نوسان‌ساز كنترل‌شونده با ولتاژ به همراه شرايط راه‌اندازي قوي و نويز فاز كم براي كاربردهاي باند K

Low Phase-Noise and Strong Start-Up Condition Voltage Controlled Oscillator for K Band Applications

در اين مقاله طراحي و شبيه‌سازي يك نوسان‌ساز كنترل‌شونده با ولتاژ براي كاربردهاي باند K ارائه شده است. در طراحي اين مدار از تركيب ساختارهاي زوج ضربدري و كولپيتس براي بهره‌مندي از مزاياي آنها به صورت هم‌زمان استفاده شده است. با به كارگيري تركيب اين دو ساختار در مدار پيشنهادي، شرايط راه‌اندازي و نويز فاز آن بهبود يافته است. همچنين با قراردادن دو سلف در ميان ساختار زوج ضربدري و ساختار كولپيتس، ترارسانايي مؤثر نوسان‌ساز كنترل‌شونده با ولتاژ افزايش يافته و شرايط راه‌اندازي بهتر شده است. اين مدار با استفاده از بانك خازني سوئيچ‌شونده، گستره فركانسي زيادي را پوشش مي‌دهد. نتايج شبيه‌سازي نوسان‌ساز پيشنهادي، بيانگر اين است كه مدار براي فركانس 24/25 گيگاهرتز در آفست 1 مگاهرتز، داراي نويز فاز dBc/Hz - 120 و ضريب شايستگي dBc/Hz 195/67- است. گستره فركانسي پوشش داده شده توسط اين نوسان‌ساز كنترل‌شونده با ولتاژ 1/4 گيگاهرتز و گستره تنظيم آن در حدود 7/5%، حول فركانس مركزي است. مدار پيشنهادي داراي ابعاد جانمايي 2µm 0/335 در فناوريCMOS µm 18/0 TSMC با منبع تغذيهV 1/5 و توان مصرفي mW 15/92 است.

This paper presents a voltage controlled oscillator (VCO) based on a cross-coupled pair and Colpitts structures for K-band applications. By employing cross-coupled pair and Colpitts structures, the dc power consumption and phase noise was reduced. By using inductors between cross-coupled pair and Colpitts structures, the effective transconductance was enhanced and robust the start-up condition. In order to cover a wide frequency tuning range, a capacitor bank was used. The VCO has been designed and simulated in TSMC 0.18 µm CMOS technology. Simulation results showed that the simulated phase noise of center frequency (24.25 GHz), at 1-MHz offset frequency is-120 dBc/Hz and the figure of merit is -195.67 dBc/Hz. The covering frequency range and tuning range of this VCO are 1.4 GHz and 5.7%, respectively. The occupied area of the layout is 335 µ2m and the power consumption of this VCO was 15.92 mW from 1.5 V supply voltage.