도시바, 역동적인 공급전압 제어 테크닉 사용해 초저전력 2.4 GHz VCO 개발
- ESSCIRC 2014
최근, 무선통신 어플리케이션이 스포츠, 피트니스, 헬스케어, 시계 등을 포괄할 정도로 넓어지고 있다. 이 어플리케이션들은 초저전력 무선 IC가 필요한 코인셀 배터리, 에너지 회수장치와 같이 저용량 배터리로 오랫동안 작동돼야 한다 이로 인해 저전력 무선 IC와 개별 빌딩 블록(individual building blocks)에 대한 연구가 촉발됐다.
빌딩 블록가운데 VCO 전력소모를 줄이는 것은 특히 어려웠는데 우수한 저소음 기능이 높은 전력 소모에 의존하기 때문이었다. VCO 의 저소음과 저전력 소모를 달성하려는 많은 테크닉이 연구됐으며 연구는 주로 전류 소비 감소에 집중됐다. 그러나 초저전력을 위해서는 전압영역 축소가 필요했다.
도시바는 향상된 CMOS기술로 개발된 클래스D VCO를 적용했다. 이는(기존 VCO처럼 트랜스컨덕터가 아니라) 트랜지스터를 스위치로 사용하는 것이다. 비록 클래스D VCO가 낮은 전력공급 하에서 우수한 저소음 성능을 달성했어도, 공급전압도 가능한 초저전력만큼 낮아야 한다.
초저전력 VCO는 공급전압 컨트롤러로LDO(Low-Drop Out) 회로를 사용하는 역동적인 공급전압 제어 테크닉으로 개발됐다. VCO가 시작될 때, 빠르고 신뢰할 수 있는 공급전압이 시작된다. 시작 후 안정적인 상태로 접어들면 공급전압은 임계전압 이하로 제어됨으로써, 진동의 공급전압을 트랜지스터의 임계전압 이하로 유지되도록 한다. 클래스D VCO는 진동 진폭이 공급전압보다 3배 높은 것이 특징이다 초저전압 작동으로 VCO의 저전력 소모를 달성한 것이다.
테스트 칩은 높은 임계전압을 가진 28nm CMOS 기술로 생산됐다. 높은 임계전압은 슬립모드에서 전류 유출을 줄일 수 있는 반면, 기존 클래스 D VCO에서는 전력 소비를 증가시켰다. 왜냐하면 높아진 공급전압이 필요하기 때문이다. 그러나 제안된 VCO는 임계전압보다 낮은 전압에서 진동할 수 있으므로 높은 임계전압에서도 저전력 진동이 가능하다. 저전력무선시스템용에 필요한 저소음 성능과 함께 171uWdml 초저전력 소모가 달성된 것이다.
역동적인 공급전압 제어는 슬립모드에서 전류 유출과 활성모드에서 활성 전력 소비간에 균형을 해결할 수 있다. 이 저전압 VCO가 DC/DC 컨버터, 에너지 회수장치 같은 에너지원으로 사용될 때 더 효율적인 무선시스템이 가능하다.
이 VCO는 향상된 CMOS기술로 초저전력 소비로 작동 가능하다. 앞으로도 도시바는 3년후 초저전력 무선 IC를 구현하기 위해 토털 무선시스템뿐 아니라 VCO 빌딩 블록에서도 전력 소비를 줄이기 위해 노력할 것이다.
*블루투스는 Bluetooth SIG, Inc. 의 등록상표이며 도시바는 라이선스를 취득하여 이 상표를 사용하고 있다.
도시바(Toshiba Corporation) 소개
도시바 코퍼레이션은 첨단 전자/전기 제품 및 시스템을 통해서 에너지 및 인프라, 커뮤니티 솔루션, 헬스케어 시스템 및 서비스, 전자기기 및 부품, 그리고 생활 제품 및 서비스 등 5개의 전략적 사업에 국제적인 능력을 펼치고 있는 포춘지 선정 500대 기업 중 하나이다. 도시바는 그룹의 기본 약속인 “인류에 헌신, 미래에 헌신”을 바탕으로 하여 “창조와 혁신을 통한 성장”을 향한 국제 경영을 장려하고 있으며 세계 모든 사람들이 안전하고 보장된 편안한 사회에 사는 세계를 이룩하는데 헌신하고 있다.
1875년 설립된 도시바는 현재 전 세계에 20여만명의 임직원을 보유하고 있는 590여개의 연결기업으로 구성된 글로벌 네트워크의 중심이며, 연간 매출은 6.5조엔(미화 630억 달러)을 상회하고 있다.
자세한 사항은 도시바 웹사이트(www.toshiba.co.jp/index.htm)에서 확인할 수 있다.
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