Abstract
PLLs have been widely used for many applications including communication systems. This paper presents a VCO with an improved negative skewed delay scheme and a PLL using this VCO. The proposed VCO and PLL are intended for replacing traditional LC oscillators and PLLs used in communication systems and other applications. The circuit designs of the VCO and PLL are based on 0.18um CMOS technology with 1.8V supply voltage. The proposed VCO employs subfeedback loops using pass-transistors and needs two opposite control voltages for the pass transistors. The subfeedback loops speed up oscillation depending on the control voltages and thus provide a high oscillation frequency. The two voltage controls have opposite frequency gain characteristics and result in low phase-noise. The 7-stage VCO in 0.18um CMOS technology operates from $3.2GHz\~6.3GHz$ with phase noise of about -128.8 dBc/Hz at 1MHz frequency onset. For 1.8V supply voltage, the current consumption is about 3.8mA. The proposed PLL has dual loop-filters for the proposed VCO. The PLL is operated at 5GHz with 1.8V supply voltage. These results indicate that the proposed VCO can be used for radio frequency operations replacing LC oscillators. The circuits have been designed and simulated using 0.18um TSMC library.
PLL은 통신을 포함한 여러 분야에서 광범위 하게 사용된다. 본 논문에서는 향상된 부스큐 지연 방식을 이용한 고속 VCO와 이를 이용한 PLL을 제안하였다. 제안한 VCO와 PLL은 0.18um CMOS 공정을 기본으로 하여 1.8V의 전원전압에서 동작 하도록 설계되었다. 제안한 VCO는 서브 피드백 루프를 패스 트랜지스터로 설계 하였으며, 이 패스 트랜지스터는 NMOS PMOS가 사용되어서 주파수 이득이 반대인 2개의 주파수 제어전압이 필요하게 되며, 이로 인해 우수한 잡음 성능을 가지게 된다. 또한, 이 서브 피드백 루프와 부 스큐 지연방식은 보다 높은 주파수를 생성하게 된다. 실제 제안한 회로의 검증을 위하여 7단의 링 구성의 VCO를 설계하였으며, 설계된 VCO는 $3.2GHz\~6.3GHz$로 동작하며, 1MHz 오프셋 주파수에서 -128.8dBc/Hz의 위상잡음성능을 가짐을 검증 하였다. 이때의 전원 전압은 1.8V이며 VCO의 소비 전류는 3.8mA이다. 그리고 제안한 VCO를 이용하여 설계된 이중 루프 필터 구조의 PLL이 5GHz 대역에서 안정적으로 동작함을 검증하였다. 따라서, 제안한 VCO가 고주파 대역읜 통신기기에서 LC 공진회로를 대체 할 수 있음을 보였다. 본 논문에서 제안한 회로는 0.18um TSMC 라이브러리를 기본으로 하여 설계 하였다.
