اسيلاتور متعامد تزويج چندگانه با شيفت فاز مطلوب جهت بهبود نويز فاز

Multiple Coupled Quadrature Oscillator with Desirable Phase Shift to improve phase noise

در اين مقاله يك اسيلاتور متعامد CMOS LC تزويج چندگانه (MC-QO) به منظور توليد سيگنال هاي متعامد با نويز فاز كم و توان مصرفي پايين ارائه شده است. در اين كار، هسته ي اسيلاتور توسط شبكه تزويج فعال و پسيو در هر طبقه تزويج مي شود. در شبكه تزويج فعال از تكنيك برش جريان ديناميكي فعال استفاده شده كه خود به تنهايي موجب توليد شيفت فاز و در نتيجه اصلاح نويز و خطاي فاز در سيگنال خروجي مي شود. اما براي بهبود اين عملكرد، از تزويج پسيو نيز در اين كار كمك گرفته شده است. شبكه تزويج پسيو شامل يك فيلتر RLC مي باشد كه علاوه بر كاهش ذاتي نويز، سبب توليد فاز جبران كننده جهت كاهش شيفت فاز رزوناتور (RPS) به منظور بهبود نويز فاز خواهد شد كه نتايج تحليل نيز آن را تائيد مي كند. استفاده از دو مسير براي تزويج كمك شاياني در افزايش ضريب تزويج داشته كه موجب بهبود دقت فاز خروجي مي شود. اين در حاليست كه شبكه تزويج پسيو هيج تواني مصرف نمي كند. علاوه بر اين، بكارگيري تكنيك شكل دهي جريان در منبع جريان دم، سبب بهبود عملكرد مدار مي شود. جهت تائيد عملكرد ساختار اسيلاتور متعامد پيشنهادي و تحليل هاي ارائه شده، اسيلاتور تزويج چندگانه در تكنولوژي TSMC 0.18 ميكرومتر CMOS فركانس راديويي و در فركانس پايه 3/38 گيگا هرتز شبيه سازي شده است. مصرف و توان 4/6 ميلي وات از منبع تغذيه 1/8 ولت بوده، نويز فاز 2 / 128 - دسي بل /هرتز) در آفست 1 مگاهرتز و 138/5 - (دسي بل/ هرتز) در آفست 3 مگاهرتز با ضريب كيفيت10/8 مي باشد و در نهايت معيار شايستگي مطلوب 192/25 - (دسي بل/ هرتز) در فركانس آفست 1 مگاهرتز بدست آمده است.

In this paper, a Multiple Coupled CMOS LC Quadrature Oscillator (MC-QO) in order to generate quadrature signals with a favorable phase noise and low power consumption is presented. In this work, the core of oscillator is coupled by the different passive and active coupling techniques in each stage. The active dynamic current-clipping technique is applied in the active coupling network, which can provides phase shift alone and results into the phase error and phase noise corrections of output signal. However, the passive coupling technique is also used in order to increase the corrections further. The passive coupling network consists of one RLC filter that besides the inherent reduction of noise, it provides compensating phase for reducing the resonator phase shift (RPS) in order to improve phase noise, which is proven by the analysis results. Using two coupling paths has a big contribution for increasing the coupling factor’s value, which leads to the improvement of output’s phase accuracy. Meanwhile, the passive coupling network does not dissipate additional power. Moreover, the applied tail current-shaping technique in the source of tail current causes the improvement of circuit’s performance. To confirm the validity of the proposed quadrature oscillator’s performance and the presented analysis, the MC-QO is simulated in TSMC 0.18RF-CMOS technology at 3.38 GHz fundamental frequency. The power consumption is 4.6 mW from 1.8 V power supply, the phase noise is -128.2 (dBc/Hz) @ 1MHz and -138.5 (dBc/Hz) @ 3 MHz offset frequencies with the quality factor (Q10.8). Eventually, the excellent Figure of Merit (FOM) of -192.25 (dBc/HZ) at 1 MHz offset frequency is achieved.