This study presents an input-powered high-efficiency interface circuit for energy harvesting systems, and introduces a zero standby power design to reduce power consumption significantly while removing the external power supply. This interface circuit is composed of two stages. The first stage voltage doubler uses a positive feedback control loop to improve considerably the conversion speed and efficiency, and boost the output voltage. The second stage active diode adopts a common-grid operational amplifier (op-amp) to remove the influence of offset voltage in the traditional comparator, which eliminates leakage current and broadens bandwidth with low power consumption. The system supplies itself with the harvested energy, which enables it to enter the zero standby mode near the zero crossing points of the input current. Thereafter, high system efficiency and stability are achieved, which saves power consumption. The validity and feasibility of this design is verified by the simulation results based on the 65 nm CMOS process. The minimum input voltage is down to 0.3 V, the maximum voltage efficiency is 99.6% with a DC output current of 75.6 μA, the maximum power efficiency is 98.2% with a DC output current of 40.4 μA, and the maximum output power is 60.48 μW. The power loss of the entire interface circuit is only 18.65 μW, among which, the op-amp consumes only 2.65 μW.
Wireless power transfer (WPT) technology with various transfer mechanisms such as inductive coupling, magnetic resonance and capacitive coupling is being widely researched. Until now, power transfer efficiency (PTE) and power transfer capability (PTC) have been the primary concerns for designing and developing WPT systems. Therefore, a lot of studies have been documented to improve PTE and PTC. However, power consumption in the standby mode, also defined as the no-load mode, has been rarely studied. Recently, since the number of WPT products has been gradually increasing, it is necessary to develop techniques for reducing the standby power consumption of WPT systems. This paper investigates the standby power consumption of commercial WPT products. Moreover, a standby power reduction technique for WPT systems via magnetic resonance coupling (MRC) with a parallel resonance type resonator is proposed. To achieve a further standby power reduction, the voltage control of an AC/DC travel adapter is also adopted. The operational principles and characteristics are described and verified with simulation and experimental results. The proposed method greatly reduces the standby power consumption of a WPT system via MRC from 2.03 W to 0.19 W.
A novel inductance simulation circuit employing only two dual-output voltage-differencing buffered amplifiers (DO-VDBAs) and a single capacitance (grounded) is proposed in this paper. The reported configuration is a purely resistor-less realization that provides electronically controllable realized inductance through biasing quantities of DO-VDBAs and does not rely on any constraints related to matched values of parameters. This structure exhibits excellent behavior under the influence of tracking errors in DO-VDBAs and does not exhibit instability at high frequencies. The simple and compact metal-oxide semiconductor (MOS) implementation of the DO-VDBAs (eight MOS per DO-VDBA) and adoption of grounded capacitance make the proposed circuit suitable for on-chip realization from the perspective of chip area consumption. The function of the pure grounded inductance is validated through high pass/bandpass filtering applications. To test the proposed design, simulations were performed in the PSPICE environment. Experimental validation was also conducted using the integrated circuit CA3080 and operational amplifier LF-356.
Jiwoong Jung;Yong Choi;Seunghun Back;Jin Ho Jung;Sangwon Lee;Yeonkyeong Kim
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.4
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pp.1532-1537
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2024
Time-of-flight (TOF) PET detectors with fast-rise-time scintillators and fast-single photon time resolution silicon photomultiplier (SiPM) have been developed to improve the coincidence timing resolution (CTR) to sub-100 ps. The CTR can be further improved with an optimal bandwidth and minimized electronic noise in the readout circuit and this helps reduce the distortion of the fast signals generated from the TOF-PET detector. The purpose of this study was to develop an ultra-high frequency and fully-differential (UF-FD) readout circuit that minimizes distortion in the fast signals produced using TOF-PET detectors, and suppresses the impact of the electronic noise generated from the detector and front-end readout circuits. The proposed UF-FD readout circuit is composed of two differential amplifiers (time) and a current feedback operational amplifier (energy). The ultra-high frequency differential (7 GHz) amplifiers can reduce the common ground noise in the fully-differential mode and minimize the distortion in the fast signal. The CTR and energy resolution were measured to evaluate the performance of the UF-FD readout circuit. These results were compared with those obtained from a high-frequency and single ended readout circuit. The experiment results indicated that the UF-FD readout circuit proposed in this study could substantially improve the best achievable CTR of TOF-PET detectors.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.7
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pp.42-48
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2016
In this paper, a high-precision peak detector circuit that detects the output voltage information of a fly-back converter is proposed. The proposed design consists of basic analog elements with only one operational amplifier and three transistors. Because of its simple structure, the proposed circuit can minimize the delay time of the detection process, which has a strong impact on the precision of the regulation aspect of the fly-back converter. Furthermore, by using an amplifier and several transistors, the proposed detector can be fully integrated on-chip, instead of using discrete circuit elements, such as capacitors and diodes, as in conventional designs, which reduces the production cost of the fly-back converter module. In order to verify the performance of the proposed scheme, the peak detector was simulated and implemented by using a 0.35 m MagnaChip process. The gained results from the simulation with a sinusoidal stimulus signal show a very small detection error in the range of 0.3~3.1%, which is much lower than other reported detecting circuits. The measured results from the fabricated chip confirm the simulation results. As a result, the proposed peak detector is recommended for designs of high-performance fly-back converters in order to improve the poor regulation aspect seen in conventional designs.
Park, Chan-Hee;Kim, Sang-Jung;Hwang, Ho-Suk;Lee, Hee-Gwan
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.13
no.6
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pp.2484-2490
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2012
This study reports on the development and performance verification of cell simulation boards of simulator and the embedded program for board control of the battery management system (BMS) of electric vehicle (EV) cars, which manages the next-generation automotive lithium-ion battery pack. Here, we have improved the speed of the simulator by using operational (OP) amplifier and transistors that were connected in series. In addition, using a digital analog converter (DAC) in each channel, we have improved the performance by channel-to-channel isolation (isolation) as compared to the traditional methods. Furthermore, by constructing a current-limiting protection circuit, one can be protected from disturbance and, by utilizing a precision shunt resistor for the current sensor, we have increased the precision of the current control. In order to verify the performance of the developed simulator, we have performed the experiment 10 times, with values ranging from 0.5 V to 5 V, and a voltage drop step of 0.5 V. Significance analysis of experimental data, and repeatability tests were performed, showing an average standard deviation of 0.001~0.004 V, indicating high repeatability and high statistical significance of the current method and system.
Background: A dry-type electrode is an alternative to the conventional wet-type electrode, because it can be applied without any skin preparation, such as a conductive electrolyte. However, because a dry-type electrode without electrolyte has high electrode-to-skin impedance, an impedance-converting amplifier is typically used to minimize the distortion of the bioelectric signal. In this study, we developed an active dry electroencephalography (EEG) electrode using an impedance converter, and compared its performance with a conventional Ag/AgCl EEG electrode. Methods: We developed an active dry electrode with an impedance converter using a chopper-stabilized operational amplifier. Two electrodes, a conventional Ag/AgCl electrode and our active electrode, were used to acquire EEG signals simultaneously, and the performance was tested in terms of (1) the electrode impedance, (2) raw data quality, and (3) the robustness of any artifacts. Results: The contact impedance of the developed electrode was lower than that of the Ag/AgCl electrode ($0.3{\pm}0.1$ vs. $2.7{\pm}0.7\;k{\Omega}$, respectively). The EEG signal and power spectrum were similar for both electrodes. Additionally, our electrode had a lower 60-Hz component than the Ag/AgCl electrode (16.64 vs. 24.33 dB, respectively). The change in potential of the developed electrode with a physical stimulus was lower than for the Ag/AgCl electrode ($58.7{\pm}30.6$ vs. $81.0{\pm}19.1\;{\mu}V$, respectively), and the difference was close to statistical significance (P=0.07). Conclusions: Our electrode can be used to replace Ag/AgCl electrodes, when EEG recording is emergently required, such as in emergency rooms or in intensive care units.
Kim, Doo-Hwan;Yang, Sung-Hyun;Kim, Ki-Sun;Cho, Kyoung-Rok
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.43
no.12
s.354
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pp.81-88
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2006
This paper describes a new linear operational transconductance amplifier (OTA). To improve the linearity of the OTA, we employ a mobility compensation circuit that combines the transistor paths operating at the triode and subthreshold regions. The common-mode control schemes consist of a common-mode feedback (CMFB) and common-mode feedforward (CMFF). The circuit enhances linearity of the transconductance (Gm) under the wide input voltage swing range. The proposed OTA shows ${\pm}1%$ Gm variation and the total harmonic distortion (THD) of below -73dB under the input voltage swing range of ${\pm}1.1V$. The OTA is implemented using a $0.35{\mu}m$ n-well CMOS process under 3.3V supply.
Proceedings of the Korean Society of Medical Physics Conference
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2004.11a
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pp.140-143
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2004
To appropriately control or compensate breathing motion of targets in thorax or abdomen during radiotherapy is still demanding. Our idea is that a visual signal may help regulate patient's breathing pattern, by controlling its amplitude and cycle. The system involving breathing control with a visual signal for aperture maneuver with controlled breath (AMC) has been developed. A thermocouple is used to detect the temperature change due to patient's breathing. The system also consists of a mask, in which the thermocouple is installed, an operational amplifier, a converter, etc. Patients were instructed to control their respiration by breathing following the visuals signal, as watching a display that shows both patients' current breathing pattern and the signal. The patterns of patients' controlled breathing and the signals coincided well. Therefore, when AMC technique is applied, a target moves in the range that is 60 % less than the range of free breathing motion with the help of the system and so target margins can be reduced significantly. This study reveals that a visual signal is not only useful to control patient's breathing but also clinically effective.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.15
no.5
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pp.201-206
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2015
A new electronically stopband tunable filter is proposed with three-input single-output using Operational Transconductance Amplifier (OTA) in this paper. The proposed filter provides band pass, low pass and high pass multifunctional responses. Centre frequency ($f_c$) and quality factor (Q) of the realized filters could independently tuned without disturbing each other. Various network sensitivity and non-ideal characteristic analysis are done to check the sensitivity and parasitic effect of different circuit parameters. The CMOS realization of filter is done with 1.8V-0.18um process parameters and HSPICE simulation results are presented to assert the presented theory.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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