decimation 필터의 설계에 적용하였다. Decimation필터 중 제안된 저전력 기법을 적용한 두 half-band 필터의 연산량은 제안된 기법을 적용하지 않은 경우에 비해 각각의 근사화 수준에서 단위 출력 샘플 당 63.5, 35.7, 13.9 %의 덧셈 연산만을 수행하여 필터의 출력을 얻을 수 있었다. Decimation 필터는 0.6㎛ CMOS SOG 라이브러리를 사용하여 제작·실험하였으며, 실험결과 입력 신호의 attenuation에 따라 전체 소모전력의 약 3.8 %에서 9 %의 소모전력이 감소되었음을 확인하였다. 제안된 가변 CSD 계수를 이용한 approximate processing 방식은 특히 음성 대역 및 오디오 대역의 신호처리와 과표본화 ADC/DAC의 decimation/interpolation과 같은 multirate 시스템에 적합하다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제48권12호
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• pp.91-96
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• 2011

본 논문에서는 전류 모드 동작에 기반한 IEEE 802.15.4 규격을 만족하는 2.4GHz 저전력 직접 변환 송신기를 제안하고 $0.13{\mu}m$ CMOS 공정을 이용하여 구현하였다. 제안된 송신기는 디지털-아날로그 변환기, 저역통과 필터, 가변 이득 I/Q 상향 혼합기, 구동 증폭기 및 LO 버퍼를 포함하는 주파수 나누기 2회로로 구성되어 있다. 디지털-아날로그 변환기와 저역통과 필터(LPF), 가변이득 I/Q 상향 혼합기의 트랜스컨덕터 단을 하나의 전류 미러 회로로 합친 간단한 구조를 제안하여 전력 소모를 줄이면서 선형성을 향상할 수 있도록 하였다. 구동 증폭기는 캐스코드 타입의 증폭기로 제어 신호를 이용하여 이득을 조절할 수 있게 하였고, 외부 4.8GHz 신호를 받아 주파수 나누기 2 전류 모드 로직 (CML) 회로를 사용하여 2.4GHz I/Q 차동 LO 신호를 생성하도록 설계하였다. 구현한 송신기는 30dB의 이득 조정 범위를 가지면서 0dBm의 최대 출력 신호에서 33dBc의 LO 누설 성분, 40dBc의 3차 하모닉 성분의 특성을 보이며, 구현한 칩의 면적은 $1.76mm{\times}1.26mm$으로 전력소모는 1.2V 단일 전원 전압으로부터 10.2mW이다.

• 전기전자학회논문지
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• 제23권1호
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• pp.35-43
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• 2019

본 논문은 10비트 비동기 SAR ADC에 사용되는 CDAC의 선형성을 개선하기 위한 커패시터 자체 보정 기법을 제안한다. 제안된 커패시터 자체 보정 기법은 10비트 CDAC의 상위 5비트의 각각의 커패시터의 값이 하위 커패시터의 값들의 합과 같아지도록 수행된다. Behavioral 시뮬레이션의 결과에 의하면, CDAC의 커패시터의 최대 부정합 오류가 4%일 때, 제안한 커패시터 자체 보정 기법은 DNL과 INL를 각각 -0.810/+0.194LSB와 -0.832/+0.832LSB에서 -0.235/+0.178LSB와 -0.227/ +0.227LSB로 개선시킨다. 1.2V 공급전압과 110nm CMOS 공정을 이용하여 제작된 10비트 비동기 SAR ADC의 면적과 전력소모는 각각 $0.205mm^2$와 1.25mW이다. 20MS/s의 샘플율과 96.13kHz 입력 주파수에 대해 제안한 10비트 비동기 SAR ADC의 측정된 ENOB는 9.194비트이다.