Design of VCO(Voltage Controlled Oscillator) for mobile communication with a built-in voltage regulator

전압 레귤레이터를 내장한 이동통신용 VCO(Voltage Controlled Oscillator) 설계

In this paper, one of the core components of a mobile communication system, VCO(Voltage Controlled Oscillator) IC is designed. The VCO IC was designed, have realized as LC turned oscillator using varicap. LC sinusoidal tuned oscillator generally requires external inductors and thus remainding circuit is implemneted in monolithic IC. The circuit is fabricated using an 15 mask IC process and has a die size of 1150um${\times}$780um. The tests showed that VCO was operated at frequencies in the regions between 880MHz-915MHz in the control voltage range of 1V to 3V at 5V supply voltage and as the power supply was varied from 4.5V to 5.5V, the frequency varied 425KHz/V. The VCO IC has frequency shift of 1.97MHz/T, carrier level of -7dBm and power consumption of 16.7mA. Also it has phase noise of -80dBc/Hz, offset at 50KHz and harmonic response of center frequency is -41dBm. For the future development of the transceiver 1 chip, the previously mentioned external devices need to be incorporated into Si MMIC.

본 논문은 이동통신기기의 핵심부품중 하나인 VCO를 IC로 설계한 내용을 기술하였다. 설계한 VCO는 배리캡을 사용한 LC 동조형발진기로 구현하였다. 사용한 발진소자중 인덕터는 실리콘 IC 구현상의 난점[8]으로 인해 외부로 구성하고 나머지부분을 모두 IC화 하였다. 제작하는데 사용된 마스크 수는 15개이며 칩 사이즈는 1150um${\times}$780um이다. 제작한 VCO IC를 테스트한 결과 전원전압 5V에서 제어전압을 1V에서 3V로 변화시킬때 880MHz 영역에서 동작하였으며 주파수 천이는 425KHz/V, 주파수 편이는 1.97MHz/T, 캐리어 레벨은 -7dBm, 전류소모는 16.7mA이었다. 또한, 위상 잡음은 50KHz 오프셋에서 -80dBc/Hz 이며 중심주파수에 대한 하모닉응답은 -41dBm 이다. 향후 송수신단을 단일 칩화하기 위해서는 외부회로도 실리콘 기판위에 구현할 수 있는 실리콘 MMIC[1][8]에 대한 연구가 수행되어야 할 것이다.