• 대한전자공학회논문지SD
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• 제46권3호
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• pp.60-68
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• 2009

본 논문에서는 HDTV와 같이 고해상도 및 고속의 동작을 동시에 요구하는 고화질 영상시스템 응용을 위한 10비트 200MS/s 65nm CMOS ADC를 제안한다. 제안하는 ADC는 고속 동작에서 저 전력 소면적 구현에 적합한 4단 파이프라인 구조를 기반으로 설계되었으며, 입력단 SHA 회로에서는 1.2V의 낮은 단일 전원 전압에서도 높은 입력 신호를 처리하기 위해 4개의 커패시터를 기반으로 설계하여 $1.4V_{p-p}$의 입력 신호를 ADC 내부 회로에서는 $1.0V_{p-p}$으로 낮추어 사용할 수 있도록 하였다. 또한 높은 전압이득을 갖는 증폭기를 필요로 하는 SHA와 MDAC1은 출력 임피던스가 감소하는 65nm CMOS 공정의 제약 사항을 극복하기 위해 통상적인 2단 증폭기 대신 3단 증폭기 구조를 기반으로 설계하였으며 200MS/s 높은 동작 속도를 고려하여 RNMC 및 multipath 주파수 보상기법을 추가하여 설계하였다. 전력 소모 최소화를 위해 스위치 기반의 바이어스 전력최소화 기법을 sub-ranging flash ADC에 적용하였고, 기준 전류 및 전압 발생기를 온-칩으로 집적하는 동시에 외부에서도 인가할 수 있도록 하여 시스템 응용에 따라 선택적으로 사용할 수 있도록 하였다. 제안하는 시제품 ADC는 65nm CMOS 공정으로 제작되었으며, 측정된 DNL 및 INL은 10비트 해상도에서 각각 최대 0.19LSB, 0.61LSB 수준을 보이며, 동적 성능으로는 150MS/s와 200MS/s의 동작 속도에서 각각 54.4dB, 52.4dB의 SNDR과 72.9dB 64.8dB의 SFDR을 보여준다. 시제품 ADC의 칩 면적은 $0.76mm^2$이며, 1.2V 전원 전압과 200MS/s의 동작 속도에서 75.6mW의 전력을 소모한다.

• 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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• 제41권1호
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• pp.53-60
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• 2004

본 논문에서는 샘플링 주파수보다 더 높은 입력 대역폭을 얻기 위해서 개선된 부트스트래핑 기법을 적용한 l0b 150 MSample/s A/D를 제안한다. 제안하는 ADC는 다단 파이프라인 구조를 사용하였고, MDAC의 캐패시터 수를 $50\%$로 줄이는 병합 캐패시터 스위칭 기법을 적용하였으며, 저항 및 캐패시턴스의 부하를 고속에서 구동할 수 있는 기준 전류/전압 발생기와 고속 측정이 용이한 decimator를 온-칩으로 구현하였다. 제안하는 ADC 시제품은 0.18 um IP6M CMOS 공정을 이용하여 설계 및 제작되었고, 시제품 ADC의 측정된 DNL과 INL은 각각 $-0.56{\~}+0.69$ LSB, $-1.50{\~}+0.68$ LSB 수준을 보여준다. 또한, 시제품 측정결과 150 MSample/s 샘플링 주파수에서 52 dB의 SNDR을 얻을 수 있었고, 입/출력단의 패드를 제외한 시제품 칩 면적은 2.2 mm2 (= 1.4 mm ${\times}$ 1.6 mm)이며, 최대 동작 주파수인 150 MHz에서 측정된 전력 소모는 123 mW이다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제45권4호
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• pp.27-35
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• 2008

본 논문에서는 고해상도와 높은 신호처리속도, 저전력 및 소면적을 동시에 요구하는 Software Defined Radio (SDR) 시스템 응용을 위한 14비트 150MS/s 0.13um CMOS ADC를 제안한다. 제안하는 ADC는 고해상도를 얻기 위한 특별한 보정 기법을 사용하지 않는 4단 파이프라인 구조로 설계하였고, 각 단의 샘플링 커패시턴스와 증폭기의 입력 트랜스컨덕턴스에 각각 최적화된 스케일링 계수를 적용하여 요구되는 열잡음 성능 및 속도를 만족하는 동시에 소모되는 전력을 최소화하였다. 또한, 소자 부정합에 의한 영향을 줄이면서 14비트 이상의 해상도를 얻기 위해 MDAC의 커패시터 열에는 인접신호에 덜 민감한 3차원 완전 대칭 구조의 레이아웃 기법을 제안하였으며, 온도 및 전원 전압에 독립적인 기준 전류 및 전압 발생기를 온-칩 RC 필터와 함께 칩 내부에 집적하고 칩 외부에 C 필터를 추가로 사용하여 스위칭 잡음에 의한 영향을 최소화하였고, 선택적으로 다른 크기의 기준 전압 값을 외부에서 인가할 수 있도록 하였다. 제안하는 시제품 ADC는 0.13um 1P8M CMOS 공정으로 제작되었으며, 측정된 DNL 및 INL은 14비트 해상도에서 각각 최대 0.81LSB, 2.83LSB의 수준을 보이며, 동적 성능은 120MS/s와 150MS/s의 동작 속도에서 각각 최대 64dB, 61dB의 SNDR과 71dB, 70dB의 SFDR을 보여준다. 시제품 ADC의 칩 면적은 $2.0mm^2$ 이며 전력 소모는 1.2V 전원 전압에서 140mW이다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제43권5호
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• pp.54-63
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• 2006

본 논문에서는 4세대 이동 통신 시스템에서 요구되는 사양을 위해, 해상도, 동작속도, 칩 면적 및 소모 전력을 최적화한 14b 100MS/s 0.18um CMOS ADC를 제안한다. 제안하는 ADC는 동작 모델 시뮬레이션을 통해 최적화된 구조를 분석 및 검증하여 3단 파이프라인 구조로 설계하였으며, Nyquist 입력에서도 14 비트 수준의 유효비트 수를 가지는 광대역 저잡음 SHA 회로를 기반으로 하고, MDAC에 사용되는 커패시터의 소자 부정합에 의한 영향을 최소화하기 위하여 3차원 완전 대칭 구조를 갖는 레이아웃 기법을 적용하였다. 또한, 100MS/s의 동작 속도에서 6 비트의 해상도와 소면적을 필요로 하는 최종단의 flash ADC는 오픈 루프 오프셋 샘플링 및 인터폴레이션 기법을 사용하였다. 제안하는 시제품 ADC는 SMIC 0.18um CMOS 공정으로 제작되었으며, 측정된 DNL과 INL은 14비트 해상도에서 각각 1.03LSB, 5.47LSB 수준을 보이며, 100MS/s의 샘플링 속도에서 SNDR 및 SFDR이 각각 59dB, 72dB의 동적 성능을 보여준다. 시제품 ADC의 칩 면적은 $3.4mm^2$이며 소모 전력은 1.8V 전원전압에서 145mW이다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제47권8호
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• pp.56-63
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• 2010

본 논문에서는 DVB-H, DVB-T, SDMB 및 TDMB 응용과 같이 고해상도, 저전력 및 소면적을 동시에 요구하는 모바일 영상 시스템 응용을 위한 12비트 100MS/s 0.13um CMOS ADC를 제안한다. 제안하는 ADC는 3단 파이프라인 구조를 사용하여 고해상도 및 높은 신호처리속도와 함께 전력 소모 및 면적을 최적화하였다. 첫 번째 및 두 번째 MDAC 사이에 적용된 증폭기 공유기법은 기존의 증폭기 공유 시 입력 단을 리셋하지 않아 발생하였던 메모리 효과를 제거하기 위해 두개의 입력 단을 사용하였으며, 위상 일부가 중첩된 클록을 사용하여 스위칭 동안 발생하는 글리치를 최소화하여 출력 신호의 정착 시간 지연 문제를 줄였다. 마지막 단으로 사용되는 6비트 FLASH ADC에는 효과적인 2단 기준 전압 선택 기법을 적용하여 소비되는 전력 소모 및 면적을 줄였다. 제안하는 ADC는 0.13um 1P7M CMOS 공정으로 제작되었으며, 면적은 0.92 $mm^2$이고, 측정된 DNL 및 INL은 각각 0.40LSB, 1.79LSB의 최대값을 갖으며, 동적성능은 100MS/s의 동작속도에서 각각 최대 60.0dB의 SNDR과 72.4dB의 SFDR을 보여준다. 전력 소모는 1.0V 전원 전압 및 100MS/s 동작속도에서 24mW이며, FOM은 0.29pJ/conv.으로 최근까지 발표된 12비트 100MS/s급 ADC 중에서 가장 우수한 성능을 보여준다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제45권3호
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• pp.77-85
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• 2008

본 논문에서는 TFT-LCD 디스플레이 및 디지털 TV 시스템 응용과 같이 고속으로 동작하며 고해상도, 저전력 및 소면적을 동시에 요구하는 고화질 영상시스템 응용을 위한 12비트 130MS/s 108mW $1.8mm^2$ 0.18um CMOS ADC를 제안한다. 제안하는 ADC는 3단 파이프라인 구조를 사용하여 고해상도와 높은 신호처리 속도에서 전력 소모 및 면적을 최적화하였다. 입력단 SHA 회로에는 Nyquist 입력에서도 12비트 이상의 정확도로 신호를 샘플링하기 위해 게이트-부트스트래핑 회로를 적용함과 동시에 트랜스컨덕턴스 비율을 적절히 조정한 2단 증폭기를 사용하여 12비트에 필요한 높은 DC 전압 이득과 충분한 위상 여유를 갖도록 하였으며, MDAC의 커패시터 열에는 높은 소자 매칭을 얻기 위하여 각각의 커패시터 주위를 공정에서 제공하는 모든 금속선으로 둘러싸는 3차원 완전 대칭 구조를 갖는 레이아웃 기법을 적용하였다. 한편, 제안하는 ADC에는 전원 전압 및 온도에 덜 민감한 저전력 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 0.18um n-well 1P6M CMOS 공정으로 제작되었으며, 측정된 DNL 및 INL은 12비트 해상도에서 각각 최대 0.69LSB, 2.12LSB의 수준을 보이며, 동적 성능으로는 120MS/s와 130MS/s의 동작 속도에서 각각 최대 53dB, 51dB의 SNDR과 68dB, 66dB의 SFDR을 보여준다. 시제품 ADC의 칩 면적은 $1.8mm^2$이며 전력 소모는 1.8V 전원 전압과 130MS/s에서 108mW이다.

• 전자공학회논문지
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• 제50권7호
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• pp.122-130
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• 2013

본 논문에서는 주로 고속 디지털 통신시스템 응용을 위해 고해상도, 저전력 및 소면적을 동시에 만족하는 45nm CMOS 공정으로 제작된 4단 파이프라인 구조의 12비트 100MS/s ADC를 제안한다. 입력단 SHA 회로에는 높은 입력 주파수를 가진 신호가 인가되어도 12비트 이상의 정확도로 샘플링할 수 있도록 게이트-부트스트래핑 회로가 사용된다. 입력단 SHA 및 MDAC 증폭기는 요구되는 DC 이득 및 높은 신호스윙을 얻기 위해 이득-부스팅 구조의 2단 증폭기를 사용하며, 넓은 대역폭과 안정적인 신호정착을 위해 캐스코드 및 Miller 주파수 보상기법을 선택적으로 적용하였다. 채널길이 변조현상 및 전원전압 변화에 의한 전류 부정합을 최소화하기 위하여 캐스코드 전류 반복기를 사용하며, 소자의 부정합을 최소화하기 위하여 전류 반복기와 증폭기의 단위 넓이를 통일하여 소자를 레이아웃 하였다. 또한, 제안하는 ADC에는 전원전압 및 온도 변화에 덜 민감한 저전력 기준 전류 및 전압 발생기를 온-칩으로 집적하는 동시에 외부에서도 인가할 수 있도록 하여 다양한 시스템에 응용이 가능하도록 하였다. 제안하는 시제품 ADC는 45nm CMOS 공정으로 제작되었으며 측정된 DNL 및 INL은 각각 최대 0.88LSB, 1.46LSB의 값을 가지며, 동적성능은 100MS/s의 동작속도에서 각각 최대 61.0dB의 SNDR과 74.9dB의 SFDR을 보여준다. 시제품 ADC의 면적은 $0.43mm^2$ 이며 전력소모는 1.1V 전원전압 및 100MS/s 동작속도에서 29.8mW이다.

• 전자공학회논문지
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• 제53권3호
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• pp.46-55
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• 2016

본 논문에서는 IF 대역의 고속 신호처리 시스템 응용을 위해 높은 동적성능을 가지는 13비트 100MS/s ADC를 제안한다. 제안하는 ADC는 45nm CMOS 공정에서 동작 사양을 최적화하기 위해 4단 파이프라인 구조를 기반으로 하며, 광대역 고속 샘플링 입력단을 가진 SHA 회로는 샘플링 주파수를 상회하는 높은 주파수의 입력신호를 적절히 처리한다. 입력단 SHA 및 MDAC 증폭기는 요구되는 DC 이득 및 넓은 신호범위를 얻기 위해 이득-부스팅 회로 기반의 2단 증폭기 구조를 가지며, 바이어스 회로 및 증폭기에 사용되는 소자는 부정합을 최소화하기 위해 동일한 크기의 단위 소자를 반복적으로 사용하여 설계하였다. 한편, 온-칩 기준전류 및 전압회로에는 배치설계 상에서 별도의 아날로그 전원전압을 사용하여 고속 동작 시 인접 회로 블록에서 발생하는 잡음 및 간섭에 의한 성능저하를 줄였다. 또한, 미세공정상의 잠재적인 불완전성에 의한 성능저하를 완화하기 위해 다양한 아날로그 배치설계 기법을 적용하였으며, 전체 ADC 칩은 $0.70mm^2$의 면적을 차지한다. 시제품 ADC는 45nm CMOS 공정으로 제작되었으며, 측정된 DNL 및 INL은 각각 최대 0.77LSB, 1.57LSB의 값을 가지며, 동적성능은 100MS/s 동작 속도에서 각각 최대 64.2dB의 SNDR과 78.4dB의 SFDR을 보여준다. 본 시제품 ADC는 $2.0V_{PP}$의 넓은 입력신호범위를 처리하는 동시에 IF 대역에서 높은 동적성능을 확보하기 위해 사용공정상의 최소 채널 길이가 아닌 긴 채널 기반의 소자를 사용하며, 2.5V의 아날로그 전압, 2.5V 및 1.1V 두 종류의 디지털 전원전압을 사용하는 조건에서 총 425.0mW의 전력을 소모한다.