스위치 회로를 이용한 다중밴드 전압 제어 발진기 설계

Abstract

본 논문에서는 0.18㎛ CMOS 공정을 이용하여 SDR(Software Defined Radio)에 응용 가능한 cdma2000 1x, WCDMA, WiBro 대역의 전압 제어 발진기를 설계하였다. 직접 변환 수신방식에 적합한 저조파 혼합기에 적합한 octa-phase 신호를 발생시키도록 하기 위하여 4개의 같은 구조의 차등 LC 전압 제어 발진기에 coupling 트랜지스터를 이용해 구현하였다. 이 방법은 별도의 수동 위상 전이 회로가 필요 없고, coupling을 통해 octa-phase를 생성하기 때문에 공정 오차에 따른 LC 값의 변화에 민감하지 않다는 장점을 가지고 있다. Coupling 트랜지스터는 cascode 방식으로 연결하여 위상잡음 특성을 개선하였다. 다중 밴드 선택을 위해 MOS 스위치를 이용하여, MOS varactor의 제한된 주파수 변화 범위를 확장시켰다. 하지만, MOS 스위치만으로 밴드 선택을 하게 되면 전력 소모가 크기 때문에 밴드 선택을 위한 MOS varactor를 추가하여 설계하였다. 즉, 채널 선택을 위한 MOS varactor, 밴드 선택을 위해서 MOS 스위치와 별도의 MOS varactor를 혼합하여 설계하였다. 전압 제어 발진기의 동작 주파수는 저조파 혼합기와 연결을 고려하여 동작 주파수는 3개 통신 대역의 주파수의 1/2에 맞추어 설계하였다. 전원 1.8V를 공급하였을 때 총 직류 바이어스 전류는 9.52 mA이다. 설계된 전압 제어 발진기의 특성은 주파수 변화 범위 885~1342MHz, 위상 잡음 특성 -107dBc@100kHz, -133dBc@1MHz, -155dBc@10MHz 이다.; A fully integrated multi-band octa-phase Voltage Controlled Oscillato-r(VCO) using 0.18um CMOS process is described in this thesis. It is designed for Software Defined Radio(SDR) system including cdma2000 1x, WCDMA, and WiBro. To make appropriate octa-phase signals for sub-harmonic mixer employed in direct-conversion receiver, four identical LC VCO was designed using coupling transistors. Since this method generates the octa-phase signal by coupling, without any passive phase shift network, the VCO has low sensitivity of the LC variation caused by process variation. Phase noise of the VCO is improved owing to the coupling transistors connected in cascode. MOS switches are employed for Multi-band selection. They increase the limited frequency bandwidth of varactors. MOS varactors are added to have good band selection performance, otherwise MOS switch is one of the major problems in power consumption. So to speak, MOS varactors for channel selection, another kind of MOS varactors and MOS switches for band selection are employed for the proposed VCO design. Considered for the sub-harmonic mixer, the operating frequencies of the VCO are a half of frequency of each band: cdma 2000 1x, WCDMA, and WiBro. The VCO draws 9.52 mA dc bias current from a 1.8V supply. The designed VCO achieves tuning range from 885MHz to 1342MHz, and simulated phase noises are -107dBc@100kHz, -133dBc@1MHz, and -155dBc@10MHz.