• Nuclear Engineering and Technology
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• 제39권6호
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• pp.717-724
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• 2007

A measurement-based time-domain noise simulation of radiation detector-preamplifier (front-end) noise in nuclear spectroscopy is described. The time-domain noise simulation was performed by generating "noise random numbers" using Monte Carlo's inverse method. The probability of unpredictable noise was derived from the empirical cumulative distribution function via the sampled noise, which was measured from a preamplifier output. Results of the simulated noise were investigated as functions of time, frequency, and statistical domains. Noise behavior was evaluated using the signal wave-shaping function, and was compared with the actual noise. Similarities between the response characteristics of the simulated and the actual preamplifier output noises were found. The simulated noise and the computed nuclear pulse signal were also combined to generate a simulated preamplifier output signal. Such simulated output signals could be used in nuclear spectroscopy to determine energy resolution degradation from front-end noise effect.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제56권1호
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• pp.189-194
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• 2024

This paper presents a radiation-hardened-by-design preamplifier that utilizes a self-compensation technique with a charge-sensitive amplifier (CSA) and replica for total ionizing dose (TID) effects. The CSA consists of an operational amplifier (OPAMP) with a 6-bit binary weighted current source (BWCS) and feedback network. The replica circuit is utilized to compensate for the TID effects of the CSA. Two comparators can detect the operating point of the replica OPAMP and generate appropriate signals to control the switches of the BWCS. The proposed preamplifier was fabricated using a general-purpose complementary metal-oxide-silicon field effect transistor 0.18 ㎛ process and verified through a test up to 230 kGy (SiO₂) at a rate of 10.46 kGy (SiO₂)/h. The code of the BWCS control circuit varied with the total radiation dose. During the verification test, the initial value of the digital code was 39, and a final value of 30 was observed. Furthermore, the preamplifier output exhibited a maximum variation error of 2.39%, while the maximum rise-time error was 1.96%. A minimum signal-to-noise ratio of 49.64 dB was measured.

• 전기전자학회논문지
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• 제7권1호
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• pp.72-79
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• 2003

일반적으로 p-i-n Photodiode 수신기의 광신호처리 전단증폭기의 설계에서 공통소스 입력단을 사용하는 트랜스임피던스(Transimpedance)구조로 설계한다. 본 논문에서는 공통게이트 입력단을 사용하는 전류모드 광전단증폭기를 설계하였다. 이러한 광전단증폭기로 사용되는 전류모드 공통게이트 트랜스임피던스 증폭기의 특징은 높은 이득과 높은 대역폭을 동시에 얻을 수 있다는 것이다. 본 논문에서는 광전단 증폭기 설계에서 잡음 최적화를 이용하여 설계과정을 자동화 시킴으로써 보다 단순하게 트랜스임피던스 증폭기를 설계하는 기법을 제시하였다. 그리고 커패시턴스 피킹(Capacitive Peaking) 기술을 사용하여 대역폭을 더욱 증가시킬 수 있다. 제안하는 기법을 사용하여 설계된 전류모드 광전단 증폭기에 캐패시턴스 피킹을 적용하여 0.35um CMOS 공정을 사용할 경우 대역폭이 1.57GHz이고, 트랜스임피던스 이득이 2.34k, 입력 잡음전류가 470nA이고 입력 잡음 전류의 주파수밀도(spectral density)가 6.13pA/ 인 저 잡음의 고속 전류모드 트랜스임피던스 광전단증폭기를 설계 하였다. 시뮬레이션 결과 제안된 광전단증폭기의 전력소비는 3.3V 공급전압에서16.84mW이었다.

• 센서학회지
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• 제31권2호
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• pp.120-124
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• 2022

With advancements in underwater stealth technology for naval vessels, new sensor configurations for detecting targets have been attracting increased attention. Latest underwater mines adopt multiple sensor configurations that include electric field sensors to detect targets and to help acquire accurate ignition time. An underwater electric field sensor consists of a pair of electrodes, signal processing unit, and preamplifier. For detecting underwater electric fields, the preamplifier requires low-noise amplification at ultra-low frequency bands. In this paper, the specific requirements for low-noise preamplifiers are discussed along with the experimental results of various setups of matched transistors and chopper stabilized operational amplifiers. The results showed that noise characteristics at ultra-low frequency bands were affected significantly by the voltage noise density of the chopper amplifier and the number of matched transistors used for differential amplification. The fabricated preamplifier was operated within normal design parameters, which was verified by testing its gain, phase, and linearity.

• 전기전자학회논문지
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• 제25권2호
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• pp.309-314
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• 2021

본 논문에서 제안된 에스램 사전 증폭 회로는 에스램 데이터 읽기 과정에서 감지 증폭을 활성화 하는 데 필요한 시간을 55% 감소함으로써 기존 회로 대비 읽기 속도를 현격히 개선하였다. 이는 사전 증폭 과정에서 공정 편차에 의한 트랜지스터의 성능 편차를 보상하는 고유 회로에 기인한 것이다. 뿐만 아니라, 사전 증폭으로 인한 추가 에너지 소모량을 최소화하기 위하여 사전 증폭이 필요한 경우에만 사전 증폭기를 활성화 할 수 있는 선별 활성화 회로를 제안하여 추가 에너지 소모를 4.45% 이내로 제한하였다.

• 한국광학회지
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• 제5권2호
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• pp.333-339
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• 1994

단일모드 광섬유를 부착한 고속 광통신용 PIN-전치증폭기 모듈을 GaInAs PIN 광검출기와 GaAs 전치증폭기를 하이브리드로 집적하여 제작하였다. PIN 광검출기의 정전용량은 0.35pF이었으며 이 소자의 수광직경은 $20{\mu}m$였다. 제작된 수광모듈의 -3dB 차단주파수는 2GHz 이상이었으며 2.5Gbps NRZ$(PRBS=2^{23}-1)$ 입력광신호에 대해 비트오율이 $10^{-9}$일 때 -25.2dBm의 수신감도를 보였다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제11권2호
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• pp.322-329
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• 2007

본 논문에서는 디지털 의료 영상 및 진단 분야 그리고 산업용으로도 활용 가능한 싱글 포톤 계수형 영상센서를 $0.18{\mu}m$ triple-well CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 공정을 사용하여 설계하였다. 설계된 Readout 칩용 싱글 픽셀은 디지털 X-ray 이미지 센서모듈을 간단화 하기 위해 단일 전원전압을 사용하였으며, Preamplifier의 출력 전압인 signal voltage(${\Delta}Vs$)를 크게 하기 위해 Folded Cascode CMOS OP amp를 이용한 Preamplifier를 설계하였으며, 기존의 Readout 칩 외부에서 인가하던 threshold voltage를 Readout 칩 내부에서 생성해 줄 수 있도록 Externally Tunable Threshold Voltage Generator 회로를 새롭게 제안하였다. 그리고, Photo Diode에서 발생하는 Dark Current Noise를 제거하기 위한 Dark Current Compensation 회로를 제안하였으며, 고속 counting이 가능하고, layout 면적이 작은 15bit LFSR(Linear Feedback Shift Resister) Counter를 설계하였다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제11권2호
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• pp.330-336
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• 2007

본 논문에서는 디지털 의료 영상 및 진단 분야 그리고 산업용으로도 활용 가능한 싱글 포톤 계수형 영상센서를 $0.18{\mu}m$ triple-well CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 공정을 사용하여 설계하였다. 설계된 Readout 칩용 싱글 픽셀은 디지털 X-ray 이미지 센서모듈을 간단화 하기 위해 단일 전원전압을 사용하였으며, Preamplifier의 출력 전압인 signal voltage(${\Delta}Vs$)를 크게 하기 위해 Folded Cascode CMOS OP amp를 이용한 Preamplifier를 설계하였으며, 기존의 Readout 칩 외부에서 인가하던 threshold voltage를 Readout 칩 내부에서 생성해 줄 수 있도록 Externally Tunable Threshold Voltage Generator 회로를 새롭게 제안하였다. 그리고, Photo Diode에서 발생하는 Dark Current Noise를 제거하기 위한 Dark Current Compensation 회로를 제안하였으며, 고속 counting이 가능하고, layout 면적이 작은 15bit LFSR(Linear Feedback Shift Resister) Counter를 설계하였다.

• 대한의용생체공학회:학술대회논문집
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• 대한의용생체공학회 1998년도 추계학술대회
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• pp.209-210
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• 1998

Noise characteristics of preamplifier, the most essential part of on-chip signal processing circuitry for the active semiconductor neural probe, is the important factor determining the overall signal-to-noise-ratio (SNR). We present a systematic design method for the optimization of SNR, based on the spectral characteristics of the electrode, circuit noise and extracelluar action potential. Analytical expression is derived to calculate total output noise power. Output SNR of 2-stage CMOS preamplifier is tailored to meet the given specification while the layout area is minimized.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제37권3호
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• pp.34-38
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• 2000

본 논문에서는 AlGaAs/lnGaAs/GaAs P-HEMT 소자를 이용한 10 Gb/s 광수신기용 MMIC 초고속 저잡음 전치증폭기를 설계, 제작하고 특성을 분석 하였다. T 형태의 0.15㎛ 게이트 길이를 갖는 P-HEMT 소자를 이용하여 3단 트랜스임피던스 구조로 회로를 설계하였으며 광대역 특성을 얻기 위하여 피킹인덕터를 사용하였고, 저잡음특성을 위하여 게이트폭을 최적화하였다. 제작된 전치증폭기는 트랜스임피던스 이득 60㏈Ω, 대역폭 9.15 ㎓, 잡음지수가 3.9 ㏈ 이하인 특성을 보였다.