수중 통신 상에서 가장 중요한 요소는 한정된 전원을 보다 효율적으로 소모하여 운영 가능 시간을 최대화하는데 있다. 보다 효율적인 전압 소모를 위해 적용 가능한 기법으로는 동적 전압 스케일 기법이 있다. 해당 기법은 평상시에는 낮은 주파수로 동작하여 대기 전력을 최소화하며 복잡한 연산을 수행하는 경우에는 빠른 주파수로 계산함으로써 전체 소모되는 전력량을 줄인다. 복잡한 암호화 연산의 경우 빠른 주파수로 연산을 하는 것이 보다 효율적이다. 본 논문에서는 다양한 센서 상에서의 암호화 기법에 동적 전압 스케일 기법을 적용한 결과를 보여 줌으로써 수중 통신 상에서 적합한 저전력 암호화 방안에 대해 살펴본다.
사람의 얼굴 추적은 디지털 캠코더, 디지털 카메라, 휴대폰 등과 같은 휴대용 멀티미디어 장치에 대해 점차 중요한 이슈가 되어 왔다. 갈수록 확대되어 가는 얼굴 추적 응용 서비스 요구에 대해 소프트웨어 구현 대응은 성능 및 전력 소모 면에서 한계가 있다. 따라서 본 논문에서는 실시간으로 동작할 수 있는 하드웨어 기반의 저전력 얼굴 추적 시스템을 제안하고자 한다. 제안된 시스템은 FPGA 프로토타이핑과 삼성 65nm CMOS 공정으로 구현하여 검증하였고, 8.4 msec 미만의 추적 속도와 15만 게이트의 크기를 가지며 평균 20 mW의 동작 전력소모를 보여 실시간으로 동작하는 저전력 휴대용 멀티미디어 기기에 적합함을 입증하였다.
이 논문에서 제안하고자 하는 컨버터는 태양광 모듈이 결합된 Phase-shifted Full-bridge(PSFB) 컨버터이다. 기존 전기자동차의 전력변환 시스템에는 고전압 배터리와 저전압 배터리간 전력전달을 위한 DC-DC 컨버터가 존재한다. 저전압 배터리 충전에 있어 고전압 배터리 외에 태양광 모듈 컨버터를 사용하여 고전압 배터리 사용량을 낮출 수 있다. 이 논문에서는 기존의 PSFB 컨버터의 2차측에 태양광 모듈과 스위치하나를 추가하여 태양광 Buck Converter를 구성하였고 PSFB컨버터의 출력 인덕터와 Synchronous switch를 사용하게 되어 소자 수를 절감하였다. 또한 PSFB 동작 시 1차측 전류가 Free wheeling하는 구간에서 태양광 Buck converter를 동작함으로써 고전압 배터리와 태양광 모듈에서 동시에 저전압 배터리로 전력공급이 가능하게 하였다.
본 논문에서는 고속 동작과 저전력 동작을 요구하는 디지털 회로 시스템에 사용될 수 있는 Current-mode FIR Filter를 위한 OTA(:Operational Trans-conductance Amplifier) 회로를 제안한다. Current-mode 신호처리는 동작 주파수와 상관없이 일정한 전력을 유지하는 특징이 있기 때문에 고속 동작을 요구하는 디지털 회로 시스템의 저전력 동작에 매우 유용한 회로설계 기술이라고 할 수 있다. 0.35um CMOS 공정을 이용한 시뮬레이션 결과, Vdd=2V에서 전원 전압의 50%에 해당하는 약 1V의 Dynamic Range를 확보하였으며, 약 0~200uA의 출력전류를 확인하였다. 설계한 OTA 회로의 전력은 약 21uW가 계산되었으며, Active Layout 면적은 $71um{\times}166um$ 사이즈로 집적화에 유리할 것으로 기대된다.
본 논문에서는 ADCL(adiabatic dynamic CMOS logic) buffer를 이용한 단열 논리회로용 AC 전원과 동기화된 저전력 클럭 발생기를 제안한다. CMOS 논리회로의 전력 손실을 줄이고 ADCL의 저전력 동작을 위해서, 논리회로의 clock 신호는 AC 전원 신호와 동기화 되어야 한다. 설계된 Schmitt trigger 회로와 ADCL buffer를 사용한 ADCL 주파수 분주기를 이용하여 AC 신호와 단열동작을 위한 clock 신호가 발생된다. 제안된 저전력 클럭 발생기의 소비전력은 3kHz와 10MHz에서 각각 1.181uW와 37.42uW으로 시뮬레이션에서 확인하였다.
본 논문에서는 하이브리드 전기자동차의 전장시스템 에너지 공급을 위한 보조배터리 충전용 저전압 직류 변환장치(Low voltage DC-to-DC Converter, LDC)를 제안한다. 차량 탑재용의 특성상 소형 경량화 설계 기술을 통한 연비증가, 동력성능의 향상이 매우 중요하다. 본 논문에서 제안하는 LDC는 부스트와 포워드 컨버터 구조를 혼합한 형태로 부스트 컨버터의 입력 인덕터를 변압기로 대체하여 포워드 컨버터와 결합시킴으로서 출력전압의 승 강압 동작을 구현한다. 따라서 차량 시동 시 내연기관을 구동하기 위한 승압모드로 동작하고, 그 외 일반적인 경우는 차량 내 각종 전장부하에 전력을 공급하기 위한 강압모드로 동작된다. 제안된 컨버터의 동작 모드에 따른 이론적 분석을 시행하고 PSIM을 이용한 시뮬레이션을 통해 타당성을 검증한다.
효율적인 바디 바이어스와 자유로운 공급 전압(supply voltage)으로 동작할 수 있는 동적 문턱 전압(dynamic threshold voltage)제어를 이용한 고속, 저전력 SOI 인버터를 새로이 제안하였다. 제안된 회로의 특성을 BSIM3SOI 회로 시뮬레이터와 ATLAS 소자 시뮬레이터를 이용해 검증하였고 다른 SOI 회로와 비교함으로써 제안한 회로가 우수한 성능을 가짐을 보였다. 제안된 회로는 1.5V의 공급 전압에서 같은 전력 소모를 갖는 기존의 SOI 회로보다 27% 빠르게 동작하였다.
능동 노이즈 제어 시스템이 내장되어 있는 휴대용 시스템은 저전력 구동이 요구된다. 능동 노이즈 제어를 위한 과도한 안티 노이즈 탐색 동작은 내장 배터리의 빠른 전력 소모를 발생시킨다. 시스템의 동작 조건에 따라 적응적으로 노이즈를 제거 할 수 있는 방법이 요구되며, 전력 소모를 줄이는 방법은 오늘날의 휴대용 시스템에서 매우 중요한 핵심 기능이 되고 있다. 본 논문에서는 다양한 노이즈가 입력될 수 있는 시스템에서 이진 탐색 알고리즘을 이용한 고속의 능동 노이즈 제어(Active Noise Control, ANC) 방법을 제안한다. 연구를 위해 구현된 아키텍처는 입력 신호로부터 노이즈로 간주되는 주파수 성분을 감지하고, 이진 탐색 알고리즘을 이용하여 일반적인 선형 탐색 알고리즘 보다 훨씬 더 빠른 속도로 안티 노이즈 생성을 위한 적절한 진폭 값을 찾게 된다. 실험 결과를 통해 제안한 알고리즘의 동작이 성공적으로 수행함을 확인하였다.
두 가지 방식을 이용하여 넓은 동작 영역을 갖는 복합 트랜지스터를 제안하고, 이를 이용하여 새로운 트랜스컨덕터를 설계하였다. 저전압 저전력 특성을 위해 첫 번째 제안한 복합 트랜지스터 I은 P형 폴디드(P-type folded) 복합 트랜지스터를 이용하였으며, 복합 트랜지스터Ⅱ는 복합 다이오드 방식을 이용하여 문턱전압을 감소하였다. 이와 더불어 제안된 트랜지스터가 전류원에 의해 동작 영역이 제한되는 원인을 고찰하였으며, 응용 회로로 설계된 트랜스컨덕터의 특성을 해석하였다. 설계된 회로는 0.2㎛ CMOS n-well 공정 파라미터를 이용하여 HSPICE 시뮬레이션 하였다.
본 논문은 다중전원공급 SoC(System-on-Chip)에 사용될 저전력 단일전원 level-up/down shifter를 제안한다. 제안된 회로는 다양한 전원을 사용하는 IP간의 신호의 인터페이스 회로로 사용할 수 있으며, 단일전원을 사용함으로써 저전력으로 동작하고 시스템의 전원배선과 레이아웃의 복잡도 및 지연시간이 감소하는 장점을 가지고 있다. 제안된 level-up/down shifter는 각각 IP간에 신호들이 level-up 일 때는 500MHz 입력 주파수에서 동작하고 level-down일 때는 1GHz에서 동작하도록 설계했다. I/O 회로에 level-up/down shifter를 사용하면 시스템간의 신호를 연결할 때 잡음에 강하다는 사실도 검증했다. 시뮬레이션 결과는 0.18um CMOS 공정에서 각각 1.8V, 2.5V, 3.3V의 전원을 사용하여 검증했다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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