Implementation of 1.9GHz RF Frequency Synthesizer for USN Sensor Nodes

This paper describes implementation of the 1.9GHz RF frequency synthesizer with $0.18{\mu}m$ silicon CMOS technology being used as an application of the USN sensor node transceiver modules. To get good performance of speed and noise, design of the each module like VCO, prescaler, 1/N divider, fractional divider with ${\Sigma }-{\Delta}$ modulator, and common circuits of the PLL has been optimized. Especially to get good performance of speed, power consumption, and wide tuning range, N-P MOS core structure has been used in design of the VCO. The chip area including pads for testing is $1.2{\times}0.7mm^2$, and the chip area only core for IP in SoC is $1.1{\times}0.4mm^2$. The test results show that there is no special spurs except -63.06dB of the 6MHz reference spurs in the PLL circuitry. There is good phase noise performance like -116.17dBc/Hz in 1MHz offset frequency.

USN 센서노드용 1.9GHz RF 주파수합성기의 구현

USN 센서노드 무선통신부에 내장하기 위한 1.9GHz RF 주파수 합성기를 $0.18{\mu}m$ 실리콘 CMOS 기술을 이용하여 구현하였다. 고속 저잡음 특성을 얻기 위하여 VCO, 프리스케일러, 1/N 분주기, ${\Sigma }-{\Delta}$ 모듈레이터 분수형 분주기, PLL 공통 회로 등의 설계 최적화에 중점을 두고 설계하였으며, 특히 VCO는 N-P MOS 코어 구조 및 캡 뱅크를 적용하여 고속 저전력 및 넓은 튜닝 범위를 확보하였다. 설계된 칩의 크기는 $1.2{\times}0.7mm^2$이며, IP로 활용하기 위한 코어 부분의 크기는 $1.1{\times}0.4mm^2$이다. 측정 결과 PLL 회로의 잡음 면에서도 문제가 될 만한 특정 스퍼는 발생하지 않았으며, 6MHz 기본 스퍼에 해당하는 잡음은 -63.06dB로 나타났다. 위상잡음 특성은 1MHz 오프셋에서 -116.17dBc/Hz로서 양호한 특성을 보였다.