• 대한전자공학회논문지SD
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• 제42권2호
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• pp.31-40
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• 2005

다중 문턱 전압 CMOS (Multi-Threshold voltage CMOS, MTCMOS) 기술은 모바일 컴퓨팅 제품에서 요구되는 고성능 저전력 특성을 제공한다. 본 논문에서는 먼저 MTCMOS의 누설 전류 차단 기술과 이온 주입 농도 조정을 융합한 마스크 제작 사후 성능 향상 기법을 소개한다. 그리고 MTCMOS 기술에 관련하여 발생하는 새로운 설계 이슈들을 해결하는 최신 기술들을 집적하여 개발된 MTCMOS ASIC 설계 방법론을 제시한다. 특히, 현존하는 상업용 소프트웨어로 설계 흐름을 구현하고 있어 실용성이 높다. 제안된 기법들의 효용성을 검증하기 위해 0.18um 기술에 적용하여 PDA 프로세서를 구현하였다. 제작된 PDA 프로세서는 333MHz에서 동작하였다. 이는 재설계 및 마스크 제작비용 없이 단지 이온 주입 농도 조정으로 약 $23\%$의 추가적인 성능 향상 효과를 나타낸 성과이다. 이 때, 대기 시 누설 전력 소모는 2uW를 유지함으로써 MTCMOS 기술 적용 전 대비 수천 배 억제하는 효과를 얻었다.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제4권4호
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• pp.263-268
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• 2004

In this paper, we motivate the post-mask performance enhancement technique combined with the Multi-Threshold Voltage CMOS (MTCMOS) leakage current suppression technology, and integrate the new design issues related to the MTCMOS technology into the ASIC design methodology. The issues include short-circuit current and sneak leakage current prevention. Towards validating the proposed techniques, a Personal Digital Assistant (PDA) processor has been implemented using the methodology, and a 0.18um process. The fabricated PDA processor operates at 333MHz which has been improved about 23% at no additional cost of redesign and masks, and consumes about 2uW of standby mode leakage power which could have been three orders of magnitude larger if the MTCMOS technology was not applied.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제41권10호
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• pp.77-83
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• 2004

VLSI 시스템에서 전력 소모를 줄이기 위해서는 메가블록이 동작하지 않는 동안 전원을 차단하여 누설 전류를 억제하는 방법이 효과적이다. 최근 들어 다중 문턱 전압 CMOS를 사용하여 전원을 차단하는 방법이 널리 연구되고 있으나, 동작 주파수가 증가함에 파라 전원 복귀에 필요한 시간이 짧아지게 되고, 짧은 시간에 전원이 복귀되면서 전원선에 대량의 전류가 순간적으로 흐르게 된다. 이에 따라 매우 큰 전원 잡음이 생겨서 전원 전압이 안정적이지 못하고 흔들리게 되며 이는 많은 경우 시스템의 오동작을 초래하게 된다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 새로운 전원 복귀 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 메가블록의 전원이 차단되었다가 다시 복귀할 때 한꺼번에 전원을 켜는 것이 아니라 파이프라인 방식으로 몇 단계로 나누어 전원을 켬으로서 전원선에 흐르는 최대 전류 및 이에 따른 전원 잡음을 크게 억제한다. 제안하는 파이프라인 전원 복귀 기법을 검증하기 위해서 컴팩트 플래시 메모리 제어기 칩에 본 기법을 적용하여 곱셈기 블록의 전원을 차단하고 복귀할 때의 전원 잡음을 모의실험하고 분석하였다. 모의실험 결과, 제안하는 기법은 기존의 전원 차단 기법에 비해 전원 잡음을 매우크게 줄일 수 있음을 확인하였다.

• 센서학회지
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• 제33권3호
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• pp.147-151
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• 2024

The importance of Wireless Sensor Networks is becoming more evident owing to their practical applications in various areas. However, the energy problem remains a critical barrier to the progress of WSNs. By reducing the energy consumed by the sensor nodes that constitute WSNs, the performance and lifespan of WSNs will be enhanced. In this study, we introduce an energy-efficient ternary modulator that employs multi-threshold CMOS for logic conversion. We optimized the design with a low-power ternary gate structure based on a pass transistor using the MTCMOS process. Our design uses 71.69% fewer transistors compared to the previous design. To demonstrate the improvements in our design, we conducted the HSPICE simulation using a CMOS 180 nm process with a 1.8V supply voltage. The simulation results show that the proposed ternary modulator is more energy-efficient than the previous modulator. Power-delay product, a benchmark for energy efficiency, is reduced by 97.19%. Furthermore, corner simulations demonstrate that our modulator is stable against PVT variations.

• 대한전자공학회:학술대회논문집
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• 대한전자공학회 2007년도 하계종합학술대회 논문집
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• pp.433-434
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• 2007

This paper describes a low-voltage dynamic random-access memory (DRAM) focusing on subthreshold leakage reduction during self-refresh (sleep) mode. By sharing a power switch, multiple iterative circuits such as row and column decoders have a significantly reduced subthreshold leakage current. To reduce the leakage current of complex logic gates, dual channel length scheme and input vector control method are used. Because all node voltages during the standby mode are deterministic, zigzag super-cutoff CMOS is used, allowing to Preserve internal data. MTCMOS technique Is also used in the circuits having no need to preserve internal data. Sub-1.2-V 1-Gb mobile DDR DRAM employing all these low-power techniques was designed in a 60 nm CMOS technology and achieved over 77% reduction of overall leakage current during the self-refresh mode.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제43권6호
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• pp.47-52
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• 2006

본 논문에서는 130nm 이하의 초미세 공정을 위한 저전력 32비트$\times$32비트 곱셈기를 제안한다. 공정이 미세화 되어감에 따라 누설 전류에 의한 정적 전력이 급격하게 증가하여 동적 전력에 비해 무시하지 못할 수준에까지 이르게 된다. 최근 들어 동적 전력과 정적 전력을 동시에 줄일 수 있는 방법으로 MTCMOS에 기반하는 전원 차단 방법이 널리 쓰이고 있지만, 대규모 블록의 전원이 복귀될 때 심각한 전원 잡음이 발생하는 단점이 있다. 따라서 제안하는 곱셈기는 파이프라인 스테이지를 따라 순차적으로 전원을 차단하고 복귀함으로 전원 잡음을 완화시킨다. $0.35{\mu}m$ 공정에서 칩 제작 후 측정하고 130nm 및 90m 공정에서 게이트-트랜지션 수준 모의실험을 실시한 결과 유휴 상태에서의 전력 소모는 $0.35{\mu}m$, 130nm 및 90nm 공정에서 각각 $66{\mu}W,\;13{\mu}W,\;6{\mu}W$이었으며 동작 시 전력 소모의 $0.04\sim0.08%$에 불과하였다. 기존의 클록 게이팅 기법은 공정이 미세화되어감에 따라 전력 감소 효율이 떨어지지만 제안하는 곱셈기에서는 이러한 문제점이 발생하지 않았다.