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Voltage Scaling 기반의 저전력 전류메모리 회로 설계
Design of Low Power Current Memory Circuit based on Voltage Scaling 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.11 no.2, 2016년, pp.159 - 164  

여성대 (서울과학기술대학교 NID융합기술대학원) ,  김종운 (서울과학기술대학교 NID융합기술대학원) ,  조태일 (서울과학기술대학교 NID융합기술대학원) ,  조승일 (일본 Yamagata Univ. Innovation Center for Organic Electronics) ,  김성권 (서울과학기술대학교 NID융합기술대학원)

초록
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무선통신시스템은 한정된 에너지를 갖는 배터리를 사용하기 때문에 저전력 회로로 구현되어야 하며, 이를 위하여 주파수와 상관없이 일정한 전력을 나타내는 전류모드 회로가 연구되어왔다. 본 논문에서는 초저전력 동작이 가능하도록 Dynamic Voltage Scaling 전원을 유도하며, 전류모드 신호처리 중 메모리 동작에서 저장된 에너지가 누설되는 Clock-Feedthrough 문제를 최소화하는 전류메모리 회로를 제안한다. $0.35{\mu}m$ 공정의 BSIM3 모델로 Near-threshold 영역의 전원 전압을 사용한 시뮬레이션을 진행한 결과, 1MHz의 스위칭 동작에서 $2{\mu}m$의 메모리 MOS Width, $0.3{\mu}m$의 스위치 MOS Width, $13{\mu}m$의 Dummy MOS Width로 설계할 때, Clock-Feedthrough의 영향을 최소화시킬 수 있었으며 1.2V의 Near-threshold 전원전압에서 소비전력은 $3.7{\mu}W$가 계산되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A wireless communication system is required to be implemented with the low power circuits because it uses a battery having a limited energy. Therefore, the current mode circuit has been studied because it consumes constant power regardless of the frequency change. However, the clock-feedthrough prob...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 논문에서는 1MHz의 기저대역(Baseband)에서 동작하며 Clock-Feedthrough 문제를 최소화하는 전류메모리 회로를 설계한다. 또한, 소비전력 절감을 위하여 트랜지스터를 Near-threshold 영역에서 동작시키는 Dynamic Voltage Scaling 회로설계 기법을 소개한다.
  • 따라서 본 논문에서는 1MHz의 기저대역(Baseband)에서 동작하며 Clock-Feedthrough 문제를 최소화하는 전류메모리 회로를 설계한다. 또한, 소비전력 절감을 위하여 트랜지스터를 Near-threshold 영역에서 동작시키는 Dynamic Voltage Scaling 회로설계 기법을 소개한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
무선통신시스템의 한계점을 극복하기 위해 어떠한 것이 필요한가? 무선통신시스템은 한정된 에너지의 배터리를 사용하기 때문에 통신의 지속성과 이동성을 확보하는 것이 매우 제한적이다. 따라서 통신 시스템이 저전력으로 동작해야하며 이를 위하여 저전력 동작의 무선통신용 LSI(: Large Scale Integrated circuit)의 연구 및 개발이 반드시 필요하다[4-5].
전류모드 신호처리의 스위칭의 동작으로는 어떠한 기법이 적용될 수 있는가? 따라서 동작 주파수에 관계없이 일정한 소비전력을 유지하는 전류모드 신호처리에 주목하여 연구를 진행하여 왔다[6]. 전류모드 신호처리는 스위칭의 동작으로 다양한 소비전력절감 기법이 적용될 수 있으며 바이어스 전류 동작으로 신호처리를 수행하기 때문에 동작주파수와 무관하게 전력을 소비함으로써 소비전력 절감 측면에서 매우 우수한 특징을 가지고 있다. 또한 전류모드 신호처리는 전류 Mirror 회로를 기본적으로 사용하기 때문에 Summation, Inverting, Scaling, Memory 동작 등 디지털 신호처리의 연산 동작이 가능하다.
전류모드 신호처리는 어떠한 연산 동작이 가능한가? 전류모드 신호처리는 스위칭의 동작으로 다양한 소비전력절감 기법이 적용될 수 있으며 바이어스 전류 동작으로 신호처리를 수행하기 때문에 동작주파수와 무관하게 전력을 소비함으로써 소비전력 절감 측면에서 매우 우수한 특징을 가지고 있다. 또한 전류모드 신호처리는 전류 Mirror 회로를 기본적으로 사용하기 때문에 Summation, Inverting, Scaling, Memory 동작 등 디지털 신호처리의 연산 동작이 가능하다. 메모리 동작을 담당하는 전류메모리 회로는 MOS(: Metal Oxide Semiconductor)로 설계된다.
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참고문헌 (13)

  1. H. Lee, H. Lee, and H. Shin, "A Study On Ubiquitous Sensor Network Technologies," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 4, no. 1, Mar. 2009, pp. 70-77. 

  2. G. Sim and J. Jang, "Design and Implementation of Wireless Multi communication Circuit Based On USN," J. of the Korea Contents Association, vol. 11, no. 8, Aug. 2011, pp. 33-42. 

  3. B. Kim and D. Kim, "Voltage regulator for baseband channel selection filters," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 8, no. 11, Nov. 2013, pp. 1641-1646. 

  4. C. Lee, S. Lee, and D. Choi, "Communication Module Selection Algorithm for Energy Saving of Smartphone," J. of the Korea Contents Association, vol. 12, no. 5, May 2012, pp. 22-31. 

  5. S. Kim, "Current to Voltage Converter for Low Power OFDM Modem," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 3, no. 2, June 2008, pp. 90-96. 

  6. Y. Park, J. Min, and S. Hwang, "Current-Mode Serial-to-Parallel and Parallel-to-Serial Converter for Current-Mode OFDM FFT LSI," The J. of the Institute of Webcasting, Internet and Telecommunication, vol. 9, no. 1, Feb. 2009, pp. 39-45. 

  7. S. Kim, "Performance Improvement of Current Memory for Low Power Wireless Communication MODEM," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 3, no. 2, June 2008, pp. 83-89. 

  8. G. Balachandran and P. Allen, "Switched-Current Circuits in Digital CMOS Technology with Low Charge-Injection Errors," IEEE J. of Solid-States Circuits, vol. 37, no. 10, Oct. 2002, pp. 1271-1281. 

  9. M. Goldenberg, R. Croman, and T. Fiez, "Accurate SI Filters Using RGC Integrators," IEEE J. of Solid-States Circuits, vol. 29, no. 11, Nov. 1994, pp. 1388-1395. 

  10. Y. Park, S. Hwang, J. Cha, C. Yang, and S. Kim, "Design of Low-power Serial-to-Parallel and Parallel-to-Serial Converter using Current-cut method," The J. of Korea Information and Communications Society, vol. 34, no. 10, Oct. 2009, pp. 776-783. 

  11. S. Kim, G. Park, and J. Cha, " $0.35-{\mu}m$ CMOS-process-based Voltage-to-current Converter Design for an Analog OFDM Device," J. of Korea Physical Society, vol. 55, no. 1, July 2009, pp. 336-340. 

  12. R. Bodnar, "High-Accuracy Current Memory in HV CMOS Technology," IEEE Trans. Circuits and Systems II: Express Briefs, vol. 60, no. 6, June 2013, pp. 321-325. 

  13. T. Fiez and D. Allstot, "CMOS Switched-Current Ladder Filters," IEEE J. of Solid-States Circuits, vol. 25, no. 6, Dec. 1990, pp. 1360-1367. 

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