Abstract
A Frequency synthesizer for mobile-DTV applications is implemented using $0.18{\mu}m$ CMOS process with 1.8V supply. PMOS transistors are chosen for VCO core to reduce phase noise. The measurement result of VCO frequency range is 800MHz-1.67GHz using switchable inductors, capacitors and varactors. We use varactor bias technique for the improvement of VCO gain linearity, and the number of varactor biasing are minimized as two. VCO gain deterioration is also improved by using the varactor switching technique. The VCO gain and interval of VCO gain are maintained as low and improved using the VCO frequency calibration block. The sigma-delta modulator for fractional divider is designed by the co-simualtion method for accuracy and efficiency improvement. The VCO, PFD, CP and LF are verified by Cadence Spectre, and the sigma-delta modulator is simulated using Matlab Simulink, ModelSim and HSPICE. The power consumption of the frequency synthesizer is 18mW, and the VCO has 52.1% tuning range according to the VCO maximum output frequency. The VCO phase noise is lower than -100dBc/Hz at 1MHz at 1MHz offset for 1GHz, 1.5GHz, and 2GHz output frequencies.
Mobile-DTV 응용을 위한 분수형 주파수 합성기를 1.8V $0.18{\mu}m$ CMOS 공정으로 설계하였다. VCO는 PMOS를 사용하여 위상잡음을 감소시켰고, 인덕터와 캐패시터, 버렉터(varactor)를 선택적으로 스위칭하는 기법을 적용하여 측정 결과 800MHz-1.67GHz 대역에서 동작이 가능한 것을 확인하였다. VCO 이득 곡선의 선형 특성을 개선하기 위해서 버렉터 바이어스 기법을 사용하였고, 개수를 2개로 최소화 하였다. 추가적으로 버렉터 스위칭 기법을 사용해서 VCO 이득 저하 특성을 개선하였다. 또한, VCO 주파수 교정 블록을 사용해서 VCO 이득 저하를 개선하면서, VCO 이득의 간격을 일정하게 유지하도록 설계하였다. 분수형 주파수 분주비를 위한 시그마-델타 변조기의 설계 시 통합 모의실험 기법(co-simulation method)을 적용해서 설계의 정확성과 효율성을 향상시켰다. VCO와 PFD, CP, LF는 Cadence Spectre를 이용하여 검증하였고, 분주기는 Spectre와 Matlab Simulink, ModelSim, HSPICE를 이용하여 검증하였다. 주파수 합성기의 전체 소모 전력은 1.8V 전원 전압에서 18mW이고, VCO의 주파수 영역은 최대 주파수의 약 52.1%가 되는 것을 확인하였다. 또한 VCO의 위상 잡음은 1GHz, 1.5GHz, 2GHz 출력 주파수에서 1MHz 오프셋에서 -100dBc/Hz 이하의 잡음 특성을 확인하였다.
