This thesis presents a ring VCO for low phase noise and wide tuning range. Since the phase noise of the ring VCO is inherently poor, many have tried to improve the phase noise. However, the formally proposed ring VCOs have the problem of large noise or frequency tuning at low supply voltage. In order to solve the problems at the low supply, a ring VCO is proposed. The proposed ring VCO reduces the noise current and is applied to negative skewed delay. Therefore, the phase noise and frequency tuning are improved. For verification of the idea, the proposed ring VCO is compared with two conventional ring VCO at low supply voltage. The proposed ring VCO shows the better performances (phase noise, frequency tuning) than that of two conventional ring VCOs. The proposed ring VCO is implemented in 65nm CMOS technology. The supply voltage is 1V as a low voltage. The proposed ring VCO oscillates from 401.7MHz to 882.6MHz. At near 400MHz, the phase noise of the proposed ring VCO is -78.04 and -107.4 dBc/Hz at 100 KHz and 1 MHz offset frequency, respectively. The proposed ring VCO consumes 6.1~8.5mA from 1V supply.
최근 소비자들은 작은 사이즈와 저렴한 제품을 요구 하고 있기 때문에, CMOS 공정은 점점 채널 길이가 작아지고 공급전압 또한 낮아지게 된다. 또, 그러한 요구를 만족시키기 위해 인덕터를 사용하지 않아서 면적을 적게 차지하는 Ring 전압제어 발진기의 연구는 대두되고 있다. 그러나, Ring 전압제어 발진기는 많은 장점에도 불구 하고 위상잡음 특성이 좋지 않으므로 널리 사용되지 않는다. 그래서 위상잡음을 개선시키는 연구는 반드시 행해져야 한다. Ring 전압 제어 발진기의 위상잡음은 noise 전류에 의해 발생 하므로 noise 전류를 줄여야 한다. 기존에 noise 전류를 발생시키지 않는 Ring VCO [17], [18]들은 보고 되었지만, 공급전압이 낮아 짐에 따라 주파수를 조절하는데 문제가 발생 된다. 그러므로 낮은 공급전압에서는 유용하지 않게 되어 새로운 방식의 Ring 전압 제어 발진기의 연구는 필요하다. 우선, noise 전류를 줄이기 위하여 noise 전류의 발생 구간을 분석하였고, 줄일 수 있는 방법을 고안하였다. 기존의 noise 전류 발생구간에서 동작하는 트랜지스터를 동작 하지 않게 하여 noise 전류 발생을 억제시키고, 신호의 위상차를 이용하여 전류 발생을 또 억제시켜주므로 noise 전류는 줄어들게 된다. 그러므로 제안된 Ring 전압 제어 발진기로 위상잡음 특성을 개선 할 수 있다. 높은 주파수로 발진 시킬 수 있는 기술을 적용하여 주파수 변화 범위 또한 개선 시켰다. 제안된 Ring 전압 제어 발진기는 CMOS 65nm 공정을 이용하였고, 공급전압은 1V로 설계를 하였다. 또, 제안된 Ring 전압 제어 발진기는 401.7MHz ~ 882.6MHz의 주파수 범위로 발진을 한다. 위상잡음은 발진 주파수 401.7MHz에서 -107.37 dBc/Hz이고 882Mhz에서 -101.48 dBc/Hz를 각각 1MHz offset 주파수에서 나타낸다. 공급전압 1V에서 제안된 Ring 전압 제어 발진기의 소비되는 전류는 6.1~8.5mA 이다.
