A Design of Frequency Synthesizer for T-DMB and Mobile-DTV Applications

A Frequency synthesizer for T-DMB and mobile-DTV applications was designed using $0.18{\mu}m$ CMOS process with 1.8V supply. PMOS transistors were chosen for VCO core to reduce phase noise. The VCO range is 920MHz-2100MHz using switchable inductors, capacitors and varactors. Varactor biases that improve varactor acitance characteristics were minimized as two, and $K_{VCO}$(VCO gain) value was aintained by switchable varactor. Additionally, VCO was designed that VCO gain and the interval of VCO gain were maintained using VCO gain compensation logic. VCO, PFD, CP and LF were verified by Cadence Spectre, and divider was simulated using Matlab Simulink, ModelSim and HSPICE. VCO consumes 10mW power, and is 56.3% tuning range. VCO phase noise is -127dBc/Hz at 1MHz offset for 1.58GHz output frequency. Total power consumption of the frequency synthesizer is 18mW, and lock time is about $140{\mu}s$.

T-DMB 및 mobile-DTV 응용을 위한 주파수 합성기의 설계

T-DMB 및 mobile-DTV를 위한 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 920MHz-2100MHz 대역에서 동작이 가능한 것을 확인하였다. 버렉터 캐패시턴스의 선형 특성을 개선하는 버렉터 바이어스 개수를 2개로 최소화 하였고, 버렉터 스위칭 기법으로 $K_{VCO}$(VCO 이득)를 일정하게 유지할 수 있었다. 추가적으로, VCO 이득 보정 회로를 이용해서 VCO 이득을 유지하면서, VCO 이득의 간격을 일정하게 유지하도록 설계하였다. VCO와 PFD, CP, LF는 Cadence Spectre를 이용하여 검증하였고, 분주기는 Spectre와 Matlab Simulink, ModelSim, HSPICE를 이용하여 검증하였다. VCO의 소모 전력은 10mW, 56.3%의 tuning range, 1.58GHz 출력 주파수에서 -127dBc/Hz @ 1MHz offset(오프셋)의 잡음 특성을 확인하였다. 주파수 합성기의 전체 소모 전력은 18mW, 주파수 합성기의 고착시간은 약 $140{\mu}s$이다.