In this dissertation, an ultra-low-power (ULP) frequency synthesizer that adopts a reference spur suppression technique is proposed. The frequency multiplication using a proposed current-shaped 2-stage ring voltage controlled oscillator (VCO) dramatically reduces the power consumption of the VCO by lowering its operating frequency. The current shaping technique in the VCO improves the phase noise performance and generates impulse-like current pulses which are synthesized into a large 2nd order voltage harmonics which are amplified to be used as rail-to-rail local oscillator (LO) signals. The large reference spur caused by using a low-power charge pump architecture is suppressed with the proposed N-path filtering-based reference spur suppression filter. Impedance peaking formed by N-path switching rejects the reference frequency component of charge pump current without any tuning circuits. The power consumption of the proposed frequency synthesizer is only 105uW while providing quadrature LO signals for a Sliding-IF receiver operating in the 900MHz ISM band. The measured phase noise of the proposed VCO at 1MHz offset is -104.1dBc/Hz at 306.67MHz while dissipating 52uW. The proposed reference spur suppression filter shows 15dB spur rejection performance and consumes only 3uW.
이 논문에서는 불요파 억제 기술이 적용된 초저전력 주파수 합성기를 제안하였다. 제안된 2단 링 전압 제어 발진기를 이용한 주파수 증배 기술은 발진기의 동작 주파수를 낮추어 그 전력소모를 현저히 줄일 수 있다. 제안된 발진기 전류 변형 기술은 위상잡음 성능을 향상시키며 임펄스 형태의 전류 펄스를 생성하고, 이 전류는 2차 고조파 성분의 전압으로 합성된 후 증폭되어 국부 발진기 신호로써 사용될 수 있다. 제안된 불요파 억제 필터는 N-path 필터링을 적용하여 저전력 전하 펌프에 의해 발생하는 불요파를 제거할 수 있다. N-path 스위칭에 의해 발생하는 임피던스 증폭에 의해 아무 조율 없이도 기준 주파수 성분의 전하 펌프 전류가 제거된다. 제안된 주파수 합성기는 105uW의 전력을 사용하여 900MHz ISM 밴드에서 동작하는 Sliding-IF 수신기를 위한 국부 발진기 신호를 제공한다. 제안된 발진기의 위상잡음은 1MHz 오프셋에서 -104dBc/Hz 이며 306,67MHz에서 52uW의 전력을 소모한다. 제안된 불요파 억제 필터는 15dB의 불요파 제거 특성을 보이며 전력소모는 3uW 이다.