주파수합성기의 Phase Noise 예측 및 3차 PLL 시스템에서의 1/f Noise Modeling

The Phase Noise prediction and the third PLL systems on 1/f Noise Modeling of Frequency Synthesizer

본 논문에서는 주파수합성기에서 가장 큰 잡음원인 VCO 및 각 단에서 발생하는 위상잡음 의 offset주파수에 따른 변화를 예측하기 위해 2303.15MHz의 주파수합성기를 설계하고 Lascari의 예측방법 을 이용하여 모델링 하였다. 또한, VCO에서 발생되는 여러 중첩 형태로 된 위상잡음중 저주파대역에서 문제가 되는 1/f noise를 3차 시스템에서 분석하였다. 3차 시스템에서는 해석이 복잡하므로 수학적인 분석을 통하여 1/f noise를 예측한다는 것이 어렵지만 pseudo-damping factor의 도입으로 3차 시스템에서의 1/f noise variance의 해석이 용이 하도록 시도하였고 이를 2차 시스템과 비교.분석하였다. 그 결과, tcxo의 경우 위상잡음이 루프 통과 전 10 kHz offset 주파수에서 -160dBc/Hz, 루프 통과 후 -162.6705dBc/Hz, 100 kHz offset 주파수에서 -180dBc/Hz, 루프 통과 후 -560dBc/Hz로 VCO의 위상잡음에 비해 offset주파수에 따라 루프 통과 후 급격히 감쇠 됨을 알 수 있었다. 2차와 3차 시스템에서의 잡음대역폭과 그 variance factor를 연관하여 3차 시스템에서 의 variance가 2차 시스템의 variance보다 크게 발생함을 알 수 있었다.

In this paper, we designed 2303.15MHz frequency synthesizer for the purpose of the phase noise prediction. For the modeling of phase noise generated in the designed system through introducing the noise-modeling method suggested by Lascari we analyzed a variation of phase noise as according as that of offset frequency. Especially, for the third-order system of the PLL among some kinds of phase noise generated from VCO we analyzed the aspect of 1/f-noise appearing troubles in the low frequency band. Since it is difficult to analyze mathematically 1/f-noise in the third-order system of the PLL, introducing the concept of pseudo-damping factor has made an ease of the access of the 1/f-noise variance. we showed a numerical formula of 1/f-noise variance in the third-order system of the PLL which is compared with that of 1/f-noise variance in the second-order system of the PLL. As a result, In case of txco we found the reduce rapidly along the offset frequency after passed through that phase-noise was -160dBc/Hz before passed through a loop at 10kHz offset frequency and -162.6705dBc/kHz after passed through the loop, -180dBc/Hz at 100kHz offset frequency and -560dBc/kHz after passed through the loop. We can notice that the variance of third-order system more occurs (or the variance of second-order system in connection with noise bandwidth and variance factor of second-order and third-order system.