[논문 리뷰] Processing of Communication Signal Using Operational Transconductance Amplifier

Arabinda Roy, Kasturi Ghosh외 2명|arXiv (Cornell University)|2010. 02. 25.

Analog and Mixed-Signal Circuit Design참고 문헌 6인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 운영 전도도放大기(OTAs)를 사용한 통신 시스템을 위한 신호 처리 방법론을 제안하며, 펄스 코드 변조 및 데이터 압축을 위한 델타 모odulator와 컴패너드 회로의 구현을 시연한다. 3.5V에서 동작하는 이 회로들은 SPICE 시뮬레이션을 통해 검증되었으며, 디지털 통신 시스템 내에서 효과적인 아날로그-디지털 변환과 동적 범위 압축을 보여주었다.

ABSTRACT

This paper proposes a signal processing methodology of communication system and realized that circuits using operational transconductance amplifier (OTA). Two important classes of communication circuit, delta modulator and compander have been designed using that procedure. In the first implementation coded pulse modulation system is demonstrated which employ sampling, quantizing and coding to convert analog waveforms to digital signals while the second gives data compression and expansion in digital communication system. The proposed compander circuit is realized with operational transconductance amplifier and diode. Required power supply to operate the circuit is 3.5V. Performance of the circuits realized with OTAs has been demonstrated through SPICE simulation.

연구 동기 및 목표

• 운영 전도도放大기(OTAs)를 사용한 통신 시스템을 위한 저전압, 저전력 신호 처리 방법론을 개발하기 위해.
• 펄스 코드 변조 시스템에서 아날로그-디지털 변환을 위한 델타 모odulator를 설계하고 구현하기 위해.
• 디지털 통신 시스템에서 동적 범위 압축 및 확장 기능을 수행하는 컴패너드 회로를 실현하기 위해.
• 3.5V 전원 공급 전원 하에서 SPICE 시뮬레이션을 활용해 회로 성능을 검증하기 위해.
• OTA 기반 아날로그 신호 처리가 효율적인 통신 시스템 설계를 위해 실현 가능함을 시연하기 위해.

제안 방법

• 델타 모odulator는 아날로그 입력을 증분 변화 기반으로 1비트 디지털 스트림으로 인코딩하기 위해 OTA와 피드백 루프를 사용하여 구현되었다.
• 컴패너드 회로는 입력 신호의 진폭을 로그적 압축을 제공하기 위해 OTA와 다이오드를 사용하여 실현되었다.
• 두 회로 모두 3.5V 전원 공급 전원을 사용하여, 이동 통신 장치에 적합한 저전압 동작을 보장하였다.
• 신호 처리 체인은 델타 모odulator의 경우 샘플링,量子화 및 코딩을 포함하였으며, 컴패너드는 신호 압축 및 확장을 처리하였다.
• 표준 운영 조건 하에서 두 회로의 성능을 평가하기 위해 SPICE 시뮬레이션을 활용하였다.
• OTA 기반 설계는 정확한 신호 표현을 위한 고전도도 이득과 향상된 선형성을 제공하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 OTA 기반 회로는 통신 시스템에서 아날로그-디지털 변환을 위한 델타 모odulation을 효과적으로 구현할 수 있는가?
• RQ2 OTA와 다이오드 기반 컴패너드 회로는 동적 범위를 압축하고 확장하는 데 얼마나 잘 기능하는가?
• RQ3 저전압 3.5V 공급 전원 하에서 OTA 기반 신호 처리 회로의 성능은 어떠한가?
• RQ4 SPICE 시뮬레이션은 OTA 기반 통신 회로의 기능성과 안정성을 어느 정도 검증할 수 있는가?
• RQ5 OTA 기반 설계는 실용적인 디지털 통신 응용 분야에서 충분한 선형성과 정확성을 확보할 수 있는가?

주요 결과

• 델타 모odulator는 증분 인코딩 기반으로 아날로그 웨이브폼을 1비트 디지털 스트림으로 성공적으로 변환하여 대역폭 효율적인 전송에 적합하였다.
• 컴패너드 회로는 OTA와 다이오드를 활용하여 효과적인 동적 범위 압축을 달성하여 디지털 시스템 내에서 효율적인 데이터 압축을 가능케 하였다.
• 두 회로 모두 3.5V 전원 공급 전원 하에서 안정적으로 동작하여 이동 통신 장치에 적합한 저전압 호환성을 입증하였다.
• SPICE 시뮬레이션은 델타 모odulator 및 컴패너드 회로 모두에 대해 안정적인 동작과 정확한 신호 처리를 확인하였다.
• OTA 기반 설계는 실용적인 통신 신호 처리 응용 분야에서 충분한 전도도 이득과 선형성을 제공하였다.
• 결과는 OTAs를 저전력, 고효율 통신 신호 처리 회로 설계의 핵심 구성 요소로 활용할 수 있음을 뒷받침한다.