• Journal of information and communication convergence engineering
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• 제10권1호
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• pp.85-90
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• 2012

A 40-MS/sec 10-bit pipelined analog to digital converter (ADC) with a 1.2 Vpp differential input signal is proposed. The implemented pipelined ADC consists of eight stages of 1.5 bit/stage, one stage of 2 bit/stage, a digital error correction block, band-gap reference circuit & reference driver, and clock generator. The 1.5 bit/stage consists of a sub-ADC, digital to analog (DAC), and gain stage, and the 2.0 bit/stage consists of only a 2-bit sub-ADC. A bootstrapped switch with a constant resistance is proposed to improve the linearity of the input switch. It reduces the maximum VGS variation of the conventional bootstrapped switch by 67%. The proposed bootstrapped switch is used in the first 1.5 bit/stage instead of a sample-hold amplifier (SHA). This results in the reduction of the hardware and power consumption. It also increases the input bandwidth and dynamic performance. A reference voltage for the ADC is driven by using an on-chip reference driver without an external reference. A digital error correction with a redundancy is also used to compensate for analog noise such as an input offset voltage of a comparator and a gain error of a gain stage. The proposed pipelined ADC is implemented by using a 0.18-${\mu}m$ 1- poly 5-metal CMOS process with a 1.8 V supply. The total area including a power decoupling capacitor and the power consumption are 0.95 $mm^2$ and 51.5 mW, respectively. The signal-to-noise and distortion ratio (SNDR) is 56.15 dB at the Nyquist frequency, resulting in an effective number of bits (ENOB) of 9.03 bits.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국해양정보통신학회 2011년도 춘계학술대회
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• pp.143-146
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• 2011

본 논문은 1.2Vpp differential 입력 범위를 가지는 50-MS/s 10-hit pipelined ADC를 소개한다. 설계된 pipelined ADC는 8단의 1.5bit/stage, 1단의 2bit/stage와 digital correction 블록, bias circuit 및 reference driver, 그리고 clock generator로 구성된다. 1.5bit/stage는 sub-ADC, DAC, gain stage로 구성된다. 특히, 설계된 pipelined ADC에서는 hardware와 power consumption을 줄이기 위해 SHA를 제거하였으며, 전체 ADC의 dynamic performance를 향상시키기 위해 linearity가 개선된 bootstrapped switch를 사용하였다. Sub-ADC를 위한 reference 전압은 외부에서 인가하지 않고 on-chip reference driver에서 발생시킨다. 제안된 pipelined ADC는 1.8V supply, $0.18{\mu}m$ 1-poly 5-metal CMOS 공정에서 설계되었으며, power decoupling capacitor를 포함하여 $0.95mm^2$의 칩 면적을 가진다. 또한, 60mW의 전력소모를 가진다. 또한, Nyquist sampling rate에서 9.3-bit의 ENOB를 나타내었다.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제16권6호
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• pp.760-770
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• 2016

A 12-bit 750 kS/s Dual-Sampling Successive Approximation Register Analog-to-Digital Converter (SAR ADC) technique with reduced Capacitive DAC (CDAC) is presented in this paper. By adopting the Adaptive Power Control (APC) technique for the two-stage latched type comparator and using bootstrap switch, power consumption can be reduced and overall system efficiency can be optimized. Bootstrapped switches also are used to enhance the sampling linearity at a high input frequency. The proposed SAR ADC reduces the average switching energy compared with conventional SAR ADC by adopting reduced the Most Significant Bit (MSB) cycling step with Dual-Sampling of the analog signal. This technique holds the signal at both comparator input asymmetrically in sample mode. Therefore, the MSB can be calculated without consuming any switching energy. The prototype SAR ADC was implemented in $0.18-{\mu}m$ CMOS technology and occupies $0.728mm^2$. The measurement results show the proposed ADC achieves an Effective Number-of-Bits (ENOB) of 10.73 at a sampling frequency of 750 kS/s and clock frequency of 25 MHz. It consumes only 0.13 mW from a 5.0-V supply and achieves the INL and DNL of +2.78/-2.45 LSB and +0.36/-0.73 LSB respectively, SINAD of 66.35 dB, and a Figures-of-Merit (FoM) of a 102 fJ/conversion-step.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제49권4호
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• pp.7-14
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• 2012

X-ray용 CMOS 영상 센서의 대조 해상도는 신호처리부 첫 단의 sample-and-hold 회로에서 단일 MOS 스위치를 사용하거나 이를 개선한 bootstrapped clock circuit을 스위치로 사용할 경우에도 높은 신호에서 제한되는 문제를 가지고 있다. Bootstrapped clock circuit을 이용하는 sample-and-hold 회로가 charge injection 현상으로 인해 sample 신호의 왜곡을 일으키기 때문이다. 본 논문에서는 계산을 통해 필요로 하는 범위의 L(Inductor)값 구현을 위해 표준 CMOS 공정에서 구현 가능한 micro-inductor를 3차원 구조로 설계하였고, 이를 이용하여 센서의 대조 해상도 혹은 ENOB(Effective number of bit)값이 향상된 sample-and-hold 회로를 제안하였다. 0.35 um CMOS 공정에서 BCC를 이용해 설계된 sample-and-hold 회로에 최적화된 L 값을 갖는 micro-inductor를 추가하여 ENOB가 17.64 bit에서 18.34 bit로 약 0.7 bit의 해상도 상승을 시뮬레이션으로 검증하였다. 제안된 micro-inductor 방법은 고해상도를 필요로 하는 mammography의 경우 환자가 받는 방사선량을 줄이는 효과가 있을 것으로 기대한다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제14권8호
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• pp.1887-1894
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• 2010

본 논문에서는 차량 레이더용 새로운 형태의 스위치 커패시터 시그마-델타 변조기를 제안한다. 개발된 변조기는 차량 레이더 시스템에서 고주파 대역 신호의 고해상도 데이터 변환, 즉 아날로그-디지털변환을 수행하는데 사용된다. 2.7V의 저전압 동작이 가능하며, 저 왜곡 특성을 가진 몸체효과 보상형 스위치 구조를 가진다. 이러한 변조기는0.25 마이크론 이중 폴리 3-금속 표준 CMOS 공정으로 제작되었고, $1.9 {\times}1.5mm^{2}$ 의 다이 면적을 차지한다. 제안된 회로는 2.7V의 동작 전압에서 기존의 부트스트랩형 회로보다 약 20dB 향상된 우수한 총 고조파 왜곡 특성을 보였다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제14권1호
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• pp.197-204
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• 2010

본 논문은 저 전압 및 저 왜곡 스위치형 커패시터 (switched-capacitor, SC)를 적용한 새로운 형태의 몸체효과 보상형 스위치 구조를 제안한다. 제안된 회로는 저 전압 SC회로를 위해서 rail-to-rail 스위칭을 허용하며, 기존의 부트스트랩 된 회로 (19dB)보다 더 우수한 총 고조파 왜곡을 가진다. 설계된 2-1 캐스케이드 시그마 델타 변조기는 통신 송수신 시스템내의 오디오 코덱을 위한 고해상도 아날로그-디지털변환을 수행한다. 1단 폴드형 캐스코드 연산증폭기 및 2-1 캐스케이드 시그마 델타 변조기는 0.25 마이크론 이중 폴리 3-금속 표준 CMOS 공정으로 제작되었으며, 2.7V에서 동작한다. 연산증폭기의 1% 정착시간은 16 pF의 부하 용량에 대해 560ns를 보였다. 제작된 시그마 델타 변조기에 대한 검사는 비트 스트림 검사 및 아날로그 분석기를 이용하여 수행 되었다. 다이크기는 $1.9{\times}1.5\;mm^2$였다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국해양정보통신학회 2006년도 춘계종합학술대회
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• pp.906-909
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• 2006

본 논문은 저 전압 및 저 왜곡 스위치형 커패시터 (switched-capacitor, SC)를 적용한 새로운 형태의 몸체효과 보상형 스위치 구조를 제안한다 제안된 회로는 저 전압 SC 회로를 위해서 rail-to-rail 스위칭을 허용하며 기존의 부트스트랩된 회로 (19dB) 보다 더 우수한 총 고조파 왜곡을 가진다. 설계된 2-1 캐스케이드 시그마 델타 변조기는 통신 송수신시스템내의 오디오 코덱을 위한 고해상도 아날로그-디지털변환을 수행한다. 1단 폴드형 캐스코드 연산증폭기 및 2-1 캐스케이드 시그마 델타 변조기는 0.25 마이크론 이중 폴리 3-금속 표준 CMOS 공정으로 제작되었으며, 2.7V에서 동작한다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제16권9호
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• pp.1847-1855
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• 2012

클록 보정회로를 가진 1V 1.6-GS/s 6-비트 flash 아날로그-디지털 변환기 (ADC: analog-to-digital converter)가 제안된다. 1V의 저전압에서 고속 동작의 입력단을 위해 bootstrapped 아날로그 스위치를 사용하는 단일 track/hold 회로가 사용되며, 아날로그 노이즈의 감소와 고속의 동작을 위해 평균화 기법이 적용된 두 단의 프리앰프와 두 단의 비교기가 이용된다. 제안하는 flash ADC는 클록 보정회로에 의해 클록 duty cycle과 phase를 최적화함으로 flash ADC의 동적특성을 개선한다. 클록 보정 회로는 비교기를 위한 클록의 duty cycle을 제어하여 evaluation과 reset 시간을 최적화한다. 제안된 1.6-GS/s 6-비트 flash ADC는 1V 90nm의 1-poly 9-metal CMOS 공정에서 제작되었다. Nyquist sampling rate인 800 MHz의 아날로그 입력신호에 대해 측정된 SNDR은 32.8 dB이며, DNL과 INL은 각각 +0.38/-0.37 LSB, +0.64/-0.64 LSB이다. 구현된 flash ADC의 면적과 전력소모는 각각 $800{\times}500{\mu}m2$와 193.02 mW 이다.

• 한국정보전자통신기술학회논문지
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• 제16권6호
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• pp.454-464
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• 2023

본 논문은 센서 노드 응용을 위한 1MS/s의 샘플링 속도를 가지는 저전력 8비트 비동기 축차근사형(successive approximation register, SAR) 아날로그-디지털 변환기(analog-to-digital converter, ADC)를 제안한다. 이 ADC는 선형성을 개선하기 위해 부트스트랩 스위치를 사용하며, 공통모드 전압(Common-mode voltage, VCM) 기반의 커패시터 디지털-아날로그 변환기 (capacitor digital-to-analog converter, CDAC) 스위칭 기법을 적용하여 DAC의 전력 소모와 면적을 줄인다. 외부 클럭에 동기화해서 동작하는 기존 동기 방식의 SAR ADC는 샘플링 속도보다 빠른 클럭의 사용으로 인해 전력 소비가 커지는 단점을 가지며 이는 내부 비교를 비동기 방식으로 처리하는 비동기 SAR ADC 구조를 사용하여 해결할 수 있다. 또한, 낮은 해상도의 설계에서 발생하는 큰 디지털 전력 소모를 줄이기 위해 동적 논리 회로를 사용하여 SAR 로직를 설계하였다. 제안된 회로는 180nm CMOS 공정으로 시뮬레이션을 수행하였으며, 1.8V 전원전압과 1MS/s의 샘플링 속도에서 46.06𝜇W의 전력을 소비하고, 49.76dB의 신호 대 잡음 및 왜곡 비율(signal-to-noise and distortion ratio, SNDR)과 7.9738bit의 유효 비트 수(effective number of bits, ENOB)를 달성하였으며 183.2fJ/conv-step의 성능 지수(figure-of-merit, FoM)를 얻었다. 시뮬레이션으로 측정된 차동 비선형성(differential non-linearity, DNL)과 적분 비선형성(integral non-linearity, INL)은 각각 +0.186/-0.157 LSB와 +0.111/-0.169 LSB이다.