저 전력 MOS 전류모드 논리회로 설계

김정범 한국정보처리학회 2010 정보처리학회논문지. 컴퓨터 및 통신시스템 Vol.17 No.3

This paper proposes a low-power MOS current-mode logic circuit with the low voltage swing technology and the high-threshold sleep-transistor. The sleep-transistor is used to high-threshold voltage PMOS transistor to minimize the leakage current. The 16x16 bit parallel multiplier is designed by the proposed circuit structure. Comparing with the conventional MOS current-model logic circuit, the circuit achieves the reduction of the power consumption in sleep mode by 1/104. The proposed circuit is achieved to reduce the power consumption by 11.7% and the power-delay-product by 15.1% compared with the conventional MOS current-model logic circuit in the normal mode. This circuit is designed with Samsung 0.18 ㎛ standard CMOS process. The validity and effectiveness are verified through the HSPICE simulation. 본 논문에서는 저 전압 스윙 기술을 적용하여 저 전력 회로를 구현하고, 슬립 트랜지스터 (sleep-transistor)를 이용하여 누설전류를 최소화하는 새로운 저 전력 MOS 전류모드 논리회로 (MOS current-mode logic circuit)를 제안하였다. 제안한 회로는 저 전압 스윙 기술을 적용하여 저 전력 특성을 갖도록 설계하였고 고 문턱전압 PMOS 트랜지스터 (high-threshold voltage PMOS transistor)를 슬립 트랜지스터로 사용하여 누설전류를 최소화하였다. 제안한 회로는 16 x 16 비트 병렬 곱셈기에 적용하여 타당성을 입증하였다. 이 회로는 슬립모드에서 기존 MOS 전류모드 논리회로 구조에 비해 대기전력소모가 1/104로 감소하였으며, 정상 동작모드에서 11.7 %의 전력소모 감소효과가 있었으며 전력소모와 지연시간의 곱에서 15.1 %의 성능향상이 있었다. 이 회로는 삼성 0.18 ㎛ CMOS 공정을 이용하여 설계하였으며, HSPICE를 통하여 검증하였다.

전류 감쇠 조정 회로에서의 정밀도 향상 기술

김성권,Kim, Seong-Kweon 한국조명전기설비학회 2005 조명·전기설비학회논문지 Vol.19 No.8

전류모드 아날로그 회로를 이용하여 FIR(Finite Impulse Response) 필터를 설계하는 경우에 tap coefficient와 전류모드 FFT(Fast Fourier Transform) LSI의 회전인자(twiddle factor)를 실현시키기 위해서는 높은 정밀도를 갖는 전류 감쇠 회로가 필요하게 된다. 본 논문은 전류 모드 신호처리 기술에서 전류감쇠 회로의 감쇠 정밀도를 향상시킬 수 있는 기술을 소개하고자한다. 먼저 게이트 길이 비율을 조정하는(gate-ratioed) Current Mirror 회로를 사용하는 기존의 전류 감쇠 조정회로에 있어서의 DC offset 전류 에러에 대하여 분석하였으며, 다음으로 DC offset 전류 에러를 제거할 수 있는 전류감쇠 회로를 제안하였다. 회로 구성은 입력 전류를 1/N로 감쇠시킬 수 있도록 N개의 Current Mirror를 병렬로 연결하는 기본 구성을 하였으며, Kirchhoff 전류 법칙에 근거하여, 전류 감쇠가 결정되도록 설계하였다. 또한 Current Mirror 회로에서, 정전류원의 사용을 줄일 수 있는 회로설계를 제안하였다. 제안된 전류 감쇠 회로에서 정밀도는 Current Mirror의 ac 이득 에러에 의하여 제한되며 High Swing Current Mirror를 기본 Current Mirror로 사용한 경우에, 최대 정밀도는 이론상 입력 전류의 -80[dB]까지 실현가능하다. To realize the tap coefficient of a finite impulse response(FIR) filter or the twiddle factor of a fast Fourier transform(FFT) using a current-mode analog circuit, a high accurate current-attenuator circuit is needed This paper introduces an accuracy enhancement technique in the current-mode signal processing. First of all, the DC of set-current error in a conventional current-attenuator using a gate-ratioed orient mirror circuit is analyzed and then, the current-attenuator circuit with a negligibly small DC offset-current error is introduced. The circuit consists of N-output current mirrors connected in parallel with me another. The output current of the circuit is attenuated to 1/N of the input current. On the basis of the Kirchhoff current law, the current scale ratio is determined simply by the number of the current mirrors in the N-current mirrors connected in parallel. In the proposed current-attenuator circuit the scale accuracy is limited by the ac gain error of the current mirror. Considering that a current mirror has a negligibly small ac gain error, the attainable maximum scale accuracy is theoretically -80[dB] to the input current.

저전력 무선통신 모뎀 구현용 전류기억소자 성능개선

김성권,Kim, Seong-Kweon 한국전자통신학회 2008 한국전자통신학회 논문지 Vol.3 No.2

다양한 무선통신 방식이 출현함에 따라 배터리 수명과, 저전력 동작이 중요시되면서 무선 통신용 LSI는 SI circuit을 이용하는 analog current-mode signal processing을 주목하고 있다. 그러나 SI (Switched-Current) circuit을 구성하는 current memory는 clock-feedthrough의 문제점을 갖는다. 본 논문에서는 current memory의 문제점인 clock-feedthrough의 일반적인 해결방안으로 CMOS switch의 연결을 검토하고, current memory 성능 개선의 설계방안을 제안하기 위하여 CMOS switch 간의 width의 관계를 도출하고자 한다. Simulation 결과, memory MOS의 width가 20um, input current와 bias current의 ratio가 0.3, CMOS switch nMOS의 width가 2~6um일 경우에 CMOS switch 간의 width는 $W_{Mp}=5.62W_{Mn}+1.6$의 관계로 정의되고, CMOS switch nMOS의 width가 6~10um일 경우에 CMOS switch 간의 width는 $W_{Mp}=2.05W_{Mn}+23$의 관계로 정의되는 것을 확인하였다. 이 때 정의된 MOS transistor의 관계는 memory MOS의 성능향상을 위한 설계에 유용한 지침이 될 것으로 기대된다. It is important to consider the life of battery and low power operation for various wireless communications. Thus, Analog current-mode signal processing with SI circuit has been taken notice of in designing the LSI for wireless communications. However, in current mode signal processsing, current memory circuit has a problem called clock-feedthrough. In this paper, we examine the connection of CMOS switch that is the common solution of clock-feedthrough and calculate the relation of width between CMOS switch for design methodology for improvement of current memory. As a result of simulation, when the width of memory MOS is 20um, ratio of input current and bias current is 0.3, the width relation in CMOS switch is obtained with $W_{Mp}=5.62W_{Mn}+1.6$, for the nMOS width of 2~6um in CMOS switch. And from the same simulation condition, it is obtained with $W_{Mp}=2.05W_{Mn}+23$ for the nMOS width of 6~10um in CMOS switch. Then the defined width relation of MOS transistor will be useful guidance in design for improvement of current memory.

A Fast Response Integrated Current-Sensing Circuit for Peak-Current-Mode Buck Regulator

하정우,박병하,공배선,전정훈 대한전자공학회 2014 Journal of semiconductor technology and science Vol.14 No.6

An on-chip current sensor with fast response time for the peak-current-mode buck regulator is proposed. The initial operating points of the peak current sensor are determined in advance by the valley current level, which is sensed by a valley current sensor. As a result, the proposed current sensor achieves a fast response time of less than 20 ns, and a sensing accuracy of over 90%. Applying the proposed current sensor, the peak-current-mode buck regulator for the mobile application is realized with an operating frequency of 2 MHz, an output voltage of 0.8 V, a maximum load current of 500 mA, and a peak efficiency of over 83%.

A Fast Response Integrated Current-Sensing Circuit for Peak-Current-Mode Buck Regulator

Jung-Woo Ha,Byeong-Ha Park,Bai-Sun Kong,Jung-Hoon Chun 대한전자공학회 2014 Journal of semiconductor technology and science Vol.14 No.6

An on-chip current sensor with fast response time for the peak-current-mode buck regulator is proposed. The initial operating points of the peak current sensor are determined in advance by the valley current level, which is sensed by a valley current sensor. As a result, the proposed current sensor achieves a fast response time of less than 20 ㎱, and a sensing accuracy of over 90%. Applying the proposed current sensor, the peak-current-mode buck regulator for the mobile application is realized with an operating frequency of 2 ㎒, an output voltage of 0.8 V, a maximum load current of 500 ㎃, and a peak efficiency of over 83%.

전류구동 CMOS 다치 논리 회로설계 최적화연구

최재석,Choi, Jai-Sock 한국융합신호처리학회 2005 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.6 No.3

전류모드 CMOS 회로기반 다치 논리 회로가 최근에 구현되고 있다. 본 논문에서는 4-치 Unary 다치 논리 함수를 전류모드 CMOS 논리 회로를 사용하여 합성하였다. 전류모드 CMOS(CMCL)회로의 덧셈은 각 전류 값들이 회로비용 없이 수행될 수 있고 또한 부의 논리 값은 전류흐름을 반대로 함으로써 쉽게 구현이 가능 하다. 이러한 CMCL 회로 설계과정은 논리적으로 조합된 기본 소자들을 사용하였다. 제안된 알고리듬을 적용한 결과 트랜지스터의 숫자를 고려하는 기존의 기법보다 더욱 적은 비용으로 구현할 수 있었다. 또한 비용-테이블 기법의 대안으로써 Unary 함수에 대해서 범용 UUPC(Universal Unary Programmable Circuit) 소자를 제안하였다. The implementation of Multiple-Valued Logic(MVL) based on Current-Mode CMOS Logic(CMCL) circuits has recently been achieved. In this paper, four-valued Unary Multiple-Valued logic functions are synthesized using current-mode CMOS logic circuits. We properly make use of the fact that the CMCL addition of logic values represented using discrete current values can be performed at no cost and that negative logic values are readily available via reversing the direction of current flow. A synthesis process for CMCL circuits is based upon a logically complete set of basic elements. Proposed algorithm results in less expensive realization than those achieved using existing techniques in terms of the number of transistors needed. As an alternative to the cost-table techniques Universal Unary Programmable Circuit (UUPC) for a unary function is also proposed.

전류모드 FFT LSI용 Voltage to Current Converter 설계

김성권,홍순양,전선용,배성호,조승일,이광희,조하나 한국지능시스템학회 2007 한국지능시스템학회 학술발표 논문집 Vol.17 No.1

저전력 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 시스템용 FFT(Fast-Fourier-Transform) LSI를 저전력 동작을 시키기 위해서 FFT LSI는 current-mode 회로로 구현되었다. Current-mode FFT LSI에서, VIC(Voltage-to-current converter)는 입력 전압 신호를 전류로 바꾸는 first main device이다. 저전력 OFDM을 위해 FFT LSI와 VIC가 한 개의 칩과 결합되는 것을 고려하면, VIC는 전력 손실은 낮고, VIC와 FFT LSI 사이에서의 DC offset 전류는 최소인 작은 크기의 chip으로 설계되어야 한다. 본 논문에서는 새로운 VIC를 제안한다. 선형동작구간을 넓히고 DC offset 전류를 대폭 감소하는 방법을 제시하였다. VIC는 0.35[um] CMOS process로 구현되었으며, 시뮬레이션 결과에 따르면 제안된 VIC는 current-mode FFT LSI와 0.1[uA] 미만의 매우 작은 DC offset 전류, 1.4[V]의 넓은 선형구간을 갖으며, 저전력으로 동작한다.

Support MOS Capacitor를 이용한 Current Transfer 구조의 전류 메모리 회로

김형민(Hyung-Min Kim),박소연(So-Youn Park),이대니얼주헌(Daniel-Juhun Lee),김성권(Seong-Kweon Kim) 한국전자통신학회 2020 한국전자통신학회 논문지 Vol.15 No.3

본 논문에서는 정적소비전력을 줄이며, 전류 모드 신호처리의 장점을 최대로 올릴 수 있는 전류 메모리 회로 설계를 제안한다. 제안하는 전류 메모리 회로는 기존의 전류 메모리 회로가 갖는 Clock-Feedthrough와 Charge-Injection 등으로 인해 데이터 저장 시간이 길어지면서 전류 전달 오차가 심해지는 문제를 최소화하며, 저전력 동작이 가능한 Current Transfer 구조에 밀러 효과(Miller effect)를 극대화하는 Support MOS Capacitor를 삽입하는 설계로, 저장 시간에 따르는 개선된 전류 전달 오차를 보였다. 매그나칩/SK하이닉스 0.35𝜇𝑚 공정으로 칩 제작을 통한 실험 결과, 저장 시간에 따르는 전류 전달 오차가 5% 이하로 개선되는 것을 검증하였다. In this paper, we propose a current memory circuit design that reduces static power consumption and maximizes the advantages of current mode signal processing. The proposed current memory circuit minimizes the problem in which the current transfer error increases as the data transfer time increases due to clock-feedthrough and charge-injection of the existing current memory circuit. The proposed circuit is designed to insert a support MOS capacitor that maximizes the Miller effect in the current transfer structure capable of low-power operation. As a result, it shows the improved current transfer error according to the memory time. From the experimental results of the chip, manufactured with MagnaChip / SK Hynix 0.35 process, it was verified that the current transfer error, according to the memory time, reduced to 5% or less.

A Fast Response Integrated Current-Sensing Circuit for Peak-Current-Mode Buck Regulator

Ha, Jung-Woo,Park, Byeong-Ha,Kong, Bai-Sun,Chun, Jung-Hoon The Institute of Electronics and Information Engin 2014 Journal of semiconductor technology and science Vol.14 No.6

An on-chip current sensor with fast response time for the peak-current-mode buck regulator is proposed. The initial operating points of the peak current sensor are determined in advance by the valley current level, which is sensed by a valley current sensor. As a result, the proposed current sensor achieves a fast response time of less than 20 ns, and a sensing accuracy of over 90%. Applying the proposed current sensor, the peak-current-mode buck regulator for the mobile application is realized with an operating frequency of 2 MHz, an output voltage of 0.8 V, a maximum load current of 500 mA, and a peak efficiency of over 83%.

저 전압 스윙 기술과 슬립 트랜지스터를 이용한 저 전력 전류모드 논리 곱셈기 설계

이윤상,김정범 강원대학교 정보통신연구소 2009 정보통신논문지 Vol.13 No.-

This paper proposes a low-power MOS current-mode logic multiplier using low-swing technology and sleep transistor. The proposed circuit has a structure of low-power MOS current-mode logic circuit with sleep-transistor to reduce the leakage current. The sleep-transistor is used to PMOS transistor to minimize the leakage current. Comparing with the conventional MOS current-model logic circuit, the circuit achieves the reduction of the power consumption in sleep mode by 1/50. The designed multiplier is achieved to reduce the power consumption by 10.5% and the power-delay-product by 11.6% compared with the conventional MOS current-model logic circuit. This circuit is designed with Samsung 0.35 ㎛ CMOS process. The validity and effectiveness are verified through the HSPICE simulation.