A new type of oscillators proposed in this paper, can be considered to be a kind of efforts to implement a very low noise monolithic oscillator using standard CMOS processes. Until now, an LC oscillator with external inductors has produced the best noise performance, but not monolithic. Although internal implementations of inductors, generally spiral inductors, have been studied to improve their quality factor, its performance is not good enough yet or not using standard CMOS processes. On the other hand, if we adopt ring configuration of LC oscillators with spiral inductors, we can expect that its noise characteristic will be improved much more even when spiral inductors are not qualified well, because the noise decreases as the number of stage increases. Therefore, this new oscillator, called "LC-Ring oscillator", can be used practically as a local oscillator in wireless communication applications.
무선 이동 통신 시스템에서는 송신단에서 IF 대역의 신호를 RF 대역의 신호로 변환해서 전송하게 되고 수신단에서는 이렇게 보내진 RF 대역의 신호를 IF 대역 신호로 낮춰서 신호 처리에 이용이 가능하도록 한다. 이러한 신호의 상위 변환 또는 하위변환을 할 때 사용되는 것이 지역 발진기(Local Oscillator)이다.
최근의 무선 이동 통신 시스템에서는 주파수 대역의 효율적인 사용을 위해 채널들이 매우 조밀하게 배정되어 있으므로 인접 채널 신호들 사이의 간섭이 통신 음질에 큰 영향을 미치게 된다. 이러한 채널 간의 신호 왜곡을 줄이기 위해서는 지역 발진기가 100KHz Offset 주파수에서 -100dBc 정도의 위상 잡음(Phase Noise) 성능을 가져야 한다. 현재 이러한 스펙을 만족할 수 있는 발진기는 외부 인덕터를 사용한 LC 발진기뿐이다.
한편 외부 인덕터를 칩 내로 집적화시키고 RF 회로 모두를 CMOS 공정으로 집적화하여 모든 시스템을 단일 칩으로 만들 수 있다면 이를 통해 시스템의 저가격화, 경량화, 그리고 저전력 설계를 통한 저전력화를 이룰 수 있는 매우 경이적인 결과를 지니게 된다. 그러나 인덕터를 칩 내부로 집적시키기 위한 많은 연구들이 진행되고 있으나 그 특성(Quality Factor과 기생 저항)이 아직 충분치 못해서 LC 발진기의 잡음 특성이 그리 좋지 못한 실정이다. 그러한 상황에서 본 논문에서는 여러 개의 LC 발진기를 Ring 구조로 연결한 새로운 형태의 발진기를 제시한다. 이 발진기는 잡음 분석을 통해 Ring 구조의 발진기 수를 늘릴수록 잡음 특성 또한 비례해서 향상됨을 알 수 있었다. 결국 칩 내부로 집적시킨 인덕터의 성능이 충분히 좋지 않더라도 Ring 구조 연결을 통해 충분한 잡음 특성을 가진 발진기를 설계할 수 있슴을 의미하게 된다. 이것은 현재의 기술적 요구에 매우 시의적절하게 부응하는 것이므로 이동 통신 시스템의 집적화에 매우 큰 초석이 될 수 있으리라 기대한다.
