To design a multi standard and a multi band transceiver, a quadrature voltage controlled oscillator (VCO), which has a wide tuning range, is an essential building block, while providing low phase noise with low current consumption. In this thesis, a dual band quadrature VCO in $0.18\microm$ CMOS process is presented with simulation and experimental results; and its error analysis. To accomplish dual band operation, reconfigurable LC tank is adopted. Series coupling transistors are attached to generate quadrature phase signal with low phase noise and low power consumption. To improve phase noise performance, a filter inductor at the common source node is added to block draining second harmonic current to ground. The measured phase noises of low frequency mode and high frequency mode are -123.8 dBc/Hz and -115.06 dBc/Hz at 1 MHz offset frequency and figure of merit (FoM) of -181.8 dB and -180.5 dB with 4 mA current consumption with a 1.7 V supply.
무선통신 표준이 급속도로 발전함에 따라 고 집적된 다중표준 다중 대역에서 사용할 수 있는 무선 송수신기에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 다중 대역에서 동작하는 송수신기를 설계하기 위해서는 넓은 영역에서 동작 가능하고 낮은 파워소모와 위상 잡음 특성이 낮은 4 위상 전압 조정 발진기가 필요하다. 하나의 발진기를 이용하여 넓은 대역에서 동작시키도록 하기 위해서는 스위칭이 가능한 인덕터와 커패시터를 이용한 재구성 가능한 LC 공진회로가 필요하다. 기존의 가변 커패시터 (varactor)만을 이용한 전압조정 방법은 넓은 주파수 대역을 소화하기 어려울 뿐 아니라 가변의 범위가 넓은 커다란 가변 커패시터를 사용할 경우 입력 조정 전압의 잡음에 의해 안정도가 낮아지는 문제점이 발생할 수 있기 때문이다.
2 장에서는 차동 LC 전압 조정 발진기의 기본 원리와 위상잡음 특성에 대한 기본 이론을 정리하였고, 3 장과 4 장에서는 재구성 가능한 LC 공진회로를 구성하기 위해 필요한 소자와 그 구성 방법과 4 위상 전압 조정 발진기의 구현 방법에 대해 소개 하였다.
5 장에서는 낮은 위상잡음과 낮은 전력의 cross coupling 방법을 이용한 4 위상 전압 조정 발진기를 구현하기 위한 방법을 제안하였다. 낮은 위상잡음과 낮은 소모 전력의 특성을 갖는 4 위상 전압조정 발진기를 설계하기 위하여 complementary negative resistance cell 을 사용하였고, 직렬연결 트랜지스터를 사용하였다. 설계될 회로의 voltage headroom 을 크게 해주고 위상잡음 특성을 개선하고자 전류원을 제거하고 공통 source 단에 인덕터를 추가하여 voltage headroom 을 소비하지 않는 전류원 및 2 차 harmonic 성분이 ground 로 빠져나가는 것을 막기 위한 필터로 동작하도록 하였다.
제작된 회로의 측정 결과와 시뮬레이션을 통해 예측했던 결과를 비교해 보았을 때 동작 주파수가 낮아진 것을 확인할 수 있었으며, 이러한 동작 주파수의 차이가 인덕터와 인덕터 또는 인덕터와 발진기 core 를 연결하는 interconnection line 에서 발생하는 기생 inductance 때문임을 확인 하였고 그 값을 계산해 내었다.
제작된 회로를 측정하여 두 개의 주파수 대역에서 동작함을 확인하였고, 낮은 주파수 대역과 높은 주파수 대역에서 각각 -123.83dBc/Hz @ 1MHz 와 -115.06 dBc/Hz @ 1MHz 의 위상잡음 특성을 얻었고 이때 소모된 전류의 양은 1.7V 입력에 4 mA 로 낮은 위상잡음과 낮은 소모 전력 특성을 보임을 확인하였다.