ミリ波注入同期型周波数逓倍器の 共振インピーダンス最適化 ◎桂木 真希彦, 近藤 智史, 岡田 健一, 松澤 昭 東京工業大学 大学院理工学研究科 2014/09/15 Matsuzawa Matsuzawa Lab. & of Okada Lab. Tokyo Institute Technology 発表内容 2 • 研究背景・目的 • 注入同期型周波数逓倍器の構成 • 共振インピーダンス最適化 – スイッチトキャパシタ – インダクタ • シミュレーション結果 • まとめ 2014/09/15 Matsuzawa Matsuzawa Lab. & Okada Lab. Tokyo Institute of Technology 研究目的 3 • 60GHz帯局部発振器 [1] – 20GHz PLL + 60GHz QILO – 注入同期により位相雑音を低減 – 位相雑音性能はPLLに依存 基本信号 20GHz osc. (PLL) ×3 注入同期型周波数逓倍器 (QILO) 60GHz 出力 広ロックレンジ、低消費電力なQILOが必要 2014/09/15 [1] K. Okada, ISSCC 2014 Matsuzawa Matsuzawa Lab. & Okada Lab. Tokyo Institute of Technology QILOの設計方針 4 • Ioscを削減することによって 広ロックレンジ化と低消費電力化を同時に達成 VDD Ip INJp ロックレンジ [2] In Qn Qp ω0 ωinj ω0 I inj ・ 2Q Iosc ω0: 発振周波数 INJn ωinj: 注入信号の周波数 Q:共振器のQ値 Iosc: 発振に必要な電流 Iinj : 注入信号による電流 共振インピーダンスを大きくして 小電流で大振幅をとれるような設計 2014/09/15 [2] B.Razavi, JSSC 2004 Matsuzawa Matsuzawa Lab. & Okada Lab. Tokyo Institute of Technology 共振インピーダンス 5 • L, CのQ値を用いて、共振インピーダンスRpを表す QL 1/ Lp 1/ RL Lp RL Lp RL QC CpRC 1 C p R p RL // RC QLLp Q C Cp 1 RC 1 1 LpC p L (Q // Q )L p L C p QL Q C 2 QcとLpの最適な設計値を見積もる 2014/09/15 Matsuzawa Matsuzawa Lab. & Okada Lab. Tokyo Institute of Technology スイッチトキャパシタ Csw ,on Cmom 2 • OFF容量 Csw ,off WCov 2 • ON容量 • Q値 QC 1 rds W 6 可変容量比 α sw Cmom WCov 1 α sw 16 WCov 12 QC WCov Cmom rds Cmom 8 4 0 1.5 2014/09/15 2 2.5 3 可変容量比 asw 3.5 Matsuzawa Matsuzawa Lab. & Okada Lab. Tokyo Institute of Technology 共振器の設計 • 発振周波数 f 7 1 2 Lp (Csw Cpar ) 可変 固定 • 可変容量比aswを大きくすれば インダクタを大きく設計できる 200 Csw 50 150 Rp Lp [pH] 60 Lp Lp 40 100 Csw Csw 30 50 20 0 1.5 2 2.5 3 可変容量比 asw Csw [fF] Lp C par 2014/09/15 1 Lp α sw Csw 3.5 Matsuzawa Matsuzawa Lab. & Okada Lab. Tokyo Institute of Technology 提案する最適化手法 60 16 Optimal Design 50 12 Lp Lp 40 8 Qc QC 30 4 20 0 1.5 130 2 2.5 3 可変容量比 asw 3.5 QC Lp [pH] 8 Rp QL // QC Lp Lp α sw QC 1 α sw 120 Rp [Ω] 110 100 最適な共振器の 設計値が求められる 90 80 70 1.5 2014/09/15 2 2.5 3 可変容量比 asw 3.5 Matsuzawa Matsuzawa Lab. & Okada Lab. Tokyo Institute of Technology 60 16 50 12 LLp QC Qc 40 8 30 4 20 0 1.5 2 2.5 3 可変容量比 asw QC Lp [pH] シミュレーション結果 ロックレンジ [2] 40 120 35 Rp [Ω] 30 100 25 90 20 Prop. 80 70 1.5 2014/09/15 Rp Rp PDC PDC 2 2.5 3 可変容量比 asw 15 10 3.5 ω0 ωinj PDC [mW] Conv. • 従来の設計手法に比べ 消費電力を33%削減 =ロックレンジは1.5倍 3.5 130 110 9 ω0 I inj ・ 2Q Iosc ω0: 発振周波数 ωinj: 注入信号の周波数 Q: 共振器のQ値 Iosc: 発振に必要な電流 Iinj : 注入信号による電流 [2] B.Razavi, JSSC 2004 Matsuzawa Matsuzawa Lab. & Okada Lab. Tokyo Institute of Technology まとめ 10 • QILOの広ロックレンジ・低消費電力化のために、 共振インピーダンスを最適化する手法を提案した • 提案手法により、従来手法に比べ33%消費電力を 削減し、ロックレンジを1.5倍に拡大することができた 2014/09/15 Matsuzawa Matsuzawa Lab. & Okada Lab. Tokyo Institute of Technology
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