Performance Improvement of Current-mode Device for Digital Audio Processor

디지털 오디오 프로세서용 전류모드 소자의 성능 개선에 관한 연구

This paper presents the design method of current-mode signal processing for high speed and low power digital audio signal processing. The digital audio processor requires a digital signal processing such as fast Fourier transform (FFT), which has a problem of large power consumption according to the settled point number and high speed operation. Therefore, a current-mode signal processing with a switched Current (SI) circuit was employed to the digital audio signal processing because a limited battery life should be considered for a low power operation. However, current memory that construct a SI circuit has a problem called clock-feedthrough. In this paper, we examine the connection of dummy MOS that is the common solution of clock-feedthrough and are willing to calculate the relation of width between dummy MOS for a proposal of the design methodology for improvement of current memory. As a result of simulation, in case of that the width of memory MOS is 20um, ratio of input current and bias current is 0.3, the relation of width between switch MOS and dummy MOS is $W_{M4}=1.95W_{M3}+1.2$ for the width of switch MOS is 2~5um, it is $W_{M4}=0.92W_{M3}+6.3$ for the width of switch MOS is 5~10um. Then the defined relation of MOS transistors can be a useful design guidance for a high speed low power digital audio processor.

본 논문은 디지털 오디오 신호처리의 고속 및 저전력 동작을 구현하기 위한 전류모드 신호처리의 고성능 회로에 관하여 설계방안을 제시한다. 디지털 오디오 프로세서는 FFT(fast Fourier transform)와 같은 디지털 연산 동작이 필요하며, FFT 프로세서는 그 설정 포인트에 따라, 전력이 많이 필요하게 되며, 또한 고속 동작의 요구에 따라, 전력의 부담은 증대되고 있다. 따라서, 디지털 오디오 프로세서에 SI(switched current) circuit을 이용하는 analog current-mode 신호처리의 응용이 적용되게 되었다. 그러나 SI circuit을 구성하는 current memory는 clock-feedthrough의 문제점을 갖기 때문에, 전류 전달 특성에 있어서 오차를 발생시킨다. 본 논문에서는 current memory의 문제점인 clock- feedthrough의 해결방안으로 switch MOS에 dummy MOS의 연결을 검토하고, 0.25um process로 제작하기 위하여 switch MOS와 dummy MOS의 width의 관계를 도출하고자 한다. 시뮬레이션 결과, memory MOS의 width가 20um, 입력전류와 바이어스전류의 비가 0.3, switch MOS의 width가 2~5um일 경우에 switch MOS와 dummy MOS의 width는 $W_{M4}=1.95W_{M3}+1.2$의 관계로 정의되고, switch MOS의 width가 5~10um일 경우에 width는 $W_{M4}=0.92W_{M3}+6.3$의 관계로 정의되는 것을 확인하였다. 이 때, 정의된 MOS transistor의 width관계는 memory MOS의 설계에 유용한 지침이 될 것이며, 저전력 고속 동작의 디지털 오디오 프로세서의 적용에 매우 유용할 것으로 기대된다.