PZT압전 세라믹스의 종$\cdot$횡파 동시 발생 기구의 해석

김연보,노용래,남효덕,Kim, Yeon-Bo,Roh, Yong-Rae,Nam, Hyo-Duk 한국음향학회 1995 韓國音響學會誌 Vol.14 No.2

현재 사용중인 초음파 트랜스듀서는 종피 또는 횡피 중 하나를 발생하도록 구성되어 있다. 본 연구는 단일 PZT소자로서 종파와 횡파를 동시에 발생 할 수 있는 2 중 모우드 트랜스듀서 의 초음파 발생 메커니즘을 조사하였다. 분극처리한 압전 세라믹 PZT의 결정구조는 상온에서 hexagonal (6mm) 이다. 트랜스듀서가 종. 횡액를 동시에 큰 강도로 발생하는 최적 절단면을 결정하기 위하여 PZT 소자의 효율을 회전각의 함수로 조사하였다 그리고 선택된 절단면에 대하여 소자의 임피던스 변화를 유한요소법으로 분석하고, pulse-echo 시뮬레이션으로 파형을 관찰하였다. 이론적 결과를 실험을 통해 확인하였다. Most of conventional ultrasonic transducers are constructed to generate either longitudinal or shear waves, but not both of them. We investigated the mechanism of dual mode transducers that generates both of the longitudinal and shear waves simultaneously with a single PZT element. A piezoelectric ceramic PZT has the hexagonal 6mm crystal symmetry, after poling. We studied the performance of a PZT element as a function of its rotation angle so that its efficiency is optimized to excite the two waves equally strongly. The results are verified by checking the impedance variation of the element with Finite Element Methods, and checking the wave form by pulse-echo test simulation. Validity of the theoretical calculation is verified through experiments.

자동변환 LC 캘리브레이터를 이용한 SAW 필터없는 GPS RX 프론트앤드 구현

김연보(Yeon-Bo Kim),문현원(Hyunwon Moon) 한국산업정보학회 2016 한국산업정보학회논문지 Vol.21 No.1

본 논문에서 PVT 변환에 상관없이 거의 일정한 주파수 특성을 갖는 LC 수동 필터를 구현하기 위해 자동 변환 LC 캘리브레이터를 제안하다. 이를 이용하여 SAW 필터 없는 GPS 수신기 프론트엔드를 65㎚ CMOS 공정을 이용하여 구현하였다. 또한 자동 변환 LC 캘리브레이터에 필요한 신호를 제공하기 위한 새로운 이중 모드 저 잡음 증폭기의 구조를 제안하였다. 구현된 GPS 수신기 프론트엔드의 특성은 약 42.5 ㏈ 전압 이득, 1.35㏈ 이하의 잡음 지수, 가장 최악 조건의 1710 ㎒ 블로커 신호에서 –24 ㏈m의 블로커 입력 P1㏈ 특성을 보이며 이 때 1.2 V 전원에 7 ㎃ 전류를 소모한다. In this paper, new auto㎃tic LC calibrator is proposed for realizing a passive LC filter with almost constant frequency characteristic regardless of the PVT variations. The SAW-less GPS RX front-end is implemented using a 65㎚ CMOS process using the proposed LC calibrator. Also, new dual-mode low noise amplifier (LNA) structure is proposed to generate the RF signal required for the LC calibrator. The characteristics of the implemented GPS RX front-end show the voltage gain of about 42.5 ㏈, noise figure of below 1.35 ㏈, the blocker input P1㏈ of –24 ㏈m in case of the worst blocker signal at 1710 ㎒ frequency, while it consumes 7 ㎃ current at 1.2 V power supply voltage.

자동 변환 임피던스 매칭 네트워크를 갖는 CMOS FM 수신기 프론트엔드 구현

김연보(Yeon-Bo Kim),문현원(Hyunwon Moon) 한국산업정보학회 2014 한국산업정보학회논문지 Vol.19 No.4

본 논문에서 2개의 다른 특성을 갖는 FM 안테나들을 사용할 수 있도록 자동 변환매칭 네트워크를 갖는 CMOS FM 수신기 프론트엔드 구조를 제안하였고 이를 65nm CMOS 공정을 이용하여 설계하였다. 제안된 FM 수신기는 높은 주파수 선택 특성을 갖는 임베디드 안테나를 사용 시 FM 전체 주파수 밴드에서 일정한 수신감도를 유지하기 위해서 저 잡음 증폭기의 입력 매칭 회로의 공진 주파수를 채널 주파수에 따라 가변이 가능하도록 구현하였다. 구현된 FM 프론트엔드의 시뮬레이션 결과는 약 38dB 전압이득, 2.5dB 이하의 잡음 지수 특성, -15.5dBm의 IIP3 선형성 특성을 보이고 1.8V 전원에 3.5mA 전류를 소모한다. In this paper, we propose a CMOS FM RX front-end structure with an automatic tunable input matching network and implement it using a 65nm CMOS technology. The proposed FM RX front-end is designed to change the resonance frequency of the input matching network at the low noise amplifier (LNA) according to the channel frequency selected by a phase-locked loop (PLL) for maintaining almost constant sensitivity level when an embedded antenna type with high frequency selectivity characteristic is used for FM receiver. The simulation results of implemented FM front-end show about 38dB of voltage gain, below 2.5dB of noise figure, and -15.5dBm of input referred intercept point (IIP3) respectively, while drawing only 3.5mA from 1.8V supply voltage including an LO buffer.

The Impact of TDDB Failure on Nanoscale CMOS Digital Circuits

Yeon-Bo Kim(김연보),Kyung Ki Kim(김경기) 한국산업정보학회 2012 한국산업정보학회논문지 Vol.17 No.3

This paper presents the impact of time dependent dielectric breakdown (TDDB, also called as gate oxide breakdown) failure on nanoscale digital CMOS Circuits. Recently, TDDB for ultra-thin gate oxides has been considered as one of the critical reliability issues which can lead to performance degradation or logic failures in nanoscale CMOS devices. Also, leakage power in the standby mode can be increased significantly. In this paper, TDDB aging effects on large CMOS digital circuits in the 45nm technology are analyzed. Simulation results show that TDDB effect on MOSFET circuits can result in more significant increase of power consumption compared to delay increase.

종횡파 동시 측정용 초음파 센서의 개발

김연보(Yeon Bo Kim),노용래(Yong Rae Rho) 한국센서학회 1999 센서학회지 Vol.8 No.1

A study has been made on the fabrication of a dual mode(a longitudinal and shear mode) ultrasonic sensor using a single PZT piezoelectric ceramic element. We investigated the mechanism of the dual mode sensor that generated both of the longitudinal and the shear waves simultaneously with the single PZT element. Through the analysis of analytic wave propagation equations, all the possible crystal cuts have been examined to determine appropriate Euler transformation angles for efficient excitations of the dual. modes. We studied the performance of a PZT element as a function of its rotation angle so that its efficiency is optimized to excite the two waves of equal strength. Experimental examination of the waveform on a delay line(STS303) setup confirms that the ultrasonic sensor can transmit and detect both longitudinal and shear waves simultaneously.

Sensor Circuit Design using Carbon Nanotube FET for Artificial Skin

Yeon-Bo Kim(김연보),Kyung Ki Kim(김경기) 한국산업정보학회 2014 한국산업정보학회논문지 Vol.19 No.3

This paper proposes a new sensor circuit using a 32 nm carbon nanotube FET (CNFET) technology for artificial skin. For future robotic and prosthetic applications, it is essential to develop a robust and low power artificial skin for detecting the environment through touch. Therefore, a sensor circuit for the artificial skin also has to be developed to detect the sensor signals and convert them into digital bits. The artificial skin sensor is based on a mesh of sensors consisting of a nxn matrix using CNFET, and the sensor outputs are connected to a current monitoring circuit proposed as the sensor circuit. The proposed sensor provides pressure measurements and shape information about pressure distribution.

고출력 광대역 초음파 탐촉자를 위한 정합층 설계

김연보,노용래,Kim, Yeon-Bo,Roh, Yong-Ae 한국음향학회 1996 韓國音響學會誌 Vol.15 No.5

초음파 탐촉자의 응용분야를 크게 고해상도 분야와 고출력 분야로 나누어 각각의 경우에 대하여 가장 우수한 탐촉자 성능을 구현케 하는 정합층의 물성을 결정하고자 하였다. 나아가 동일한 탐촉자에 대해 이 두 가지 특성이 모두 우수한 것을 요구하는 경우가 일반적이므로 각각의 분야에 대해 동시에 최선일 수는 없으나 두 분야에 공히 만족스러운 특성을 나타낼 수 있도록 하는 정합층의 물성을 최적화 하고자 하였다. 통상적인 등가회로 해석법과는 달리 탐촉자 구성매질들간의 경계면에서의 투과, 반사계수들을 반복 계산하는 방법을 통해 시간영역에서의 파형을 직접 구하고 이를 Fourier Transform하여 주파수 특성을 관찰하여 전형적인 탐촉자의 구조에 대하여 해석한 결과, 각 응용분야별로 가장 우수한 성능을 나타내는 정합층의 조합을 찾아내었다. 본 연구에서 찾은 정합층의 조합은 고출력용, 광대역용으로 각각 특화된 것으로 J. H. Goll과 C. S. Desilets의 방법들과 같은 기존의 연구결과들에 비해서 최대 57%까지 탐촉자 성능의 개선효과를 보았다. 나아가 고해상도와 고출력이 동시에 요구되는 응용분야에 대한 탐촉자의 성능평가를 위하여 새로운 평가지수를 개발하였으며, 적용결과 기존의 정합층 설계법들에 의한 것 보다 양 특성 모두에 걸쳐 더 우수한 탐촉자 성능을 구현할 수 있었다. 본 연구에서 수행한 정합층 설계방법은 다양한 형태의 탐촉자 개발에 있어 유용한 정합층 및 후면층 설계기술로 적용될 수 있을 것이다. Application fields of ultrasonic transducers can be divided into two categories, a high ultrasonic resolution required field and a high ultrasonic power required field. This paper is aimed to determine the optimal properties of the matching layers of the transducer for each of the applications. Further, it is aimed to optimize the properties of the matching layers that show satisfactory performances for both of the application fields. Through the direct time domain analysis of the transmission and reflection behavior of the ultrasonic wave, apart from the conventional equivalent circuit analysis, and Fourier transformation of its results, we found the optimum acoustic impedances of the matching layers. The newly determined layers provide much better transducer performance-57% at most-than those obtained with conventional design methods. Based on the results, we also found the optimal acoustic impedances of the layers good for both of the application fields. For te optimization, we developed a new transducer performance evaluation parameter that can be applied to any type of ultrasonic transducers.

압전복합재료를 이용한 초음파 트랜스듀서의 음향 특성

이상욱,류정탁,남효덕,김연보,Lee, Sang-Wook,Ryu, Jeong-Tag,Nam, Hyo-Duk,Kim, Yeon-Bo 한국음향학회 2007 韓國音響學會誌 Vol.26 No.2

본 연구에서는 압전세라믹과 고분자재료를 사용하여 다이스와 필 방법으로 2-2형 압전복합재료를 제작하고 이것을 이용하며 초음파 센서를 설계하고 제작하여 전기적 및 음향 특성을 조사하였다. 제작된 시편의 공진특성은 유한요소 해석 결과와 임피던스 분석기(HP4194A)를 이용하여 실제로 측정한 결과와 유사하게 나타났다. 2-2형 압전복합재료의 고유음향 임피던스는 PZT의 부피분율이 감소함에 따라 선형적으로 감소하였다. 이것을 이용하여 제작된 초음파 센서의 공진특성 및 전기기계결합계수는 PZT의 부피분율이 0.6일 때 가장 우수하였다. 또한, 이것의 음향특성을 측정한 결과 PZT 부피분율이 0.6일때 진폭, 주파수 대역폭, 울림감쇠 특성 등이 가장 우수하게 나타났으며, 단일 압전세라믹으로 제작된 센서에 비하여 상당히 우수한 감도 특성을 나타내었다. We have investigated on the development of 2-2 type piezocomposites that have better piezoelectric activity and lower acoustic impedance than those of conventional piezoceramics. In this study, we have investigated the piezoelectric and acoustic properties of 2-2 type piezocomposites sensor which was fabricated using dice-and-fill technique for the different volume fraction of PZT. The specific acoustic impedance of 2-2 type piezocomposites decreased linearly when PZT volume fraction was decreased. The resonance characteristics measured by an impedance analyzer(HP4194A) were similar to the analysis of finite element method (FEM). The resonance characteristics and the electromechanical coupling factor were the best when the volume fraction PZT was 0.6. It also showed the highest result from the standpoint of sensitivity, bandwidth and ring-down property and so on at the same condition. The specific characteristics show that the 2-2 type piezocomposites turned out to be superior to the ultrasonic sensor composed by single phase PZT.

2-2형 압전복합재료의 전기적 특성

이상욱,남효덕,류정탁,김연보,Lee, Sang-Wook,Nam, Hyo-Duk,Ryu, Jeong-Tag,Kim, Yeon-Bo 한국전기전자재료학회 2005 전기전자재료학회논문지 Vol.18 No.8

We have investigated on the development of 2-2 mode piezocomposites that have better piezoelectric activity and lower acoustic impedance than those of conventional piezoceramics. In this study, we have investigated the electrical properties and acoustic impedance of 2-2 mode piezocomposite which were fabricated using the dice-and-fill technique for the different volume fractions of PZT The volume shrinkage of polymer is an important factor in 2-2 mode piezocomposites fabrication. The thickness mode electromechanical coupling factor($\kappa_t$) of PZT was compared with that of piezocomposites. It was shown that the 2-2 mode piezocomposites were much better than the PZT only. The acoustic impedance of 2-2 mode piezocomposites decreased linearly when PZT volume fraction was decreased.

산업용 무선온도측정 시스템 개발

류정탁(Jeong-Tak Ryu),차부상(Bu-Sang Cha),김연보(Yeon-Bo Kim),문병현(Byung-Hyun Moon) 한국산업정보학회 2009 한국산업정보학회논문지 Vol.14 No.1

본 연구에서는 산업현장에서 직접적으로 활용할 수 있는 시스템에 중심을 둔다. 따라서 본 논문은 산업 실내 환경에 적합한 무선 기반의 원격 측정 시스템 설계에 관한 기초 연구로서 비교적 간단한 실내 온도 측정 시스템을 설계하고 제작하였다. 또한 실내 환경에서의 응용 가능성을 검토하기 위해 측정거리에 따른 특성 분석과 안테나 변경에 따른 성능 차이에 대해 논한다. In this parer, we give attention to a wireless temperature measurement system using in industrial site. Therefore, we developed and designed the remote measurement system for an industrial environment. To examine an application possibility of a industrial environment, we analyzed a temperature characteristic of wireless temperature system according to a measurement distance, and discussed about a performance difference according to an antenna change.