Design of a 48MHz~1675MHz Frequency Synthesizer for DTV Tuners

In this paper a wideband frequency synthesizer is designed for DTV tuners using a $0.18{\mu}m$ CMOS process. It satisfies the DTV frequency band(48~1675MHz). A scheme is proposed to cover the full band using only one VCO and reliable broadband characteristics are achieved by reducing the variations of VCO gains and frequency steps. The simulation results show that the designed VCO has frequency range of 1.85~4.22GHz, phase noise at 4.22GHz of -89.7dBc/Hz@100kHz, gains of 62.4~95.8MHz/V(${\pm}21.0%$) and frequency steps of 22.9~47.9MHz(${\pm}35.3%$). The designed VCO has a phase noise of -89.75dBc/Hz at 100kHz offset. The designed synthesizer has a lock time less than $0.15{\mu}s$. The measured VCO tuning range is 2.05~3.4GHz. The frequency range is shifted down but still satisfy the target range owing to the design for enough margin. The designed circuit consumes 23~27mA from a 1.8V supply, and the chip size including PADs is $2.0mm{\times}1.5mm$.

DTV 튜너를 위한 48MHz~1675MHz 주파수합성기 설계

본 논문에서는 DTV 응용을 위한 광대역 주파수 합성기 회로를 $0.18{\mu}m$ CMOS 공정을 사용하여 설계하였다. 설계한 주파수 합성기는 DTV의 모든 주파수 대역을(48MHz~1675MHz) 만족한다. 하나의 VCO만을 사용하여 광대역을 만족시킬 수 있는 구조를 제안하였으며, 고주파 대역과 저주파 대역에서의 VCO 이득의 차이와 주파수 간격의 변화를 줄여 안정적인 광대역 특성을 구현하였다. 모의실험 결과, VCO의 발진주파수 범위는 1.85GHz~4.22GHz이며, 4.2GHz에서 위상잡음은 100kHz offset에서 -89.7dBc/Hz이다. VCO 이득은 62.4~95.8MHz/V(${\pm}21.0%$)이고 주파수 간격은 22.9~47.9MHz(${\pm}35.3%$)이다. 설계된 주파수합성기의 고착시간은 약 $0.15{\mu}s$이다. 제작된 칩을 측정한 결과 VCO는 2.05~3.4GHz의 대역에서 발진하는 것을 확인하였다. 설계된 주파수 보다 shift down 되었지만 마진을 두어서 설계를 하였기 때문에 DTV 튜너로 사용할 수 있는 주파수 대역은 만족한다. 설계된 회로는 1.8V 전원 전압에서 23~27mA의 전류를 소모한다. 칩 면적은 PAD를 포함하여 $2.0mm{\times}1.5mm$이다.