Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD (대한전자공학회논문지SD)

The Institute of Electronics and Information Engineers (대한전자공학회)
권호 표지

A Design of Wide-Range Digitally Controlled Oscillator with an Active Inductor

능동 인덕터를 이용한 광대역 디지털 제어 발진기의 설계

  • Pu, Young-Gun (Department of Electronic Engineering, Konkuk University) ;
  • Park, An-Soo (Department of Electronic Engineering, Konkuk University) ;
  • Park, Hyung-Gu (Department of Electronic Engineering, Konkuk University) ;
  • Park, Joon-Sung (Department of Electronic Engineering, Konkuk University) ;
  • Lee, Kang-Yoon (Department of Electronic Engineering, Konkuk University)
  • 부영건 (건국대학교 전자정보통신공학부) ;
  • 박안수 (건국대학교 전자정보통신공학부) ;
  • 박형구 (건국대학교 전자정보통신공학부) ;
  • 박준성 (건국대학교 전자정보통신공학부) ;
  • 이강윤 (건국대학교 전자정보통신공학부)
  • Received : 2010.11.13
  • Accepted : 2011.02.24
  • Published : 2011.03.25
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Abstract

This paper presents a wide tuning range, fine-resolution DCO (Digitally Controlled Oscillator) with an active inductor. In order to control the frequency of the DCO, the transconductance of the active inductor is tuned digitally. In addition, the DCO gain needs to be calibrated digitally to compensate for gain variations. To cover the wide tuning range, an automatic three-step coarse tuning scheme is proposed. The DCO total frequency tuning range is 1.4 GHz (2.1 GHz to 3.5 GHz), it is 58 % at 2.4 GHz. An effective frequency resolution is 0.14 kHz/LSB. The proposed DCO is implemented in 0.13 ${\mu}m$ CMOS process. The total power consumption is 6.6 mW from a 1.2 V supply voltage. The phase noise of the DCO output at 2.4 GHz is -120.67 dBc/Hz at 1 MHz offset.

본 논문은 넓은 튜닝 범위와 정밀한 해상도 성능을 가지는 능동 인덕터를 이용한 디지털 제어 발진기에 대한 논문이다. 디지털 제어 발진기의 주파수를 조정하기 위해 능동 인덕터의 트랜스컨덕턴스를 디지털적으로 조정하는 구조를 제안하였으며, 디지털 제어 발진기의 이득 또한 디지털적으로 조정하여 이득 변화를 상쇄하도록 하였다. 또한, 넓은 튜닝 영역과 정밀한 해상도를 구현하기 위해 자동 3 단계 주파수 및 이득 튜닝 루프를 제안하였다. 디지털 제어 발진기의 총 주파수 튜닝 영역은 2.1 GHz ~ 3.5 GHz로 1.4 GHz의 영역으로 이는 2.4 GHz의 중간 주파수에 대하여 58 %에 해당한다. 유효 주파수 해상도는 시그마 델타 모듈레이터를 사용하여 0.14 kHz/LSB를 구현하였다. 제안하는 디지털 제어 발진기는 0.13 ${\mu}m$ CMOS 공정으로 설계 되었다. 전체전력 소모는 1.2 V 공급전압에서 6.6 mW이며 위상 잡음 성능은 2.4 GHz 중간 주파수의 경우, 1 MHz 오프셋에서 -120.67dBc/Hz 성능을 보이고 있다.

Keywords

References

  1. R. B. Staszewski, D. Leipold, K. Muhammad, and P. T. Balsara, "Digitally controlled oscillator (DCO)-based architecture for RF frequency synthesis in a deep-submicrometer CMOS process," IEEE Trans. Circuits Syst. II, vol. 50, no. 11, pp. 815-828, November 2003. https://doi.org/10.1109/TCSII.2003.819128
  2. D. Leenaerts, R. van de Beek, G. van der Weide, J. Bergervoet, K.S. Harish, H. Waite, Y. Zhang, C. Razzell, R. Roovers, "A SiGe BiCMOS 1ns fast hopping frequency synthesizer for UWB radio," in Proc. IEEE Int. Solid-State Circuits Conf. Dig., vol. 1 pp. 202-593, February 2005.
  3. L. Lu, H. Hsieh, and Y. Liao, "A Wide Tuning-Range CMOS VCO With a Differential Tunable Active Inductor," IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol.3, pp. 3462-3468, Sept. 2006.
  4. S. Wang, J. Quan, R. Luo, and H. Cheng, "A noise reduced digitally controlled oscillator using complementary varactor pair," in Proc. IEEE Int. Symposium on Circuits and Syst., pp.937-940, May 2007.
  5. N. Da Dalt, C. Kropf, M. Burian, T. Hartig, and H. Eul, "A 10b 10GHz digitally controlled LC oscillator in 65nm CMOS," in Proc. IEEE Int. Solid-State Circuits Conf. Dig., pp. 669-678, February 2006.
  6. Koo, Hyungki Huh, Yongsik Cho, Jeongwoo Lee, Joonbae Park, Kyeongho Lee, Deog-Kyoon Jeong, and Wonchan Kim, "A fully integrated CMOS Frequency Synthesizer with charge-averaging charge pump and dual-path loop filter for PCS and Cellular-CDMA wireless systems," IEEE J. Solid - State Circuits, vol. 37, no.5, pp.536-542, May 2002. https://doi.org/10.1109/4.997845
  7. 김상우, 박준성, 부영건 허정, 이강윤, "2단계 자동 트랜스컨덕턴스 조절 기능을 가진 저전력, 광대역 전압제어 발진기의 설계", 전자공학회논문지, 제 47권 SD편 제 2호, 87-93쪽, 2010년 2월.