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A PVT compensated active inductor based VCO on SOI CMOS technology
RICARDO ASTRO BOHORQUEZ
GUILLERMO ESPINOSA FLORES VERDAD
Acceso Abierto
Atribuci贸n-NoComercial-SinDerivadas
Voltaje controlled oscillatorsQ-factorSilicon-on-insulator
In this work the design of a PVT compensated active inductor based
VCO is presented, with the aim of providing a robust alternative to the problem of limited
tuning range of the passive LC VCO.
Initially, the deferent characteristics of some typical structures of active inductors are
analyzed, and some factors that make this sort of circuit sensitive about PVT variations
are identified. Subsequently, an active inductor based on gyrator principle, along with
a bias scheme based on a PTAT active cell, a threshold shifter and an analog current
switch, are proposed in order to reduce the effect of the PVT variations. The inductor is
composed by a traditional differential pair with diode-connected load and a cross-coupled
pair for increasing the inductive frequency range. In addition, some cross-coupling of
signal are added to reduce the inductance value and the effect of the mismatch on the
circuit performance. The frequency results show an inductance between 4 and 14 nH,
with a maximum deviation of its nominal value (6.860 nH) of 8.81% with regard to
fabrication process and temperature; meanwhile, the statistical analysis yields a mean
value of 6.952 nH and an standard deviation of 0.249 nH. The power consumption of the
whole active inductor is between 1 and 3.1 mW@1 V for the mentioned inductance range.
The proposed inductor is inserted in a variation of the NMOS Cross-Coupled pair
with current sinker. The obtained results show a center frequency of 5.36 GHz, with a
phase noise of -88 dBc
Hz @1 MHz. For its part, the total frequency band covers from 3.192
to 7.501 GHz, yielding a frequency tuning range of 80.39 %. On the other hand, the
transient response yields an startup, transition and settling time of 250, 300 and 600 ps
respectively. Lastly, the results of the statistical analysis yield a mean value and an
standard deviation of 5.381 GHz and 411.03 MHz respectively for the center frequency.En este trabajo se presenta el dise帽o de un VCO basado en un inductor
activo compensado en PVT, con el objetivo de proporcionar una alternativa robusta
al problema de rango de entonado limitado del VCO de tanque pasivo.
Inicialmente, se analizan las diferentes caracter铆sticas de algunos inductores activos
t铆picos, y se identifican los factores que hacen sensible a este tipo de circuitos respecto
a las variaciones PVT. Posteriormente, se presentan un inductor activo , basado en el
principio del girador, y un esquema de polarizaci贸n compuesto por una celda activa PTAT,
un desplazador de umbral y un conmutador anal贸gico de corriente, con el prop贸sito de
reducir el efecto de las variaciones PVT sobre el valor nominal de la inductancia.
El inductor est谩 formado por un par diferencial, cargas de diodo y un par de acople
cruzado para incrementar el rango de frecuencia inductivo. Adicionalmente, algunos
acoples cruzados de se帽al son agregados para reducir la inductancia y el efecto del mis-
match sobre el desempe帽o del circuito. Los resultados en frecuencia muestran una inductancia
entre 4 y 14 nH, con una desviaci贸n m谩xima de 8.81% del valor nominal (6.860 nH)
con respecto al proceso y la temperatura; mientras que el an谩lisis estad铆stico da una media
de 6.952 nH y una desviaci贸n est谩ndar de 0.249 nH. El consumo de potencia del inductor
completo se encuentra entre 1 y 3.1 mW@1 V para el rango de inductancia mencionado.
El inductor propuesto es insertado en una variante del par de acople cruzado NMOS
con sumidero de corriente. Los resultados obtenidos muestran una frecuencia central de
5.36 GHz, con un ruido de fase de -88 dBc
Hz @1 MHz. Por su parte, la banda de frecuencia
cubre desde 3.192 a 7.501 GHz, generando un FTR de 80.39 %. Por otra parte, la
respuesta transitoria muestra un tiempo de arranque, transici贸n y asentamiento de 250,
300 y 600 ps respectivamente. Por 煤ltimo, los resultados del an谩lisis estad铆stico dan una
media y una desviaci贸n est谩ndar de 5.381 GHz y 411.03 MHz para la frecuencia central
respectivamente.
Instituto Nacional de Astrof铆sica, 脫ptica y Electr贸nica
2011-11
Tesis de maestr铆a
Ingl茅s
EstudiantesInvestigadoresP煤blico en general
Astro-Bohorquez R.
ELECTR脫NICA
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