특허 개요
본 특허는 고속 데이터 전송에서 약해진 신호를 보정하는 능동 인덕터 기반 PAM-4 송신기입니다. 입력 데이터를 서모미터 코드(thermometer code)로 PAM-4의 복수 전압 레벨 신호로 변환한 뒤, 드라이버가 이를 증폭하고 능동 인덕터(active inductor) 보상 회로가 스위칭으로 목표 주파수 대역의 피크를 형성해 이득 저하를 보상합니다. 레플리카 드라이버·레플리카 인덕터·저항기를 이용하는 ZQ 캘리브레이션이 코드 신호를 생성하여 풀업·풀다운 회로와 전압 레벨을 조정합니다.
- 핵심 기능
신호 생성기와 직렬 변환기가 입력 데이터를 이진 직렬 데이터로 만들고, 디지털 로직부가 서모미터 코드 기반의 PAM-4 레벨별 디지털 입력 신호로 변환합니다. 드라이버가 레벨별 신호를 출력하면 능동 인덕터 보상 회로가 스위칭으로 이득을 보상하며, ZQ 캘리브레이션 회로가 레플리카 회로와 저항기를 기준으로 코드 신호와 전압 레벨을 조정합니다.
- 차별 강점
종래 PAM 보상 방식인 프리엠퍼시스와 디엠퍼시스는 높은 전력 소모, 작은 출력 신호 및 높은 신호 감쇠 문제가 제시되었습니다. 본 특허는 드라이버 레플리카와 능동 인덕터 레플리카를 함께 활용한 ZQ 캘리브레이션으로 능동 인덕터 스위칭과 PAM-4 출력 이득 보상을 제어해, 대역폭 감쇠와 임피던스 불일치를 함께 다루는 점이 차별점입니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 고속 메모리 인터페이스, PAM-4 SerDes 송신기, 고속 유선 통신 링크, 고속 데이터 전송용 반도체 인터페이스에 활용 가능하며, 채널 손실과 신호 무결성 문제를 검토하는 회로 설계에 적용할 수 있습니다. 사업 측면에서는 HBM 등 고속 메모리, 디스플레이 인터페이스, 고속 유선 통신 SoC용 송수신 IP 및 링크 단위 통합 설계로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
ZQ 캘리브레이션 동작을 적용한 PAM-4 송신기에서 전압 레벨 오차 비율과 노이즈·아이 오프닝을 확인했으며, 캘리브레이션을 생략한 경우와 비교했습니다. 실환경 채널 손실, 공정·전압·온도 변동, 실제 고속 링크의 전송속도·전력소모 및 장기 신뢰성 검증 범위는 제시되지 않았습니다.
- 평가 대상: PAM-4 제0～제3 전압 레벨의 RLM 및 노이즈·아이 오프닝
- 비교 조건: ZQ 캘리브레이션 동작 적용 여부
- 회로 조건: 내부 저항 75Ω 및 150Ω, 외부 저항 50Ω
현재 성과
ZQ 캘리브레이션 동작을 통해 PAM-4 송신기의 전압 레벨 오차 비율인 RLM을 99%로 제시했습니다. 레벨별 임피던스와 전압을 보정해 출력 신호의 선형성 확보를 목표로 합니다.
PAM-4 제0～제3 레벨에서 전압 레벨 오차 비율, 노이즈 및 아이 오프닝을 검증 대상으로 설정했습니다. 내부 저항 75Ω 및 150Ω, 외부 저항 50Ω 조건에서 ZQ 캘리브레이션을 생략한 경우와 비교해, 보정 적용 시 레벨 사이 노이즈 최소화와 아이 오프닝을 확인했습니다.
종래 프리엠퍼시스 및 디엠퍼시스 방식은 전력 소모, 출력 신호 크기 및 신호 감쇠 측면의 한계가 제시되었습니다. 본 특허는 드라이버 레플리카와 능동 인덕터 레플리카를 함께 사용하는 ZQ 캘리브레이션 코드로 보상 회로 스위칭과 PAM-4 출력 이득을 제어하는 구성이 핵심 차별점입니다.
상용화까지 남은 부분
실환경 채널 손실 조건에서의 신호 무결성 및 보상 효과 검증
공정·전압·온도 변동 조건에서의 전압 레벨 보정과 임피던스 정합 안정성 검증
실제 고속 링크에서의 데이터 전송속도·전력소모·장기 신뢰성 검증
기술 이전 형태·도입 과정
도입은 이렇게 진행됩니다.
검토 미팅
귀사 상황·데이터 구조 기준으로 적합성을 논의합니다. 자료 검토만으로 끝나도 됩니다.
PoC 공동 검증
연구팀 동행 하에 귀사 데이터 기준 재학습·성능을 확인합니다.
라이센싱 계약
PoC 결과를 기반으로 희망 형태(실시권·공동연구 등)를 협의합니다.
기술지도·후속
도입 초기 기술지도, 필요 시 후속 공동연구·정부과제 연계까지 진행합니다.
특허 정보
능동 인덕터 기반의 보상회로를 이용한 PAM-4 송신기 및 그 동작 방법
10-2023-0070348 (2023.05.31)
1026925270000 (2024.08.01)
김철우, 신화석, 최윤재, 심진철, 김성철, 최종혁
고려대학교산학협력단
고려대학교 산학협력단