In this paper, we propose a time-to-digital converter (TDC) with compensation capability for PVT (process, voltage, and temperature) variations. A typical delay line-based TDC measures time based on the inverter's propagation delay, making it fundamentally sensitive to PVT variations. This paper presents a method to minimize the resolution change of TDC by compensating for the propagation delay caused by the PVT variations. Additionally, it dopts Cyclic Vernier TDC (CVTDC) structure to provide a wide input detection range. The proposed CVTDC with PVT compensation function is designed using a 45nm CMOS process, consumes 8mW of power, offers a TDC resolution of 5 ps, and has an input detection range of about 5.1 ns.
In deeply scaled CMOS technologies, two major non-ideal factors are threatening the survival of the CMOS; i) PVT (process, voltage, and temperature) variations and ii) leakage power consumption. In this paper, we propose a novel post-silicon tuning methodology to scale optimum voltage and frequency "dynamically". The proposed design technique will use our PVT sensor circuits to monitor the variations and based on the monitored variation data, voltage and frequency will be compensated "automatically". During the compensation process, supply voltage is dynamically adjusted to guarantee the minimum total power consumption without violating the frequency requirement. The simulation results show that the proposed technique can reduce the total power by 85% and the static power by 53% on average for the selected ISCAS'85 benchmark circuits with 45 nm CMOS technology compared to the results of the traditional PVT compensation method.
In this article, process voltage temperature (PVT) compensated on-chip oscillator is implemented by using proportional to absolute temperature (PTAT) circuit and process compensator. Process compensator circuit based on current subtracter and PTAT circuit are proposed for compensation of oscillation frequency to cope with process variation and temperature variation. All circuit can operate in the range of $3.5{\sim}5\;V$ supply voltage. It can be applied to PVT insensitive low frequency clock reference generator.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.11
no.3
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pp.198-206
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2011
This paper presents a new programmable compensation circuit (PCC) for a System-on-Chip (SoC). The PCC is integrated with $0.18-{\mu}m$ BiCMOS SiGe technology. It consists of RF Design-for-Testability (DFT) circuit, Resistor Array Bank (RAB) and digital signal processor (DSP). To verify performance of the PCC we built a 5-GHz low noise amplifier (LNA) with an on-chip RAB using the same technology. Proposed circuit helps it to provide DC output voltages, hence, making the RF system chain automatic. It automatically adjusts performance of an LNA with the processor in the SoC when it goes out of the normal range of operation. The PCC also compensates abnormal operation due to the unusual PVT (Process, Voltage and Thermal) variations in RF circuits.
In this paper we proposed a new ocean radiation automatic monitoring system. The proposed system has the following characteristics: First, using NaI + PVT mixed detectors, the response speed is fast and precision analysis is possible. Second, the application of temperature compensation algorithm to scintillator-type sensors does not require additional cooling devices and enables stable operation in the changing ocean environment. Third, since cooling system is not needed, electricity consumption is low, and electricity can be supplied reliably by utilizing solar energy, which can be installed at the observation deck of ocean environment. Fourth, using GPS and wireless communications, accurate location information and real-time data transmission function for measurement areas enables immediate warning response in the event of nuclear accidents such as those involving neighboring countries. The results tested by the authorized testing agency to assess the performance of the proposed system were measured in the range of $5{\mu}Sv/h$ to 15mSv/h, which is the highest level in the world, and the accuracy was determined to be ${\pm}8.1%$, making normal operation below the international standard ${\pm}15%$. The internal environmental grade (waterproof) was achieved, and the rate of variation was measured within 5% at operating temperature of $-20^{\circ}C$ to $50^{\circ}C$ and stability was verified. Since the measured value change rate was measured within 10% after the vibration test, it was confirmed that there will be no change in the measured value due to vibration in the ocean environment caused by waves.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2011.05a
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pp.673-675
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2011
본 논문은 GHz 대역 소자 응용을 위한 프로그램 가능 보상 회로를 제안한다. 이러한 회로는 5.2GHz대에서 동작하는 고주파 회로의 칩 제작과정에서 예기치 않게 발생한 미세한 PVT (공정, 전압, 온도) 변동을 검출하여 미세 변동된 회로 성능 변수들을 자동으로 보상한다. 자동으로 보상 가능한 고주파 회로 성능 변수들은 중요한 요소인 입력 임피던스, 전압이득과 잡음지수를 포함한다. 이러한 회로는 미세 변동을 자동으로 보상할 수 있도록 고주파 신호를 직류 신호로 변환하는 DFT (Design-for-Testability) 회로를 포함한다.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2010.10a
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pp.718-721
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2010
본 논문은 고주파 시스템-온-칩 응용을 위한 자동 보상 시스템을 제안한다. 이러한 시스템은 고주파 회로 칩 제작과정에서 예기치 않게 발생한 미세한 PVT(공정, 전압, 온도) 변동으로 인한 회로 성능 변수들의 미세변동을 검출하여 이를 자동으로 보상한다. 자동으로 보상 가능한 고주파 회로 성능 변수들은 중요한 요소인 입력 임피던스, 전압이득 및 잡음지수를 포함한다. 이러한 시스템은 미세 변동을 자동으로 보상할 수 있도록 고주파 신호를 직류 신호로 변환하는 DFT(Design-for-Testability) 회로를 포함한다.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.16
no.4
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pp.528-533
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2016
A low voltage high PSRR CMOS Bandgap circuit capable of generating a stable voltage of less than 1 V (0.8 V and 0.5 V) robust to Process, Voltage and Temperature (PVT) variations is proposed. The high PSRR of the circuit is guaranteed by a low-voltage current mode regulator at the central aspect of the bandgap circuitry, which isolates the bandgap voltage from power supply variations and noise. The isolating current mirrors create an internal regulated voltage $V_{reg}$ for the BG core and Op-Amp rather than the VDD. These current mirrors reduce the impact of supply voltage variations. The proposed circuit is implemented in a $0.35{\mu}m$ CMOS technology. The BGR circuit occupies $0.024mm^2$ of the die area and consumes $200{\mu}W$ from a 5 V supply voltage at room temperature. Experimental results demonstrate that the PSRR of the voltage reference achieved -118 dB at frequencies up to 1 kHz and -55 dB at 1 MHz without additional circuits for the curvature compensation. A temperature coefficient of $60 ppm/^{\circ}C$ is obtained in the range of -40 to $120^{\circ}C$.
Kim, Hongjin;Park, Young-Jun;Park, Ju-Hyun;Ryu, Ho-Cheol;Pu, Young-Gun;Lee, Minjae;Hwang, Keumcheol;Yang, Younggoo;Lee, Kang-Yoon
Journal of Power Electronics
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v.16
no.6
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pp.2024-2034
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2016
This paper presents a DC-DC buck converter with a Phase-Locked Loop (PLL) that can compensates for power efficiency degradation over a wide input range. Its switching frequency is kept at 2 MHz and the delay difference between the High side driver and the Low side driver can be minimized with respect to Process, Voltage and Temperature (PVT) variations by adopting the PLL. The operation mode of the proposed DC-DC buck converter is automatically changed to Pulse Width Modulation (PWM) or PWM frequency modes according to the load condition (heavy load or light load) while supporting a maximum load current of up to 1.2 A. The PWM frequency mode is used to extend the CCM region under the light load condition for the PWM operation. As a result, high efficiency can be achieved under the light load condition by the PWM frequency mode and the delay compensation with the PLL. The proposed DC-DC buck converter is fabricated with a $0.18{\mu}m$ BCD process, and the die area is $3.96mm^2$. It is implemented to have over a 90 % efficiency at an output voltage of 5 V when the input range is between 8 V and 20 V. As a result, the variation in the power efficiency is less than 1 % and the maximum efficiency of the proposed DC-DC buck converter with the PLL is 95.4 %.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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