• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제13권2호
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• pp.170-183
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• 2013

This paper gives an overview of fractional-N phase-locked loops (PLLs) with practical design perspectives focusing on a ${\Delta}{\Sigma}$ modulation technique and a finite-impulse response (FIR) filtering method. Spur generation and nonlinearity issues in the ${\Delta}{\Sigma}$ fractional-N PLLs are discussed with simulation and hardware results. High-order ${\Delta}{\Sigma}$ modulation with FIR-embedded filtering is considered for low noise frequency generation. Also, various architectures of finite-modulo fractional-N PLLs are reviewed for alternative low cost design, and the FIR filtering technique is shown to be useful for spur reduction in the finite-modulo fractional-N PLL design.

• 전자공학회논문지
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• 제54권5호
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• pp.24-32
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• 2017

본 논문에서는 생체 신호 처리를 위한 12비트 이상의 고 해상도를 갖는 저 전력 CMOS 4차 델타-시그마 변조기를 설계하였다. 제안하는 4차 델타-시그마 변조기는 시간 분할 기법을 이용하여 회로를 시간에 따라 재구성해 4개의 연산증폭기가 필요한 회로를 1개의 연산증폭기만으로 구동 시켰다. 이를 통하여 일반적인 구조보다 전력소모를 75% 감소시킬 수 있다. 또한 kT/C 잡음과 칩 면적을 고려하여 변조기의 입력단과 출력 단의 커패시터들을 안정적으로 구동하기 위하여 적분기내 가변되는 증폭기를 설계하였다. 첫 번째와 두 번째 클럭 위상에서는 2단 연산 증폭기가 동작하고, 세 번째와 네 번째 위상에서는 1단 연산 증폭기가 동작한다. 이로 인하여 두 가지 위상 조건에서 연산증폭기의 위상여유가 60~90도 이내에 존재하게 하므로서 변조기의 안정성을 크게 향상시켰다. 제안한 변조기는 $0.18{\mu}m$ CMOS N-well 1 poly 6 metal 공정을 이용하여 제작되었으며, 1.8V의 공급전압에서 $354{\mu}W$의 전력소모가 측정되었다. 256kHz의 동작주파수, 128배의 오버샘플링 비율 조건에서 250Hz의 입력 신호를 인가하였을 때, 최대 SNDR은 72.8dB, ENOB은 11.8 비트로 측정되었다. 또한 종합 성능 평가지수인 FOM(Walden)은 49.6pJ/step, FOM(Schreier)는 154.5dB로 측정되었다.

• 전기전자학회논문지
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• 제17권3호
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• pp.234-240
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• 2013

본 논문에서는 단일-극 커패시터 방식의 터치센서를 위한 incremental 델타-시그마 아날로그-디지털 변환기를 설계하였다. 델타-시그마 모듈레이터의 구조는 단일비트 2차 cascade of integrators with distributed feedback(CIFB)를 사용하였으며 $0.18-{\mu}m$ CMOS 공정을 이용하여 제작하였다. Incremental 델타-시그마 아날로그-디지털 변환기의 입력으로 이어지는 센서가 넓은 입력 범위를 얻고 높은 정확성을 가지도록 변환기 앞에 shielding 신호와 디지털적으로 조절 가능한 오프-셋 커패시터를 위치시켰다. 본회로의 공급전압은 2.6 V에서 3.7 V이며 ${\pm}10-pF$의 입력범위를 가지고 fF 이하의 해상도를 필요로 하는 단일-극 커패시터 방식의 터치센서에 적합하다.

• 한국전자파학회논문지
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• 제23권6호
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• pp.706-715
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• 2012

전자-광학 시그마-델타 변조기는 안테나로부터 수신된 광대역 초고주파 신호를 직접 디지털 신호로 변환하는 디지털 수신기의 핵심 구성품이다. 전자-광학 시그마-델타 변조기는 펄스 레이저와 두 개의 마하-젠더 간섭계(Mach-Zehnder Interferometer: MZI)를 통하여 입력 신호를 초과 샘플링하고, 격자 섬유 누적기(Fiber-Lattice Accumulator: FLA)를 통하여 잡음을 감소시킨다. 고해상도의 출력 신호를 얻기 위해 양자화기 출력에는 데시메이션 필터링 과정이 추가된다. 변조기 설계시 지터는 변조기 입력 신호를 원 신호로 복원하는데 큰 영향을 미치는 요소이다. 본 논문에서는 전자-광학 1차 단일 비트 시그마-델타 변조기의 구현 과정 및 성능을 시뮬레이션을 통하여 분석한다. 전자-광학 시그마-델타 변조기 입력 신호와 출력 신호를 시간 영역에서 분석하고, 복원된 신호에 대하여 비동기 스펙트럼 평균화 방식을 사용하여 주파수 영역의 성능을 분석한다. 지터(Jitter)가 있는 레이저 신호와 지터가 없는 레이저 신호에 대하여 시그마-델타 변조기의 성능을 비교 및 분석하여, 시간 지터가 변조기 성능에 영향을 미치는 지터값을 참고치(펄스 반복 주파수가 100 GHz인 경우, 시간 지터는 100 fs 이하)로서 제시한다. 이러한 지터값은 레이저 생성기 제작시나 변조기 설계시 참고 규격치로 이용된다.

• 한국정보전자통신기술학회논문지
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• 제11권5호
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• pp.531-537
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• 2018

스퍼의 크기를 줄이기 위해 델타-시그마 변조기와 스퍼감소회로가 도입된 위상고정루프(PLL)를 제안하였다. 델타-시그마 변조기는 스퍼 잡음을 높은 주파수 대역으로 이동시켜 루프필터가 잡음 제거를 쉽게 할 수 있도록 해준다. 이는 위상고정루프의 대역폭을 적절히 조절하면 스퍼 크기를 크게 감소시킬 수 있다. 스퍼감소회로는 한주기당 발생하는 루프필터 전압변화를 작게 하여 스퍼 크기가 감소되도록 한다. 제안한 스퍼감소회로는 위상고정루프의 크기에 거의 영향이 없을 정도로 간단하게 설계하였다. 이 두 가지 방법을 사용한 제안된 위상고정루프는 $0.18{\mu}m$ CMOS 공정에서 1.8V의 공급전압으로 설계되었으며, 시뮬레이션을 통해 제안된 위상고정루프의 스퍼 크기가 거의 20dB 감소된 것을 확인하였다. 스퍼의 크기가 크게 감소된 위상고정루프는 대역폭이 좁은 통신시스템에 크게 활용될 수 있다.

• 한국정보전자통신기술학회논문지
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• 제11권6호
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• pp.651-657
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• 2018

스퍼의 크기를 줄이기 위해 델타-시그마 변조기와 스퍼감소회로가 도입된 위상고정루프(PLL)를 제안하였다. 델타-시그마 변조기는 스퍼 잡음을 높은 주파수 대역으로 이동시켜 루프필터가 잡음 제거를 쉽게 할 수 있도록 해준다. 이는 위상고정루프의 대역폭을 적절히 조절하면 스퍼 크기를 크게 감소시킬 수 있다. 스퍼감소회로는 한주기당 발생하는 루프필터 전압변화를 작게 하여 스퍼 크기가 감소되도록 한다. 제안한 스퍼감소회로는 위상고정루프의 크기에 거의 영향이 없을 정도로 간단하게 설계하였다. 이 두 가지 방법을 사용한 제안된 위상고정루프는 $0.18{\mu}m$ CMOS 공정에서 1.8V의 공급전압으로 설계되었으며, 시뮬레이션을 통해 제안된 위상고정루프의 스퍼 크기가 거의 20dB 감소된 것을 확인하였다. 스퍼의 크기가 크게 감소된 위상고정루프는 대역폭이 좁은 통신시스템에 크게 활용될 수 있다.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제12권1호
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• pp.10-17
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• 2012

This paper presents a clock regenerator using two $2^{nd}$ order ${\sum}-{\Delta}$ (sigma-delta) modulators for wide range of dividing ratio as defined in HDMI standard. The proposed circuit adopts a fractional-N frequency synthesis architecture for PLL-based clock regeneration. By converting the integer and decimal part of the N and CTS values in HDMI format and processing separately at two different ${\sum}-{\Delta}$ modulators, the proposed circuit covers a very wide range of the dividing ratio as HDMI standard. The circuit is fabricated using 0.18 ${\mu}m$ CMOS and shows 13 mW power consumption with an on-chip loop filter implementation.

• 전자공학회논문지C
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• 제35C권6호
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• pp.39-47
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• 1998

본 논문에서는 오버샘플링 A/D변환기의 핵심 회로인 Σ-△변환기를 0.6㎛ CMOS공정을 이용하여 설계하였다. 설계과정은 우선 모델을 개발하여 S-영역에서 적절한 전달함수를 구한 후, 이를 시간 영역의 함수로 변환하여 연산 증폭기의 DC 전압이득, 슬루율과 같은 비 이상적인 요소들을 인가하여 검증하였다. 제안된 시그마-델타 변환기(Sigma-delta modulator, Σ-△변환기)는 음성 신호 대역에 대하여 64배 오버샘플링하며, 다이나믹 영역은 110 dB이상, 최대 S/N비는 102.6 dB로 설계하였다. 기존의 4차 Σ-△ 변환기는 잡음에 대한 전송영점의 위치를 3,4차 적분기단에 인가하는데 반하여 제안된 방식은 잡음에 대한 전송영점을 1,2차 적분기단에 인가함으로써 전체적인 커패시터의 크기가 감소하여 회로의 실질적인 면적이 감소하며, 성능이 개선되고, 소모 전력이 감소하였다. 또한 단위시간에 대한 출력값의 변화량이 3차 적분기의 경우에 비하여 작으므로 동작이 안정적이고, 1차 적분기의 적분 커패시터의 크기가 크므로 구현이 용이하며, 잡음에 대한 억제효과를 이용하여 3차 적분기단의 크기를 감소시켰다. 본 논문에서는 모델 상에서 전체적인 전달함수를 얻고, 신호의 차단주파수를 결정하며, 각 적분기의 출력신호를 최대화하여 적분기 출력신호의 크기를 증가시키고, 최대의 성능을 가지는 잡음에 대한 전송영점을 결정하는 기법을 제안한다. 설계된 회로의 실질적인 면적은 5.25 ㎟이고, 소모전력은 5 V 단일전원에 대하여 10 mW이다.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제15권3호
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• pp.342-348
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• 2015

This paper presents a 1.9-GHz digital ${{\Delta}{\Sigma}}$ fractional-N PLL with a finite impulse response (FIR) filter embedded for noise suppression. The proposed digital implementation of FIR provides a simple method of increasing the number of taps without complicated calculation for gain matching. This work demonstrates 32 tap FIR filtering for the first time and successfully filtered the in-band phase noise generated from delta-sigma modulator (DSM). Design considerations are also addressed to find the optimum number of taps when the resolution of time-to-digital converter (TDC) is given. The PLL, fabricated in $0.11-{\mu}m$ CMOS, achieves a well-regulated in-band phase noise of less than -100 dBc/Hz for the entire range inside the bandwidth of 3 MHz. Compared with the conventional dual-modulus division, the proposed PLL shows an overall noise suppression of about 15dB both at in-band and out-of-band region.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제17권3호
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• pp.438-445
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• 2017

This paper presents a low-power high-resolution band-pass ${\Sigma}{\Delta}$ ADC for accelerometer applications. The proposed band-pass ${\Sigma}{\Delta}$ ADC consists of a high-performance 6-th order feed-forward ${\Sigma}{\Delta}$ modulator with 1-bit quantization and a low-power, area-efficient digital filter. The ADC is fabricated in 180 nm 1P6M mixed-signal CMOS process with a die area of $5mm^2$. This high-resolution ADC got 90 dB peak signal to noise plus distortion ratio (SNDR) and 96 dB dynamic range (DR) over 4 kHz bandwidth, while the intermediate frequency (IF) is shifting from 100 KHz to 200 KHz. The power dissipation of the chip is 5.6 mW under 1.8 V (digital)/3.3 V (analog) power supply.