LTPS TFT의 개발과 성능 향상은 패널에 다양한 디지털 회로를 내장하는 SOP의 비약적 발전에 기여하였다. 본 논문에서는 일반적으로 적용되는 낮은 성능의 CMOS 논리게이트를 대체할 수 있는 전류모드 논리(CML) 게이트의 설계 방법을 소개한다. CML 인버터는 낮은 로직스윙, 빠른 응답 특성을 갖도록 설계할 수 있음을 보였으며 높은 소비전력의 단점도 동작 속도가 높아질수록 CMOS의 경우와 근사해졌다. 아울러 전류 구동능력을 키울 필요가 없는 까닭에 많은 수의 소자가 사용되지만 면적은 오히려 감소하는 것을 확인하였다. 특히 비반전 및 반전 출력이 동시에 생성되므로 noise immunity가 우수하다. 다수 입력을 갖는 NAND/AND 및 NOR/OR 게이트는 같은 회로에 입력신호를 바꾸어 구현할 수 있고 MUX와 XNOR/XOR 게이트도 같은 회로를 사용하여 구현할 수 있음을 보였다. 결론적으로 CML 게이트는 다양한 함수를 단순한 몇가지의 회로로 구성할 수 있으며 낮은 소비전력, 적은 면적, 개선된 동작속도 등을 동시에 추구할 수 있는 대안임을 확인하였다.
입력 전압 범위 감지 회로를 이용해서 저전력 6비트 플래시 500Ms/s ADC를 설계하였다. 입력 전압 범위 감지 회로는 변환기내 모든 비교기들 중에서 25%만 동작시키고, 나머지 75%는 동작시키지 않는 방법을 채택하므로 저전력 동작을 가능하게 설계 및 제작하였다. 설계된 회로는 0.13um CMOS 공정기술을 이용해서 제작하였고, 1.2V 전원전압에서 68.8mW 전력소모, 4.9 유효 비트수, 4.75pJ/step의 평가지수가 측정되었다.
본 논문에서는 센서 유틸리티 네트워크에서 센서 노드들 사이의 주파수 차이로 인한 데이터 손실을 제거하기 위한 클록 시스템이 제안된다. 각 센서 노드를 위한 제안된 클록 시스템은 버스트 클록-데이터 복원 회로, 32-위상 클록을 출력하는 디지털 위상 고정 루프, 그리고 프로그래밍 가능한 개방형 루프 분수 분할기를 사용하는 디지털 주파수 합성기로 구성된다. 첫번째 센서 노드에는 버스트 클록-데이터 복원 회로 대신 능동 인덕터를 사용하는 CMOS 발진기가 사용된다. 제안된 클록 시스템은 1.2 V 공급 전압을 이용하는 65nm CMOS 공정에서 설계된다. 센서 노드들 사이의 주파수 오류가 1%일 때, 제안하는 버스트 클록-데이터 복원 회로는 기준 클록으로 5Mbps 데이터 속도에 대해 64배 체배된 주파수를 가짐으로 4.95 ns의 시간지터를 가진다. 설계된 디지털 주파수 합성기의 주파수 변경은 100 kHz에서 320 MHz의 주파수 범위에서 출력 클록의 한 주기 내에 수행된다.
본 논문에서는 직렬 ATA 물리층에 대한 설계 및 칩 제작 후 테스트 결과와 성능 평가를 서술하였다. 직렬 ATA 의 물리층은 +/-250㎷ 의 전압 레벨과 1.5㎓ 속도를 지니는 차등 NRZ 직렬 데이터 스트림을 송신 및 수신하는 회로와 1.5㎓ 송신 PLL 회로, 수신된 1.5Gbps 직렬 데이터 스트림에서 데이터 및 송신 클럭을 복원하는 회로와 SERDES 회로 및 OOB 신호 발생 및 검파 회로 등으로 구성하였다. 설계된 직렬 ATA 물리층은 UMC 사의 0.18㎛ 표준 CMOS 공정을 이용하여 칩으로 제작 후 성능을 검증하였다. 특성 검토 결과 대부분 사양을 만족하였고, 데이터 전송 속도 1.5Gbps 사양은 실지 측정치가 1.38Gbps 로 목표 사양에 8% 미달되었다.
채널 선택용 필터의 전압오차를 보정하기 위해 전류비교 방식의 전압안정화 회로를 설계하였다. 제안된 전류비교 방식의 전압안정화 회로는 부속회로를 첨가 할 필요가 없어 칩 면적을 최소화 할 수 있고 저전압 저전력용 채널 선택용 필터 설계에 매우 유용하다. 제안된 안정화 회로의 응용 회로로써 블루투스 통신 시스템 채널을 포함한 3개의 통신채널을 이용하였다. $0.18{\mu}m$ CMOS 공정파라메터를 사용하여 HSPICE 시뮬레이션 한 결과, 제안된 안정화 회로는 3개의 통신 채널에서 각각 $12{\mu}s$, $13{\mu}s$, $15{\mu}s$이내에서 동작할 수 있음을 확인하였다.
본 논문에서는 테스트가 용이하도록 ECC(error checking circuit)를 내장하여 테스트를 수행할 수 있는 CAM(content addressable memory)를 설계하였다. 즉, CAM에서 발생하는 읽기, 쓰기 및 매치 동작의 기능 고장을 검사할 수 있는 회로를 내장한 CAM을 설계하였다. 일반적으로 테스트 회로를 내장하면 전체면적의 증가를 가져오게 된다. 본 논문에서는 기존의 병렬 비교기를 사용한 내장(built-in) 테스트 회로의 면적 오버헤드를 줄이기 위해서 새로 제안된 MTA 코드를 이용하였다. 설계한 회로는 VHDL 시뮬레이션을 통하여 검증하였으며, 0.B㎛ double-metal CMOS 공정을 이용하여 레이아웃을 수행하였다. ECC 회로의 경우 CAM의 기본 셀에서 매치기능을 담당하고 있는 XOR회로를 이용함으로써 약 30%정도 면적 감소를 가져왔다.
본 논문에서는 초저전력 어플리케이션을 위한 이중입력 자가 전력관리 시스템을 제안한다. 자가 발전 시스템의 전력 공급원으로는 PZT와 solar cell소자를 병합하여 사용한다. 제한된 전력관리 회로는 solar cell 출력 전압을 승압하기 위한 charge pump 회로, PZT의 출력을 DC로 변환하기 위한 rectifier, 수확된 에너지를 병합 및 관리하기 위한 전력관리회로로 구성된다. 설계된 회로는 CMOS 0.18um technology를 이용하여 성능을 검증하였다. 설계된 회로의 칩 면적은 $295um{\times}275um$ 이다.
본 논문에서는 고성능 비교기를 이용한 전파정류 애너지 하베스팅 회로를 설계하였다. 설계된 회로는 크게 Negative Voltage Converter, Active Diode단으로 나뉜다. 그리고 Active Diode단에 포함된 비교기는 3-stage 형태로 구현 하였으며 Pre-amplification, Decision circuit, Output buffer단으로 나뉜다. 이 비교기는 Propagation delay를 줄이고 하베스팅 회로의 전압 및 전력 효율을 향상 시키는 것이 주된 목적이다. 제안된 회로는 Magna $0.35{\mu}m$ CMOS 공정으로 설계하였으며, 모의실험을 통해 동작을 검증하였다. 설계된 에너지 하베스팅 회로의 칩 면적은 $612{\mu}m{\times}444{\mu}m$이다.
4-2 compressor는 곱셈기의 부분 곱 합 트리(partial product summation tree)의 기본적인 구성요소이다. 본 논문은 고속 연산이 가능한 4-2 compressor 구조를 제안한다. 제안한 회로는 최적화된 XORXNOR와 MUX로 구성하였다. 이 회로는 기존의 회로와 비교하였을 때 회로 구성에 필요한 트랜지스터수가 12개 감소하였으며, 지연시간이 32.2% 감소하였다. 제안한 회로는 Samsung 0.18um CMOS 공정을 이용하여 HSPICE로 시뮬레이션 하였다.
4-2 compressor는 곱셈기의 부분 곱 합 트리(partial product summation tree)의 기본적인 구성요소이다. 본 논문은 저 전력 특성을 갖는 4-2 compressor 구조를 제안한다. 제안한 회로는 한 개의 전가산기와 MUX로 구성하였다. 이 회로는 기존의 회로와 비교하였을 때 회로 구성에 필요한 트랜지스터수가 14개 감소하였으며, 6.3%의 전력소모가 감소하였다. 제안한 회로는 Samsung 0.18um CMOS 공정을 이용하여 HSPICE로 시뮬레이션 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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