FPGA 보 고 서학 과학 년학 번조성 명전자공학과412131282김영호실험 제목FULL ADDER, MUX1. 실습 이론FULL ADDER가산기는 덧셈 연산을 수행하는 논리 회로이자 조합 회로이다. 전자계산기가 발명될 당시에는 진공관에 의해 구성되었고, 현재는 집적 회로로 설계된다. 전가산기는 이진수의 한 자릿수를 연산하고 CarryOut 포함하여 출력한다. 이 캐리를 상위 자리 Carryin에 연결함으로써 임의의 자리수의 이진수 덧셈이 가능해진다. 하나의 풀애더는 두개의 하프애더와 하나의 OR로 구성된다. 진리표와 회로도(게이트)는 다음과 같다. X가 Cin, C가 Cout을 나타낸다.FULL ADDER (4bit)4개의 1bit 풀애더를 직렬로 연결해 Cout 을 상위 비트의 Cin에 넣어주면 임의의 비트 덧셈을 수행할 수 있다. 다만 정해진 비트수(풀애더의 개수) 를 넘어가면 논리적으로는 문제가 없으나 원하는 값이 나오지 않을 수 있다.Multiplexer (2to1)멀티플렉싱이란 다수의 정보 장치의 데이터를 소수의 채널을 통하여 선택적으로 전송하는 것을 의미한다. 멀티플렉서는 여러 개의 입력선 중에서 하나를 선택하여 출력선에 연결하는 조합논리회로이고 selection signal 에 따라 입력을 선택하여 하나의 출력을 내보낸다. 보통 2^n개의 입력선과 n개의 선택선으로 이루어져 있다. 데이터 선택기라고도 한다.2*1 MUX인 Z=AS+BS’ 을 게이트로 구현한 것이다. 하지만 이렇게 하면 TR 낭비가 많기 때문에 transmission gate로 MUX를 구현한다.Multiplexer (4to1)2to1 MUX를 3개 이용하면 4to1MUX를 구현할 수 있다. 이처럼 2^nto1 MUX를 손쉽게 구현할 수 있다. 다만 2to1MUX의 개수가 2의 등비급수로 커지게 된다.2. 실습 내용 : Verilog Code 및 주석FULL ADDER`timescale 1ns / 1ps //시간단위 : 1ns 해상도 : 1ps//시간단위 - #n일때 n뒤에 붙는 / Inputsreg a;reg b;reg c_in;// Outputswire sum;wire c_out;// Instantiate the Unit Under Test (UUT)fulladder uut (.sum(sum),.c_out(c_out),.a(a),.b(b),.c_in(c_in));initial begin// Initialize Inputsa = 0;b = 0;c_in = 0; //이니셜컨디션 a,b,c_in 은 0// Wait 100 ns for global reset to finish#100;// Add stimulus herea=1'd0; b=1'd0; c_in=1'd0; //abc=000#5 a=1'd0; b=1'd0; c_in=1'd1; //abc=001 delay 5ns#5 a=1'd0; b=1'd1; c_in=1'd0; //abc=010 delay 5ns#5 a=1'd0; b=1'd1; c_in=1'd1; //abc=011 delay 5ns#5 a=1'd1; b=1'd0; c_in=1'd0; //abc=100 delay 5ns#5 a=1'd1; b=1'd0; c_in=1'd1; //abc=101 delay 5ns#5 a=1'd1; b=1'd1; c_in=1'd0; //abc=110 delay 5ns#5 a=1'd1; b=1'd1; c_in=1'd1; //abc=111 delay 5nsendendmoduleFULLADDER(4bit)`timescale 1ns / 1psmodule fourbitfulladder(input [3:0] a, // input 벡터 a (0~3)input [3:0] b, // input 벡터 b (0~3)input c_in,output [3:0] sum, //output 벡터 sum(0~3)output c_out);wire c1, c2, c3;fulladder fa0(sum[0], c1, a[0], b[0], c_in);fulladder fa1(sum[1], c2, a[1], b[1], c1);fulladder fa;c_in = 0; //이니셜컨디션 000// Wait 100 ns for global reset to finish#100;// Add stimulus herea=4'd0; b=4'd0; c_in=1'b0; //4비트 10진수 4'd 1비트2진수 1'b#5 a=4'd3; b=4'd4; //4'd3 는 이진수 0011 , 0100#5 a=4'd2; b=4'd5; //0010, 0101#5 a=4'd9; b=4'd9; //1001, 1001#5 a=4'd10; b=4'd15;//1010, 1111#5 a=4'd10; b=4'd5; c_in=1'b1; //1010, 0101endendmodule2to1 MUX`timescale 1ns / 1ps//initial과 always의 타겟(출력) 으로 사용할 변수는 reg로 선언//이외에는 모두 wire로 선언 , reg는 값 기억(저장) 가능module mux_2to1(input a,input b,input sel,output reg out);always @(sel, a, b) //c의 while과 비슷, sel,a,b가 변할 때 동작 (@뒤의 조건이 참일때만 실행)begincase(sel)0 : out = a; //sel이 0일때 out에 a 저장1 : out = b; //sel이 1일때 out에 b 저장endcaseendendmodule`timescale 1ns / 1psmodule tb_mux_2to1;// Inputsreg a;reg b;reg sel;// Outputswire out;// Instantiate the Unit Under Test (UUT)mux_2to1 uut (.a(a),.b(b),.sel(sel),.out(out));initial begin// Initialize Inputsa = 0;b = 0;sel = 0;// Wait 100 ns for global reset to finish#100;// Add stimulus hereendalways begin //5ns마다 a 스위칭 반복#5 a=1out = a[0]; //이외의 경우 out=a[0]endcaseendendmodule`timescale 1ns / 1psmodule tb_mux_4to1;// Inputsreg [1:0] a;reg [1:0] b;reg [1:0] sel;// Outputswire out;// Instantiate the Unit Under Test (UUT)mux_4to1 uut (.a(a),.b(b),.sel(sel),.out(out));initial begin// Initialize Inputsa = 0;b = 0;sel = 0; //이니셜컨디션 a=b=sel=0#100;end// Wait 100 ns for global reset to finishalways begin#5 a[0]=1; //5ns 마다 a[0] 스위칭#5 a[0]=0;endalways begin#50 b[0]=1; //50ns 마다 b[0] 스위칭#50 b[0]=0;endalways begin#200 sel = 1; //200ns 마다 sel 1->2->3->0->1->.. 스위칭#200 sel = 2;#200 sel = 3;#200 sel = 0;endendmodule4to1 MUX (모듈 이용)`timescale 1ns / 1psmodule mux_4to1_module(input [1:0] a, //input vector a 0~1input [1:0] b, //input vector b 0~1input [1:0] sel, //input vector sel 0~1output out);wire c0, c1;//2to1 mux 모듈 재사용 a,b,sel,out 순서이다.mux_2to1 mux0(a[0], b[0], sel[0], c0);mux_2to1 mux1(a[1], b[1], sel[0], c1);mux_2to1 mux2(c0, c1, sel[1], out);endmodule`timescale 1ns / 1psmodule tb_mux_4to1_module;// Inputsreg [1:0] a;reg미리 구해놓은 진리표와 완전히 동일하게 나왔다.FULLADDER(4bit)원하는 결과가 나왔다. 다만 4bit를 넘어가면 표현이 되지 않기 때문에 논리에는 이상이 없지만 원하지 않는 값이 나온 것들이 있다. (1001+1001=0010)실제 원하는 값은 (1001+1001= 10010)2to1 MUXa는 5ns 마다, sel은 200ns 마다 스위칭 하는 것을 확인할 수 있다.sel이 0일 때 a가, sel이 1일 때 b가 출력(out) 되는 것을 알 수 있다.4to1 MUX (단순구현)sel이 0(00)이면 out=a[0] , sel(01)이 1이면 out=b[0], sel이 2(10) 이면 out=a[1], sel이 3(11)이면 b[1] 이 출력으로 나온다. 모두 이상없이 원하는 출력이 나왔다.4to1 MUX (모듈이용)sel이 0(00)이면 out=a[0] , sel(01)이 1이면 out=b[0], sel이 2(10) 이면 out=a[1], sel이 3(11)이면 b[1] 이 출력으로 나온다. 모두 이상없이 원하는 출력이 나왔다.4. 고찰모듈의 재사용베릴로그 상에서도 C++이나 자바의 Class처럼 하나의 모듈을 만들어 놓으면 재사용 할 수 있다. 덕분에 불필요한 코딩에 드는 시간을 줄일 수 있고 객체지향프로그래밍처럼 원하는 모듈을 붙이는 방식으로 코딩을 할 수 있다.코딩 방법코딩은 구조적으로 할 수도 있고 논리적으로 할 수도 있다. 구조적으로 코딩을 할 경우에는 미리 어떤 게이트가 어떠한 순서로 되어있는지 알 때 입출력 관계와 게이트를 코딩해 주는 것이다. 풀애더를 코딩한 방식이 해당된다. 논리적으로 코딩을 하는 경우에는 특정 게이트를 명시하는 것이 아니라 입력과 출력을 명시한 후 논리적으로 동작하는 방식을 코딩하는 것이다. MUX를 코딩한 것이 해당된다. Sel의 0,1에 따라 output이 어떻게 나오는지 코딩이 되어있지만 무슨 게이트를 사용했는지는 나와있지 않다.Always 문always 문 뒤에 @이 붙으면 조건이 만족할 때만 반복을 시행한다이다.
TSP Touch Screen Pannel 에 대하여 전자공학과 김영호TSP 란 ?? 터치 센서가 내장된 패널구조에 따른 분류 (1) Add on type : 접착제로 LCD 나 OLED 패널 위에 붙인다 . On Cell : 상부 유리기판에 터치센서 내장 (Y-OCTA, OCTA) In cell : 셀 내부에 터치센서 내장 (LCD) Oncell / incell 이 패널 더 얇게 만들 수 있고 외부광 반사 줄어 전력 효율 증대구조에 따른 분류 (2)작동원리에 따른 분류 Resistive 방식 ( 감압식 ) – 필름이 접촉될 정도로 눌러야함 ( 상부 기판을 손이 접촉하면 신호 인가 그것이 아래 기판에 닿으면 신호 receive) Capacitive 방식 (mutual, self) 아래 그림은 mutual 전극간의 정전용량 변화를 감지하거나 한 전극의 정전용량 변화를 감지한다 .Capacitor? 전하를 저장할 수 있는 수동 소자 . 회로에서 전기 에너지의 형태로 에너지를 저장한다 . 단위는 F( 패럿 ) ( 역학에서 스프링계수와 비슷 ) 커패시턴스는 판의 넓이가 클수록 , 유전율이 클수록 크고 , 판의 거리가 작을수록 크다 . 유전율은 외부 전기장에 얼마만큼 편극되느냐의 척도Self capacitive touch 전극이 서로 역할을 가지고 cap 을 형성하는 방식이 아닌 전극자체의 self cap 의 변화를 측정하는 방식 수중에서 좋다 . Parallel capacitance - algebraic sum 터치시 캐패시턴스가 증가한다 ! 전극 Tx,Rx 의 구분이 없다 . 처음 쏜 신호랑 받은 신호랑 integration 의 difference 을 체크 라인별로 체크하기 때문에 멀티터치 불가Mutual capacitive touch(1) 전극은 Rx, Tx 두개로 나뉜다 . 두 전극 사이의 커패시턴스 변화를 측정한다 . 직렬 연결이기 때문에 터치시 작아진다 .Mutual capacitive touch(2) Tx 를 한번 쏘고 모든 Rx 전극이 검사를 하기 때문에 dot 단위로 측정한다 . 역시 신호를 바로 측정하지 않고 적분값을 비교한다 .noise 1. Display noise ( 영상이 틀어지면 빛과 열때문에 노이즈 발생 ) 2. Lamp noise ( 바깥의 스탠드같은 광원이 TSP 를 비추면 램프 - 사람간의 parasitic cap 이 발생 ) 3. Charger noise ( 충전기를 꽂고 터치를 하면 reference node 가 GND 에서 floating 이 되버린다 .) 4. LGM(Low Ground Mass-Retransmission) ( 손에 들지 않고 플라스틱 Table 위에 올리는 경우와 같이 디바이스의 GND 가 제대로 잡히지 않을 경우 터치 오동작 )Force touch (3D touch) TSP 의 네 귀퉁이에 Strain gauge 를 달고 wheatstone bridge 를 만든 후 전압의 변화를 측정하여 z 축 터치를 측정한다 . ( 실제 세게 누르면 Window 가 휘어진다 )전극의 재료와 패턴 원래는 ITO 를 사용했으나 높은 저항값 때문에 metal mesh 를 사용 (Silver 나 Copper 황수빈이 조사했던거랑 비슷 ..) 패턴은 layer 감소 , 노이즈 감소 , 감도 증가 하는 방향으로 진화한다 .Roll of Touch IC 전극은 최대한 효율적인 패터닝을 되어있고 IC 가 상황 ( 자극 ) 에 따라 self cap 으로 감지할지 mutual cap 으로 감지할지 결정한다 . 그리고 galaxy s8 의 경우 14*30 의 전극이 패턴되어있는데 미세한 터치를 감지할 수 있는 것도 IC 의 능력이다 . (cap 변화 감지 - 그루핑 - 노이즈제거 - 터치 인식 ) 물에 있을 때 , 바깥에 있을 때 , LGM 일때 , 충전중일때 , 아무것도 안할 때 등 IC 가 전부 판단하여 효율적인 touch 감지 algorithm 을 선택하여 실행한다 .{nameOfApplication=Show}
MOSFET 전계효과 트랜지스터에 대하여 전자공학과 김영호Transistor 란 ?? Transfer of a signal through transit resistor 실제적으로 Gate(Base) 에 인가되는 전압 ( 전류 ) 에 따라 Output 이 변화하기 때문에 붙여진 이름이다 . (VCCS 혹은 CCCS) (V=IR 이니까 R 이 변하면 V 나 I 가 변한다 .) 현대 가장 큰 역할은 Amplifying 과 Switching!MOSFET 이란 ?? Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor 금속 - 산화물 - 반도체 순으로 쌓여있다 . 캐리어가 한 종류 ! M 메탈 (poly-Si, Al, High-K) O 옥사이드 (SiO2) S 세마이컨덕터 (single Crystal Si) 캐리어가 못가게 막는 쉴드역할 Gate Electrode substrateAccumulation - Cutoff 게이트에 (-) 전압을 인가해 이동 가능한 정공이 gate 바로 밑으로 이동한 상태Depletion 게이트에 걸리는 전압이 0 보다는 크고 threshold voltage 보다는 낮은 상태 . 즉 채널은 아직 생기지 않았으나 게이트에 인가된 양의 전압 때문에 정공이 밀려난 것을 볼 수 있다 .Inversion(1) Vg 가 Vth 보다 커지면 substrate 의 minoritiy carrier 가 channel 을 형성한다 . 현재는 Vd =Vs=0 인 상황이어서 채널의 길이가 모두 같다 .Inversion(2) – Linear(Triode) 드레인 전압을 높여주면 해당 부분의 전압이 Vgd = Vgs-Vds 가 되기 때문에 상대적으로 걸리는 전압이 작아지고 따라서 채널 두께가 얇아진다 . 이는 length 축에 Linear 하게 비례한다 .Inversion(3) - Saturation Vds 를 올리다가 결국 Vov ( Vgs -Vth) 보다 커지게 되면 드레인 쪽 채널의 두께가 0 이 되어버린다 . 이를 channel pinch off 라고 한다 . 하지만 핀치오프 되었다고 해서 전류가 흐르지 않는 것은 아니고 해당 부분의 static electric field 때문에 drift current 가 존재하게 된다 . 즉 더 이상 Vds 는 Ids 에 영향을 주지 못한다 . Like Diode!pMOS Current 의 Carrier 가 hole 인 경우이다 . 당연히 홀은 + 에서 – 로 흐르기 때문에 S 가 reference voltage 일 경우 D 와 G 는 음수여야 할 것이다 .Current equation of MOSFET Kn ’= unCox (W/L) 당연히 cutoff 일때는 Ids=0Early Effect Saturation ( Vds Vgs -Vth) 일때는 더 이상 Ids 가 변하지 않는다고 했지말 실제로는 Vds 가 증가할 수록 전류는 조금씩 증가한다 . 왜냐하면 실제적인 diode 의 depletion region 이 커지기 때문이다 . (depletion region 커지면 channel length 작아짐 그럼 Ids 증가 )What is CMOS? 논리를 nMOS 나 pMOS 로만 구현한 것이 아닌 둘 다를 이용하여 구현 . 일반적으로 static CMOS 가 많이 쓰인다 . 논리의 duality 를 이용해 nMOS 와 pMOS 의 논리를 상보적 (complementary) 하게 구현한다 . 전력소모를 굉장히 줄일 수 있다 . Pass Transistor 의 신호 손실을 막을 수 있다 .Why CMOS? 우리는 MOSFET 을 주로 Switch 용도로 사용 Why? 0 과 1 의 logic 을 ON 과 OFF 로 구현할 수 있기 때문 ! 그렇다면 0 과 1 의 상태에서 전력소모가 어떠면 좋을까 ? 0 에 수렴해야 좋을 것이다 . Using CMOS, current is almost zero when 1 or 0 state.Non ideal I-V effect of MOSFET Word 파일로 대체하니다 .{nameOfApplication=Show}
0 /6 Idea 명 포토리소그래피를 이용한 고해상도 OLED 화소 구현 제안 분야 신기술 Idea 요약 본 idea 는 미세패턴 구현이 가능한 포토리소그래피를 OLED 공정에 접목시켜 ppi 를 적어도 33,892 까지 향상시킬 수 있다 . 더 상세하게는 OLED 유기물을 손상시키지 않는 Photo Resist 를 이용해 R,G,B 순으로 포토리소그래피 공정을 진행한다 . 제 안 자 리더 e-mail Mobile 학교 / 학과 팀원 1 e-mail Mobile 학교 / 학과 팀원 2 e-mail Mobile 학교 / 학과 팀원 3 e-mail Mobile 학교 / 학과 Future Dream 대학 ( 원 ) 생 Idea 제안서 Idea 제안 양식 : 신기술 분야 ※ 팀으로 참여시 리더 포함 최대 4 명까지 구성하여 참여 가능1 /6 1. Idea 제안 배경 및 Value Idea 제안 배경 ( 시장 / 환경 등 ) 및 Idea 를 통해 얻을 수 있는 Benefit 을 자유롭게 작성해 주시기 바랍니다 . (1page 이내 ) Idea 제안 배경 Key Benefit ( 타 제품 대비 차별화 , 성능향상 등 ) 차세대 디스플레이는 VR, AR, 소화면 UHD 화질 구현 등 높은 ppi 를 요구함 현재의 FMM 방식으로 고해상도 OLED 화소를 구현하려고 할 경우 FMM 내부 벽면에 유기물이 붙음 대화면을 구현 할 경우 FMM 이 쳐져서 디스플레이의 균일도가 낮아져서 상품성이 떨어짐 WOLED 방식은 대화면 문제를 해결하였으나 추가적으로 칼라필터를 사용하는 단점 존재 새로운 화소 구현 방식의 기술 개발이 요구됨 기존의 고집적 반도체 구현에 사용하는 포토리소그래피 공정을 OLED 소자 구현에 접목함 압도적으로 높은 ppi 구현 가능 대화면 구성 시 FMM 처럼 쳐지지 않기 때문에 대형 RGB OLED 패널 구현 가능 차세대 VR, AR 에 쓰일 수 있는 고해상도 디스플레이 소자 구현 가능2 /6 2. Idea Concept 해당 Idea 에 대한 기술적인 Concept 을 시각적으로 표현하고 주요 특징을 작성해 주시기 바랍니다 . (1page 이내 ) Idea Concept Idea 주요 특징 포토리소그래피 방식을 사용 유기물질을 손상시키지 않는 PR 을 이용 FMM 을 사용하는 대신 OLED 유기물 위에 직접 PR 을 도포 WOLED 방식에서 사용되는 CF 를 사용하지 않음 새로운 PR 로 사용하기 위한 3 가지 조건 유기물에 반응성이 없어야 함 Bake 공정을 견딜 만한 내열성이 요구됨 감광성이 있어야 함 glass Red PR Red light Mask glass exposure develop glass etching glass Green deposition coating glass light exposure develop etching glass light deposition coating Blue glass exposure develop glass light etching glass Remove PR CMP glass R G B PR coating * 실제로는 단차 때문에 증착과 PR 도포시 G 와 B 유기물의 한 쪽 면이 벽에 붙어 위로 솟게 되기 때문에 마지막에 CMP 를 통하여 평탄화를 해준다 .3 /6 4. Idea 구현 방법 (1/2) 해당 Idea 개발에 대한 구현 방법 , 필요 기술 등을 상세히 자유롭게 작성해 주시기 바랍니다 . 구현 방법 필요 기술 Photoresist 로 Polyimide(PI) 를 이용 PI 를 spin coating 하기 위해 용매를 통한 점성 부여 Red 유기물 위에 PR coating 후 exposure, development , etching Green, Blue 유기물 순으로 depo 후 위 과정 반복 마지막에 PR 제거 후 CMP 로 표면 평탄화 더 정밀한 포토리소그래피 공정을 위해서 PR 로 음성 PI 보다 양성 PI 를 활용할 필요가 있음 PI 의 광반응성은 기존의 방법으로 구현 가능 OLED 유기물 위에 PR 을 도포해야 하는 아이디어의 특성상 유기물을 손상시키지 않는 PI solvent 의 탐색이 필요함 기존의 PI 는 내열성이 커 반도체 공정에 적합하지 않아 저온 공정용 PI 를 활용 해야함 (‘ 저온공정용 가용성 폴리이미드 수지 혼합 조성물 및 이를 절연막으로 사용하여 제조한 전유기 박막 트랜지스터 소자 ’ 특허번호 1020070013494 (2007.02.09) , 한국화학연구원 )4 /6 4. Idea 구현 방법 (2/2) 해당 Idea 개발에 대한 구현 방법 , 필요 기술 등을 상세히 자유롭게 작성해 주시기 바랍니다 . 구현 방법 필요 기술 Photoresist 로 불소수지를 이용 불소수지로 만든 PR 을 도포 이후 과정은 PI 를 이용한 공정과 동일 불소수지는 유기물에 반응성이 없어서 OLED 유기물을 손상시키지 않음 ( 예 : 테플론 (PTFE)) 열에 강하기 때문에 bake 공정 시 , PR 의 손상 없음 감광성을 갖는 불소수지를 찾거나 개발해야 함5 /6 5. 기타 해당 Idea 에 대한 추가적인 기술적인 설명 / 자료가 있는 경우 자유롭게 기술해 주시기 바랍니다 . 추가적인 장점 기존에 있는 노광기를 활용하기 때문에 추가적인 장비 도입이 필요 없다 . 6 inch 화면 기준 (7.64cm * 13.2cm) 248nm KrF Laser 를 광원으로 사용했을 경우 서브픽셀 하나의 길이를 250nm 로 제작할 수 있다 . 따라서 픽셀 하나 당 길이는 750nm 가 되고 ppi 로 계산하면 33,892 ppi 가 된다 . 이는 VR 이나 AR 제품 제작 시 요구되는 ppi 를 현저히 능가한다 . ( 사람이 불편함 없이 이용하려면 VR 은 최소 2,000ppi AR 은 최소 3,000ppi 가 요구됨 ) 2020 년 기준 전세계 VR device 관련시장은 약 700 억 달러 규모이다 . 초기 시장 진입의 협소함을 고려하여 전체 시장의 약 10% 를 상정하고 마진율 40% 로 상정하면 2.8 조원의 영업 이익을 낼 수 있다 . PI 는 이미 flexible display 제작 시 기판으로 사용하고 있기 때문에 대량구매에 따른 원가 절감의 효과가 있다 . 추가설명 더 정밀한 포토리소그래피 공정을 위해서 PR 로 음성 PI 보다 양성 PI 를 활용할 필요가 있음 이유 : 양성 감광제의 분해능이 더 좋기 때문 PI 의 광반응성은 기존의 방법으로 구현 가능 이유 : 이미 PSPI(photo sensitive polyimide) 가 개발되어 반도체 공정시에 사용되고 있음{nameOfApplication=Show}