2.4 Ghz Aktif Enduktans Tabanlı Lc Vco Tasarımı

Abstract

Bu tez çalışmasında, UMC013 013 0.13 um CMOS prosesi ile 2.4GHz merkez frekanslı aktif endüktans tabanlı LC osilatörleri tasarlanmıştır. LC VCO yapısında bulunan elemanların faz gürültüsüne etkileri ayrı ayrı incelenerek aktif endüktans ile yapılan bir LC tankının etkisinin oldukça baskın olduğu analitik olarak hesaplanmış ve simulasyonlarda görülmüştür. Bu yüzden LC tankın faz gürültüsüne katkısı minimum olacak şekilde aktif endüktans tasarlanmıştır. LC VCO yapılarının faz gürültüsü performanslarını karşılaştırmak amacıyla 4 ayrı aktif endüktans tabanlı LC VCO tasarlanmıştır. Ayrıca UMC013 prosesiyle pasif endüktans kullanılarak elde edilebilen minimum faz gürültülü LC VCO bulunup, tüm sonuçlar birlikte değerlendirilmiştir. Faz gürültüsü açısından en iyi elde edilebilen aktif endüktanslı LC VCO devresi, bağlantı ucu NMOS olan aktif endüktans ve PMOS çapraz bağlı negatif direnç yapısı ile elde edilmiştir. Optimize edilen faz gürültüsünün şematik değeri 1MHz ofset frekansında -89dBc/Hz olarak bulunmuştur. Devre, 2.14GHz-2.71GHz frekans bölgesinde osilasyon yapabilmekte ve 1mA-3mA arasındaki akım değerleri ile osilasyon frekansı ayarlanabilmektedir. 1.2V besleme geriliminden çekilen akım ise 20.69mA değerindedir.

In this work, 2.4GHz LC VCO based on active inductor is designed via a 0.13 um UMC013 CMOS process. Phase noise ontribution of all LC VCO’s circuitries are analyzed separately and, contribution of LC tank based on active inductor to noise is shown in schematic simulations and calculated analytically as dominant respect from other circuitries of LC VCO noise contribution. Therefore, active inductor is designed to get minimum noise contribution of LC tank to VCO for a low phase noise. Four different LC VCOs based on active inductors are designed for comparisons of phase noise performance. In addition, a low noise LC-VCO with passive inductor is designed via UMC013 process to evaluate all phase performance via this process. Among these LC VCO based on active inductors, best achievable phase noise is succeed with NMOS active inductor and PMOS cross-couple LC-VCO structure. Optimized phase noise value is obtained as -89dBc/Hz at 1 MHz offset frequency. LC-VCO’s frequency range is between 2.14GHz and 2.71GHz and frequency tuning current is between 1mA and 3mA.Current consumption of VCO is 20.69mA under 1.2V power supply.