The Design and Fabrication of Reduced Phase Noise CMOS VCO

In this paper, a 3-D EM simulation methodology for on-chip spiral inductor analysis has provided and it is shown that the methodology can be adapted to the highly predictable design for CMOS VCO. LC-resonator type VCO have fabricated by using standard 0.25 um CMOS process. And the LC VCO layout case which has pattern ground shielded inductors and the other layout case which has no pattern grounded inductors were fabricated for the verification of their effects on the VCO's phase noise by reducing the Q-factor of inductors. Fabricated VCO has 3.094 GHz, -12.15 dBm output at the tuning voltage of 2.5 V, and from the simulation, Q-factor of the pattern grounded inductor has increased 8% at 3 GHz, and from the measurement results, the phase noise has reduced by 9 dB at the 3 MHz off-set frequency for the pattern grounded inductor layout case.

위상 잡음을 개선한 CMOS VCO의 설계 및 제작

본 논문에서는 온-칩 스파이럴 인덕터 해석에 대한 3차원 전자장 시뮬레이션 방법을 제시하였으며, 이 방법은 정확히 예측 가능한 CMOS VCO를 설계하는데 적용될 수 있음을 보였다. VCO는 CMOS 0.25 um 표준 공정을 이용하여 LC-공진형으로 구현하였으며, 공진기의 스파이럴 인덕터는 실리콘 기판과의 사이에 그라운드 패턴을 삽입한 경우와 그렇지 않은 경우에 대해 각각 VCO를 구현하여 인덕터의 Q값 개선에 의해 VCO의 위상 잡음이 어느 정도 개선되는지를 검증하였다. 제작된 VCO는 2.5 V 제어 전압에서 3.094 GHz, -12.15 dBm 출력을 가지며, LC 공진에 사용된 단일 인덕터의 Q는 그라운드 패턴을 삽입한 경우 3 GHz에서 8% 정도 개선됨을 시뮬레이션을 통해 검증하였으며, 이로 인한 위상 잡음은 3 MHz 오프셋 주파수에서 9 dB 개선되어짐을 실험을 통해 확인하였다.