A Sub-W 22-kHz CMOS Oscillator for Ultra Low Power Radio

A sub-${\mu}$W CMOS Wien-Bridge oscillator for ultra low power (ULP) radio applications is presented. The Wien-Bridge oscillator is based on an non-inverting opamp amplifier with a closed-loop gain $1+R_2/R_1$ as a means of providing necessary loop gain. An additional RC network provides appropriate phase shift for satisfying the Barkhausen oscillation condition at the given frequency of 1/($2{\pi}RC$). In this design, we propose a novel loop gain control method based on a variable capacitor network instead of a rather conventional variable resistor network. Implemented in $0.18{\mu}m$ CMOS, the oscillator consumes only 560 nA at the oscillation frequency of 22 kHz.

극저전력 무선통신을 위한 Sub-W 22-kHz CMOS 발진기

본 논문은 Ultra-Low-Power (ULP) Radoi를 위한 Sub-${\mu}$W 급 저 전력 발진기 회로에 관한 것이다. 저 전력 발진기의 구조로서 Relaxation 구조와 Wien-Bridge 구조의 시뮬레이션 비교를 통하여, 소모 전류의 최소화 및 저 전력 동작에 최적인 Wien-Bridge 구조를 선택 하였다. Wien-Bridge 발진기 회로는 폐쇄 루프 이득이 ($1+R_2/R_1$) 인 비반전 OPAMP 증폭회로에 부귀환 경로로 RC 회로망이 접속 되어 있다. 이 회로망의 RC값과 증폭기의 폐쇄 루프 이득에 의해 발진 주파수가 정해지게 된다. 본 연구에서는 루프 이득 조정을 위해 일반적으로 사용하는 가변저항대신, MIM 커패시터와 MOS 버랙터를 조합한 가변 커패시터를 사용하여, 발진기의 폐쇄 루프 이득을 적절히 조절 하는 방식을 제안하고 이를 구현하였다. 폐쇄 루프 이득을 안정적으로 조절 할 수 있음에 따라 발진기 출력의 안정화를 얻을 수 있으며, 출력신호의 비선형성도 개선 할 수 있다. $0.18{\mu}m$ CMOS 공정을 이용해 구현된 발진기는 22 kHz 출력주파수에서 560 nA의 전류를 소모한다.