• 전기전자학회논문지
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• 제15권1호
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• pp.29-36
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• 2011

기존에 ADPLL(All Digital Phase Locked Loop)에서는 DCO(Digitally Controlled Oscillator)의 해상도를 향상시키기 위해 주로 dithering 기법이 사용되었다. 본 논문에서는 dithering 방식에서 발생하는 문제점을 보안하고자 DAC를 이용한 DCO의 해상도 확보 방법을 제안하였다. $0.13{\mu}m$ CMOS 공정을 이용하여 고해상도의 2.4GHz LC DCO를 무선 로컬 네트워크 통신에 적용 가능하도록 설계하였다. 설계된 DCO는 900MHz의 주파수 튜닝 범위를 가지고 발진하며 58.8Hz의 해상도를 보여준다. 주파수 컨트롤은 coarse, fine, DAC 배랙터 bank에 의해서 이루어지며, coarse와 fine bank는 PMOS 배랙터로, DAC bank는 NMOS 배랙터로 구성되었다. 각 배랙터 bank는 8비트의 디지털 입력으로 컨트롤된다. 설계된 DCO의 위상잡음은 1MHz 옵셋에서 -123.8dBc/Hz이다. 설계된 DCO는 공급전압 1.2V에서 4.2mA의 전류를 소모한다.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제14권4호
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• pp.484-494
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• 2014

We describe a digitally controlled oscillator (DCO) which compensates the frequency variations for process, voltage, and temperature (PVT) variations with an accuracy of ${\pm}2.6%$ at 2.5 GHz. The DCO includes an 8 phase current-controlled ring oscillator, a digitally controlled current source (DCCS), a process and temperature (PT)-counteracting voltage regulator, and a bias current generator. The DCO operates at a center frequency of 2.5 GHz with a wide tuning range of 2.2 GHz to 3.0 GHz. At 2.8 GHz, the DCO achieves a phase noise of -112 dBc/Hz at 10 MHz offset. When it is implemented in an all-digital phase-locked loop (ADPLL), the ADPLL exhibits an RMS jitter of 8.9 ps and a peak to peak jitter of 77.5 ps. The proposed DCO and ADPLL are fabricated in 65 nm CMOS technology with supply voltages of 2.5 V and 1.0 V, respectively.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제13권3호
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• pp.198-206
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• 2013

This paper presents a wide band, fine-resolution digitally controlled oscillator (DCO) with an on-chip 3-D solenoid inductor using the 0.13 ${\mu}m$ digital CMOS process. The on-chip solenoid inductor is vertically constructed by using Metal and Via layers with a horizontal scalability. Compared to a spiral inductor, it has the advantage of occupying a small area and this is due to its 3-D structure. To control the frequency of the DCO, active capacitor and active inductor are tuned digitally. To cover the wide tuning range, a three-step coarse tuning scheme is used. In addition, the DCO gain needs to be calibrated digitally to compensate for gain variations. The DCO with solenoid inductor is fabricated in 0.13 ${\mu}m$ process and the die area of the solenoid inductor is 0.013 $mm^2$. The DCO tuning range is about 54 % at 4.1 GHz, and the power consumption is 6.6 mW from a 1.2 V supply voltage. An effective frequency resolution is 0.14 kHz. The measured phase noise of the DCO output at 5.195 GHz is -110.61 dBc/Hz at 1 MHz offset.

• ETRI Journal
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• 제33권2호
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• pp.201-209
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• 2011

This paper presents a wide-band fine-resolution digitally controlled oscillator (DCO) with an active inductor using an automatic three-step coarse and gain tuning loop. To control the frequency of the DCO, the transconductance of the active inductor is tuned digitally. To cover the wide tuning range, a three-step coarse tuning scheme is used. In addition, the DCO gain needs to be calibrated digitally to compensate for gain variations. The DCO tuning range is 58% at 2.4 GHz, and the power consumption is 6.6 mW from a 1.2 V supply voltage. An effective frequency resolution is 0.14 kHz. The phase noise of the DCO output at 2.4 GHz is -120.67 dBc/Hz at 1 MHz offset.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제42권9호
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• pp.35-40
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• 2005

본 논문에서는 1.6Gb/s에서 동작하는 digitally controlled phase-locked loop (DCPLL)를 제안한다. DCPLL은 일반적인 아날로그 PLL과 tracking analog-to-digital 변환기를 결합한 구조이다. 제안한 DCPLL에서는 tracking ADC의 출력이 voltage controlled oscillator (VCO)의 제어 전압을 생성한다. 일반적으로 사용되는 digital PLL (DPLL)은 digitally controlled oscillator (DCO)와 time-to-digit converter (TDC)로 구성된다 DCO와 TDC를 사용한 DPLL은 시간 스텝이 작을 수 록 jitter 특성이 향상되지만 전력소모는 커진다. 이 논문에서 제안한 DCPLL은 DPLL의 핵심요소인 DCO와 TDC를 사용하지 않았기 때문에 jitter, 면적, 전력소모 측면에서 유리하다. DCPLL은 $0.18\mu$m 4-metal CMOS공정을 이용하여 제작하였고 면적은 1mm $\times$0.35mm를 차지한다. 1.8V 단일 전원전압으로 정상동작에서는 59mW, power-down 모드에서는 $984\mu$W 전력을 소모하고 16.8ps rms jitter를 갖는다.

• ETRI Journal
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• 제33권3호
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• pp.366-373
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• 2011

In this paper, we propose a low-power all-digital phase-locked loop (ADPLL) with a wide input range and a high resolution time-to-digital converter (TDC). The resolution of the proposed TDC is improved by using a phase-interpolator and the time amplifier. The phase noise of the proposed ADPLL is improved by using a fine resolution digitally controlled oscillator (DCO) with an active inductor. In order to control the frequency of the DCO, the transconductance of the active inductor is tuned digitally. The die area of the ADPLL is 0.8 $mm^2$ using 0.13 ${\mu}m$ CMOS technology. The frequency resolution of the TDC is 1 ps. The DCO tuning range is 58% at 2.4 GHz and the effective DCO frequency resolution is 0.14 kHz. The phase noise of the ADPLL output at 2.4 GHz is -120.5 dBc/Hz with a 1 MHz offset. The total power consumption of the ADPLL is 12 mW from a 1.2 V supply voltage.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제47권5호
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• pp.94-99
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• 2010

본 논문에서는 디지털 제어 발진기의 전력소모를 최적화하는 설계기법을 제안한다. 디지털 제어 발진기의 Coarse tuning 비트수와 Fine tuning 비트수를 조절하여 LSB Resolution, 주파수 범위, 선형성, 이식성에는 영향을 주지 않고 전력소모를 최적화한다. 이를 위해 제어 비트에 따른 디지털 제어 발진기의 전력소모 변화를 분석하였다. 본 논문에서는 0.13um 1.2V CMOS 라이브러리를 이용하여 제안한 설계기법을 적용한 경우와 그렇지 않은 경우를 모두 설계, 모의실험 및 검증하였다. 제안한 설계기법을 적용한 디지털 제어 발진기는 모의실험결과 283MHz부터 1.1GHz의 클록을 생성할 수 있으며, LSB Resolution은 1.7ps이다. 디지털 제어 발진기의 출력 주파수가 1GHz일 때 전력소모는 2.789mW이다.

• 한국멀티미디어학회논문지
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• 제14권5호
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• pp.614-621
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• 2011

본 논문은 Mobile-DTV 응용을 위한 광대역 DCO(Digitally Controlled Oscillator)의 설계에 대해 다룬다. DCO는 발전 주파수를 생성하는 회로로 ADPLL(All-digital Phase-locked Loop)의 핵심 블록이다. 본 논문에서는 광대역 DCO 설계를 위해 기존의 Fixed delay chain을 변형한 binary delay chain(BDC) 구조를 제안하였다. 제안된 구조는 $2^i$ 형태로 $0{\leq}i{\leq}n-1$ 범위의 서로 다른 지연시간을 갖는 여러개의 지연셀의 조합을 통해 발진 주파수를 생성한다. BDC 형태는 응용에 맞는 지연셀의 조합과 해상도를 선택할 수 있기 때문에 지연셀의 최적화가 가능하다. 제안된 DCO는 1.8V chartered $0.18{\mu}m$ CMOS 공정을 이용하여 Cadence사의 Spectre RF 툴에서 검증되었다. 실험결과 77MHz~2.07GHz의 주파수 대역파 3ps의 해상도를 나타내었다. 위상잡음은 Mobile-DTV 표준의 최대 주파수인 1675MHz에서 -101dBc/Hz@1MHz를 나타내었고 전력소모는 5.87mW를 나타내었다. 이는 ATSC-M/H, DVB-H, ISDB-T, T-DMB 등 Mobile-DTV의 표준을 만족한다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제15권7호
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• pp.1543-1551
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• 2011

기존에 ADPLL(All Digital Phase Locked Loop)에서는 DCO(Digitally Controlled Oscillator)의 해상도를 향상시키기 위해 주로 디더링(dithering) 기법이 사용되었다. 본 논문에서는 디더링 방식에서 발생하는 문제점을 보안하고자 DAC(Digital-to-Analog Converter)를 이용한 DCO의 해상도 확보 방법을 제안하였다. 주파수 컨트롤은 coarse와 fine 바랙터(varactor) bank 그리고 DAC 바랙터에 의해서 이루어지며, coarse와 fine bank는 PMOS 바랙터로, DAC 바랙터는 NMOS 바랙터로 구현하였다. 각 바랙터 bank는 8비트의 디지털 입력으로 컨트롤된다. $0.13{\mu}m$ CMOS 공정을 이용하여 설계된 DCO는 약 2.8GHz~3.5GHz의 주파수 범위에서 발진하며 660MHz의 대역폭을 갖는다. DCO의 출력 주파수를 측정한 결과 해상도는 2.8GHz대역에서 73Hz이다. 설계된 DCO는 1M 옵셋(offset)에서 -119dBc/Hz의 위상 잡음 특성을 보이며, 1.2V 전원에서 4.2mA의 전류를 소모한다. 칩 면적은 PAD를 포함하여 $1.3mm{\times}1.3mm$이다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제49권7호
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• pp.23-29
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• 2012

디지털 PLL의 핵심블록이 되는 디지털 제어 발진기를 LC 구조를 기반으로 설계하고 $0.18{\mu}m$ RF CMOS 공정을 사용하여 제작하였다. 2개의 교차쌍 구조의 NMOS 코어를 이용하여 광대역 특성을 구현하였으며, PMOS 배랙터쌍을 이용하여 수 aF의 작은 캐패시터값의 변화를 얻을 수 있었다. 캐패시터 축퇴 기법을 사용하여 캐패시턴스 값을 감소시키어 고해상도 주파수 특성을 구현하였다. 또한, 노이즈 필터링 기법을 바이어스 회로 등에 적용하여 위상잡음에 강한 구조로 설계를 하였다. 측정결과 중심주파수 2.7GHz에서 2.5GHz의 주파수 대역의 출력이 가능하였으며 2.9 ~ 7.1kHz의 높은 주파수해상도를 얻을 수 있었다. 미세튜닝범위와 코어의 전류 바이어스는 4개의 PMOS 배열을 통하여 제어가 가능하도록 하여 유연성을 높였다. 1.8V 전원에서 전류는 17~26mA 정도를 소모하였다. 설계한 DCO는 다양한 통신시스템에 응용이 가능하다.