JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.13
no.2
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pp.170-183
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2013
This paper gives an overview of fractional-N phase-locked loops (PLLs) with practical design perspectives focusing on a ${\Delta}{\Sigma}$ modulation technique and a finite-impulse response (FIR) filtering method. Spur generation and nonlinearity issues in the ${\Delta}{\Sigma}$ fractional-N PLLs are discussed with simulation and hardware results. High-order ${\Delta}{\Sigma}$ modulation with FIR-embedded filtering is considered for low noise frequency generation. Also, various architectures of finite-modulo fractional-N PLLs are reviewed for alternative low cost design, and the FIR filtering technique is shown to be useful for spur reduction in the finite-modulo fractional-N PLL design.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.54
no.5
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pp.24-32
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2017
In this paper, a low power 4th order delta-sigma modulator was designed with a high resolution of 12 bits or more for the biological signal processing. Using time-interleaving technique, 4th order delta-sigma modulator was designed with one operational amplifier. So power consumption can be reduced to 1/4 than a conventional structure. To operate stably in the big difference between the two capacitor for kT/C noise and chip size, the variable-stage amplifier was designed. In the first phase and second phase, the operational amplifier is operating in a 2-stage. In the third and fourth phase, the operational amplifier is operating in a 1-stage. This was significantly improved the stability of the modulator because the phase margin exists within 60~90deg. The proposed delta-sigma modulator is designed in a standard $0.18{\mu}m$ CMOS n-well 1 poly 6 Metal technology and dissipates the power of $354{\mu}W$ with supply voltage of 1.8V. The ENOB of 11.8bit and SNDR of 72.8dB at 250Hz input frequency and 256kHz sampling frequency. From measurement results FOM1 is calculated to 49.6pJ/step and FOM2 is calculated to 154.5dB.
This paper presents an incremental delta-sigma analog-to-digital converter (ADC) for a single-electrode capacitive touch sensor. The second-order cascade of integrators with distributed feedback (CIFB) delta-sigma modulator with 1-bit quantization was fabricated by a $0.18-{\mu}m$ CMOS process. In order to achieve a wide input range in this incremental delta-sigma analog-to-digital converter, the shielding signal and the digitally controlled offset capacitors are used in front of a converter. This circuit operated at a supply voltage of 2.6 V to 3.7 V, and is suitable for single-electrode capacitive touch sensor for ${\pm}10-pF$ input range with sub-fF resolution.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.23
no.6
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pp.706-715
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2012
Electro-optical sigma-delta modulators are the core module of digital receiver to digitize wideband radio-frequency signals directly at an antenna. Electro-optical sigma-delta modulators use a pulsed laser to oversample an input radio-frequency signals at two Mach-Zehnder Interferometer(MZI) and shape the quantization noise using a fiber-lattice accumulator. Decimation filtering is applied to the quantizer output to construct the input signal with high resolution. The jitter affects greatly on reconstructing the original input signal of modulator. This paper analyzes the performance of first order single bit electro-optical sigma-delta modulator in the time domain and the frequency domain. The performance of modulator is analyzed by using asynchronous spectral averaging of the reconstructed signal's spectrum in the frequency domain. The reference value of time jitter is presented by analyzing the performance of jitter effects. This kind of jitter value can be used as a reference value on the design of modulators.
The Journal of Korea Institute of Information, Electronics, and Communication Technology
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v.11
no.5
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pp.531-537
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2018
A novel PLL with a delta-sigma modulator and a spur reduction circuit is proposed. delta-sigma modulator makes the LF remove noise easily by moving the spur noise to a higher frequency band. Therefore, the magnitude of spur can be reduced the reasonable bandwidth. The spur reduction circuit reduces the spur size by reducing the LF voltage change generated during the period of reference signal. The spur reduction circuit is designed as simple as possible not to increase the size of PLL. The proposed PLL with the previous two techniques is designed with a supply voltage of 1.8V in a 0.18um CMOS process. Simulation results show an almost 20dB reduction in the magnitude of spur. The spur reduced PLL can be used in narrow bandwidth communication system.
The Journal of Korea Institute of Information, Electronics, and Communication Technology
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v.11
no.6
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pp.651-657
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2018
A novel PLL with a delta-sigma modulator and a spur reduction circuit is proposed. delta-sigma modulator makes the LF remove noise easily by moving the spur noise to a higher frequency band. Therefore, the magnitude of spur can be reduced the reasonable bandwidth. The spur reduction circuit reduces the spur size by reducing the LF voltage change generated during the period of reference signal. The spur reduction circuit is designed as simple as possible not to increase the size of PLL. The proposed PLL with the previous two techniques is designed with a supply voltage of 1.8V in a 0.18um CMOS process. Simulation results show an almost 20dB reduction in the magnitude of spur. The spur reduced PLL can be used in narrow bandwidth communication system.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.12
no.1
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pp.10-17
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2012
This paper presents a clock regenerator using two $2^{nd}$ order ${\sum}-{\Delta}$ (sigma-delta) modulators for wide range of dividing ratio as defined in HDMI standard. The proposed circuit adopts a fractional-N frequency synthesis architecture for PLL-based clock regeneration. By converting the integer and decimal part of the N and CTS values in HDMI format and processing separately at two different ${\sum}-{\Delta}$ modulators, the proposed circuit covers a very wide range of the dividing ratio as HDMI standard. The circuit is fabricated using 0.18 ${\mu}m$ CMOS and shows 13 mW power consumption with an on-chip loop filter implementation.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics C
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v.35C
no.6
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pp.39-47
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1998
A fourth-order $\Sigma$-$\Delta$ modulator is designed and implemented in 0.6 $\mu\textrm{m}$ CMOS technology. The modulator is verified by introducing nonlinear factors such as DC gain and slew rate in system model that determines the transfer function in S-domain and in time-domain. Dynamic range is more than 110 dB and the peak SM is 102.6 dB at a clock rate of 2.8224 MHz for voiceband signal. The structure of a ∑-$\Delta$ modulator is a modified fourth-order ∑-$\Delta$ modulator using direct feedback loop method, which improves performance and consumes less power. The transmission zero for noise is located in the first-second integrator loop, which reduces entire size of capacitors, reduces the active area of the chip, improves the performance, and reduces power dissipation. The system is stable because the output variation with respect to unit time is small compared with that of the third integrator. It is easy to implement because the size of the capacitor in the first integrator, and the size of the third integrator is small because we use the noise reduction technique. This paper represents a new design method by modeling that conceptually decides transfer function in S-domain and in Z-domain, determines the cutoff frequency of signal, maximizes signal power in each integrator, and decides optimal transmission-zero frequency for noise. The active area of the prototype chip is 5.25$\textrm{mm}^2$, and it dissipates 10 mW of power from a 5V supply.
Lee, Jong Mi;Jee, Dong-Woo;Kim, Byungsub;Park, Hong-June;Sim, Jae-Yoon
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.15
no.3
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pp.342-348
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2015
This paper presents a 1.9-GHz digital ${{\Delta}{\Sigma}}$ fractional-N PLL with a finite impulse response (FIR) filter embedded for noise suppression. The proposed digital implementation of FIR provides a simple method of increasing the number of taps without complicated calculation for gain matching. This work demonstrates 32 tap FIR filtering for the first time and successfully filtered the in-band phase noise generated from delta-sigma modulator (DSM). Design considerations are also addressed to find the optimum number of taps when the resolution of time-to-digital converter (TDC) is given. The PLL, fabricated in $0.11-{\mu}m$ CMOS, achieves a well-regulated in-band phase noise of less than -100 dBc/Hz for the entire range inside the bandwidth of 3 MHz. Compared with the conventional dual-modulus division, the proposed PLL shows an overall noise suppression of about 15dB both at in-band and out-of-band region.
Cao, Tianlin;Han, Yan;Zhang, Shifeng;Cheung, Ray C.C.;Chen, Yaya
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.17
no.3
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pp.438-445
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2017
This paper presents a low-power high-resolution band-pass ${\Sigma}{\Delta}$ ADC for accelerometer applications. The proposed band-pass ${\Sigma}{\Delta}$ ADC consists of a high-performance 6-th order feed-forward ${\Sigma}{\Delta}$ modulator with 1-bit quantization and a low-power, area-efficient digital filter. The ADC is fabricated in 180 nm 1P6M mixed-signal CMOS process with a die area of $5mm^2$. This high-resolution ADC got 90 dB peak signal to noise plus distortion ratio (SNDR) and 96 dB dynamic range (DR) over 4 kHz bandwidth, while the intermediate frequency (IF) is shifting from 100 KHz to 200 KHz. The power dissipation of the chip is 5.6 mW under 1.8 V (digital)/3.3 V (analog) power supply.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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