• 정보처리학회논문지A
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• 제11A권2호
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• pp.195-202
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• 2004

본 연구에서 매우 정밀한 샘플링을 필요로 하는 고해상도 비디오 응용면을 위하여 병렬 파이프라인 아날로그 디지털 변환기(ADC)를 설계하였다. 본 ADC의 구조는 4 채널의 10-비트 파이프라인 ADC를 병력 time-interleave로 구성한 구조로서 이 구조에서 채널 당 샘플링 속도의 4배인 200MS/s의 샘플링 속도를 얻을 수 있었다. 변환기에서 핵심이 되는 구성요소는 Sample and Hold 증폭기(SHA), 비교기와 연산증폭기이며 먼저 SHA를 전단에 설치하여 시스템 타이밍 요구를 완화시키고 고속변환과 고속 입력신호의 처리론 가능하게 하였다. ADC 내부 단들의 1-비트 DAC, 비교기 및 2-이득 증폭기는 한 개의 switched 캐패시터 회로로 통합하여 고속동작은 물론 저 전력소비가 가능한 특성을 갖도록 하였다. 본 연구의 연산증폭기는 2단 차동구조에 부저항소자를 사용하여 높은 DC 이득을 갖도록 보강하였다. 본 설계에서 각 단에 D-플립플롭(D-FF)을 사용한 지연회로를 구성하여 변환시 각 비트신호를 정렬시켜 타이밍 오차를 최소화하였다. 된 변환기는 3.3V 공급전압에서 280㎽의 전력소비를 갖고 DNL과 INL은 각각 +0.7/-0.6LSB, +0.9/-0.3LSB이다.

• 한국통신학회논문지
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• 제18권12호
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• pp.1983-1993
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• 1993

본 논문에서는 full-flash A/D 변환기에서 전력소모를 줄이는 방법과 그의 회로를 제안하였다. Full-flash A/D 변환기에서 해상도가 증가하면 전압비교기의 수는 지수함수적으로 증가하며 모든 전압비교기가 항상 동작하여 전력 소모가 많으므로 제안하는 구조에서는 입력 신호의 크기에 까라 그 영역에 해당하는 위치에 있는 전압비교기를 선택적으로 켜줌으로써 전력 소모를 줄인다. 입력 신호의 크기를 판별하기 위하여 입력 신호의 범위를 찾는 회로를 설계하였다. 클리치 잡음을 줄일 수 있는 클럭 발생회로를 설계하여 사용함으로써 전압 비교기의 전류원에서 발생하는 잡음을 일반적인 클럭을 사용했을 때와 비교하여 1/4로 줄였다. 설계한 A/D 변환기는 out-off 주파수가 5GHz 인 1.2 m의 BiCMOS 공정으로 제작하였다. 이는 350Msamples /s의 변환 속도를 가지며 소모 전력은 900mW이다.

• 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.

• Journal of information and communication convergence engineering
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• 제10권1호
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• pp.85-90
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• 2012

A 40-MS/sec 10-bit pipelined analog to digital converter (ADC) with a 1.2 Vpp differential input signal is proposed. The implemented pipelined ADC consists of eight stages of 1.5 bit/stage, one stage of 2 bit/stage, a digital error correction block, band-gap reference circuit & reference driver, and clock generator. The 1.5 bit/stage consists of a sub-ADC, digital to analog (DAC), and gain stage, and the 2.0 bit/stage consists of only a 2-bit sub-ADC. A bootstrapped switch with a constant resistance is proposed to improve the linearity of the input switch. It reduces the maximum VGS variation of the conventional bootstrapped switch by 67%. The proposed bootstrapped switch is used in the first 1.5 bit/stage instead of a sample-hold amplifier (SHA). This results in the reduction of the hardware and power consumption. It also increases the input bandwidth and dynamic performance. A reference voltage for the ADC is driven by using an on-chip reference driver without an external reference. A digital error correction with a redundancy is also used to compensate for analog noise such as an input offset voltage of a comparator and a gain error of a gain stage. The proposed pipelined ADC is implemented by using a 0.18-${\mu}m$ 1- poly 5-metal CMOS process with a 1.8 V supply. The total area including a power decoupling capacitor and the power consumption are 0.95 $mm^2$ and 51.5 mW, respectively. The signal-to-noise and distortion ratio (SNDR) is 56.15 dB at the Nyquist frequency, resulting in an effective number of bits (ENOB) of 9.03 bits.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제13권2호
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• pp.98-107
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• 2013

This work describes a 13b 100 MS/s 0.13 um CMOS four-stage pipeline ADC for 3G communication systems. The proposed SHA-free ADC employs a range-scaling technique based on switched-capacitor circuits to properly handle a wide input range of $2V_{P-P}$ using a single on-chip reference of $1V_{P-P}$. The proposed range scaling makes the reference buffers keep a sufficient voltage headroom and doubles the offset tolerance of a latched comparator in the flash ADC1 with a doubled input range. A two-step reference selection technique in the back-end 5b flash ADC reduces both power dissipation and chip area by 50%. The prototype ADC in a 0.13 um CMOS demonstrates the measured differential and integral nonlinearities within 0.57 LSB and 0.99 LSB, respectively. The ADC shows a maximum signal-to-noise-and-distortion ratio of 64.6 dB and a maximum spurious-free dynamic range of 74.0 dB at 100 MS/s, respectively. The ADC with an active die area of 1.2 $mm^2$ consumes 145.6 mW including high-speed reference buffers and 91 mW excluding buffers at 100 MS/s and a 1.3 V supply voltage.

• 한국통신학회논문지
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• 제38A권4호
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• pp.303-309
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• 2013

입력 전압 범위 감지 회로를 이용해서 저전력 6비트 플래시 500Ms/s ADC를 설계하였다. 입력 전압 범위 감지 회로는 변환기내 모든 비교기들 중에서 25%만 동작시키고, 나머지 75%는 동작시키지 않는 방법을 채택하므로 저전력 동작을 가능하게 설계 및 제작하였다. 설계된 회로는 0.13um CMOS 공정기술을 이용해서 제작하였고, 1.2V 전원전압에서 68.8mW 전력소모, 4.9 유효 비트수, 4.75pJ/step의 평가지수가 측정되었다.

• 정보처리학회논문지A
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• 제14A권1호
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• pp.47-54
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• 2007

본 논문은 내장형 프로세서의 소비 전력을 줄이기 위한 저전력 TLB 구조를 제안하고자 한다. 제안된 TLB는 다수의 뱅크로 구성되어지며, 각각의 뱅크들은 하나의 블록 버퍼와 하나의 비교기를 포함한다. 블록 버퍼와 메인 뱅크는 특정 비트를 이용하여 선택적으로 접근이 가능하다. 그러므로 필터링 구조처럼 블록 버퍼에서 적중이 발생하면 메인 TLB 뱅크의 구동 소비 전력이 없고 단지 하나의 엔트리로 구성된 블록 버퍼에 의한 소비 전력만 발생함으로써 소비 전력을 효과적으로 줄일 수 있다. 또한 다른 계층적 구조와는 달리 이중 사이클에 대한 오버헤드가 1%로써 거의 무시 가능하다. 이에 반해 대표적인 계층 구조인 필터 구조의 경우 대략 5%이상 발생하게 되며, 제안된 구조와 동일한 구조를 가지지만 연속적 접근 판별 알고리즘을 사용하지 않은 동일한 구조의 블록 버퍼-뱅크 구조의 경우 15% 이상의 이중 사이클 오버헤드가 발생하게 된다. 이러한 이중 사이클은 프로세서의 성능 저하를 초래함으로써 데이터의 경우 특히 적용이 어려운 단점으로 지적되었다. 소비 전력의 감소 효과는 기존 완전 연관 구조에 비해 95%, 필터 구조에 비해 90%, 연속적 접근 판별 알고리즘 사용하지 않은 동일 구조에 비해 40%의 소비 전력 감소 효과를 얻을 수 있다.

• 한국정보전자통신기술학회논문지
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• 제13권3호
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• pp.184-196
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• 2020

본 논문에서는 배터리 관리 시스템 (BMS)에서 2차 전지 배터리를 통해 흐르는 전류의 정밀한 측정을 위한 cascaded-of-integrator feedforward (CIFF) 구조의 단일 비트 2차 델타-시그마 모듈레이터를 제안하였다. 제안된 모듈레이터는 2개의 스위치드 커패시터 적분기, 단일 비트 비교기, 비중첩 클록 발생기 및 바이어스와 같은 주변 회로로 구현하였다. 제안된 구조는 낮은 공통 모드 입력 전압을 가지는 low-side 전류 측정 방법에 적용되도록 설계되었다. Low-side 전류 측정 방법을 사용하면 회로 설계에 부담이 줄어들게 되는 장점을 가진다. 그리고 ±30mV 입력 전압을 15비트 해상도를 가지는 ADC로 분해하기 때문에 추가적인 programmable gain amplifier (PGA)를 구현할 필요가 없어 수 mW의 전력소모를 줄일 수 있다. 제안된 단일 비트 2차 CIFF 델타-시그마 모듈레이터는 350nm CMOS 공정으로 구현하였으며 5kHz 대역폭에 대해 400의 oversampling ratio (OSR)로 95.46dB의 signal-to-noise-and-distortion ratio (SNDR), 96.01dB의 spurious-free dynamic range (SFDR) 및 15.56비트의 effective-number-of-bits (ENOB)을 달성하였다. 델타 시그마 모듈레이터의 면적 및 전력 소비는 각각 670×490㎛2 및 414㎼이다.

• 전기전자학회논문지
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• 제14권2호
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• pp.51-57
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• 2010

대형 TFT LCD 판넬의 감마보정전압을 구동하기 위한 레일-투-레일 고전압 CMOS 완충 증폭기를 제안하였다. 이 회로는 단일 전압하에서 동작하고 18V 전압원에서 0.5mA 의 전류소비특성을 나타내며 8비트/10비트 고해상도 TFT LCD 판넬의 감마보정 전압 구동을 위하여 설계하였다. 이 회로는 높은 slew rate, 0.5mA의 정적 전류특성을 나타내며 1k$\Omega$의 저항성/용량성 부하구동 능력을 가지고 있다. 또한 넓은 출력 공급범위를 지니며, 5mA의 출력 정전류를 내보낼 경우 50mV미만의 옵셋전압 특성을 가진다. 또한, 용량성 부하 구동시 입력기준 옵셋전압이 2.5mV 미만인 좋은 특성을 나타낸다. 본 논문에서는 넓은 스윙입력범위와 출력 동작 범위을 얻기 위해 전류미러형 n-채널 차동증폭기, p-채널 차동증폭기, AB-급 푸쉬-풀 출력단, 히스테리시스 비교기를 사용한 입력레벨 검출기 등을 사용하였다. 제안된 회로는 고전압 디스플레이 구동 IC에 사용하기 위해 0.18um 18V 고전압 CMOS 공정기술에 의해 제작되었다. 제안된 회로는 8~18V의 공급 전압 범위에서 동작한다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제48권5호
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• pp.25-33
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• 2011

본 논문에서는 CIS 응용을 위해 제한된 폭을 가지는 10비트 50MS/s 0.13um CMOS 3단 파이프라인 ADC를 제안한다. 통상 CIS에 사용되는 아날로그 회로에서는 수용 가능한 조도 범위를 충분히 확보하기 위해 높은 전원전압을 사용하여 넓은 범위의 아날로그 신호를 처리한다. 그 반면, 디지털 회로에서는 전력 효율성을 위해 낮은 전원전압을 사용하므로 제안하는 ADC는 해당 전원전압들을 모두 사용하여 넓은 범위의 아날로그 신호를 낮은 전압 기반의 디지털 데이터로 변환하도록 설계하였다. 또한 2개의 잔류 증폭기에 적용한 증폭기 공유기법은 각 단의 증폭동작에 따라 전류를 조절함으로써 증폭기의 성능을 최적화 하여 전력 효율을 더욱 향상시켰다. 동일한 구조를 가진 3개의 FLASH ADC에서는 인터폴레이션 기법을 통해 비교기의 입력 단 개수를 절반으로 줄였으며, 프리앰프를 제거하여 래치만으로 비교기를 구성하였다. 또한 래치에 입력 단과 출력 단을 분리하는 풀-다운 스위치를 사용하여 킥-백 잡음으로 인한 문제를 최소화하였다. 기준전류 및 전압회로에서는 온-칩 저 전력 전압구동회로만으로 요구되는 정착시간 성능을 확보하였으며, 디지털 교정회로에는 신호특성에 따른 두 종류의 레벨-쉬프트 회로를 두어 낮은 전압의 디지털 데이터가 출력되도록 설계하였다. 제안하는 시제품 ADC는 0.35um thick-gate-oxide 트랜지스터를 지원하는 0.13um CMOS로 제작되었으며, 측정된 DNL 및 INL은 10비트에서 각각 최대 0.42LSB, 1.19LSB 수준을 보이며, 동적 성능은 50MS/s 동작속도에서 55.4dB의 SNDR과 68.7dB의 SFDR을 보인다. 시제품 ADC의 칩 면적은 0.53$mm^2$이며, 2.0V의 아날로그 전압, 2.8V 및 1.2V 등 두 종류의 디지털 전원전압에서 총 15.6mW의 전력을 소모한다.