PVT 영향이 작고 디지털적으로 주파수 보정이 가능한 CMOS RC 발진기의 설계

차형우 대한전자공학회 2023 전자공학회논문지 Vol.60 No.3

A CMOS RC oscillator that is less affected by process(P), voltage(V), and temperature(T) changes and can be digitally compensated for frequency is designed. The oscillator consists of four switches, two comparators and capacitors, and a latch circuit. The operation principle is to charge the capacitor with the supply voltage VDD by two CMOS switches on the left and the right, discharge it to the voltage (VDD-VR), and detect the charge/discharge time in the comparator and send it to the latch circuit to oscillate. The bias circuit was designed so that the discharge current used in the oscillator, the bias voltage of the comparator, and the bias current of the compensation circuit were less affected by the supply voltage and temperature. In addition, the oscillation frequency was corrected by digitally varying the resistance value in order to reduce the influence of the process change. As a result of the simulation, it was confirmed that the oscillation frequency of the proposed RC oscillator has a change rate of up to ±2% for process(P) variables, supply(V) voltage changes, and temperature(T) changes. The proposed circuit was designed and verified using 0.35μm CMOS process parameters, and the power consumption is 2mW when the supply voltage is 3.5V.

넓은 범위의 전류 출력을 갖는 고선형 전압-제어 전류원 회로

차형우 대한전자공학회 2004 電子工學會論文誌-SD (Semiconductor and devices) Vol.41 No.7

넓은 범위의 전압-제어 발진기 및 자동 이득 조절기의 실현을 위한 고선형 전압-제어 전류원(VCCS) 회로를 제안하였다. 제안한 VCCS는 전압 입력을 위해 이미터 폴로워, 전류 출력을 위해 이미터가 결합된 두 개의 공통-베이스 증폭기, 그리고 넓은 범위의 전류 출력과 높은 선형성을 얻기 위해 두 증폭기를 결합한 전류 미러로 구성된다. VCCS의 회로는 별도의 바이어스회로가 없이 단지 5개의 트랜지스터와 1개의 저항기만 사용하였다. 시뮬레이션 결과 제안한 VCCS는 5V의 공급전압에서 1V에서 4.8V까지의 제어-전압에 대하여 최대 0A에서 300㎃까지의 전류를 출력할 수 있다. 0㎃에서 300㎃의 출력 전류의 최대 선형 오차는 1.4 %이였다. High-linearity voltage-controlled current sources (VCCSs) circuits for wide voltage-controlled oscillator and automatic gain control are proposed. The VCCS consists of emitter follower for voltage input, two common-base amplifier which their emitter connected for current output, and current mirror which connected the two amplifier for large output current. The VCCS used only five transistors and a resistor without an extra bias circuit. Simulation results show that the VCCS has current output range from 0㎃ to 300㎃ over the control voltage range from 1V to 4.8V at supply voltage 5V. The linearity error of output current has less than 1.4% over the current range from 0A to 300㎃.

다양한 열전쌍(TC)의 냉점보상과 단선감지 회로설계 및이를 이용한 다채널 인터페이스 구현

차형우 한국전기전자학회 2023 전기전자학회논문지 Vol.27 No.1

Cold-junction correction(CJC) and disconnection detection circuit design of various thermocouples(TC) andmulti-channel TC interface circuit using them were designed. The CJC and disconnection detection circuit consists ofa CJC semiconductor device, an instrumentation amplifier(IA), two resistors and a diode for disconnection detection. Based on the basic circuit, a multi-channel interface circuit was also implemented. The CJC was implemented usingcompensation semiconductor and IA, and disconnection detection was detected by using two resistor and a diode sothat IA input voltage became -0.42V. As a result of the experiment using R-type TC, the error of the designed circuitwas reduced from 0.14mV to 3V after CJC in the temperature range of 0°C to 1400°C. In addition, it was confirmedthat the output voltage of IA was saturated from 88mV to -14.2V when TC was disconnected from normal. Theoutput voltage of the designed circuit was 0V to 10V in the temperature range of 0°C to 1400°C. The results of the4-channel interface experiment using R-type TC were almost identical to the CJC and disconnection detection resultsfor each channel. The implemented multi-channel interface has a feature that can be applied equally to E, J, K, T,R, and S-type TCs by changing the terminals of CJC semiconductor devices and adjusting the IA gain. 다양한 열전쌍(TC)의 냉점보정(CJC)과 단선 감지 회로설계와 이를 이용한 다채널 TC 인터페이스 회로를 설계하였다. 냉점보정(CJC)과 단선 감지 기능 회로는 열전쌍, CJC 반도체 소자, 계측 증폭기(IA), 단선 감지용 저항 2개와 하나의 다이오드로 구성된다. 이 기본회로를 바탕으로 다채널 인터페이스 회로도 구현하였다. CJC는 보상 전용 반도체와 IA를 사용하여 구현하였고, 단선감지는 2개의 저항과 하니의 다이오드를 사용하여 IA 입력전압이 -0.42V가 되도록 하여 검출하였다. R-형 TC를 사용하여 실험한 결과 설계한 회로는0℃~1400℃의 온도범위에서 냉점보정 후 오차가 0.14mV에서 3V 로 감소되었다. 또한, TC가 정상에서 단선인 경우 IA의 출력전압이88mV에서 -0.42V로 포화된 것을 확인하였다. 0℃~1400℃의 온도 범위에서 설계한 회로의 출력전압은 0V~10V이였다. R-형 TC를사용하여 4-채널 인터페이스를 실험한 결과에서도 각 채널에 CJC와 단선 감지 결과와 거의 동일하였다. 구현한 다채널 인터페이스는CJC 반도체 소자의 단자의 변경과 IA의 이득을 조절하면 E, J, K, T, R, S-형 TC에도 동일하게 적용할 수 있는 특징을 갖는다.

적응성 귀환을 이용한 고정도 전류 미러와 이를 이용한 전압-전류 변환기

차형우,김학윤 대한전자공학회 2002 電子工學會論文誌-SD (Semiconductor and devices) Vol.39 No.4

A new current mirror for high-accuracy current-mode signal processing and integrated circuit design was proposed. The current mirror adopts the technique of an adaptive feedback to reduce the input impedance and the output stage of regulated cascode current mirror to increase the output impedance. Simulation results show that the current mirror has input impedance of 0.9 Ω, the output impedance of 415 MΩ, and current gain of 0.96 at the supply voltage 고정도 전류-모드 신호 처리와 집적 회로 설계를 위한 새로운 전류 미러를 제안하였다. 제안한 전류 미러는 입력 임피던스를 줄이기 위해 적응성 귀환 기법을 사용하였고, 출력 임피던스를 높이기 위해 조절된 캐스코드 전류 미러의 출력단을 이용하였다. 시뮬레이션 결과 제안한 전류 미러는

낮은 전류-입력 임퍼던스를 갖는 A급 바이폴라 전류 콘베이어(CCII)와 그것의 오프셋 보상된 CCII 설계

차형우,Cha, Hyeong-U 대한전자공학회 2001 電子工學會論文誌-SD (Semiconductor and devices) Vol.38 No.10

고정도 전류-모드 신호 처리를 위한 낮은 전류-입력 임피던스를 갖는 A급 바이폴라 제 2세대 전류 콘베이어(CCII)와 그것의 오프셋 보상된 CCII를 제안하였다. 제안한 CCII는 전류 입력을 위한 정류된 전류-셀, 전압 입력을 위한 이미터 폴로워, 그리고 전류 출력을 위한 전류 미러로 구성된다. 이 구성에서, 전류 입력단자의 임피던스를 줄이기 위해 두 입력 단은 전류 미러에 의해 결합되었다. 실험 결과, CCII의 전류 입력단자의 임피던스는 8.4 Ω 이하였고, 전류 입력 단자의 오프셋 전압은 40 mV로 나타났다. 이 오프셋을 줄이기 위하여 오프셋 보상된 CCII는 제안한 CCII의 회로 구성에 다이오드-결선된 npn과 pnp 트랜지스터를 첨가시켰다. 실험 결과, 오프셋 보상된 CCII의 전류 입력 단자의 임피던스는 2.1Ω이하였고, 전압 오프셋은 0.05mV로 나타났다. 제안한 두 CCII을 전압 폴로워로 사용할 때 3-dB 차단 주파수는 30 MHz이었다. 전력 소비는 6 mW이다. Class A bipolar second-generation current conveyor (CCII) with low current-input impedance and its offset-compensated CCII for high-accuracy current-mode signal processing are proposed. The CCIIs consist of a regulated current-cell for current input, a emitter follower for voltage input, and a cascode current mirror lot current output. In these architecture, the two input stages are coupled by current mirror to reduce the current input impedance. Experiments show that the CCII has impedance of 8.4 Ω and offset voltage of 40 mV at current input terminal. To reduce this offset, the offset-compensated CCII adopts diode-connected npn and pnp transistor in the proposed CCII. Experiments show that the offset-compensated CCII has current input impedance of 2.1 Ω and offset voltage of 0.05 mV. The 3-dB cutoff frequency of the CCIIs when used as a voltage follower extends beyond 30 MHz. The power dissipation is 7.0 mW

넓은 범위의 전압-제어 연산 트랜스컨덕턴스 증폭기 설계

차형우 청주대학교 2010 産業科學硏究 Vol.27 No.2

A wide range voltage controlled operational transconductance amplifier(OTA) for a high-accuracy linear voltage controlled analog systems was designed. The OTA consists of a wideband voltage-to-current converter (VIC) and conventional OTA. The wideband VIC using an adaptive current feedback also was designed. For verification of the performance of the proposed OTA using wideband VIC, we simulated the circuits of the commercial OTA LM13600 and OTA using conventional VIC with the same simulation condition. The simulation result shows that the proposed OTA has a control voltage range with -5.0V to 4.0V (current range with 0A to 10mA) at supply voltage ±5.0V. The LM13600 and OTA using conventional VIC have the control voltage range from -3.6V to 5.0V and -5.0V to -2.4V, respectively

완전-차동형 바이폴라 전류 감산기와 이를 이용한 전류-제어 전류 증폭기의 설계

차형우,Cha, Hyeong-U 대한전자공학회 2001 電子工學會論文誌-SD (Semiconductor and devices) Vol.38 No.11

고정도 전류-모드 신호 처리를 위한 새로운 완전-차동형 바이폴라 전류 감산기(FCS)와 이를 이용한 전류-제어 전류 증폭기(CCCA)를 설계했다. 완전-차동 전류 출력을 얻기 위해, FCS는 낮은 전류-입력 임피던스를 갖는 두 개의 전류 폴로워가 좌우 대칭적으로 구성되어 있다. CCCA는 출력전류를 바이어스 전류로 제어하기 위해 완전 차동형 전류 감산기(FCS)와 단일 전류 출력단을 갖는 전류 이득 증폭기(CGA)로 구성되었다. 시뮬레이션 결과 FCS는 5 Ω의 전류-입력 임피던스와 우수한 선형성을 갖는다는 것을 확인하였다. 또한, CCCA는 바어이스 전류를 100μA에서 20 mA까지 가변했을 경우 20 MHz의 3-dB 차단 주파수를 갖는다는 것을 확인하였다. FCS와 CCCA의 전력 소비는 각각 1.8 mW와 3 mW이다. A Novel fully-differential bipolar current subtracter(FCS) and its application to current controlled current amplifier(CCCA) for high-accuracy current-mode signal processing were designed. To obtain full-differential current output, the FCS was symmetrically composed of two current follower with low current-input impedance. The CCCA to control output current by the bias current was consisted of the subtracter and a current gain amplifier(CGA) with single-ended current output.. The simulation result shows that the FCS has current-input impedance of 5 Ω and a good linearity. The CCCA has 3-dB cutoff frequency of 20 MHz for the range over bias current 100 $\mu$A to 20 mA. The power dissipation of the FCS and CCCA are 1.8 mW and 3 mW, respectively.

새로운 A급 바이폴라 $CCII{\pm}$와 이를 이용한 출력 전류 제어 가능한 CCII+ 설계

차형우,Cha, Hyeong-Woo 대한전자공학회 2011 電子工學會論文誌-SD (Semiconductor and devices) Vol.48 No.11

전기적인 조정(tuning) 시스템에 사용하기 위해, 차동출력을 갖는 새로운 A급 $CCII{\pm}$와 이를 이용한 출력 전류 제어가능한 CCII+를 설계하였다. 설계한 $CCII{\pm}$는 종래의 CCII+와 상보적인 교차 전류원으로 구성된다. 또한, 출력 전류 제어가능한 CCII+는 제안한 $CCII{\pm}$와 단일 출력을 갖는 전류 이득 증폭기로 구성된다. 시뮬레이션 결과 $CCII{\pm}$는 $1.9{\Omega}$의 전류 입력단자의 임피던스와 우수한 전압 및 전류 폴로워 특성을 갖고 있다는 것을 확인하였다. 제안한 CCII+는 $100{\mu}A$에서 10mA의 바이어스 제어 전류 범위에서 10MHz의 3-dB 주파수을 갖고 있으며, 출력 전류 제어 범위는 4-디케이드(decade)이다. CCII+의 전력소비는 ${\pm}2.5V$ 공급전압에서 4.5mW이다. Novel class-A bipolar current conveyor($CCII{\pm}$) with differential current output and its application to output current controllable CCII+ for electronic tuning systems are designed. The $CCII{\pm}$ is consists of conventional CCII+ and complementary cross current sources. The CCII+ with controllable the output current consists of the $CCII{\pm}$ and a current gain amplifier with single-ended current output. The simulation result shows that the $CCII{\pm}$ has current input impedance of $1.9{\Omega}$ and a good linearity for voltage and current follower. The proposed CCII+ has 3-dB cutoff frequency of 10MHz for the range over bias control current $100{\mu}A$ to 10mA. The range of output current control is four decade. The power dissipation of the CCII+ is 4.5mW at supply voltage of ${\pm}2.5V$.

자동 8자 위빙 장치를 장착한 알곤 용접토치 및 제어장치의 개발

차형우 청주대학교 산업과학연구소 2022 産業科學硏究 Vol.39 No.2

An automatic 8-style weaving device equipped with an argon welding torch and its control unit was developed. Welding torch consists of automatic wire feed, 8 -style weaving device, conventional torch and control switch. A control system using an Arduino board can control initial setup, wire feed, 8-style weaving and start/stop welding. The fixtures, wire feeders, and control systems for the 8-style weaving device were also designed and developed. In this system, the welding wire supply speed and figure 8 weaving speed could be varied at 10∼20mm/s and 5∼20rpm, respectively. In addition, welding control was performed in two stages: arc generation (welding start) and arc termination (welding stop), and the weld bead shape and weld joint defects had a performance of ±5% or less.

온도 보상된 전압-제어 발진기 ( A Temperature-Compensated Voltage-controlled Oscillator )

차형우,정원섭 대한전자공학회 1989 대한전자공학회 학술대회 Vol.1989 No.11