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고속통신 시스템 응용을 위한 3 V 12b 100 MS/s CMOS D/A 변환기
배현희,이명진,신은석,이승훈,김영록 대한전자공학회 2003 電子工學會論文誌-SD (Semiconductor and devices) Vol.40 No.9
본 논문에서는 고속 통신 시스템 응용을 위한 12b 100 MS/s CMOS D/A 변환기(DAC) 회로를 제안한다. 제안하는 DAC는 전력소모, 면적, 선형성 및 글리치 에너지 등을 고려하여, 상위 8b는 단위 전류셀 매트릭스 (unit current-cell matrix)로 나머지 하위 4b는 이진 전류열 (binary-weighted array)로 구성하였다. 제안하는 DAC는 동적 성능을 향상시키기 위해 새로운 구조의 스위치 구동 회로를 사용하였다. 시제품 DAC회로 레이아웃을 위해서는 캐스코드 전류원을 단위 전류셀 스위치 매트릭스와 분리하였으며, 제안하는 칩은 0.35 um single-poly quad-metal CMOS 공정을 사용하여 제작되었다. 측정된 시제품의 DNL 및 INL은 12b 해상도에서 각각 ±0.75 LSB와 ±1.73 LSB이내의 수준이며, 100 MS/s 동작 주파수와 10 MHz 입력 주파수에서 64 dB의 SFDR을 보여준다. 전력 소모는 3 V의 전원 전압에서 91 mW이며, 칩 전체 크기는 2.2 mm × 2.0 mm 이다. This work describes a 3 V 12b 100 MS/s CMOS digital-to-analog converter (DAC) for high-speed communication system applications. The proposed DAC is composed of a unit current-cell matrix for 8 MSBs and a binary-weighted array for 4 LSBs, considering linearity, power consumption, chip area, and glitch energy. The low-glitch switch driving circuit is employed to improve the linearity and the dynamic performance. Current sources of the DAC are laid out separately from the current-cell switch matrix core. The prototype DAC is implemented in a 0.35 urn n-well single-poly quad-metal CMOS technology. The measured DNL and INL of the prototype DAC are within $\pm$0.75 LSB and $\pm$1.73 LSB, respectively, and the spurious-free dynamic range (SFDR) is 64 dB at 100 MS/s with a 10 MHz input sinewave. The DAC dissipates 91 mW at 3 V and occupies the active die area of 2.2 mm ${\times}$ 2.0 mm.
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고속 혼성모드 집적회로를 위한 온-칩 CMOS 전류 및 전압 레퍼런스 회로
조영재,배현희,지용,이승훈,Cho, Young-Jae,Bae, Hyun-Hee,Jee, Yong,Lee, Seung-Hoon 대한전자공학회 2003 電子工學會論文誌-SC (System and control) Vol.40 No.3
본 논문에서는 고속 혼성모드 집적회로를 위한 온-칩(on-chip) CMOS 전류 및 전압 레퍼런스 회로를 제안한다. 제안하는 전류 레퍼런스 회로는 기존의 전류 레퍼런스 회로에서 부정확한 전류 값을 조정하기 위해 주로 사용되는 아날로그 보정 기법과는 달리 디지털 영역에서의 보정 기법을 사용한다. 또한, 제안하는 전압 레퍼런스 회로는 고속으로 동작하는 혼성모드 집적회로의 출력단에서 발생할 수 있는 고주파수의 잡음 성분을 최소한으로 줄이기 위해 고주파 신호 성분에 대해 작은 출력 저항을 볼 수 있는 구조의 레퍼런스 전압 구동회로를 사용한다. 이 레퍼런스 전압 구동회로는 전력 소모 및 칩 면적을 최소화하기 위해서 저 전력의 증폭기와 크기가 작은 온-칩 캐패시터를 사용하여 구현하였다. 제안하는 레퍼런스 회로는 0.18 um n-well CMOS 공정으로 설계 및 제작되었으며, 250 um x 200 um의 면적을 차지한다. 칩 제작 및 측정결과, 제안하는 전류 및 전압 레퍼런스 회로는 공급 전압 및 온도의 변화에 대해서 각각 2.59 %/V와 48 ppm/℃의 변화율을 보인다. This work proposes on-chip full CMOS current and voltage references for high-speed mixed-mode circuits. The proposed current reference circuit uses a digital-domain calibration method instead of a conventional analog calibration to obtain accurate current values. The proposed voltage reference employs internal reference voltage drivers to minimize the high-frequency noise from the output stages of high-speed mixed-mode circuits. The reference voltage drivers adopt low power op amps and small- sized on-chip capacitors for low power consumption and small chip area. The proposed references are designed, laid out, and fabricated in a 0.18 um n-well CMOS process and the active chip area is 250 um x 200 um. The measured results show the reference circuits have the power supply variation of 2.59 %/V and the temperature coefficient of 48 ppm/$^{\circ}C$ E.
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온-칩 RC 필터 기반의 기준전압을 사용하는 8b 220 MS/s 0.25 um CMOS 파이프라인 A/D 변환기
이명진,배현희,배우진,조영재,이승훈,김영록 대한전자공학회 2004 電子工學會論文誌-SD (Semiconductor and devices) Vol.41 No.10
본 논문에서는 온도 및 전원전압에 덜 민감한 기준전압을 위해 온-칩 필터를 사용하는 8b 220 MS/s 230 rnW 3단 파이프라인 CMOS A/D 변환기 (ADC) 회로를 제안한다. 제안하는 RC 저대역 필터는 기존의 큰 값을 가진 칩 외부의 바이패스 캐패시터를 사용하지 않고도 고속 동작 시 발생하는 여러 가지 잡음을 효과적으로 감쇄시키고 큰 R, C 부하에서도 기준전압의 정착시간을 줄인다. 시제품 ADC는 0.25 um CMOS 공정을 이용하여 설계 및 제작되었고, 입/출력단의 패드를 제외한 코어 면적은 2.25 ㎟ 이며 측정된 DNL 및 INL은 각각 -0.35~+0.43, LSB, -0.82~+0.71 LSB 수준을 보여준다. 또한, SNDR은 200 MS/s, 220 MS/s 샘플링 주파수에서 입력 주파수가 수 MHz에서 110 MHz까지 증가할 때 각각 43 dB 및 41 dB로 유지되었고, 입력주파수가 500 MHz 까지 증가할 때는 입력주파수가 110 MHz의 경우에 비해 3 dB 정도만 감소되었다. This work proposes an 8b 220 MS/s 230 mW 3-stage pipeline CMOS ADC with on-chip filers for temperature- and power- insensitive voltage references. The proposed RC low-pass filters improve switching noise performance and reduce reference settling time at heavy R & C loads without conventional off-chip large bypass capacitors. The prototype ABC fabricated in a 0.25 um CMOS occupies the active die area of 2.25 $\textrm{mm}^2$ and shows the measured DNL and INL of maximum 0.43 LSB and 0.82 LSB, respectively. The ADC maintains the SNDR of 43 dB and 41 dB up to the 110 MHz input at 200 MS/s and 220 MS/s, respectively, while the SNDR at the 500 MHz input is degraded as much as only 3 dB than the SNDR at the 110 MHz input.
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고속 혼성모드 집적회로를 위한 온-칩 CMOS 전류 및 전압 레퍼런스 회로
曺永載,裵鉉熙,池龍,李承勳 대한전자공학회 2003 電子工學會論文誌-SC (System and control) Vol.40 No.5
This work proposes on-chip full CMOS current and voltage references for high-speed mixed- mode circuits. The proposed current reference circuit uses a digital-domain calibration method instead of a conventional analog calibration to obtain accurate current values. The proposed voltage reference employs internal reference voltage drivers to minimize the high-frequency noise from the output stages of high-speed mixed-mode circuits. The reference voltage drivers adopt low power op amps and small-sized on-chip capacitors for low power consumption and small chip area. The proposed references are designed, laid out, and fabricated in a 0.18 um n-well CMOS process and the active chip area is 250 um × 200 um. The measured results show the reference circuits have the power supply variation of 2.59 %/V and the temperature coefficient of 48 ppm/℃. 본 논문에서는 고속 혼성모드 집적회로를 위한 온-칩(on-chip) CMOS 전류 및 전압 레퍼런스 회로를 제안한다. 제안하는 전류 레퍼런스 회로는 기존의 전류 레퍼런스 회로에서 부정확한 전류 값을 조정하기 위해 주로 사용되는 아날로그 보정 기법과는 달리 디지털 영역에서의 보정 기법을 사용한다. 또한, 제안하는 전압 레퍼런스 회로는 고속으로 동작하는 혼성모드 집적회로의 출력단에서 발생할 수 있는 고주파수의 잡음 성분을 최소한으로 줄이기 위해 고주파 신호 성분에 대해 작은 출력 저항을 볼 수 있는 구조의 레퍼런스 전압 구동회로를 사용한다. 이 레퍼런스 전압 구동회로는 전력 소모 및 칩 면적을 최소화하기 위해서 저 전력의 증폭기와 크기가 작은 온-칩 캐패시터를 사용하여 구현하였다. 제안하는 레퍼런스 회로는 0.18 um n-well CMOS 공정으로 설계 및 제작되었으며, 250 um × 200 um의 면적을 차지한다. 칩 제작 및 측정 결과, 제안하는 전류 및 전압 레퍼런스 회로는 공급 전압 및 온도의 변화에 대해서 각각 2.59 %/V와 48 ppm/℃의 변화율을 보인다.
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