Daisy Chain Interface를 위한 DC Level Shifter 설계

여성대(Sung Dae Yeo),조태일(Tae Il Cho),조승일(Seung Il Cho),김성권(Seong Kweon Kim) 한국전자통신학회 2016 한국전자통신학회 논문지 Vol.11 No.5

본 논문은 Daisy Chain 구조의 CVM(:Cell Voltage Monitoring) 시스템에서, 다양한 DC Level을 갖는 Master IC와 Slave IC 사이에 명령 Data 신호의 전달을 가능하게 해주는 DC Level Shifter 설계를 소개한다. 설계한 회로는 래치 구조가 적용되어 고속 동작이 가능하고, 출력단의 Transmission Gate를 통하여 다양한 DC Level이 출력되도록 설계하였다. 시뮬레이션 및 측정 결과, 0V에서 30V까지의 DC Level 변화에 따른 제어 및 Data 신호의 전달을 확인하였다. Delay Time 오차는 약 170ns가 측정되었지만, 측정 Probe의 Capacitance 성분 및 측정 Board의 영향을 고려하면, 무시할 수 있을 정도의 오차로 간주된다. In this paper, a design of DC level shifter transmitting and receiving control and data signal which have various DC level through daisy chain interface between master IC and slave is introduced in the cell voltage monitoring (CVM). Circuit designed with a latch structure have a function to operate in high speed and for output of variable DC level through transmission gate. As a result of the simulation and the measurement, it was confirmed that control and data signal could be transferred according to the change of DC level from 0V to 30V. Delay time was measured about 170ns. but, it was considered as a negligible tolerance due to a parasitic capacitance of measuring probe and test board.

DC μ-Grid 기반 배터리 충/방전 시스템의 에너지 효율에 관한 연구

여성대(Sung-Dae Yeo),김종운(Jong-Un Kim),이경량(Kyung-Ryang Lee),한철규(Cheol-Kyu Han),류태형(Tae-Hyoung Ryu),김경화(Kyeong-Hwa Kim),김성권(Seong-Kweon Kim) 한국전자통신학회 2015 한국전자통신학회 논문지 Vol.10 No.12

Li-ion 배터리를 생산하는데 있어서 충/방전을 통한 formation 과정이 필요하다. 이 과정에서 방전기의 부하저항을 통해 방전하게 되는데 이때 에너지 손실이 발생한다. 따라서 본 논문에서는 DC μ-Grid 기반의 충/방전시스템에서 배터리를 효율적으로 운영하는 방안에 대해 연구하였다. 컴퓨터 시뮬레이션 결과, DC μ-Grid 기반의 충/방전 시스템에서 충전 배터리 set 3개 기준 대비 방전 배터리 set의 수가 133%를 초과하게 되면 망 전압이 안정화되는 과정에서 발생하는 전압 fluctuation 폭을 초과하기 때문에 시스템에 치명적인 손상을 야기한다. 따라서 충전 배터리 set 3개 기준 대비 방전 배터리 set의 수를 133%까지 운영할 수 있으며 획기적인 에너지 절감 효과를 확인할 수 있었다. Formation process through charge/discharge operation is needed in manufacturing Li-ion battery. In the process battery is discharged by a load resistor of discharger. Here, energy losses happen. Therefore, in this paper, the efficient energy operation of battery is studied in the charge/discharge system based on DC μ-Grid. A result of computer simulation shows that if in the charge/discharge system based on DC μ-Grid, the number of discharge batteries in comparison with three charge battery sets exceeds 133%, voltage fluctuation that occurs while the grid voltage stabilizes, which makes the system fatal. Therefore, it was demonstrated that a remarkable energy saving effect could be achieved when the number of discharge battery set is maintained to be 133% in comparison with three charge battery sets.

Current-mode FIR Filter 동작을 위한 OTA 회로 설계

여성대(Sung Dae Yeo),조태일(Tae Il Cho),신영철(Young Chul Shin),김성권(Seong Kweon Kim) 한국전자통신학회 2016 한국전자통신학회 논문지 Vol.11 No.7

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 0~200uA 의 출력전류를 확인하였다. 설계한 OTA 회로의 전력은 약 21uW가 계산되었으며, Active Layout 면적은 71um×166um 사이즈로 집적화에 유리할 것으로 기대된다. In this paper, we suggest operational trans-conductance amplifier(OTA) for current-mode FIR filter that can be used in a digital circuit system requiring high operating frequency and low power consumption. The current-mode signal processing is one of the very innovative design method for a low power consumption system with high operating frequency because it shows a constant power regardless of frequency. From the simulation result using 0.35um CMOS process, when Vdd is 2V, it is confirmed that the proposed circuit showed the dynamic range of the about 1V, about 50% of supply voltage and output current swing of about 0~200uA. Also, the power consumption was evaluated with about 21uW and the active size for an integration was measured with 71um×166um.

LED 디스플레이의 저전력화 동작 연구

이경량,김종운,여성대,조승일,김성권,Lee, Kyung-Ryang,Kim, Jong-Un,Yeo, Sung-Dae,Cho, Seung-Il,Kim, Seong-Kweon 한국전자통신학회 2015 한국전자통신학회 논문지 Vol.10 No.5

LED의 사용이 증가됨에 따라, LED 디스플레이의 저전력 설계에 대한 요구가 증가하고 있다. 본 논문에서는 디지털 신호로 제어하는 정전류원 회로에 단열회로 동작을 유도하는 전원소스 공급을 통하여, 저전력화가 가능한 LED 컨트롤러부를 설계하였다. 설계한 회로는 0.35um CMOS Process로 구현하였으며 회로의 선형 동작을 확인하였다. 시뮬레이션 결과 기존의 LED 컨트롤러부에 대비하여 약 82% 소비전력 절감효과를 확인하였다. 본 연구는 LED 디스플레이 동작의 발열 대책 및 저전력화에 유용할 것으로 기대된다. According to increase in the use of the LED, the demand for low power consumption LED display design of the controller block has increased. In this paper, the low power LED controller block was designed through the power source supply that leads adiabatic operation from constant current source circuit operated by digital signal control. The proposed circuit was implemented using a 0.35um CMOS process. and it demonstrated linear operation of the circuit. From the simulation result, the proposed circuit was evaluated with about 82% power consumption reduction effect in comparison with conventional LED controller block. This research is expected to be helpful for the low power operation and the solution for heat problem of LED display.

모니터링된 배터리 전압 변환을 위한 SAR typed A/D 컨버터의 제작

김성권,이경량,여성대,홍순양,박용운,Kim, Seong-Kweon,Lee, Kyung-Ryang,Yeo, Sung-Dae,Hong, Justin S.Y.,Park, Yong-Eun 한국전자통신학회 2011 한국전자통신학회 논문지 Vol.6 No.2

본 논문에서는 친환경 하이브리드 자동차의 핵심부품중 배터리 전압을 모니터하는 CVM(Cell Voltage Monitoring) 동작에서 모니터링된 배터리 전압을 디지털 데이터로 변환시키는 A/D (Analog to Digital) 컨버터의 설계 및 제작결과를 소개한다. CVM에 적정한 A/D컨버터는 중속동작 및 고분해능의 동작이 필요하여, SAR(Successive Approximate Register) typed A/D 컨버터 사용을 제안하였고, Magna 0.6um 40V 공정을 이용하여 10bits 분해능을 갖도록 설계 및 제작하였으며, 측정결과 FSR(Full Scale Range) 5V 전구간에서 ${\pm}1$ LSB Accuracy의 선형성을 확보하여, CVM 구현에 유용함을 나타내었다. In this paper, a design and an implementation of an Analog to Digital (A/D) converter are introduced for the conversion of monitored battery cell voltage in the cell voltage monitoring(CVM) system in battery management system(BMS), which is one of the key devices of ECO hybrid cars. The A/D converter in CVM system required a middle conversion speed and a high resolution, therefore, a successive approximate register(SAR) typed A/D converter with 10 bits resolution has been designed and implemented using Magna 0.6um 40V process. The measurement result which kept ${\pm}1$ LSB accuracy in the full scale range(FSR) of 5V, showed the usefulness of the SAR typed A/D converter in realizing a CVM system.

Global-Navigation Satellite Service를 위한 Electromagnetic Band Gap 구조체 설계

정기현,장영진,여성대,정창원,김성권,Chung, Ki-Hyun,Jang, Young-Jin,Yeo, Sung-Dae,Jung, Chang-Won,Kim, Seong-Kweon 한국전자통신학회 2015 한국전자통신학회 논문지 Vol.10 No.1

본 논문에서는 GNSS(Global-Navigation Satellite Service)에서 사용되는 단말기의 PCB(Printed Circuit Board) 전원안정화를 위해서 PCB 내층에 삽입될 EBG(Electromagnetic Band Gap) 구조체를 제안한다. 버섯모양의 제안된 EBG 구조체를 통한 PCB에서의 관심 금지대역폭/저지대역폭 주파수는 GNSS와 이동통신 관련 주파수를 포함하는 1.55GHz에서 1.81GHz이었으며, 시뮬레이션 결과, 이 구간에서 삽입손실(S21)이 약 -40dB 이하로 형성됨을 볼 수 있었다. 본 연구결과는 향후, PCB 회로 설계의 PDN(Power Delivery Network)구조의 안정화 향상 및 EMI(Electro Magnetic Interference) 대책에 효과적 대응이 유용할 것으로 기대된다. In this paper, a mushroom typed electromagnetic band gap (EBG) structure to be inserted in the printed circuit board (PCB) inner layer in order to stabilize the PCB power line is proposed for global-navigation satellite service (GNSS). In designing the proposed EBG structure, the target stop-bandwidth was designed from 1.55GHz to 1.81GHz including GNSS and mobile communication-related frequency bandwidth. In this bandwidth, the insertion loss(S21) was observed below about -40dB. From the simulation results, it is expected that the stabilization of power delivery network (PDN) structure in the PCB circuit design should be improved and the effective correspondence to EMI will be helpful.

유효 잡음을 활용한 FTV 입체음향 개선방안 연구

김종운,조현석,이윤배,여성대,김성권,Kim, Jong-Un,Cho, Hyun-Seok,Lee, Yoon-Bae,Yeo, Sung-Dae,Kim, Seong-Kweon 한국전자통신학회 2015 한국전자통신학회 논문지 Vol.10 No.2

본 논문에서는 FTV(Free-viewpoint TV) 서비스에서, 몰입도를 향상시킬 수 있는 유효 잡음 이용 입체 음향효과 방법을 제안한다. 농구장에서 초지향성 마이크 및 무선 마이크를 사용하여 선수와 심판의 연속적인 음향 정보를 획득함으로써 주파수 스펙트럼을 관찰하였으며, 스펙트럼을 분석하여 시청자가 Zoom-in을 할 경우, 유효 주파수 여부를 판단하였다. 따라서 FTV 서비스에서 시청자가 피사체를 향해 Zoom-in 시, 제거대상이었던 잡음을 활용할 필요가 있음을 제시하였다. 본 연구는 향후 FTV의 입체 음향 연구에 활용될 것으로 기대된다. In this paper, we proposed that immersive audio effect method using the effective noise to improve engagement in free-viewpoint TV(FTV) service. In the basketball court, we monitored the frequency spectrums by acquiring continuous audio data of players and referee using shotgun and wireless microphone. By analyzing this spectrum, in case that users zoomed in, we determined whether it is effective frequency or not. Therefore when users using FTV service zoom in toward the object, it is proposed that we need to utilize unnecessary noise instead of removing that. it will be able to be useful for an immersive audio implementation of FTV.

Sub-threshold 영역의 MOSFET 동작을 이용한 OP-AMP 설계

조태일(Tae Il Cho),여성대(Sung Dae Yeo),조승일(Seung Il Cho),김성권(Seong Kweon Kim) 한국전자통신학회 2016 한국전자통신학회 논문지 Vol.11 No.7

본 논문에서는 IoT(Internet of Things) 시스템의 기본 구성이 되는 센서 네트워크에 사용될 수 있는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)의 Sub-threshold 동작을 이용하는 OP-AMP(Operational amplifier) 설계를 제안한다. MOSFET의 Sub-threshold 동작은 전원전압을 낮추는 효과로 회로 시스템을 초저전력으로 유도할 수 있는 특징이 있기 때문에 배터리를 사용하는 IoT의 센서 네트워크시스템의 초저전력화에 매우 유용한 회로설계 기술이라고 할 수 있다. 0.35 μm 공정을 이용한 시뮬레이션 결과, VDD를 0.6 V로 설계할 수 있었으며, OP-AMP 의 Open-loop Gain은 43 dB, 또한 설계한 OP-AMP의 소비전력은 1.3 μW가 계산되었다. 또한, Active Layout 면적은 64 μm x 105 μm이다. 제안한 OP-AMP는 IoT의 저전력 센서 네트워크에 다양한 응용이 가능할 것으로 기대된다. In this paper, we suggest the design of OP-AMP using MOSFET in the operation of sub-threshold condition as a basic unit of an IoT. The sub-threshold operation of MOSFET is useful for an ultra low power consumption of sensor network system in the IoT, because it cause the supply voltage to be reduced. From the simulation result using 0.35 um CMOS process, the supply voltage, VDD can be reduced with 0.6 V, open-loop gain of 43 dB and the power consumption was evaluated with about 1.3 μW and the active size for an integration was measured with 64 μm × 105 μm. It is expected that the proposed circuit is applied to the low power sensor network for IoT.