새로운 CMOS 전압-제어 발진기

정원섭,김홍배,임인기,곽계달,Chung, Won-Sup,Kim, Hong-Bae,Lim, In-Gi,Kwack, Kae-Dal 대한전자공학회 1988 전자공학회논문지 Vol. No.

전압제어 적분기에 기초를 둔 새로운 전압-제어 발진기를 개발했다. 전체 회로는 operational transconductance amplifier(OTA)와 접지된 커패시터로 실현한 전압제어 적분기와, 슈미트 트리거(Schmitt trigger)로 구성된다. 입력제어 전류는 적분기의 적분 시정수를 변화시키고, 이것에 의해 회로의 발진 주파수가 바뀐다. 제어 전압이 0V일때 회로를 12.21KHz에서 발진시킬 경우, -2V에서 2V의 제어 전압 범위에서 전압-주파수의 변환 감도는 2.473Hz/V이고, 최대 직선 오차는 0.68%이다. 저주파에서 100KHz까지의 주파수 범위에서 회로의 주파수 안정도는 약 +250ppm/$^{\circ}$C이다. A new voltage-controlled oscillator based on a voltage-controlled integrator has been developed. It consists of a Schmitt-trigger and a voltage-controlled integrator, which is realized by an operational transconductance amplifier (OTA) and a grounded capacitor. The input control voltage changes the time constant of the integrator, and hence the oscillation frequency. The SPICE simulation shows that a prototype circuit, which oscillates at 12.21 KHz at 0 V, has the conversion sencitivity 2,437 Hz/V and the residual nonlinearity less than 0.68% in a control voltage range from -2 V to 2 V. It also shows that the circuit provides a temperature drift less than + 250 ppm/$^{\circ}$C for frequencies up to 100 KHz.

측온 저항체 온도센서를 이용한 온도차-주파수 변환기

정원섭,김홍배,Chung, Won-Sup,Kim, Hong-Bae 대한전자공학회 1988 전자공학회논문지 Vol. No.

2개의 측온 저항체 온도 센서(RTD)를 이용한 온도차-주파수 변환기를 개발했다. 2개의 측온 저항체 온도 센서(RTD)의 저항차는 콜피츠 발진기의 공진 회로를 형성하는 등가 인덕턴스로 변환된다. 제안한 변환기는 35$^{\circ}C$에서 155$^{\circ}C$의 온도차 범위에서 16Hz/$^{\circ}C$의 변환 감도와 2.15%의 최대 직선 오차를 나타낸다. 발진기 자체의 주파수 드리프트는 $\pm$ 0.5Hz이다. 따라서, 최소 검출 가능 온도차는 $\pm$ 0,013$^{\circ}$C로 평가된다. 측온 저항체 온도 센서(RTD)을 제외한 모든 회로는 모노리딕 IC형태로 제작 할 수 있다. A novel temperature difference-to-frequency converter using two resistance temperature detectors (RTD) has been developed. The resistance difference of two RTD is converted into its equivalent inductance to form the resonant circuit of the Colpitts oscillator. The conversion sensitivity of 16 Hz/$^{\circ}C$ and the residual nonlinearity less than 2.15% over the temperature difference range from 35$^{\circ}C$ to 155$^{\circ}C$ are obtained by the prototype converter. The frequency drift of oscillator itself is $\pm$ 0.5Hz. Thus, the minimum detectable temperature difference is estimated to be $\pm$ 0.013$^{\circ}C$. The proposed coverter, except for two RTD, can be fabricated in monolithic IC form.

Bridge Resistance Deviation-to-Period Converter for Resistive Biosensors

정원섭,Chung, Won-Sup Korea Information Electronic Communication Technol 2014 한국정보전자통신기술학회논문지 Vol.7 No.1

저항형 바이오 센서를 인터페이싱하기 위해 브릿지 저항 편차-주기 변환기를 제안한다. 이 변환기는 선형 OTA(linear operational transconductance amplifier)와 전류-제어 발진기(current-controlled oscillator)로 구성된다. 브릿지 옵셋저항이 $1k{\Omega}$일 때, 프리러닝 주기는 1.824 ms이다. 변환기의 변 환 감도는 $0-1.2{\Omega}$의 저항편 범위에서 $3.814ms/{\Omega}$이다. 변환 특성의 선형 에러는 ${\pm}0.004%$이내이다. A bridge resistance deviation-to-period (BRD-to-P) converter is presented for interfacing resistive biosensors. It consists of a linear operational transconductance amplifier (OTA) and a current-controlled oscillator (CCO) formed by a current-tunable Schmitt trigger and an integrator. The free running period of the converter is 1.824 ms when the bridge offset resistance is $1k{\Omega}$. The conversion sensitivity of the converter amounts to $3.814ms/{\Omega}$ over the resistance deviation range of $0-1.2{\Omega}$. The linearity error of the conversion characteristic is less than ${\pm}0.004%$.

고주파 응용을 위한 AB급 바이폴라 선형 트랜스컨덕터들의 설계

정원섭,손상희,Chung, Won-Sup,Son, Sang-Hee 대한전자공학회 2007 電子工學會論文誌-SD (Semiconductor and devices) Vol.44 No.8

고주파 응용을 위한 AB급 바이폴라 선형 트랜스컨덕터들을 제안한다. 이들 트랜스컨덕터는 전압 폴로워, 저항기, 그리고 전류 폴로워로 구성된다. 폴로워 회로들은 트랜스리니어 셀들로 실현되기도 하고, 단위-이득 버퍼들로 실현되기도 한다. 제안된 트랜스컨덕터들은 8 GHz 바이폴라 트랜지스터-어레이 파라미터를 이용하여 SPICE 시뮬레이션 되었다. 시뮬레이션 결과는, 트랜스리니어 셀들을 이용한 트랜스컨덕터가 단위-이득 버퍼들을 이용한 그것보다 더 좋은 선형성을 가지는데 반해, 후자는 전자보다 더 좋은 온도 특성과 더 높은 입력 저항을 가진다는 것을 보여준다. 제안된 트랜스컨덕터들의 실용성을 검증하기 위하여, 이들 트랜스컨덕터로 중간 주파수(IF) 대역의 4차 대역-통과 여파기를 구현하였다. Class AB bipolar linear transconductors for high frequency applications ire proposed. They consist of a voltage follower, a resistor, and a current follower. The follower circuits are realized by translinear cells or unity-gain buffers. The proposed transconductors are simulated using an 8 GHz bipolar transistor-arrary parameter. Simulation results show that the transconductor using translinear cells has better linearity than one using unity-gain buffers whereas the latter has better temperature stability and higher input resistance than the former. In order to test their high frequency applicability, the transconductors are used to implement an 4th order IF bandpass filter.

새로운 리플 아나로그 : 디지틀 변환기

정원섭(Won-sup Chung) 대한전기학회 1988 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.1988 No.7

입력 차동단에 이미터 저항을 가진 OTA의 온도 보상 방법

정원섭(Won-Sup Chung),노일호(Il-Ho Rho) 한국정보기술학회 2012 한국정보기술학회논문지 Vol.10 No.1

A circuit technique for improving temperature characteristic of operational transconductance amplifier (OTA) with a emitter-degeneration resistor in its input differential stage. The circuit based on the proposed technique consists of a OTA with a emitter-degeneration resistor in its differential input stage to be temperature-compensated and a temperature compensation circuit that is comprised of a operational amplifier and a conventional OTA. The proposed temperature-compensated OTA exhibits a wide input linear range and superior temperature characteristic. The experimental results show that the nonlinearity in the transfer characteristic of the OTA is less than 1% in the input voltage range of ±1.5 V and the temperature coefficient of the transconductance is about 50 ppm/℃ in the temperature range of -20~60℃ These results show that the temperature characteristic of the temperature-compensated OTA is 20 times superior to that of the temperature-uncompensated OTA.

저전압 저전력 바이폴라 선형 트랜스컨덕터와 이를 이용한 OTA에 관한 연구

신희종,정원섭,Shin, Hee-Jong,Chung, Won-Sup 대한전자공학회 2000 電子工學會論文誌-SC (System and control) Vol.37 No.1

저전압 저전력 신호 처리를 위한 새로운 바이폴라 선형 트랜스컨덕터와 이것을 이용한 연산 트랜스컨덕턴스 증폭기를 제안한다. 이 트랜스컨덕터는 이미터 디제네레이션 저항을 갖는 npn 차동쌍과 이 차동쌍에 직렬로 연결된 pnp 차동쌍으로 구성된다. 이 구성에서 넓은 선형성과 온도 안정성을 위해 pnp 차동쌍의 바이어스 전류는 npn 차동쌍의 출력 전류를 사용하고 있다. 제안한 OTA는 선형 트랜스컨덕터와 세 개의 전류 미러를 갖는 트랜스리니어 전류 셀로 구성된다. 제안된 트랜스컨덕터는 종래의 그것과 비교하였을 때 우수한 선형성과 저전압 저전력 특성을 갖는다. 실험 결과, 50 ${\mu}S$의 트랜스컨덕턴스를 갖는 트랜스컨덕턴스가 공급 전압 ${\pm}$3V에서 입력 전압 범위가 -2V에서 +2V 사이에 ${\pm}$0.06% 보다 작은 선형 오차를 갖는다. 전력 소비는 2.44 mW이다. 25 ${\mu}S$의 트랜스컨덕턴스를 갖는 OTA 시작품을 바이폴라 트렌지스터 어레이를 가지고 만들었다. OTA의 선형성은 제안한 트랜스컨덕터와 같다. OTA 회로는 또한 0.5 S/A의 감도로 바이어스 전류 변화에따라 4-디케이드(decade)에 걸쳐서 선형적인 트랜스컨덕턴스를 갖는다. 1A novel bipolar linear transconductor and its application to operational transconductance amplifier(OTA) for low-voltage low-power signal processing is proposed. The transconductor consists of a npn differential-pair with emitter degeneration resistor and a pnp differential-pair connected to the npn differential-pair in cascade. The bias current of the pnp differential-pair is used with the output current of the npn differential-pair for wide linearity and temperature stability. The OTA consists of the linear transconductor and a translinear current cell followed by three current mirrors. The proposed transconductor has superior linearity and low-voltage low-power characteristics when compared with the conventional transconductor. The experimental results show that the transconductor with transconductance of 50 ${\mu}S$ has a linearity error of less than ${\pm}$0.06% over an input voltage range from -2V to +2V at supply voltage ${\pm}$3V. Power dissipation of the transconductor was 2.44 mW. A prototype OTA with a transconductance of 25 ${\mu}S$ has been built with bipolar transistor array. The linearity of the OTA was same as the proposed transconductor. The OTA circuit also exhibits a transconductance that is linearly dependent on a bias current varying over four decades with a sensitivity of 0.5 S/A.

지능형 저항성 변환기를 위한 간단한 브리지 저항 편차-주파수 변환기

이포,정원섭,손상희,Lee, Po,Chung, Won-Sup,Son, Sang-Hee 한국전기전자학회 2008 전기전자학회논문지 Vol.12 No.3

저항형 센서 브리지를 인터페이싱 하기 위한 저항 편차-주파수 변환기를 제시하였다. 이 변환기는 선형 연산 트랜스컨덕턴스 증폭기(linear operational transconductance amplifier: LOTA)와 전류-제어 발진기(current-controlled oscillator: CCO)로 구성된다. 제시된 변환기를 상업용 개별 소자들을 이용하여 SPICE 시뮬레이션 하였다. 시뮬레이션 결과는, 변환기가 16.90 kHz/${\Omega}$의 변환 감도와 ${\pm}$0.03 %의 최대 선형 오차를 가진다는 것을 보여준다. A bridge resistance deviation-to-frequency (BRD-to-F) converter is presented for interfacing resistive sensor bridges. It consists of a linear operational transconductance amplifier (LOTA), a current-controlled oscillator (CCO). The prototype converter was simulated using commercially available discrete components. The result shows that the converter has a conversion sensitivity amounting to 16.90 kHz/${\Omega}$ and a linearity error less than ${\pm}$0.03 %.

완전-차동형 CMOS OTA들을 이용한 시뮬레이티드 플로팅 인덕터의 설계 및 응용

신희종,정원섭,Shin, Hee-Jong,Chung, Won-Sup 대한전자공학회 2001 電子工學會論文誌-SC (System and control) Vol.38 No.1

두 개의 완전-차동형 OTA들과 하나의 커패시터를 이용한 시뮬레이티드 플로팅 인덕터를 제안했다. 제안한 플로팅 인덕터의 동작 원리를 기술했고, 실험 결과들을 제시했다. 실험 결과들은 이론적인 예측과 실험적인 성능이 잘 일치한다는 것을 보였고, 제안한 플로팅 인덕터가 기존의 인덕터들보다 약 두 배 큰 Q 인수를 가진다는 것을 보였다. 제안한 인덕터의 3차 일립틱 저역-통과 여파기에 응용 역시 제시하였다. A simulated floating inductor using two fully-differential OTA's and a capacitor is presented. The theory of operation is described and experimental results are used to verify theoretical predictions. The results show close agreement between predicted behavior and experimental performance. The proposed floating inductor has about two times higher Q factor than conventional designs. The application of the inductor to a ladder type third order ellitic low pass filer is also presented.

새로운 200 MHz CMOS 선형 트랜스컨덕터와 이를 이용한 20 MHz 일립틱 여파기의 설계

박희종,차형우,정원섭,Park, Hee-Jong,Cha, Hyeong-Woo,Chung, Won-Sup 대한전자공학회 2001 電子工學會論文誌-SC (System and control) Vol.38 No.4

A novel 200 MHz CMOS transconductor using translinear cells is proposed. The proposed transconductor consists of voltage followers and current followers based on translinear cells and a resistor. For wide applications, a single-input single-output, a single-Input differential-output, and a fully-differential transconductor are systematically designed, respectively. The theory of operation is described and computer simulation results are used to verify theoretical predictions. The results show that the fully-differential transconductor has a linear input voltage range of ${\pm}2.7$ V, a 3 dB frequency of 200 MHz, and a temperature coefficient of less than 41 $ppm/^{\circ}C$ at supply voltages of ${\pm}3$ V. In order to certify the applicability of the fully-differential transconductor, A ladder-type 3th-order cllitic low pass filter is also designed based on the inductance simulation method. The filter has a ripple bandwidth of 22 MHz, a pass-band ripple of 0.36 dB, and a cutoff frequency of 26 MHz. 트랜스리니어 셀을 이용한 새로운 200 MHz CMOS 트랜스컨덕터를 제안하였다. 제안한 트랜스컨덕터는 트랜스리니어 셀에 기초를 둔 전압 폴로워 및 전류 폴로워와 하나의 저항기로 구성된다. 트랜스컨덕터의 폭 넓은 응용을 위해, 단일-입력 단일-출력, 단일-입력 차동-출력, 그리고 완전-차동 트랜스컨덕터를 각각 체계적으로 설계하였다. 컴퓨터 시뮬레이션의 결과, 완전-차동 트랜스컨덕터는 ${\pm}3$ V의 공급 전압에서 ${\pm}2.7$ V의 입력 선형 범위, 200 MHz의 3-dB 주파수, 그리고 41 $ppm/^{\circ}C$ 이하의 온도 계수를· 가진다는 것을 확인하였다. 완선-차동 트랜스컨덕터의 응용성을 확인하기 위해, 인덕턴스 시뮬레이션 방식에 기초한 3차 사다리형 일립틱 저역-통과 여파기를 설계하였다. 설계된 저역-통과 여파기는 22 MHz의 리플 대역폭파 0.36 dB의 통과 대역 리플, 그리고 26 MHz의 차단 주파수를 가진다.