طراحي و شبيه‌سازي نوسان‌ساز كنترل‌شده با ولتاژ كلاس C با تنظيم ديجيتالي با نويز فاز بهبوديافته

Design and Simulation of Digitally Tuned Class C Voltage Controlled Oscillator with Enhanced Phase Noise Characteristics

در اين مقاله آرايشي جديد براي نوسان‌ساز كنترل‌شده با ولتاژ LC كلاس-C ارائه شده است كه داراي مزيت شروع نوسان مناسب، كاهش نويز فاز و افزايش دامنه مي‌باشد. استفاده هم‌زمان از دو روش خازن وركتور با قابليت تنظيم ديجيتالي و مدار تانك مرتبه چهار باعث شده كه نوسان‌ساز كلاس-C پيشنهادي از نظر نويز فاز، عملكرد بسيار بهتري نسبت به ساير ساختارهاي نوسان‌ساز LC داشته باشد. فيدبك دامنه به‌كاررفته در ساختار پيشنهادي سبب بهبود نويز فاز و توان مصرفي مي‌شود ساختار پيشنهادي قادر به كار در بازه فركانسي GHz 3.2 تا 4.2 GHz با باياس گيت 0.5 V تا 1 V است. براي اينكه مشخص شود مدار پيشنهادي تا چه اندازه درمقابل تغييرات پروسه (PVT) مقاوم است، مقايسه نويز فاز مدار علاوه‌بر گوشه تكنولوژي TT@ 25°C در گوشه‌هاي تكنولوژي FF@ -40°C و SS@ 85°C نيز به‌ازاي آفست فركانسي 1 MHz شبيه‌سازي گرديد. ازطرف‌ديگر براي اين‌كه تخميني از اثر غيرايده‌آلي‌هاي مدار بر روي محدوده تغييرات به دست آيد از شبيه‌سازي مونت‌كارلو با تعداد 50 نمونه استفاده گرديد. در اين شبيه‌سازي فرض شد كه خازن‌ها و سلف‌ها به‌ترتيب داراي توزيع گوسي با ميزان انحراف‌ازمعيار 5± و 10± درصد هستند. نوسان‌ساز كنترل‌شونده با ولتاژ در تكنولوژي 180nm , TSMC CMOS طراحي و توسط نرم‌افزار ADS شبيه‌سازي و ارزيابي شده است

In this paper a novel class C voltage controlled oscillator (VCO) is presented. The presented structure reveals proper starting time characteristics, lower phase noise, higher oscillation amplitude and lower consumption power. Simultaneous application of digitally tuned Varactor diode and 4th order tank circuit improve phase noise characteristics of the VCO. Amplitude feedback mitigates the phase noise and power consumption of the structure. The presented VCO oscillates in 3.2GHz-4.2GHz frequency range with the bais voltage of 0.5V-1V. For robustness analysis of the circuit against process, voltage, and temperature variations (PVT), phase noise comparison for FF@-40°C and SS@85°C technology corners, in addition to TT@25°C, are simulated for offset frequency of 1MHz. Additionally, for estimation of non-ideality effects of the circuit on frequency range variations, Mont Carlo simulations with 50 samples is performed. It is assumed in this simulation that capacitors and inductor have Gaussian distribution with ±5% and ±10% variation range, respectively. The VCO is implemented with 180nm TSMC CMOS technology and is simulated with the ADC commercial software.