• 대한전자공학회논문지SD
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• 제44권6호
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• pp.19-27
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• 2007

본 논문에서는 공급전압 변화에 둔감한 Gbps급 저전력 LVDS I/O회로를 설계하였다. 제안된 LVDS I/O는 1.8 V, $0.18\;{\mu}m$ TSMC 공정을 이용하여 설계, 시뮬레이션 및 검증하였다. 설계된 LVDS I/O회로는 송신단과 수신단을 포함한다. 제안하는 송신단은 phase splitter와 SC-CMFB를 이용한 출력버퍼로 구성된다. phase splitter의 출력은 공급 전압이 변화하여도 $50{\pm}2%$의 duty cycle을 가지며 $180{\pm}0.2^{\circ}$의 위상차를 가진다. 출력 버퍼는 SC-CMFB를 이용하여 허용 가능한 $V_{CM}$ 전압 값인 $1.2{\pm}0.1V$을 유지하도록 설계하였다. $V_{OD}$전압 또한 허용범위에서 최소값인 250 mV를 갖도록 설계하여 저전력 동작이 가능하도록 구성하였다 수신단은 38 mV의 히스테리시스 전압값을 가지면서 DC옵셋 전압값이 $0.2{\pm}2.6 V$로 넓은 공통 모드전압 범위가 가능하도록 설계하였고 공급전압 변화에도 rail-to-rail로 복원할 수 있는 기능을 가지고 있다. 또한, 수신단은 1 GHz에서 38.9 dB의 높은 전압 이득을 갖도록 설계하였다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제43권12호
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• pp.65-73
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• 2006

본 논문에서는 각종 지능형 센서, control system 및 battery-powered system 응용과 같이 고해상도, 저전력 및 소면적을 동시에 요구하는 시스템을 위한 14b 200KS/s $0.87mm^2$ 1.2mW 0.18um CMOS 알고리즈믹 A/D 변환기 (ADC)를 제안한다. 제안하는 ADC는 요구되는 해상도 및 속도 사양을 만족시키면서, 동시에 면적을 최소화하기 위해 입력단 샘플-앤-홀드 앰프를 전혀 사용하지 않는 알고리즈믹 구조를 채택하였으며, 전체 ADC의 전력소모를 최소화하기 위해 핵심 아날로그 회로 부분에는 향상된 스위치 기반의 바이어스 전력 최소화 기법을 제안하였고, multiplying D/A 변환기에는 클록 선택적인 샘플링 커패시터스위칭 기법을 적용하였다. 또한, 초저전력 온-칩 기준 전류 및 전압 발생기를 제안하여 전체 ADC의 전력소모를 최소화하였다. 제안하는 시제품 ADC는 0.18um 1P6M CMOS 공정으로 제작되었으며, 측정된 DNL 및 INL은 각각 최대 0.98LSB 및 15.72LSB 수준을 보인다. 또한, 200KS/s의 동작 속도에서 SNDR 및 SFDR이 각각 최대 54dB, 69dB이고, 전력 소모는 1.8V 전원 전압에서 1.2mW이며 제작된 ADC의 칩 면적은 $0.87mm^2$이다

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제47권11호
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• pp.6-12
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• 2010

본 논문에서는 시그마-델타 변조기에 기반 한 D급 오디오 증폭기를 제안한다. 16-비트 병렬의 디지털 입력신호는 4-차 디지털 시그마-델타 변조기에 의해 2-비트의 신호로 직렬화되고, 이 신호는 4-차 아날로그 시그마-델타 변조기로 인가된다. 아날로그 시그마 델타 변조기의 출력단의 파워 스위치는 3-레벨로 동작하며, 3-레벨의 펄스 밀도 변조(PDM) 출력 신호는 LC-필터를 통해 저역 통과되어 스피커에 전달된다. 아날로그 시그마-델타 변조기의 첫 단의 적분기는 디지털 시그마-델타 변조기의 출력으로부터 샘플된 이산 시간 영역의 신호를 입력으로 받아들이고, 동시에 파워 스위칭 단의 연속 시간 영역의 출력 신호를 부궤환(feedback) 받기 위해 스위치드-캐패시터 적분기와 연속시간 영역의 적분기를 혼합된 형태로 구현되었다. 제안된 클래스-D 오디오증폭기는 CMOS 0.13-um 공정을 이용해 제작되었으며 100-Hz 부터 20-kHz의 신호 주파수 영역에서 동작한다. 제작된 D급 오디오 증폭기는 4-${\Omega}$ 부하 저항에서 최대 18.3-mW을 내고 0.035-%의 전고조파 왜율(total harmonic distortion pluse noise : THD+N) 성분과 80-dB의 입력신호 대역폭(dynamic range)을 갖는다. 아날로그 및 디지털 변조기는 1.2-V 전원 전압으로 동작하며 총 457-uW의 전력을 소모한다.

• 전자공학회논문지
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• 제50권11호
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• pp.70-77
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• 2013

본 논문에서는 새로운 기법의 PWM 발생기를 이용한 저면적, 고효율 SMPS를 제안한다. 제안된 회로에서 PWM의 duty ratio는 pseudo relaxation-oscillation technique를 이용한 PWM 발생기의 내부 커패시터 전압 기울기를 제어하는 방식으로 결정된다. 기존의 SMPS들에 비해, 제안된 제어 방식은 loop bandwidth 보상을 위해 기존의 아날로그 제어방식의 SMPS에서 요구되는 필터회로나 디지털 제어방식의 SMPS에서 요구되는 디지털 compensator가 필요 없기 때문에 단순한 구조로 구성된다. 또한, 제안된 회로는 PWM 발생기의 내부 캐패시터 용량 변화를 통해 1MHz~10MHz까지 스위칭 주파수를 사용자가 선택할 수 있다. 시뮬레이션 수행결과 제안된 SMPS는 10MHz 스위칭 주파수를 선택했을 때 내부회로에서 소모되는 전류는 최대 2.7mA, 파워 Trail을 제외한 전체 시스템의 전류 소모는 15mA였다. 또한, 제안된 SMPS는 시뮬레이션으로 3.3V출력에서 9mV의 최대 리플 전압이 발생하였다. 본 논문에서는 동부하이텍 BCD $0.35{\mu}m$ 공정 파라미터를 이용한 시뮬레이션 및 칩 테스트를 통해 제안된 회로를 검증하였다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제45권3호
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• pp.60-68
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• 2008

본 논문에서는 10비트 해상도를 가지면서 0.5V부터 1.2V까지의 전원 전압에서 10MS/s 이상 100MS/s 까지 재구성이 가능한 저전력 2단 파이프라인 ADC를 제안한다. 제안하는 ADC는 0.5V의 전원 전압 조건에서도 10비트 해상도를 얻기 위해 입력단 SHA 회로에는 낮은 문턱 전압을 가지는 소자를 사용한 게이트-부트스트래핑 기법 기반의 샘플링 스위치를 사용하였으며, SHA 회로와 MDAC 회로에 사용된 증폭기에도 넓은 대역폭을 얻기 위해 입력단에는 낮은 문턱 전압을 가지는 소자를 사용하였다. 또한 온-칩으로 집적된 조정 가능한 기준 전류 발생기는 10비트의 해상도를 가지고, 넓은 영역의 전원 전압에서 동작할 수 있도록 증폭기의 정적 및 동적 성능을 최적화시킨다. MDAC 회로에는 커패시터 열의 소자 부정합에 의한 영향을 최소화하기 위해서 인접신호에 덜 민감한 전 방향 대칭 구조의 레이아웃 기법을 제안하였다. 한편, flash ADC 회로 블록에는 비교기에서 소모되는 전력을 최소화하기 위해 스위치 기반의 바이어스 전력 최소화 기법을 적용하였다. 시제품 ADC는 0.13um CMOS 공정으로 제작되었으며, 측정된 최대 DNL 및 INL은 각각 0.35LSB 및 0.49LSB 수준을 보인다. 또한, 0.8V의 전원 전압 60MS/s의 동작 속도에서 최대 SNDR 및 SFDR이 각각 56.0dB, 69.6dB이고, 19.2mW의 전력을 소모하며, ADC의 칩 면적은 $0.98mm^2$이다.

• 한국정보전자통신기술학회논문지
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• 제13권3호
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• pp.184-196
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• 2020

본 논문에서는 배터리 관리 시스템 (BMS)에서 2차 전지 배터리를 통해 흐르는 전류의 정밀한 측정을 위한 cascaded-of-integrator feedforward (CIFF) 구조의 단일 비트 2차 델타-시그마 모듈레이터를 제안하였다. 제안된 모듈레이터는 2개의 스위치드 커패시터 적분기, 단일 비트 비교기, 비중첩 클록 발생기 및 바이어스와 같은 주변 회로로 구현하였다. 제안된 구조는 낮은 공통 모드 입력 전압을 가지는 low-side 전류 측정 방법에 적용되도록 설계되었다. Low-side 전류 측정 방법을 사용하면 회로 설계에 부담이 줄어들게 되는 장점을 가진다. 그리고 ±30mV 입력 전압을 15비트 해상도를 가지는 ADC로 분해하기 때문에 추가적인 programmable gain amplifier (PGA)를 구현할 필요가 없어 수 mW의 전력소모를 줄일 수 있다. 제안된 단일 비트 2차 CIFF 델타-시그마 모듈레이터는 350nm CMOS 공정으로 구현하였으며 5kHz 대역폭에 대해 400의 oversampling ratio (OSR)로 95.46dB의 signal-to-noise-and-distortion ratio (SNDR), 96.01dB의 spurious-free dynamic range (SFDR) 및 15.56비트의 effective-number-of-bits (ENOB)을 달성하였다. 델타 시그마 모듈레이터의 면적 및 전력 소비는 각각 670×490㎛2 및 414㎼이다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제43권11호
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• pp.37-47
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• 2006

본 논문에서는 Digital Video Broadcasting (DVB), Digital Audio Broadcasting (DAB) 및 Digital Multimedia Broadcasting (DMB) 등과 같이 저전압, 저전력 및 소면적을 동시에 요구하는 고성능 무선 통신 시스템을 위한 10b 25MS/s $0.8mm^2$ 4.8mW 0.13um CMOS A/D 변환기 (ADC)를 제안한다. 제안하는 ADC는 요구되는 해상도 및 속도 사양을 만족시키면서 동시에 면적 및 전력 소모를 최소화하기 위해 2단 파이프라인 구조를 사용하였으며, 스위치 기반의 바이어스 전력 최소화 기법(switched-bias power reduction technique)을 적용하여 전체 전력 소모를 최소화하였다. 입력단 샘플-앤-홀드 증폭기는 낮은 문턱전압을 가진 트랜지스터로 구성된 CMOS 샘플링 스위치를 사용하여 10비트 이상의 해상도를 유지하면서, Nyquist rate의 4배 이상인 60MHz의 높은 입력 신호 대역폭을 얻었으며, 전력소모를 최소화하기 위해 1단 증폭기를 사용하였다. 또한, Multiplying D/A 변환기의 커패시터 열에는 소자 부정합에 의한 영향을 최소화하기 위해서 인접신호에 덜 민감한 3차원 완전 대칭 구조의 커패시터 레이아웃 기법을 제안하며, 기준 전류 및 전압 발생기는 온-칩으로 집적하여 잡음을 최소화하면서 필요시 선택적으로 다른 크기의 기준 전압을 외부에서 인가할 수 있도록 설계하였다. 또한, 다운 샘플링 클록 신호를 사용하여 바이어스 전류를 제어함으로써 10비트의 해상도에서 응용 분야에 따라서 25MS/s 뿐만 아니라 10MS/s의 동작 속도에서 더 낮은 전력 사용이 가능하도록 하였다. 제안하는 시제품 ADC는 0.13um 1P8M CMOS 공정으로 제작되었으며 측정된 최대 DNL 및 INL은 각각 0.42LSB 및 0.91LSB 수준을 보인다. 또한, 25MS/s 및 10MS/s의 동작 속도에서 최대 SNDR 및 SFDR이 각각 56dB, 65dB이고, 전력 소모는 1.2V 전원 전압에서 각각 4.8mW, 2.4mW이며 제작된 ADC의 칩 면적은 $0.8mm^2$이다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제43권11호
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• pp.48-57
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• 2006

본 설계에서는 최근 부상하고 있는 motor control, 3-phase power control, CMOS image sensor 등 각종 센서 응용을 위해 고해상도와 저전력, 소면적을 동시에 요구하는 12b 200KHz 0.52mA $0.47mm^2$ 알고리즈믹 ADC를 제안한다. 제안하는 ADC는 요구되는 고해상도와 처리 속도를 얻으면서 동시에 전력 소모 및 면적을 최적화하기 위해 파이프라인 구조의 하나의 단만을 반복적으로 사용하는 알고리즈믹 구조로 설계하였다. 입력단 SHA 회로에서는 고집적도 응용에 적합하도록 8개의 입력 채널을 갖도록 설계하였고, 입력단 증폭기에는 folded-cascode 구조를 사용하여 12비트 해상도에서 요구되는 높은 DC 전압 이득과 동시에 층L분한 위상 여유를 갖도록 하였다. 또한, MDAC 커패시터 열에는 소자 부정합에 의한 영향을 최소화하기 위해서 인접 신호에 덜 민감한 3차원 완전 대칭 구조의 레이아웃 기법을 적용하였으며, SHA와 MDAC 등 아날로그 회로에는 향상된 스위치 기반의 바이어스 전력 최소화 기법을 적용하여 저전력을 구현하였다. 기준 전류 및 전압 발생기는 칩 내부 및 외부의 잡음에 덜 민감하도록 온-칩으로 집적하였으며, 시스템 응용에 따라 선택적으로 다른 크기의 기준 전압을 외부에서 인가할 수 있도록 설계하였다. 또한, 다운 샘플링 클록 신호를 통해 200KS/s의 동작뿐만 아니라, 더 적은 전력을 소모하는 10KS/s의 동작이 가능하도록 설계하였다. 제안하는 시제품 ADC는 0.18um n-well 1P6M CMOS 공정으로 제작되었으며, 측정된 DNL과 INL은 각자 최대 0.76LSB, 2.47LSB 수준을 보인다. 또한 200KS/s 및 10KS/s의 동작 속도에서 SNDR 및 SFDR은 각각 최대 55dB, 70dB 수준을 보이며, 전력 소모는 1.8V 전원 전압에서 각각 0.94mW 및 0.63mW이며, 시제품 ADC의 칩 면적은 $0.47mm^2$ 이다.