A Low Noise PVT Insensitive Class-C VCO with Bias Voltage Tracking Calibration

Abstract

이 논문은 Class-C VCO에서 낮은 위상 잡음을 보이는 바이어스 전압 레벨을 자동으로 찾아내고 PVT 변화에 관계없이 안정적으로 발진을 시작하는 바이어스 전압 캘리브레이션을 제안한다. 또한 이 VCO는 캘리브레이션이 끝난 후에 나타나는 온도 변화를 보완할 수 있는 바이어스 회로를 포함한다. 이를 통해 class-C VCO의 고질적인 문제인 start-up problem과 PVT variation에 대한 vulnerability를 극복한다. 제안하는 VCO는 28nm CMOS 공정에서 설계되었다. 시뮬레이션 결과로 이 VCO는 3.717GHz에서 4.675GHz의 동작 범위를 가지며, 이에 따른 Frequency Tuning Range(FTR)은 22.8%이다. 또한 전력소모량은 2.135mW이며 1MHz에서의 위상잡음은 -124.1dBc/Hz이고 Figure of Merit(FoM)은 -192.2dBc/Hz이다. 면적은 0.196mm^2로 매우 작다.|This paper presents class-C Voltage-Controlled Oscillator(VCO) with bias voltage calibration that automatically finds the low phase noise point and achieves robust start-up regardless of PVT variation. This VCO structure also has bias circuit that compensates the temperature changes even when the calibration is not applied. Through these techniques, the problem of robust start-up and the vulnerability to PVT variation, which are chronic problems of class-C VCO, are overcome. The proposed VCO was designed in a 28nm CMOS process. Simulation results show that this VCO has an operating range of 3.717 GHz to 4.675GHz, resulting in a Frequency Tuning Range (FTR) of 22.8%. In addition, the power consumption is 2.135 mW, the phase noise at 1 MHz is -124.1 dBc/Hz, and the Figure of Merit (FoM) is -192.2 dBc/Hz. The chip area is very small at 0.196mm^2.