Recently, the small size and the low power are required as the demand of the wireless communication application field increases. Because there are various problems that it is generated as the size and power consumption become smaller, many efforts are necessary in order to solve it. In the case of an oscillator, 1/f noise is increased as the size of chip becomes smaller. Therefore this affects on directly the phase noise characteristic. Moreover, as the power consumption becomes smaller, the phase noise characteristic will be inferior because the power consumption of an oscillator has an effect on the voltage amplitude of output node.
This thesis showed that the insertion of gm boosting circuits to differential Colpitts VCO allows larger voltage amplitude at the output node consuming same amount of power, which guarantees improved phase noise characteristic comparing to that of the differential Colpitts VCO. Also, we can achieve the same phase noise characteristic even though reduce power of oscillator. It can be possible low power VCO design.
The formally proposed differential/quadrature VCOs show better phase noise characteristic than conventional differential VCO at overall frequency. The proposed VCO/QVCO are designed for 2 GHz operation based on 0.13 um CMOS technology. Simulated phase noise verified for the 2.75 GHz carrier is -108.0 dBc/Hz at 100kHz and-128.7 dBc/Hz at 1MHz offset in VCO. Phase noise of QVCO is -104.8 dBc/Hz at 100kHz and -129.0 dBc/Hz at 1MHz offset. Each of power consumption for VCO/QVCO is 2mA and 4mA respectively at 1.5V supply.
최근 이동 통신의 수요가 증가함에 따라, 저렴하고 크기가 작고 다양한 규격의 기술들을 단 한 개의 칩으로 집적화 하려는 노력이 매우 활발하게 이루어지고 있다. 이와 더불어, 최근 공정 기술의 발달로 인하여 디지털 칩의 사이즈가 작아지고 있는데 RF와 Analog 부분의 SoC를 위해서는 두 부분의 공정 역시 디지털과 같게 작아져야 한다. 하지만, 공정이 작아지게 되면, 많은 부분에서 문제가 발생하게 되는데, 그 중 가장 많은 영향을 받는 부분이 전압 제어 발진기 부분이다. 따라서, 전압 제어 발진기의 위상 잡음 특성은 전력 소모와 칩 1/f 잡음에 가장 큰 영향을 받기 때문에 무선 통신 시스템의 집적화를 위해서는 이 부분을 해결해야 한다.
본 논문에서는 부성 저항을 키우는 기존의 차동 Colpitts 발진기 구조를 개선하여 같은 전력 소모를 가지면서 위상 잡음 특성이 개선된 구조를 제안하였다. CMOS 0.13 um의 공정을 사용하여 시뮬레이션 한 결과 3mW의 전력을 소모하면서 1 MHz offset 주파수에서 -128.7 dBc/Hz의 위상 잡음 특성을 얻을 수 있었다. 전력을 줄이게 되어도 기존의 차동 Colpitts 발진기 구조 보다 부성 저항이 작아지기 때문에 저전력으로도 활용할 수 있다. 또한, 논문에서는 직접 변환 방식 RF 송수신기 구조와 이미지 신호 제거 합성기 회로에서 요구되는 4위상 전압 제어 발진기 설계를 제안하였다. 위에서 제안된 Colpitts 구조를 바탕으로 4위상이 가지는 문제점들을 제거할 수 있는 구조를 제안하였다. 같은 공정 기술로 시뮬레이션 한 결과 1 MHz offset 주파수에 -129 dBc/Hz의 위상 잡음 특성을 보였으며, 이 때 전력 소모량은 6 mW였다.
