An 8-Gb/s/channel Asymmetric 4-PAM Transceiver with an Adaptive Pre-emphasis for Memory Interface

장영찬,전영현,Jang, Young-Chan,Jun, Young-Hyun The Institute of Electronics and Information Engin 2009 電子工學會論文誌-CI (Computer and Information) Vol.46 No.8

고속 메모리의 인터페이스를 위한 8 ${\times}$ 8-Gb/s/채널 4-레벨 펄스진폭변조 입출력회로를 1.35V의 공급전압을 가지는 70nm DRAM 공정을 이용하여 설계하였다. 4-레벨 펄스진폭변조를 위한 3 가지의 eye opening에서 상위와 하위 eye의 전압과 시간의 마진을 증가시키기 위해 비균형 4-레벨 펄스진폭변조의 신호전송 기법을 제안한다. 제안한 기법은 수신 단에서의 기준 전압 노이즈 영향을 33% 감소시키며, 이를 통계적인 수식을 통해 분석한다 일반적인 직렬 인터페이스 대비 신호 손실이 적은 DRAM 채널의 ISI(신호간의 간섭)를 줄이기 위해 수신 단에서 단일 비트 펄스의 테스트 신호를 적분함으로 ISI를 측정하는 적응형 프리앰퍼시스 기법을 구현한다. 또한, 이를 위해 정해진 테스트 패턴에 의해 최적의 ISI를 측정하기 위한 적분 클럭의 시간 보정기법을 제안한다. An 8${\times}$8-Gb/s/channel 4-PAM transceiver was designed for high speed memory applications by using 70nm DRAM process with 1.35V supply. An asymmetric 4-PAM signaling scheme is proposed to increase the voltage and time margin of upper and lower eyes in 3-class eye opening. A mathematical basis shows that this scheme statistically reduces 33% of reference noise effect in a receiver. Also, an adaptive pre-emphasis scheme, which utilizes a lone-bit pulse with integrator at the receiver, is introduced to reduce ISI for a simple DRAM channel. In this scheme, an integrating clock timing calibration by using a pre-determined pattern is proposed for the optimum ISI measurement.

메모리 인터페이스를 위한 적응형 프리엠퍼시스를 가지는 8-Gb/s/채널 비균형 4-레벨 펄스진폭변조 입출력회로

장영찬(Young-Chan Jang),전영현(Young-Hyun Jun) 大韓電子工學會 2009 電子工學會論文誌-SD (Semiconductor and devices) Vol.46 No.8

고속 메모리의 인터페이스를 위한 8 × 8-Gb/s/채널 4-레벨 펄스진폭변조 입출력회로를 1.35V의 공급전압을 가지는 70㎚ DRAM 공정을 이용하여 설계하였다. 4-레벨 펄스진폭변조를 위한 3 가지의 eye opening에서 상위와 하위 eye의 전압과 시간의 마진을 증가시키기 위해 비균형 4-레벨 펄스진폭변조의 신호전송 기법을 제안한다. 제안한 기법은 수신 단에서의 기준 전압 노이즈 영향을 33% 감소시키며, 이를 통계적인 수식을 통해 분석한다. 일반적인 직렬 인터페이스 대비 신호 손실이 적은 DRAM 채널의 ISI(신호간의 간섭)를 줄이기 위해 수신 단에서 단일 비트 펄스의 테스트 신호를 적분함으로 ISI를 측정하는 적응형 프리앰퍼시스 기법을 구현한다. 또한, 이를 위해 정해진 테스트 패턴에 의해 최적의 ISI를 측정하기 위한 적분 클럭의 시간 보정기법을 제안한다. An 8 × 8-Gb/s/channel 4-PAM transceiver was designed for high speed memory applications by using 70㎚ DRAM process with 1.35V supply. An asymmetric 4-PAM signaling scheme is proposed to increase the voltage and time margin of upper and lower eyes in 3-class eye opening. A mathematical basis shows that this scheme statistically reduces 33% of reference noise effect in a receiver. Also, an adaptive pre-emphasis scheme, which utilizes a lone-bit pulse with integrator at the receiver, is introduced to reduce ISI for a simple DRAM channel. In this scheme, an integrating clock timingcalibration by using a pre-determined pattern is proposed for the optimum ISI measurement.

분할-커패시터 기반의 차동 디지털-아날로그 변환기를 가진 10-bit 10-MS/s 0.18-㎛ CMOS 비동기 축차근사형 아날로그-디지털 변환기

정연호,장영찬,Jeong, Yeon-Ho,Jang, Young-Chan 한국정보통신학회 2013 한국정보통신학회논문지 Vol.17 No.2

본 논문은 분할-커패시터 기반의 차동 디지털-아날로그 변환기 (DAC: digital-to-analog converter)를 이용하는 10-bit 10-MS/s 비동기 축차근사형 (SAR: successive approximation register) 아날로그-디지털 변환기 (ADC: analog-to-digital converter)를 제안한다. 샘플링 주파수를 증가시키기 위해 SAR 로직과 비교기는 비동기로 동작을 한다. 또한 높은 해상도를 구현하기 위해 오프셋 보정기법이 적용된 시간-도메인 비교기를 사용한다. 제안하는 10-bit 10-MS/s 비동기 축차근사형 아날로그-디지털 변환기는 0.18-${\mu}m$ CMOS 공정에서 제작되며 면적은 $140{\times}420{\mu}m^2$이다. 1.8 V의 공급전압에서 전력소모는 1.19 mW이다. 101 kHz 아날로그 입력신호에 대해 측정된 SNDR은 49.95 dB이며, DNL과 INL은 각각 +0.57/-0.67, +1.73/-1.58이다. This paper describes a 10-bit 10-MS/s asynchronous successive approximation register (SAR) analog-to-digital converter (ADC) using a split-capacitor-based differential digital-to-analog converter (DAC). SAR logic and comparator are asynchronously operated to increase the sampling frequency. The time-domain comparator with an offset calibration technique is used to achieve a high resolution. The proposed 10-bit 10-MS/s asynchronous SAR ADC with the area of $140{\times}420{\mu}m^2$ is fabricated using a 0.18-${\mu}m$ CMOS process. Its power consumption is 1.19 mW at 1.8 V supply. The measured SNDR is 49.95 dB for the analog input frequency of 101 kHz. The DNL and INL are +0.57/-0.67 and +1.73/-1.58, respectively.

2.496Gb/s MIPI M-PHY를 위한 기준 클록이 없는 이중 루프 클록 데이터 복원 회로

김영웅,장영찬,Kim, Yeong-Woong,Jang, Young-Chan 한국정보통신학회 2017 한국정보통신학회논문지 Vol.21 No.5

본 논문은 2.496Gb/s 데이터 레이트를 갖는 mobile industry processor interface (MIPI) M-PHY를 위한 기준 클록이 없는 이중 루프 클록 데이터 복원 회로(CDR : Clock and Data Recovery Circuit)를 제안한다. 제안하는 클록 데이터 복원회로는 적응형 루프 대역폭 조절 기법을 사용하여 적은 타임 지터를 가지면서 빠른 고정 시간을 가질 수 있다. 클록 데이터 복원회로는 주파수 고정 루프와 위상 고정 루프로 이루어진다. 제안하는 2.496Gb/s 기준 클록이 없는 이중 루프 클록 데이터 복원 회로는 1.2V 공급 전압을 갖는 65nm CMOS 공정을 이용하여 설계되었다. 2.496Gb/s pseudo-random binary sequence (PRBS)15 입력에서 시뮬레이션 된 출력 클록의 타임 지터는 $9.26ps_{p-p}$이다. 클록 데이터 복원 회로의 면적과 전력 소모는 각각 $400{\times}470{\mu}m^2$와 6.49mW이다. This paper presents a reference-less dual loop clock and data recovery (CDR) circuit that supports a data rate of 2.496 Gb/s for the mobile industry processor interface (MIPI) M-PHY. An adaptive loop bandwidth scheme is used to implement the fast lock time maintaining a low time jitter. To this scheme, the proposed CDR consists of two loops for a frequency locked loop and a phase locked loop. The proposed 2.496 Gb/s reference-less dual loop CDR is designed using a 65 nm CMOS process with 1.2 V supply voltage. The simulated peak-to-peak jitter of output clock is 9.26 ps for the input data of 2.496 Gb/s pseudo-random binary sequence (PRBS) 15. The active area and power consumption of the implemented CDR are $470{\times}400{\mu}m^2$ and 6.49 mW, respectively.

MOM 커패시터를 사용한 디지털-아날로그 변환기를 가진 10-bit 10-MS/s 비동기 축차근사형 아날로그-디지털 변환기

정연호,장영찬,Jeong, Yeon-Ho,Jang, Young-Chan 한국정보통신학회 2014 한국정보통신학회논문지 Vol.18 No.1

본 논문은 디지털-아날로그 변환기(DAC: digital-to-analog converter), SAR 로직, 그리고 비교기로 구성된 10-bit 10-MS/s 비동기 축차근사형(SAR: successive approximation register) 아날로그-디지털 변환기(ADC: analog-to-digital converter)를 제안한다. Rail-to-rail의 입력 범위를 가지는 설계된 비동기 축차근사형 아날로그-디지털 변환기는 샘플링 속도를 향상시키기 위해 MOM(metal-oxide-metal) 커패시터를 이용한 바이너리 가중치 기반의 디지털-아날로그 변환기를 사용하여 구현한다. 제안하는 10-bit 10-MS/s 비동기 축차근사형 아날로그-디지털 변환기는 0.18-${\mu}m$ CMOS 공정에서 제작되고 면적은 $0.103mm^2$를 차지한다. 1.1 V의 공급전압에서 전력소모는 0.37 mW를 나타낸다. 101.12 kHz와 5.12 MHz의 아날로그 입력 신호에 대해 측정된 SNDR은 각각 54.19 dB와 51.59 dB이다. This paper presents a 10-bit 10-MS/s asynchronous successive approximation register (SAR) analog-to-digital converter (ADC) which consists of a digital-to-analog converter (DAC), a SAR logic, and a comparator. The designed asynchronous SAR ADC with a rail-to-rail input range uses a binary weighted DAC using metal-oxide-metal (MOM) capacitor to improve sampling rate. The proposed 10-bit 10-MS/s asynchronous SAR ADC is fabricated using a 0.18-${\mu}m$ CMOS process and its active area is $0.103mm^2$. The power consumption is 0.37 mW when the voltage of supply is 1.1 V. The measured SNDR are 54.19 dB and 51.59 dB at the analog input frequency of 101.12 kHz and 5.12 MHz, respectively.

4-비트 축차근사형 아날로그-디지털 변환기를 내장한 2.5V 0.25㎛ CMOS 온도 센서

김문규,장영찬,Kim, Mungyu,Jang, Young-Chan 한국정보통신학회 2013 한국정보통신학회논문지 Vol.17 No.2

In this paper, a CMOS temperature sensor is proposed to measure the internal temperature of a chip. The temperature sensor consists of a proportional-to-absolute-temperature (PTAT) circuit for a temperature sensing part and a 4-bit analog-to-digital converter (ADC) for a digital interface. The PTAT circuit with the compact area is designed by using a vertical PNP architecture in the CMOS process. To reduce sensitivity of temperature variation in the digital interface circuit of the proposed temperature sensor, a 4-bit successive approximation (SA) ADC using the minimum analog circuits is used. It uses a capacitor-based digital-to-analog converter and a time-domain comparator to minimize power consumption. The proposed temperature sensor was fabricated by using a $0.25{\mu}m$ 1-poly 6-metal CMOS process with a 2.5V supply, and its operating temperature range is from 50 to $150^{\circ}C$. The area and power consumption of the fabricated temperature sensor are $130{\times}390{\mu}m^2$ and $868{\mu}W$, respectively. 본 논문에서는 칩 내부의 온도를 측정하기 위한 CMOS 온도 센서가 제안된다. 제안하는 온도 센서는 칩 내부의 온도에 비례하는 전압을 생성하는 proportional-to-absolute-temperature (PTAT) 회로와 디지털 인터페이스를 위한 4-비트 아날로그-디지털 변환기로 구성된다. 소면적을 가지는 PTAT 회로는 CMOS 공정에서 vertical PNP 구조를 이용하여 설계된다. 온도변화에 둔감한 저전력 4-비트 아날로그-디지털 변환기를 구현하기 위해 아날로그 회로를 최소로 사용하는 축차근사형 아날로그-디지털 변환기가 이용되며, 이를 위해 커패시터-기반 디지털-아날로그 변환기와 시간-도메인 비교기를 이용한다. 제안된 온도 센서는 2.5V $0.25{\mu}m$ 1-poly 6-metal CMOS 공정에서 제작되었고, $50{\sim}150^{\circ}C$ 온도 범위에서 동작한다. 구현된 온도 센서의 면적과 전력 소모는 각각 $130{\times}390{\mu}m^2$과 $868{\mu}W$이다.

저전력 센서 인터페이스를 위한 1.2V 90dB CIFB 시그마-델타 아날로그 모듈레이터

박진우,장영찬,Park, Jin-Woo,Jang, Young-Chan 한국전기전자학회 2018 전기전자학회논문지 Vol.22 No.3

본 논문에서는 저전력 센서용 아날로그-디지털 변환기를 위한 cascade of integrator feedback (CIFB) 구조의 3차 시그마-델타 아날로그 모듈레이터가 제안된다. 제안된 시그마-델타 아날로그 모듈레이터는 gain-enhanced current-mirror 기반 증폭기를 사용하는 3개의 스위치 커패시터 적분기, 단일 비트 비교기, 그리고 비중첩 클럭 발생기로 구성된다. 160의 오버 샘플링 비율과 90.45dB의 신호 대 잡음비를 가지는 시그마-델타 아날로그 모듈레이터는 1.2V 공급 전압의 $0.11{\mu}m$ CMOS 공정으로 설계되며, $0.145mm^2$의 면적과 $341{\mu}W$의 전력을 소모한다. A third-order sigma-delta modulator with the architecture of cascade of integrator feedback (CIFB) is proposed for an analog-digital converter used in low-power sensor interfaces. It consists of three switched-capacitor integrators using a gain-enhanced current-mirror-based amplifier, a single-bit comparator, and a non-overlapped clock generator. The proposed sigma-delta analog modulator with over-sampling ratio of 160 and maximum SNR of 90.45 dB is implemented using $0.11-{\mu}m$ CMOS process with 1.2-V supply voltage. The area and power consumption of the sigma-delta analog modulator are $0.145mm^2$ and $341{\mu}W$, respectively.

51-위상 출력 클록을 가지는 CMOS 위상 고정 루프

이필호,장영찬,Lee, Pil-Ho,Jang, Young-Chan 한국정보통신학회 2014 한국정보통신학회논문지 Vol.18 No.2

본 논문에서는 125 MHz 목표 주파수의 51-위상 출력 클록을 가지는 전하 펌프 위상 고정 루프(PLL)를 제안한다. 제안된 위상 고정 루프는 51-위상 클록을 출력하면서 최대 동작 주파수를 확보하기 위해 세 개의 전압 제어 발진기(VCO)를 사용한다. 17 단의 지연 소자는 각각의 전압 제어 발진기를 구성하며, 51-위상 클록 사이의 위상 오차를 줄이는 저항 평준화 구조는 세 개의 전압 제어 발진기를 결합시킨다. 제안된 위상 고정 루프는 공급전압 1.0 V의 65 nm 1-poly 9-metal CMOS 공정을 사용한다. 동작 주파수 125 MHz에서 시뮬레이션된 출력 클록의 peak-to-peak 지터는 0.82 ps이다. 51-위상 출력 클록의 차동 비선형성(DNL)과 적분 비선형성(INL)은 각각 -0.013/+0.012 LSB와 -0.033/+0.041 LSB이다. 동작 주파수 범위는 15 ~ 210 MHz이다. 구현된 위상 고정 루프의 면적과 전력 소모는 각각 $580{\times}160{\mu}m^2$과 3.48 mW이다. This paper proposes a charge-pump phase-locked loop (PLL) with 51-phase output clock of a 125 MHz target frequency. The proposed PLL uses three voltage controlled oscillators (VCOs) to generate 51-phase clock and increase of maximum operating frequency. The 17 delay-cells consists of each VCO, and a resistor averaging scheme which reduces the phase mismatch among 51-phase clock combines three VCOs. The proposed PLL uses a 65 nm 1-poly 9-metal CMOS process with 1.0 V supply. The simulated peak-to-peak 지터 of output clock is 0.82 ps at an operating frequency of 125 MHz. The differential non-linearity (DNL) and integral non-linearity (INL) of the 51-phase output clock are -0.013/+0.012 LSB and -0.033/+0.041 LSB, respectively. The operating frequency range is 15 to 210 MHz. The area and power consumption of the implemented PLL are $580{\times}160{\mu}m^2$ and 3.48 mW, respectively.

32 위상의 출력 클럭을 가지는 125 MHz CMOS 지연 고정 루프

이광훈,장영찬,Lee, Kwang-Hun,Jang, Young-Chan 한국정보통신학회 2013 한국정보통신학회논문지 Vol.17 No.1

125 MHz 동작 주파수에서 32개의 다중 위상의 클럭을 출력하는 지연 고정 루프(DLL: delay-locked loop)를 제안한다. 제안된 다중 위상 지연 고정루프는 delay line의 differential non-linearity (DNL)를 개선하기 위해 $4{\times}8$ matrix 구조의 delay line을 사용한다. 또한, $4{\times}8$ matrix delay line 입력 단의 네 지점에 공급되는 클럭의 위상을 보정함으로써 제안하는 지연 고정 루프의 integral non-linearity (INL)을 개선한다. 제안된 지연 고정 루프는 1.2 V의 공급전압을 이용하는 $0.11-{\mu}m$ CMOS 공정에서 제작하였다. 제작된 지연 고정 루프는 40 MHz에서 280 MHz의 동작 주파수 범위를 가지며, 125 MHz 동작 주파수에서 측정된 DNL과 INL은 각각 +0.14/-0.496 LSB, +0.46/-0.404 LSB이다. 입력 클럭의 peak-to-peak jitter가 12.9 ps일 때 출력 클럭의 측정된 peak-to-peak jitter는 30 ps이다. 제작된 고정 지연 루프의 면적과 전력 소모는 각각 $480{\times}550{\mu}m^2$과 9.6 mW이다. A delay-locked loop (DLL) that generates a 32-phase clock with the operating frequency of 125 MHz is introduced. The proposed DLL uses a delay line of $4{\times}8$ matrix architecture to improve a differential non-linearity (DNL) of the delay line. Furthermore, a integral non-linearity (INL) of the proposed DLL is improved by calibrating phases of clocks that is supplied to four points of an input stage of the $4{\times}8$ matrix delay line. The proposed DLL is fabricated by using $0.11-{\mu}m$ CMOS process with a 1.2 V supply. The measured operating frequency range of the implemented DLL is 40 MHz to 280 MHz. At the operating frequency of 125MHz, the measurement results shows that the DNL and INL are +0.14/-0.496 LSB and +0.46/-0.404 LSB, respectively. The measured peak-to-peak jitter of the output clock is 30 ps when the peak-to-peak jitter of the input clock is 12.9 ps. The area and power consumption of the implemented DLL are $480{\times}550{\mu}m^2$ and 9.6 mW, respectively.

항공무기체계 LVC 시뮬레이션을 위한 통합연동시스템 V&V

오지현,장영찬,김천영,지철규,홍영석,Oh, Jihyun,Jang, Young Chan,Kim, Cheon Young,Jee, Cheol Kyu,Hong, Young Seok 한국군사과학기술학회 2015 한국군사과학기술학회지 Vol.18 No.3

This paper describes the verification and the validation about the development of the integrated interoperability system for live, virtual, and constructive simulations on the aircraft weapon system. The proposed integrated interoperability system provides the framework and application softwares for implementing a synthetic environment emulating real-world environment among distributed simulation models, which are a mission model and an air combat model of a constructive level, an tactical simulator of a virtual level, and simulated ACMI of a live level. In this paper, we verify requested functions through an developmental test and evaluation, and validate operability and usability through conducing integrated LVC scenarios on the integrated interoperability system.