• 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.

• 한국통신학회논문지
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• 제42권4호
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• pp.864-870
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• 2017

본 논문은 넓은 부하 전류를 요구하는 휴대 기기에서 사용될 목적으로 주파수 전압 변환을 이용하여 모드 제어 가능한 듀얼 모드 벅 변환기를 설명한다. 기존의 히스테스테릭 벅 변환기의 문제인 저 부하에서의 PLL 보상 및 효율 저하를 제안하는 듀얼 벅 변환기의 개선된 PFM 모드를 통해 해결한다. 또한 기존의 듀얼 모드 벅 변환기의 주요 회로인 모드 제어기에서의 부하 변화 감지의 어려움과 느린 모드 전환 속도를 제안하는 모드 제어기로 개선 시킨다. 제안하는 모드 제어기는 최소 1.5us의 모드 전환 시간을 가진다. 제안하는 DC-DC 벅 변환기는 $0.18{\mu}m$ CMOS 공정에서 설계하였으며 칩 면적은 $1.38mm{\times}1.37mm$이다. 기생 소자를 포함한 인덕터와 커패시터를 고려한 후 모의실험 결과는 1~500mA의 부하 전류 범위에서 입력 전압을 2.7~3.3V를 가지며 PFM 모드는 65mV이내, 히스테리틱 모드에서는 고정된 스위칭 주파수 상태에서 16mV의 출력 리플 전압을 가지는 1.2V의 출력 전압을 생성한다. 제안하는 듀얼 모드 벅 변환기의 최대 효율은 80mA에서 95%를 나타내며 해당 전체 부하 범위에서 85% 이상의 효율을 지닌다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제43권5호
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• pp.54-63
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• 2006

본 논문에서는 4세대 이동 통신 시스템에서 요구되는 사양을 위해, 해상도, 동작속도, 칩 면적 및 소모 전력을 최적화한 14b 100MS/s 0.18um CMOS ADC를 제안한다. 제안하는 ADC는 동작 모델 시뮬레이션을 통해 최적화된 구조를 분석 및 검증하여 3단 파이프라인 구조로 설계하였으며, Nyquist 입력에서도 14 비트 수준의 유효비트 수를 가지는 광대역 저잡음 SHA 회로를 기반으로 하고, MDAC에 사용되는 커패시터의 소자 부정합에 의한 영향을 최소화하기 위하여 3차원 완전 대칭 구조를 갖는 레이아웃 기법을 적용하였다. 또한, 100MS/s의 동작 속도에서 6 비트의 해상도와 소면적을 필요로 하는 최종단의 flash ADC는 오픈 루프 오프셋 샘플링 및 인터폴레이션 기법을 사용하였다. 제안하는 시제품 ADC는 SMIC 0.18um CMOS 공정으로 제작되었으며, 측정된 DNL과 INL은 14비트 해상도에서 각각 1.03LSB, 5.47LSB 수준을 보이며, 100MS/s의 샘플링 속도에서 SNDR 및 SFDR이 각각 59dB, 72dB의 동적 성능을 보여준다. 시제품 ADC의 칩 면적은 $3.4mm^2$이며 소모 전력은 1.8V 전원전압에서 145mW이다.

• 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.

• 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.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제43권11호
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• pp.58-68
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• 2006

본 논문에서는 차세대 디지털 TV 및 무선 랜 등과 같이 고속에서 저전압, 저전력 및 소면적을 동시에 요구하는 고성능 집적시스템을 위한 10b 250MS/s $1.8mm^2$ 85mW 0.13um CMOS A/D 변환기 (ADC)를 제안한다. 제안하는 ADC는 요구되는 10b 해상도에서 250MS/s의 아주 빠른 속도 사양을 만족시키면서, 면적 및 전력 소모를 최소화하기 위해 3단 파이프라인 구조를 사용하였다. 입력단 SHA 회로는 게이트-부트스트래핑 (gate-bootstrapping) 기법을 적용한 샘플링 스위치 혹은 CMOS 샘플링스위치 등 어떤 형태를 사용할 경우에도 10비트 이상의 해상도를 유지하도록 하였으며, SHA 및 두개의 MDAC에 사용되는 증폭기는 트랜스컨덕턴스 비율을 적절히 조정한 2단 증폭기를 사용함으로써 10비트에서 요구되는 DC 전압 이득과 250MS/s에서 요구되는 대역폭을 얻음과 동시에 필요한 위상 여유를 갖도록 하였다. 또한, 2개의 MDAC의 커패시터 열에는 소자 부정합에 의한 영향을 최소화하기 위해서 인접신호에 덜 민감한 향상된 3차원 완전 대칭 구조의 커패시터 레이아웃 기법을 제안하였으며, 기준 전류 및 전압 발생기는 온-칩 RC 필터를 사용하여 잡음을 최소화하고, 필요시 선택적으로 다른 크기의 기준 전압을 외부에서 인가할 수 있도록 설계하였다. 제안하는 시제품 ADC는 0.13um 1P8M CMOS 공정으로 제작되었으며, 측정된 DNL 및 INL은 각각 최대 0.24LSB, 0.35LSB 수준을 보여준다. 또한, 동적 성능으로는 200MS/s와 250MS/s의 동작 속도에서 각각 최대 54dB, 48dB의 SNDR과 67dB, 61dB의 SFDR을 보여준다. 시제품 ADC의 칩 면적은 $1.8mm^2$이며 전력 소모는 1.2V 전원 전압에서 최대 동작 속도인 250MS/s일 때 85mW이다.

• 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.

• 전자공학회논문지
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• 제53권5호
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• pp.87-97
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• 2016

본 논문에서는 시분할 기법을 적용하여 AMOLED 컬럼 구동회로용 DAC의 유효 채널 면적을 최소화한 2단 저항 열 기반의 10비트 DAC를 제안한다. 제안하는 DAC는 시분할 기법 기반의 DEMUX, 6비트 및 4비트의 2단 저항 열 구조를 기반으로 하는 롬 구조의 디코더를 2단계로 사용하여 기존의 디스플레이용 DAC보다 빠른 변환속도를 가지는 동시에 하나의 패널 컬럼 구동을 위한 DAC의 유효 면적을 최소화하였다. 두 번째 단 4비트 저항 열에서는 DAC 채널의 면적과 부하 영향을 줄이는 동시에 버퍼 증폭기로 인한 채널 간 오프셋 부정합을 제거하기 위해 기존의 단위-이득 버퍼 대신 간단한 구조의 전류원으로 대체하였다. 제안하는 1:24 DEMUX는 하나의 클록과 5비트 2진 카운터만을 사용하여, 하나의 DAC 채널이 24개의 컬럼을 순차적으로 구동할 수 있도록 하였다. 각 디스플레이 컬럼을 구동하는 출력 버퍼 입력 단에는 0.9pF의 샘플링 커패시터와 작은 크기의 source follower를 추가하여 top-plate 샘플링 구조를 사용하면서 채널 전하 주입에 의한 영향을 최소화하는 동시에 출력 버퍼의 신호정착 정확도를 향상시켰다. 제안하는 DAC는 $0.18{\mu}m$ CMOS 공정으로 제작하였으며, DAC 출력의 정착 시간은 입력을 '$000_{16}$'에서 '$3FF_{16}$'으로 인가했을 때 62.5ns의 수준을 보인다. 제안하는 DAC 단위 채널의 면적 및 유효 채널 면적은 각각 $0.058mm^2$ 및 $0.002mm^2$이며, 3.3V의 아날로그 및 1.8V의 디지털 전원 전압에서 6.08mW의 전력을 소모한다.