• 제목/요약/키워드: CMOS active inductor

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Low-Power, All Digital Phase-Locked Loop with a Wide-Range, High Resolution TDC

  • Pu, Young-Gun;Park, An-Soo;Park, Joon-Sung;Lee, Kang-Yoon
    • ETRI Journal
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    • 제33권3호
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    • pp.366-373
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    • 2011
  • In this paper, we propose a low-power all-digital phase-locked loop (ADPLL) with a wide input range and a high resolution time-to-digital converter (TDC). The resolution of the proposed TDC is improved by using a phase-interpolator and the time amplifier. The phase noise of the proposed ADPLL is improved by using a fine resolution digitally controlled oscillator (DCO) with an active inductor. In order to control the frequency of the DCO, the transconductance of the active inductor is tuned digitally. The die area of the ADPLL is 0.8 $mm^2$ using 0.13 ${\mu}m$ CMOS technology. The frequency resolution of the TDC is 1 ps. The DCO tuning range is 58% at 2.4 GHz and the effective DCO frequency resolution is 0.14 kHz. The phase noise of the ADPLL output at 2.4 GHz is -120.5 dBc/Hz with a 1 MHz offset. The total power consumption of the ADPLL is 12 mW from a 1.2 V supply voltage.

Design of an Active Inductor-Based T/R Switch in 0.13 μm CMOS Technology for 2.4 GHz RF Transceivers

  • Bhuiyan, Mohammad Arif Sobhan;Reaz, Mamun Bin Ibne;Badal, Md. Torikul Islam;Mukit, Md. Abdul;Kamal, Noorfazila
    • Transactions on Electrical and Electronic Materials
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    • 제17권5호
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    • pp.261-269
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    • 2016
  • A high-performance transmit/receive (T/R) switch is essential for every radio-frequency (RF) device. This paper proposes a T/R switch that is designed in the CEDEC 0.13 μm complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) technology for 2.4 GHz ISM-band RF applications. The switch exhibits a 1 dB insertion loss, a 28.6 dB isolation, and a 35.8 dBm power-handling capacity in the transmit mode; meanwhile, for the 1.8 V/0 V control voltages, a 1.1 dB insertion loss and a 19.4 dB isolation were exhibited with an extremely-low power dissipation of 377.14 μW in the receive mode. Besides, the variations of the insertion loss and the isolation of the switch for a temperature change from - 25℃ to 125℃ are 0.019 dB and 0.095 dB, respectively. To obtain a lucrative performance, an active inductor-based resonant circuit, body floating, a transistor W/L optimization, and an isolated CMOS structure were adopted for the switch design. Further, due to the avoidance of bulky inductors and capacitors, a very small chip size of 0.0207 mm2 that is the lowest-ever reported chip area for this frequency band was achieved.

디지털/아날로그 입력을 통한 백게이트 튜닝 2.4 GHz VCO 설계 (A 2.4GHz Back-gate Tuned VCO with Digital/Analog Tuning Inputs)

  • 오범석;이대희;정웅
    • 한국전자파학회:학술대회논문집
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    • 한국전자파학회 2003년도 종합학술발표회 논문집 Vol.13 No.1
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    • pp.234-238
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    • 2003
  • In this work, we have designed a fully integrated 2.4GHz LC-tuned voltage-controlled oscillator (VCO) with multiple tuning inputs for a $0.25-{\mu}m$ standard CMOS Process. The design of voltage-controlled oscillator is based on an LC-resonator with a spiral inductor of octagonal type and pMOS-varactors. Only two metal layer have been used in the designed inductor. The frequency tuning is achieved by using parallel pMOS transistors as varactors and back-gate tuned pMOS transistors in an active region. Coarse tuning is achieved by using 3-bit pMOS-varactors and fine tuning is performed by using back-gate tuned pMOS transistors in the active region. When 3-bit digital and analog inputs are applied to the designed circuits, voltage-controlled oscillator shows the tuning feature of frequency range between 2.3 GHz and 2.64 GHz. At the power supply voltage of 2.5 V, phase noise is -128dBc/Hz at 3MHz offset from the carrier, Total power dissipation is 7.5 mW.

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4-채널 3.125-Gb/s/ch VCSEL 드라이버 어레이 (A 4-channel 3.125-Gb/s/ch VCSEL driver Array)

  • 홍채린;박성민
    • 전자공학회논문지
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    • 제54권1호
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    • pp.33-38
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    • 2017
  • 본 논문에서는 채널 당 3.125-Gb/s 동작 속도를 갖는 4-채널 공통-캐소드 VCSEL 다이오드 드라이버 어레이 칩을 구현하였다. 스위칭 동작하는 메인 드라이버의 동작속도 향상을 위해, 액티브 인덕터를 사용한 전치증폭단과 이퀄라이저 기능을 탑재한 입력버퍼단으로 구성하였다. 특히 개선된 입력버퍼단의 경우, 주파수 영역의 피킹으로 대역폭 증대뿐 아니라 비교적 적은 전류로 동작하도록 설계하였다. 본 논문에서 사용한 VCSEL 다이오드는 2.2 V 순방향 전압과 $50{\Omega}$ 기생저항 및 850 fF 기생 캐패시턴스를 갖는다. 또한, 3.0 mA 변조전류 및 3.3 mA 바이어스 전류로 동작하므로, 두 개의 독립적인 전류소스로 구동 가능한 current steering 기반의 메인 드라이버를 설계하였다. 제안한 4-채널 광 송신기 어레이 칩은 $0.11-{\mu}m$ CMOS 공정을 이용하여 제작하였다. 칩 코어의 면적은 $0.15{\times}0.18{\mu}m^2$ 이며, 채널 당 22.3 mW 전력소모를 갖는다.

능동 인덕터를 이용한 광대역 디지털 제어 발진기의 설계 (A Design of Wide-Range Digitally Controlled Oscillator with an Active Inductor)

  • 부영건;박안수;박형구;박준성;이강윤
    • 대한전자공학회논문지SD
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    • 제48권3호
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    • pp.34-41
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    • 2011
  • 본 논문은 넓은 튜닝 범위와 정밀한 해상도 성능을 가지는 능동 인덕터를 이용한 디지털 제어 발진기에 대한 논문이다. 디지털 제어 발진기의 주파수를 조정하기 위해 능동 인덕터의 트랜스컨덕턴스를 디지털적으로 조정하는 구조를 제안하였으며, 디지털 제어 발진기의 이득 또한 디지털적으로 조정하여 이득 변화를 상쇄하도록 하였다. 또한, 넓은 튜닝 영역과 정밀한 해상도를 구현하기 위해 자동 3 단계 주파수 및 이득 튜닝 루프를 제안하였다. 디지털 제어 발진기의 총 주파수 튜닝 영역은 2.1 GHz ~ 3.5 GHz로 1.4 GHz의 영역으로 이는 2.4 GHz의 중간 주파수에 대하여 58 %에 해당한다. 유효 주파수 해상도는 시그마 델타 모듈레이터를 사용하여 0.14 kHz/LSB를 구현하였다. 제안하는 디지털 제어 발진기는 0.13 ${\mu}m$ CMOS 공정으로 설계 되었다. 전체전력 소모는 1.2 V 공급전압에서 6.6 mW이며 위상 잡음 성능은 2.4 GHz 중간 주파수의 경우, 1 MHz 오프셋에서 -120.67dBc/Hz 성능을 보이고 있다.

기능성 능동부하를 이용한 선형보상 증폭기 설계 (Design of RF Drive Amplifier with Functional Active Load for Linearity Compensation)

  • 김도균;정인일;홍남표;김광진;최영완
    • 한국정보통신설비학회:학술대회논문집
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    • 한국정보통신설비학회 2007년도 학술대회
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    • pp.11-14
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    • 2007
  • CMOS technology 기반의 고주파 직접회로에서는 충분한 이득과 안정성을 얻기 위하여 inductor, capacitor와 같은 수동 소자를 적절히 사용하여 설계하여야 한다. 이와 같은 수동 소자는 CMOS 집적회로에서 넓은 면적을 차지하는 단점이 있다. 고주파 증폭기의 부하를 능동 소자로 대체하게 되면 작은 크기로 회로의 제작이 가능하게 되나, 능동 소자는 수동 소자에 비하여 선형 특성이 좋지 않기 때문에 실제로 고주파 증폭기 설계에 사용하지 않는다. 본 논문에서는 이와 같은 능동 소자의 비선형성을 억제하면서, 동시에 회로의 크기를 줄일 수 있는 기능성 능동 부하를 적용한 고주파 증폭기를 설계하였다. 기능성 능동 부하는 2개의 MOSFET은 대칭으로 연결된 구조를 가지며, 하나의 MOSFET은 일반적인 load로 동작하며, 다른 MOSFET은 gate에 가변 전압을 인가함으로써, 증폭기의 전달함수를 변화시킬 수 있다. 이와 같은 특성을 이용하여 고주파 증폭기의 선형성을 보상할 수가 있다.

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EM 시뮬레이터를 이용한 LNA 설계 (Design of LNA Using EM simulator)

  • 최문호;김영석;정성일;이한영;장석환;이종악
    • 대한전자공학회:학술대회논문집
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    • 대한전자공학회 2005년도 추계종합학술대회
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    • pp.873-876
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    • 2005
  • A low noise amplifier(LNA) using electro-magnetic field simulator is designed in standard 0.25um CMOS process. Integrated spiral inductor is simulated using EM field solver. Then LNA is simulated with active device, capacitor and simulated inductor by EM field solver. A S11 and S21 of -15.45dB and 17.8dB at 2.3GHz as simulation results was achieved. A Noise Figure is 2.92dB. And Measurements show a S11 and S21 of -12.4dB and 17.8dB at 2.3GHz. A Noise Figure of 3.3dB was achieved.

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A CMOS 5-bit 5GSample/Sec Analog-to-digital Converter in 0.13um CMOS

  • Wang, I-Hsin;Liu, Shen-Iuan
    • JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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    • 제7권1호
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    • pp.28-35
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    • 2007
  • This paper presents a high-speed flash analog-to-digital converter (ADC) for ultra wide band (UWB) receivers. In this flash ADC, the interpolating technique is adopted to reduce the number of the amplifiers and a linear and wide-bandwidth interpolating amplifier is presented. For this ADC, the transistor size for the cascaded stages is inversely scaled to improve the trade-off in bandwidth and power consumption. The active inductor peaking technique is also employed in the pre-amplifiers of comparators and the track-and-hold circuit to enhance the bandwidth. Furthermore, a digital-to-analog converter (DAC) is embedded for the sake of measurements. This chip has been fabricated in $0.13{\mu}m$ 1P8M CMOS process and the total power consumption is 113mW with 1V supply voltage. The ADC achieves 4-bit effective number of bits (ENOB) for input signal of 200MHz at 5-GSample/sec.

디지털/아날로그 입력을 통해 백게이트 튜닝을 이용한 2.4 ㎓ 전압 제어 발진기의 설계 (A 2.4 ㎓ Back-gate Tuned VCO with Digital/Analog Tuning Inputs)

  • 오범석;황영승;채용두;이대희;정웅
    • 대한전자공학회:학술대회논문집
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    • 대한전자공학회 2003년도 통신소사이어티 추계학술대회논문집
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    • pp.32-36
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    • 2003
  • In this work, we have designed a fully integrated 2.4GHz LC-tuned voltage-controlled oscillator (VCO) with multiple tuning inputs for a 0.25-$\mu\textrm{m}$ standard CMOS process. The design of voltage-controlled oscillator is based on an LC-resonator with a spiral inductor of octagonal type and pMOS-varactors. Only two metal layer have been used in the designed inductor. The frequency tuning is achieved by using parallel pMOS transistors as varactors and back-gate tuned pMOS transistors in an active region. Coarse tuning is achieved by using 3-bit pMOS-varactors and fine tuning is performed by using back-gate tuned pMOS transistors in the active region. When 3-bit digital and analog inputs are applied to the designed circuits, voltage-controlled oscillator shows the tuning feature of frequency range between 2.3 GHz and 2.64 GHz. At the power supply voltage of 2.5 V, phase noise is -128dBc/Hz at 3MHz offset from the carrier. Total power dissipation is 7.5 mW.

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CMOS 단일 전원 OP AMP IC 레이아웃 설계 (CMOS Single Supply Op Amp IC Layout Design)

  • 장순석;김유리애
    • 대한전자공학회:학술대회논문집
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    • 대한전자공학회 2005년도 추계종합학술대회
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    • pp.909-912
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    • 2005
  • According to miniaturization trend of rehabilitation medical equipment such as hearing aid, study to replace previous complex system with semiconductor SOC (System-on-Chip) chip becomes lively. In this study, after investigating of existent hearing aid performance in circuit design approach, low electric power consuming, single power supply (1.4V battery) CMOSS OP AMP was designed. Analog circuit design tools such as Hspice and Cadence were used for circuit simulation and implementing layout design. This study shows technical methods particularly for layout design. The work is done in pmos and nmos active element layout design in addition to passive element design such as resister, capacitor and inductor.

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