Abstract
This paper proposes a fractional-N phase-locked loop (PLL) frequency synthesizer using the 3rd order ${\Delta}{\sum}$ modulator for 900MHz medium speed wireless link. The LC voltage-controlled oscillator (VCO) is used for the good phase noise property. To reduce the lock-in time, a charge pump has been developed to control the pumping current according to the frequency steps and the reference frequency is increased up to 3MHz. A 36/37 fractional-N divider is used to increase the reference frequency of the phase frequency detector (PFD) and to reduce the minimum frequency step simultaneously. A 3rd order ${\Delta}{\sum}$ modulator has been developed to reduce the fractional spur VCO, Divider by 8 Prescaler, PFD and Charge pump have been developed with 0.25um CMOS, and the fractional-N divider and the third order ${\Delta}{\sum}$ modulator have been designed with the VHDL code, and they are implemented through the FPGA board of the Xilinx Spartan2E. The measured results show that the output power of the PLL is about -lldBm and the phase noise is -77.75dBc/Hz at 100kHz offset frequency. The minimum frequency step and the maximum lock-in time are 10kHz and around 800us for the maximum frequency change of 10MHz, respectively.
본 논문에서는 900MHz 대역 중저속 무선 통신용 칩에 이용되는 3차 ${\Delta}{\sum}$ modulator를 사용한 Fractional-N PLL 주파수 합성기를 설계 및 제작하였다 우수한 위상노이즈 특성을 얻기 위해 노이즈 특성이 좋은LC VCO를 사용하였다. 그리고 고착시간을 줄이기 위해서 Charge Pump의 펌핑 전류를 주파수 천이 값에 따라 조절할 수 있도록 제작하였고 PFD의 참조 주파수를 3MHz까지 높였다. 또한 참조 주파수를 높이는 동시에 PLL의 최소 주파수 천이 간격을 10KHz까지 줄일 수 있도록 하기위하여 36/37 Fractional-N 분주기를 제작하였다. Fractional Spur를 줄이기 위해서 3차 ${\Delta}{\sum}$ modulator를 사용하였다. 그리고 VCO, Divider by 8 Prescaler, PFD, 및 Charge Pump는 0.25um CMOS공정으로 제작되었으며, 루프 필터는 외부 컴포넌트를 이용한 3차RC 필터로 제작되었다. 그리고 Fractional-N 분주기와 3차 ${\Delta}{\sum}$ modulator는 VHDL 코드로 작성되었으며 Xilinx Spartan2E을 사용한 FPGA 보드로 구현되었다. 측정결과 PLL의 출력 전력은 약 -11dBm이고, 위상노이즈는 100kHz offset 주파수에서 -77.75dBc/Hz이다. 최소 주파수 간격은 10kHz이고, 최대 주파수 천이는 10MHz이고, 최대 주파수 변이 조건에서 고착시간은 약 800us이다.
