Abstract
The LC-based digitally controlled oscillator (LC-DCO), a key component of the all digital phase locked loop (ADPLL), is designed using $0.18{\mu}m$ RFCMOS process with 1.8 V supply. The NMOS core with double cross-coupled pair is chosen to realize wide tuning range, and the PMOS varactor pair that has small capacitance of a few aF and the capacitive degeneration technique to shrink the capacitive element are adopted to obtain the high frequency resolution. Also, the noise filtering technique is used to improve phase noise performance. Measurement results show the center frequency of 2.7 GHz, the tuning range of 2.5 GHz and the high frequency resolution of 2.9 kHz ~7.1 kHz. Also the fine tuning range and the current consumption of the core could be controlled by using the array of PMOS transistors using current biasing. The current consumption is between 17 mA and 26 mA at 1.8V supply voltage. The proposed DCO could be used widely in various communication system.
디지털 PLL의 핵심블록이 되는 디지털 제어 발진기를 LC 구조를 기반으로 설계하고 $0.18{\mu}m$ RF CMOS 공정을 사용하여 제작하였다. 2개의 교차쌍 구조의 NMOS 코어를 이용하여 광대역 특성을 구현하였으며, PMOS 배랙터쌍을 이용하여 수 aF의 작은 캐패시터값의 변화를 얻을 수 있었다. 캐패시터 축퇴 기법을 사용하여 캐패시턴스 값을 감소시키어 고해상도 주파수 특성을 구현하였다. 또한, 노이즈 필터링 기법을 바이어스 회로 등에 적용하여 위상잡음에 강한 구조로 설계를 하였다. 측정결과 중심주파수 2.7GHz에서 2.5GHz의 주파수 대역의 출력이 가능하였으며 2.9 ~ 7.1kHz의 높은 주파수해상도를 얻을 수 있었다. 미세튜닝범위와 코어의 전류 바이어스는 4개의 PMOS 배열을 통하여 제어가 가능하도록 하여 유연성을 높였다. 1.8V 전원에서 전류는 17~26mA 정도를 소모하였다. 설계한 DCO는 다양한 통신시스템에 응용이 가능하다.
