PMSSIC_Lab

Welcome to Power Management & Sensing Systems IC (PMSSIC) Lab. I am a Professor working in the Department of Electronic Engineering, National Changhua University of Education (NCUE). My research interests are analog and mixed-signal IC design focusing on power management ICs, high-voltage driver ICs, analog front-end circuits and analog-to-digital converters.

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Personal Information

孫 宗 彣 (Tsung-Wen Sun)

E-Mail: mayracoon022@gmail.com

TEL: 04-7232105 Ext. 8397

Address: 工學院4樓 E434

Experience

2025/01 Electrical Engineering, National Chung Cheng University (國立中正大學 電機博士)


2025/04 ~ 2025/12 Realtek Semiconductor Corp. - Senior Engineer


2026/08 ~ Department of Electronic Engineering, National Changhua University of Education (NCUE) - Assistant Professor


Interests

Analog/Mixed-signal IC design, power management integrated circuits (PMICs), high-voltage integrated circuit design, biomedical analog signal front-end readout circuit, data converters

Biography

Tsung-Wen Sun was born in Kaohsiung City, Taiwan. He received the B.S. degree from the National Kaohsiung University of Science and Technology, Kaohsiung, Taiwan, in June 2019. In Jan. 2025, he also received the Ph.D. degree from the Department of Electrical Engineering, National Chung Cheng University, Chiayi County, Taiwan. Moreover, he received the 2023 Annual Excellent Analog IC-Design Award from the TSRI, Taiwan, the Excellence Award from the 23rd Macronix Golden Silicon Awards, and the 2023 IEEE SSCS Seoul Chapter Award in 2023. In 2025, he became a Senior Analog Design Engineer at Realtek Corp., Taiwan. His work focuses on the design of high-voltage driver ICs, including high-voltage circuits such as PowerMOS drivers, switch protection circuits, charge pumps, and PMICs implemented in an advanced FinFET process. In Aug. 2026, he serves as an Assistant Professor in the Department of Electronic Engineering at National Changhua University of Education. His research interests include analog circuit design for power management systems, analog front-end sensor interface, and biomedical circuits and systems.

Research Fields

研究方向一：
高功率與低功耗電源管理積體晶片設計
（Power Management ICs for High-Power and Ultra-Low-Power Applications）

隨著人工智慧（AI）、高效能運算（HPC）、資料中心與電動載具等應用快速發展，系統對電源管理積體晶片在高功率密度、高轉換效率與高可靠度方面提出更嚴格的要求。電源管理積體晶片目前明顯朝向高功率高電壓與超低功耗兩個方向發展，而這兩類應用在電路設計與系統整合上皆面臨根本性的挑戰。在高功率應用中，高電壓轉換為低電壓時，常伴隨效率降低、功率損耗、熱管理困難與晶片面積成本增加等問題。此外，高壓元件的隔離設計（High-Voltage Isolation）、HV Domain 的版圖規劃，以及高速切換所導致的高 dv/dt 與 di/dt 效應，皆對積體電路的可靠度、ESD 與 Latch-up 防治構成重大挑戰。為因應上述瓶頸，寬能隙半導體材料（Wide Bandgap Semiconductors）如氮化鎵（GaN）與碳化矽（SiC），因其具備高崩潰電壓、高電子遷移率與低導通損耗等特性，已成為新世代高功率電源轉換之關鍵技術。其中，GaN 特別適用於高頻、高效率與高功率密度之電源轉換架構，廣泛應用於資料中心 48V 架構、電動車、無人機與快充系統。然而，GaN 元件的導入也帶來新的研究議題，包括閘極驅動與保護電路設計、高速切換引發之 EMI 問題、GaN-on-Si 製程下的熱效應與可靠度劣化機制。因此，本研究方向將聚焦於GaN 功率元件與電源管理積體電路之協同設計（Co-design），發展具高效率與高可靠度之整合式高壓電源管理電路。本人曾於瑞昱半導體任職，參與多項高壓積體電路之設計與佈局，熟悉高壓元件應用、隔離結構設計與可靠度強化技巧。未來將結合產業實務經驗與學術研究，發展適用於 GaN 功率系統之高壓電源管理積體電路設計方法，並導入研究與教學之中。



研究方向二：
生醫與環境類比訊號前端感測與讀取晶片暨資料轉換器
(Biomedical & Environmental Analog Front-End ICs and Data Converters)

隨著穿戴式醫療、長時間生理監測與植入式醫療裝置需求快速成長，如何以低功耗、高準確度與高可靠度的方式進行生理與環境訊號量測，已成為精準醫療與個人化健康管理的關鍵技術。相較於傳統大型醫療設備，透過類比積體電路實現之微型化感測與讀取系統，具備低成本、高便利性與可長時間運作等優勢，使得智慧手環、智慧手錶與攜帶式醫療裝置能夠逐步取代部分臨床量測設備。人體生理訊號種類繁多，如心電圖（ECG）、腦電圖（EEG）、肌電圖（EMG）、心音圖、光體積脈搏波（PPG）、血壓、腦壓、體溫、眼電圖（EOG），甚至生化與 DNA 訊號等。然而，這些生理資訊多半並非直接以電壓形式存在，而需透過電化學、阻抗量測、電容式感測等轉換機制，藉由微機電系統（MEMS）或生醫微感測器將其轉換為微弱的電壓或電流訊號。由於生理感測訊號幅度極小且頻寬有限，類比前端讀取電路（Analog Front-End, AFE）之低雜訊設計成為整個系統準確度的關鍵。前端放大器若受到雜訊、失調或干擾影響，將可能導致睡眠偵測、心律不整或腦波分析等醫療判斷出現嚴重誤差。此外，當系統整合多組感測器陣列時，感測器間的不匹配、製程變異與溫度漂移，也需仰賴電路層級的校正與補償技術加以克服。在訊號讀取後，必須透過高解析度、低功耗的資料轉換器（ADC），將類比訊號轉換為數位資料供後端數位處理單元使用。對於生醫應用而言，資料轉換器需在低取樣頻率、低雜訊、低功耗與高線性度之間取得最佳平衡，以滿足長時間監測與植入式裝置對電池壽命與安全性的要求。值得注意的是，單純的量測數值對病患與醫師本身並不具備直接意義，最終仍需透過人工智慧與訊號處理演算法進行疾病判斷與風險預測。因此，從感測器、類比前端、資料轉換器、電源管理到後端 AI 處理的整體系統協同設計，已成為生醫晶片研究的重要趨勢。本人於求學階段，曾橫跨微感測器設計、低雜訊類比前端電路、資料轉換器與 AI 輔助疾病判斷流程之相關研究，未來將以此系統層級視角，發展具低功耗、高可靠度與高度整合性之生醫與環境感測晶片技術，作為教學與研究的核心方向之一。

Research Results



智慧電池診斷對於評估電池健康狀況和運行時間至關重要。傳統的檢測方法依賴笨重的儀器，且無法線上即時操作。此外，隨著電池老化，這些方法的精確度會逐漸下降。人工智慧（AI），特別是深度學習，在解決這些複雜問題方面取得了顯著進展。透過收集大型資料集和訓練模型，無人機電池管理系統（BMS）的高精度快速診斷正變得可行。具有外生輸入的非線性自回歸模型（NARX）網絡降低了計算負載和預測誤差。預測的健康狀態（SOH）有助於荷電狀態（SOC）估計，並支持所提出的交錯脈衝充電。準確的SOC估計還可以提高多參數脈衝均衡（MPPB）實現模式轉換的有效性。脈衝充電已被證明可以縮短充電時間並延緩老化過程，儘管它需要更高的峰值電流。所提出的交錯脈衝充電方法保持與恆定電流 (CC) 模式相同的平均電流，結合了傳統脈衝充電的優勢，同時降低了電池的功率損耗。該方法也有助於電荷均衡，進一步加快充電速度。透過將交錯脈衝充電與單元間均衡結合，可以完全實現 MPPB 技術，從而建立一個全面的電池管理系統。 433 MHz 頻段的遠程 (LoRa) 技術廣泛應用於無人機遙測資料傳輸。 LoRa 設備在Sleep、Idle和Active三種模式下運行，因此，低靜態電流控制和高動態範圍至關重要。雖然多模式控制可以涵蓋此範圍，但在超輕負載下，轉換效率會受到靜態電流的顯著限制。因此，模式選擇器需同時具備低靜態電流和快速穩定時間，以穩定輸出電壓。本文提出了一種脈衝跳躍負載偵測器，用於在脈衝跳躍自適應導通時間 (PSAOT) 模式和脈衝跳躍非同步模式 (PSAM) 之間切換。負載電流資訊由延遲單元和脈衝數提供，而滯後電流則防止兩種模式之間的振盪。在超輕負載下，寄生體二極體導通負載電流，顯著減少了主動模組的數量。這種全數位邏輯控制實現了低功耗，而具有可變偏移的比較器則改善了瞬態響應。因此，這種高效電源可以覆蓋寬負載範圍，使其適用於資料通訊應用。 對於 GPS 和二氧化碳 (CO2) 感測器而言，優異的轉換效率對於最大限度地減少功率損耗至關重要。雖然常用的 PWM 模式降壓轉換器具有優異的輸出電壓漣波 (OVR) 和效率，但其瞬態性能受到補償網路複雜性的限制。提高瞬態性能通常需要提高開關頻率，但這反過來又會增加開關損耗。為了克服這種權衡，本文提出了一種基於時間的雙模控制方法。此方法採用低功耗邊緣追蹤比較器 (EPC) 來根據電壓差確定工作模式。在穩態下，PWM 模式控制可維持較低的過電壓比 (OVR)。當出現過衝或欠衝時，脈衝相移脈衝序列 (PPS-PT) 被激活，以增強低開關頻率下的瞬態性能並抑制低頻振盪。因此，這種基於時間的控制方法在實現高效瞬態增強的同時，也具有較高的轉換效率。 電子調速器 (ESC) 用於為無刷直流 (BLDC) 馬達供電。在ESC 中，半橋電路是主要的功率損耗來源，這主要是由於高側/低側電晶體的導通損耗所造成的。與矽元件相比，氮化鎵 (GaN) 元件具有高擊穿電壓和低導通電阻 (Ron) 的顯著優勢。然而，GaN 開關也存在反向導通損耗，且缺乏互補開關。為了緩解這些問題，需要採用死區時間控制和自舉電路來降低反向和正向導通損耗。自適應 bang-bang 死區時間控制用於在製程、電壓和溫度 (PVT) 變化期間實現零電壓開關 (ZVS)，從而最大限度地降低低側電晶體的開關損耗。傳統的自舉電路使用高壓電荷共享自舉電容器來降低總電容。然而，這些電容器需要預先計算，並且無法適應由 PCB 寄生電容和不同類型的 GaN 電晶體引起的閘極電荷 (Qg) 變化。此外，高側開關的閘極電壓直接影響 Ron 值。所提出的自適應電荷共享技術（ACSB）將引導電壓維持在最優範圍內範圍，防止閘極過應力，並顯著改善馬達應用中的導通損耗。 飛行控制器 (FC)、相機和無線電控制器 (RC) 對雜訊和干擾敏感。來自直流無刷馬達的強烈干擾會導致不穩定和無人機墜毀。擴頻技術常用於實現低電磁干擾 (EMI)。Gold Code是一種具有偽隨機特性的二元序列，具有優異的自相關與互相關特性，並廣泛用於電信和數據處理的加密。本工作結合這些技術，提出了一種電流模式遲滯升降壓變換器採用雙Gold Code擴頻 (DGCSS)。透過調整遲滯電流窗口和環路延遲，可以增強開關頻率的隨機效應。這可以降低諧波峰值雜散，滿足 CISPR22標準。與傳統的基於漣波的控制相比，額外的補償器改善了負載調節，實現了高精度電壓穩定。


研究聚焦於低功耗生醫感測系統與設計，提出多項適用於早期癌症檢測與高精度量測的關鍵電路與系統整合技術。首先，在早期癌症檢測之單晶片低功耗感測系統方面，本研究提出以CMOS微機電系統（MEMS）為核心的電容式生物感測平台，用於偵測血管內皮生長因子（Vascular Endothelial Growth Factor, VEGF）之濃度變化。感測器採用鍍金指叉電極（Interdigitated Electrode, IDE），並結合去氧核醣核酸（DNA）適體（Aptamer）作為生物辨識元件。當DNA適體與VEGF結合時，會在感測界面形成電雙層電容，其微小電容變化可反映VEGF濃度。為有效擷取此微弱訊號，系統設計低雜訊前端讀出電路，將電容變化轉換至頻率與時間域訊號，以提升抗雜訊能力並降低類比電路複雜度。針對輸入動態範圍寬廣與超低功耗需求，本研究採用兩步式時間數位轉換器（TDC）架構。進一步提出次取樣（Subsampling, SS）技術，以提高轉換增益，抑制雜訊干擾，並克服低供應電壓下解碼器所導致的雜訊底升高問題。此外，系統整合次取樣延遲鎖定迴路（SSDLL）與校正電路，有效提升TDC之線性度與雜訊效能，同時避免校正過程所引入的額外雜訊影響轉換準確度。最終，時間域資訊被高能效地轉換為數位碼，以支援早期癌症分析與臨床應用。 在高能效時間數位轉換器（TDC）設計方面，本研究提出一款12位元、三階段循環式TDC，以滿足高解析度與寬動態範圍的時間量測需求。為補償各階段之解析度誤差，提出一種創新的脈衝縮減鎖定迴路（Pulse-Shrinking-Locked Loop, PSLL）校正技術，僅需單一組電路即可同時完成粗調與細調校正，不需外部高精度參考時脈，並能有效提升對時序偏移（timing skew）的容忍度。 整體而言，本研究在生醫感測、低功耗讀出電路與高效能TDC設計方面提出完整且具創新性的解決方案，兼顧高靈敏度、低雜訊與低功耗特性，對於早期癌症檢測與可攜式生醫感測系統具有高度研究與實用價值。

Publication List

- Journal Papers


  1. Tsung-Heng Tsai, Tsung-Wen Sun”, Kuan-Yu Liao and Chia-Chan Chang, “A 180 nA Quiescent Current Digital Control Dual-Mode Buck Converter with a Pulse-Skipping Load Detector for Long-Range Applications,” in IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, doi: 10.1109/TCSI.2023.3270180. (SCI, IF = 5.1) (Q1) (EI)
  2. Tsung-Heng Tsai, Tsung-Wen Sun”, Ren-Wei Cheng and Chia-Chan Chang, “A Low-Power Sensing System of VEGF Concentration with Noise Reduction Using Sub-Sampling Technique for Cancer Diagnosis,” in IEEE Sensors Journal, doi: 10.1109/JSEN.2023.3263869. (SCI, IF=4.3) (Q1) (EI)
  3. Mu-Chun Chen, Tsung-Wen Sun and Tsung-Heng Tsai”, “Dual-Domain Maximum Power Tracking for Multi-Input RF Energy Harvesting with a Reconfigurable Rectifier Array,” Energies, 15(6):2068, Mar. 2022; open access online: https://doi.org/10.3390/en15062068. (SCI, IF=3.252) (Q1) (EI)
  4. Tsung-Wen Sun and Tsung-Heng Tsai”, “A Battery Management System Using Interleaved Pulse Charging with Charge and Temperature Balancing Based on NARX Network,” IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, vol. 69, no. 4, pp. 1811-1819, Apr. 2022. (SCI, IF=4.14) (Q1) (EI)
- International Conference Papers


  1. Tsung-Wen Sun, Yung-Tang Hsu, Tsung-Heng Tsai”, and Chia-Chan Chang, “A GaN-Based Gate Driver with Adaptive Charge Sharing Bootstrap Technique to Improve the Conduction Loss” 2024 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS), May 19 - 22, 2024, Resorts World Convention Centre, Singapore. (EI)
  2. Tsung-Wen Sun, Chu-En Hsia, Tsung-Heng Tsai”, and Chia-Chan Chang, “A 94.3 % Peak Power Efficiency Time-Based Buck Converter Using Pulse-Phase-Shift Modes with An Intrinsic Window for Transient Enhancement,” 2023 20th 2023 20th International SoC Design Conference (ISOCC), Oct. 25-28, 2023, Jeju Island, Korea. 2023 IEEE SSCS Seoul Chapter Award.
  3. Tsung-Wen Sun, Meng-Ze Li, Tsung-Heng Tsai”, and Chia-Chan Chang, ”A High-Accuracy Hysteretic DC-DC Converter Using A Spread-Spectrum EMI Suppression Technique with Double Gold Codes”, 2023 21th IEEE Interregional NEWCAS Conference (NEWCAS), Edinburgh, Scotland, June 26 – 28, 2023.
  4. Tsung-Wen Sun, Ren-Wei Cheng and Tsung-Heng Tsai”, “A Low-Power Sensing System of VEGF Concentration with Monolithic Electrodes and An All-Digital Sub-Sampling Delay-Locked Loop,” 2022 IEEE Biomedical Circuits and Systems Conference (BioCAS), Taipei, Taiwan, Oct. 13 – 15, 2022.
  5. Tsung-Wen Sun, Kuan-Yu Liao and Tsung-Heng Tsai”, “A Digital-Control Buck Converter with Dual Pulse-Skipping Modes for Internet of Things,” 2022 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS), May 28 - Jun 01, 2022, Austin, Texas USA. (EI)
  6. Tsung-Wen Sun and Tsung-Heng Tsai”, “A Battery Management System with Charge Balancing and Aging Detection Based on ANN”, 2021 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS), May 22-28, 2021, Daegu(Virtual), Korea. (EI)
- Local Journal Papers


  1. Yi-Xian Chen, Tsung-Wen Sun, Tsung-Heng Tsai” and Chia-Chan Chang “A 12-Bit Pulse-Shrinking Time-to-Digital Converter with Timing Skew Calibration,” in International Journal of Electrical Engineering, vol. 30, no. 1, pp. 19 - 25. https://doi.org/10.6329/CIEE.202306_30(1).0003 (EI)
- Local Conference Papers


  1. Tsung-Wen Sun”, Chun-Hung Tsai, Hong-Song Yu, Yi-Xian Chen, and Tsung-Heng Tsai, “ A CMOS-MEMS IL-6 Sensing System with Area Efficiency Improvement Integrated MEMS Capacitive Sensor,” 2022 Symposium on Engineering, Medicine and Biology Applications (SEMBA) in Taichung, Taiwan, Sep.3-4, 2022. Oral Session 2: Biosensor Second Prize.

Honors

  1. 2023 IEEE SSCS Seoul Chapter Award.
  2. Honorable Award of 23th Macronix Golden Silicon Awards
  3. Excellent Analog chips of 2023 Taiwan Semiconductor Research Institute (TSRI)
  4. 2022 Symposium on Engineering, Medicine and Biology Applications
    (SEMBA) Oral Session 2: Biosensor Second Prize
  5. Honorary Member of the Phi Tau Phi Scholastic Honor Society
  6. Perfect Attendance Award in NKUST
  7. Senior project competition of the college of electrical Engineering and computer science in NKUST - Second Prize
  8. Senior project competition of the department of electronics in NKUST - First Prize of Analog Category