Veröffentlichung: C. Lam, B. Razavi : A 2.6-GHz/5.2-GHz Frequency Synthesizer in 0.4 -µm CMOS Technology Journal of Solid-State Circuits Mai 2000

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1 Veröffentlichung: C. Lam, B. Razavi : A 2.6-GHz/5.2-GHz Frequency Synthesizer in 0.4 -µm CMOS Technology Journal of Solid-State Circuits Mai 2000 f T <15 GHz!! Roland Pfeiffer 16. Vorlesung

2 Problemstellung Frequenzsyntheziser für Wireless Local Area Network (WLAN): mehrere Standards für WLAN: IEEE , High-Performance Radio LAN (HiPerLAN), Bluetooth

3 High-Performance Radio LAN (HiPerLAN) Wireless Local Area Network für kleine Reichweiten (100m-1km) Übertragungart: digital Duplex-Verfahren: TDD Multi-Access: FDMA, 5.15 GHz-5.30 GHz, 5 Channels mit 23,5 Mhz Modulation: GMSK

4 Problemstellung Frequenzsyntheziser für Wireless Local Area Network (WLAN): System-Design: RX: Heterodyne-Empfänger 2 2,6 GHz TX: Homodyne-Sender

5 Gliederung Integer-N-PLL mit f REF = f CH /2 Korrekturschaltung wegen Nichtlinearität des VCOs Quadratur-VCO 2,6 GHz/5,2 GHz

6 Frequenzsytheziser Integer-N-PLL mit f REF = f CH /2 =23,5 MHz/2=11,75 MHz statt f REF = f CH f CH /2= 11,75 MHz

7 Integer-N-PLL Nachteil: Seitenbänder reference spurs Frage: Wohin fallen die reference spurs bei f REF = f CH /2? Antwort: generierte Frequenz f CH /2= 11,75 MHz f Seitenbänder im Abstand von f Ref

8 Integer-N-PLL Nachteil: Seitenbänder reference spurs Frage: Wohin fallen die reference spurs bei f REF = f CH /2? Antwort: Integer-N-PLL mit f REF = f CH /2=11,75 MHz Reference spurs im Lücke zwischen den Kanälen!! f REF = f CH /2

9 Gliederung Integer-N-PLL mit f REF = f CH /2 Korrekturschaltung wegen Nichtlinearität des VCOs Quadratur-VCO 2,6 GHz/5,2 GHz

10 Prinzip der Charge-Pump-PLL-Schaltung Charge-Pump-PLL bei Linearität des VCO, d.h. Quotient K VCO Frequenzänderung/ Kontrollspannung immer gleich groß ω K VCO vertikale Gerade U

11 Korrekturschaltung Grund für Korrekturschaltung: Nichtlinearität des VCOs, d. h. Quotient K VCO Frequenzänderung/ Kontrollspannung variabel Wunsch Realität (Wunsch gestrichelt) =I pump Korrektur

12 Korrekturschaltung Schaltung zur Erzeugung von I out : =I OUT (über Stromspiegel) V cont

13 Korrekturschaltung verwendete Schaltung zur Erzeugung von I out : M1-M4 nicht gleiches W/L!! Vorteil: nur eine Referenzspannung!!

14 Gliederung Integer-N-PLL mit f REF = f CH /2 Korrekturschaltung wegen Nichtlinearität des VCOs Quadratur-VCO 2,6 GHz/5,2 GHz

15 VCO Quadratur-VCO 2,6 GHz an den Drain-Knoten Oszillator A Oszillator B

16 2 gekoppelte Oszillatoren schwingfähiges System und Unmöglichkeit, daß beide Oszillatoren mit 0 bzw.180 Phasenunterschied schwingen 90 Phasenunterschied I Oszillator A M2A I M4A Q Oszillator B Q Kreuzkopplung Direkte Kopplung

17 VCO Unterschied: verteilter Biasstrom in linker Zeichnung I Oszillator A M2A I M4A Q Oszillator B Q Kreuzkopplung

18 LC-Oszillatoren differentielle LC-Oszillatoren: doppelte Frequenz an der Source nicht leitend leitend M1 M2 leitend nicht leitend differentielle Schaltung

19 VCO Differentieller 5,2 GHz-Ausgang an den Source-Knoten eines 2,6 GHz Oszillators mit quadratischen Ausgang 90 2,6 GHz = 180 5,2 GHz 5,2 GHz differentiell

20 VCO Differentieller 5,2 GHz-Ausgang an den Source-Knoten eines 2,6 GHz Oszillators 5,2 GHz

21 Messungen Messungen (locked): Angabe Phase Noise in dbc/hz (Leistung in db im Bezug auf die erzeugte Frequenz ( carrier ) pro Hz) und Frequenzabstand von der erzeugten Frequenz 2,6 GHz Messabstand 10 MHz in folgender Tabelle 5,2 GHz

22 Messungen Reference spurs (locked) 2,6 GHz Reference Sideband 11,75 MHz Abstand

23 Prinzip der PLL-Schaltung Frequenzsprung von PLL-Schaltung: Lock Transient

24 Messungen Meßanordnung für Settling time Leitung auf Leiterplatte Vorwiderstand wegen Active Probe Schaltungvariante: R 1, C 1 Tiefpaß wegen Stabilität der PLL

25 Messungen Settling time : Zeit während Lock Transient bewirkt

26 Messungen Zusammenfassung: f T <15 GHz!!

27 Zusammenfassung Frequenzsyntheziser für Wireless Local Area Network (WLAN) hier: High-Performance Radio LAN (HiPerLAN) 5,2 GHz

28 Zusammenfassung f REF = f CH /2 Integer-N-PLL mit f REF = f CH /2 Reference spurs im Lücke zwischen den Kanälen!! Korrekturschaltung wegen Nichtlinearität des VCOs Quadratur-VCO 2,6 GHz/5,2 GHz

29 Literaturhinweis C. Lam, B. Razavi, A 2.6-GHz/5.2-GHz Frequency Synthesizer in 0.4-µm CMOS Technology, Journal of Solid-State Circuits, Mai 2000