A Frequency Synthesizer for MB-OFDM UWB with Fine Resolution VCO Tuning Scheme

This paper describes a 3 to 5 GHz frequency synthesizer for MB-OFDM (Multi-Band OFDM) UWB (Ultra- Wideband) application using 0.13 ${\mu}m$ CMOS process. The frequency synthesizer operates in the band group 1 whose center frequencies are 3432 MHz 3960 MHz, and 4488 MHz. To cover the overall frequencies of group 1, an efficient frequency planning minimizing a number of blocks and the power consumption are proposed. And, a high-frequency VCO and LO Mixer architecture are also presented in this paper. A new mixed coarse tuning scheme that utilizes the MIM capacitance, the varactor arrays, and the DAC is proposed to expand the VCO tuning range. The frequency synthesizer can also provide the clock for the ADC in baseband modem. So, the PLL for the ADC in the baseband modem can be removed with this frequency synthesizer. The single PLL and two SSB-mixers consume 60 mW from a 1.2 sV supply. The VCO tuning range is 1.2 GHz. The simulated phase noise of the VCO is -112 dBc/Hz at 1 MHz offset. The die area is 2 ${\times}$ 2mm$^2$.

고 해상도 VCO 튜닝 기법을 이용한 MB-OFDM UWB용 주파수 합성기

본 논문에서는 UWB용 송수신기에서 LO 주파수를 생성해주는 주파수 합성기의 설계 결과를 보여주고 있다. 빠른 채널 스위칭 시간을 만족하기 위해서 1개의 PLL 과 여러 개의 분주기들과 SSB 믹서를 이용한 Sub-Band Generator로 구성하였으며, 전류 소모 및 면적을 최소화 하도록 설계하였다. 또한, 효과적인 주파수 플래닝을 통하여, 1개의 PLL로부터 생성된 636 MHz의 단일 주파수를 입력으로 받아 UWB Band Group 1 에 해당하는 3432 MHz, 3960 MHz, 4488 MHz의 중심 주파수를 발생시키는 Sub-Band Generator를 설계하였다. VCO의 튜닝 범위를 넓히면서도, 해상도를 높이기 위하여 MIM 커패시터, Varactor, DAC를 이용한 새로운 고 해상도 VCO 튜닝 기법을 제안하였다. 또한 본 논문에서 제안한 주파수 합성기의 구조는 기저 대역 모뎀의 ADC를 위한 클록을 공급하기 때문에 모뎀에서 ADC에 클록을 공급하기 위한 PLL을 제거할 수 있는 장점이 있다. VCO의 튜닝 범위는 1.2 GHz이며, 6336 MHz의 출력 주파수에서의 위상 잡음은 1 MHz 옵셋에서 -112 dBc/Hz 로 측정 되었다. UWB용 PLL 및 Sub-Band Generator는 0.13 ${\mu}m$ CMOS 공정으로 설계하였으며, 전체 Chip 면적은 2 ${\times}$ 2 mm2 이다. 전력 소모는 1.2 V 의 공급 전원에서 60 mW이다.