Permintaan untuk komunikasi tanpa-wayar dalam bidang suara dan data telah berkembang pesat. Tahap integrasi sistem pemancar-penerima radio frekuensi (RF) telah menjadi sangat rumit dan usaha untuk menangani hal ini telah meningkat hampir secara eksponen. Komunikasi RF pada masa kini memerlukan sistem yang amat pantas untuk aplikasi-aplikasi laju sperti 4G and 5G, julat penalaan yang lebar bagi pelbagai aplikasi, ralat masa yang minimum dan kos yang rendah. Pengayun memainkan peranan yang mustahak dalam menentukan kualiti sistem perhubungan RF. Kebanyakan pengayun adalah berdasarkan voltan dan dikenali sebagai VCO (Voltage Controlled Oscillator) dan terdiri terutamanya daripada dua jenis, iaitu pengayun tangki LC dan bukan tangki LC. Yang pertama amat baik untuk hingar-fasa yang rendah disebabkan pengunaan induktor pasif. Yang kedua seperti pengayun cincin adalah jauh lebih kecil saiznya daripada tangki LC, dan dengan itu lebih rendah kosnya, tetapi mempunyai hingar-fasa yang lebih tinggi. Walau bagaimanapun, sumber arus menjadi lebih popular dan digunakan dalam pengayun untuk membentuk pengayun terkawal arus (CCO) disebabkan oleh frekuensi yang lebih laju berbanding sumber voltan. Dengan itu, matlamat projek ini adalah untuk mereka pengayun terkawal arus yang boleh menjana frekuensi tengah 5 GHz, julat penalaan 500 MHz dan hingar-fasa yang lebih baik dari -110 dBc/Hz dengan menggunakan induktor aktif. Untuk menzahirkan konsep yang dicadangkan, pengayun cincin 5-peringkat dengan induktor aktif yang dikawal oleh litar mod arus telah direka bentuk dan disimulasi menggunakan teknologi CMOS 180 nm daripada Silterra. Projek ini diteruskan dengan mengesahkan dan membuat penambahbaikan kepada parameter prestasi asas reka bentuk pengayun tempatan yang menggabungkan laluan dwi lengah, lengah pencong negatif, sumber arus, transistor terganding silang dan induktor aktif. Analisis dilakukan tentang bagaimana transistor terganding silang memainkan peranan dalam mempengaruhi corak operasi frekuensi yang tersendiri. Keputusan simulasi menunjukkan bahawa frekuensi operasi maksima pengayun adalah pada 5.81 GHz. Transistor MOS terganding silang dan induktor aktif dikawal oleh sumber arus telah membantu dalam memperbaiki hingar-fasa dan frekuensi pengayun. Pelbagai keputusan simulasi menunjukkan bahawa julat frekuensi pengayun 5-peringkat ini adalah antara 3.87 GHz hingga 5.81 GHz. Parameter kritikal sesuatu pengayun, iaitu hingar-fasa, ialah -113.2 dBc/Hz pada ofset 1 MHz dengan frekuensi tengah 5.81 GHz. Prestasi reka bentuk baru ini telah meningkat, secara umum, sebanyak 36% bagi frekuensi manakala 8% bagi hingar-fasa, apabila dibandingkan dengan topologi bukan tangki LC. Selain daripada frekuensi dan hingar-fasa, kuasa-keluaran dan saiz reka bentuk ini adalah 9.41 dBm dan 0.22 mm2 masing-masing. Ini merupakan peningkatan sebanyak 53% bagi kuasa-keluaran dan 33% bagi saiz apabila dibandingkan dengan toplogi bukan tangki LC. Kesimpulannya, reka bentuk ini berjaya mencapai sasaran-sasaran yang telah ditetapkan pada permulaan penyelidikan ini.
_______________________________________________________________________
The demand for wireless communications in the field of voice and data has rapidly grown. The integration level of Radio Frequency (RF) transceiver systems have become very intricate and efforts to deal with this has risen almost exponentially. Communications nowadays require system with extreme speeds to cater for high speed applications such as 4G and 5G, wider tuning range to cater for variety of applications, minimal timing errors and lower cost. Oscillators play the key role in determining the quality of the RF communications system. Most oscillators are voltage based and known as Voltage Controlled Oscillator (VCO) and comes mainly in two types, which are LC Tank Oscillators and Non LC-Tank Oscillators. The former is very good for lower phase noise due the usage of passive inductor. The latter such as ring oscillators are much smaller in size than LC-Tank, thus lower cost, but exhibit much higher phase noise. However, current sources are becoming more popular and employed in oscillator to form Current Controlled Oscillator (CCO) due to its higher frequency as compared to voltage source. Hence the goal has been put forth to design a CCO that produces 5 GHz center frequency, tuning range of 500 MHz and with phase noise better than -110 dBc/Hz by employing active inductor. To demonstrate the proposed concept, 5-stage ring oscillator with active inductor design controlled by a current-mode circuit, were designed and ran through simulation using 180 nm CMOS technology provided by Silterra. The work proceeds to validate and make improvements to the fundamental performance parameters of a local oscillator design that incorporates dual delay path, negative skewed delay, current source, cross-coupled transistors and active inductor. Analysis were done on how the cross-coupled transistors play a role in affecting the distinctive frequency operation pattern. Results from the simulation show that the oscillator’s maximum frequency obtained without distortion is 5.81 GHz. The cross coupled MOS transistors and active inductor controlled by current source aided well in improving the oscillator’s phase noise and frequency. Various simulation results show that the frequency range of this 5-stage oscillator runs between 3.87 GHz to 5.81 GHz. The critical parameter of any oscillator, which is the phase noise, is -113.2 dBc/Hz at 1 MHz offset with a center frequency of 5.81 GHz. The performance of this new design has improved, in general, about 36% on the frequency while 8% on the phase noise as compared with the non-LC Tank topology. Apart from the frequency and phase noise, the output power and size of this design is 9.41 dBm and 0.22 mm2 respectively. This is an improvement of 53% on the output power and 33% on the size when comparing with the non-LC Tank topology. Conclusively this design has successfully achieved the goals set forth for this research.
A 5.0 ghz active inductor current controlled oscillator_Chakaravarty D Rajagopal _E3_2018_MYMY