Frequency synthesizer is utilized to provide a local oscillator (LO) frequencies in wireless transceiver system. Among the many performance parameters of frequency synthesizers, the phase noise and spur are the most important factors that determine the spectral purity. Since the spectral purity often characterizes the performance of the overall wireless communication system such as sensitivity in the receiver and spectral mask compliance in the transmitter, aggressive approaches to mitigate the issues on the phase noise and spur are required. This dissertation addresses the severe degradation of phase noise characteristics due to the quantization noise in fractional-N synthesis and the source of spur emission particularly upon the electromagnetic interference (EMI) in SoC system.
Considering first the quantization noise in $\Delta\Sigma$ frequency synthesizer, it aggravates the out-of-band phase noise performance due to its high-pass noise shaping characteristic. In order to alleviate this issue, three distinct solutions are addressed; i.e. I. An area efficient high order discrete-time loop filter, II. Glitch-free low-supply 0.5 step fractional frequency divider, and III. Fast and power-efficient gain calibration algorithm for quantization noise-cancelling DAC.
In addition, the EMI from the digital circuit in SoC is prone to turn into a single tone frequency, and consequently threatens the reliability of data processing in an RF/analog circuit, especially the spur in wireless transceiver system. In order to suppress the EMI, a spread-spectrum clock generator (SSCG) with a delay-based direct digital phase modulation (DDPM) method is proposed. The proposed SSCG relieves the radiated EMI power level in a given bandwidth by decentralizing the concentrated spectrum using a continuous non-linear up/down modulation; i.e. Hershey-Kisses profile.
주파수 합성기는 무선 통신 시스템에서 국부 발진의 생성을 위해 사용된다. 수많은 주파수 합성기의 성능 지표 중에서 위상잡음과 스퍼는 스펙트럼의 성능을 결정하는 가장 중요한 지표이다. 스펙트럼은 전체 무선 송수신 시스템의 성능을 직접적으로 결정할 수 있으므로 이 위상잡음과 스퍼를 직접적으로 완화하는 기술들이 필요하다. 본 논문은 델타-시그마 주파수 합성기에서 양자화 잡음에 의한 위상잡음의 악화와 전자기간섭에 의한 spur특성에 대해 다룬다.
먼저 양자화 잡음은 HPF의 형태를 가지고 밴드 외 위상잡음 성능을 악화시킨다. 이를 해결하기 위해 다음과같은 세가지 방법들을 다뤘다. 1. 면적효율적인 고차 이산시간 루프 필터의 제안, 2. 글리치가 없는 저전압 0.5 스텝의 소수배 주파수 분주기의 제안, 3. 빠르고 전력 효율적인 양자화 잡음 제거 DAC의 게인 교정 방법의 제안.
추가적으로 SoC의 디지털 회로에서 방사하는 EMI로 기인하는 spur를 제거 하기 위해서 분산 스펙트럼 클럭 발생기(SSCG)가 사용되었다. 본 논문에서는 직접적인 디지털 도메인 위상 변조 방식을 채택한 SSCG가 제안되었으며 그로 인해 EMI 현상을 완화할 수 있다.
