The Phase Noise prediction and the third PLL systems on 1/f Noise Modeling of Frequency Synthesizer

주파수합성기의 Phase Noise 예측 및 3차 PLL 시스템에서의 1/f Noise Modeling

In this paper, we designed 2303.15MHz frequency synthesizer for the purpose of the phase noise prediction. For the modeling of phase noise generated in the designed system through introducing the noise-modeling method suggested by Lascari we analyzed a variation of phase noise as according as that of offset frequency. Especially, for the third-order system of the PLL among some kinds of phase noise generated from VCO we analyzed the aspect of 1/f-noise appearing troubles in the low frequency band. Since it is difficult to analyze mathematically 1/f-noise in the third-order system of the PLL, introducing the concept of pseudo-damping factor has made an ease of the access of the 1/f-noise variance. we showed a numerical formula of 1/f-noise variance in the third-order system of the PLL which is compared with that of 1/f-noise variance in the second-order system of the PLL. As a result, In case of txco we found the reduce rapidly along the offset frequency after passed through that phase-noise was -160dBc/Hz before passed through a loop at 10kHz offset frequency and -162.6705dBc/kHz after passed through the loop, -180dBc/Hz at 100kHz offset frequency and -560dBc/kHz after passed through the loop. We can notice that the variance of third-order system more occurs (or the variance of second-order system in connection with noise bandwidth and variance factor of second-order and third-order system.

본 논문에서는 주파수합성기에서 가장 큰 잡음원인 VCO 및 각 단에서 발생하는 위상잡음 의 offset주파수에 따른 변화를 예측하기 위해 2303.15MHz의 주파수합성기를 설계하고 Lascari의 예측방법 을 이용하여 모델링 하였다. 또한, VCO에서 발생되는 여러 중첩 형태로 된 위상잡음중 저주파대역에서 문제가 되는 1/f noise를 3차 시스템에서 분석하였다. 3차 시스템에서는 해석이 복잡하므로 수학적인 분석을 통하여 1/f noise를 예측한다는 것이 어렵지만 pseudo-damping factor의 도입으로 3차 시스템에서의 1/f noise variance의 해석이 용이 하도록 시도하였고 이를 2차 시스템과 비교.분석하였다. 그 결과, tcxo의 경우 위상잡음이 루프 통과 전 10 kHz offset 주파수에서 -160dBc/Hz, 루프 통과 후 -162.6705dBc/Hz, 100 kHz offset 주파수에서 -180dBc/Hz, 루프 통과 후 -560dBc/Hz로 VCO의 위상잡음에 비해 offset주파수에 따라 루프 통과 후 급격히 감쇠 됨을 알 수 있었다. 2차와 3차 시스템에서의 잡음대역폭과 그 variance factor를 연관하여 3차 시스템에서 의 variance가 2차 시스템의 variance보다 크게 발생함을 알 수 있었다.