2.4 Ghz Düşük Güçlü Lc Vco Tasarımı

Abstract

Bu çalışmada, Bluetooth uygulamalarında kullanılmak üzere 2.45GHz merkez frekansında çalışan, frekans ayarlaması 2.2GHz ile 2.7GHz arasında değişen, düşük güç (2mW) tüketimi sağlayan bir LC GKO (VCO) tasarlanmıştır. Faz gürültüsünü minimize etmek maksadıyla 4 bit anahtarlamalı IMOS dizisinden yararlanılmıştır. Ayrıca frekansın ince ayarı için kapasite kuplajlı diyot varaktör devresi eklenmiştir. Bu frekans ayarlama tekniğinin faz gürültüsüne etkisi en kötü hal için 50kHz ofsette yaklaşık olarak 2dBc/Hz olup yüksek ofsetlerde yok denecek kadar azdır. Devrenin kaba kontrol gerilimleri 1.4V ve 0V olup, ince ayar gerilimi ise 0.5V ile 1.4V arasındadır. Besleme geriliminin 1.4V olduğu dikkate alındığında devre yüksek entegrasyon olanağı sunmaktadır. Faz gürültüsü 50kHz ofsette -88.6dBc/Hz ile -94.36dBc/Hz arasında olup 3MHz ofsette ise -128.3dBc/Hz ile -130.5dBc/Hz değerlerine ulaşmaktadır.Bu devreye ek olarak daha düşük gerilimli farklı topolojiler aynı akım akıtacak şekilde tasarlanmış ve tezin aynı zamanda ISM bandında çalışan düşük güç sarfiyatı isteyen uygulamalarda gerekli olacak bir GKO ihtiyacı için karşılaştırmalı bir çalışma olması sağlanmıştır.

In this study, a low power LC VCO which operates at a center frequency of 2.45GHz over the range between 2.2GHz and 2.7GHz is designed for Bluetooth applications. The oscillator consumes 2mW at a supply voltage of 1.4V. To minimize the phase noise generated by the varactor through AM-PM conversion, 4bits SCA varactor is implemented by employing IMOS varactors. For fine tuning of frequency, a capacitor coupled diode varactor structure is designed. The effect of this overall varactor structure on the phase noise is around 2dBc/Hz at 50kHz offset for the worst case whereas it is negligble at high offsets. The coarse control tuning voltage values are 0V and 1.4V and the fine tuning control voltage varies from 0.5V to 1.4V. Hence, a high integration is achieved by keeping the external voltage at power supply voltage. The phase noise is between -88.6dBc/Hz and -94.36dBc/Hz at 50kHz offset, and between -128.3dBc/Hz and -130.5dBc/Hz at 3MHz offset. In addition to this, several circuits enabling lower supply voltage are simulated by keeping the same current in order to constitute a comparative study for low power applications which do not require stringent phase noise specification at 2.4GHz.