Oscilador sintetizado a 5.2 GHz en tecnología SiGe de 0.4μm

The implementation of a synthesized oscillator in the 5150-5250 MHz band, in 0. 4μm BiCMOS technology, is described in this paper. Since this circuit is intended to be used in a direct conversion receiver, its VCO operates at double frequency so that known adverse phenomena, such as frequency pulling and LO leakage, are minimized. The static programmable frequency divider combines both CML and CMOS logic families, and allows the use of two possible carriers, 5175 and 5225 MHz. Phase margin stays above 70◦ for any frequency within the VCO tuning range. The overall power dissipation is below 104.3mW, and the surface occupied by the circuit -excluding padsis about 0.367mm. I. INTRODUCCION En la busqueda de sistemas de comunicaciones cada vez mas integrados, los sistemas de conversion directa han venido cobrando gran importancia, especialmente en los ultimos anos. Arquitecturas anteriormente no tan atractivas se han visto benefiadas de los avances en tecnologia integrada hasta el punto de llegar a preferirse a menudo a sistemas heterodinos. Algunos de los inconvenientes que presenta este tipo de arquitectura vienen dados precisamente por la coincidencia de la frecuencia del oscilador local con la senal de radiofrecuencia [1]. El ruido de fase del oscilador puede degradarse al acoplarse la senal modulada a la de oscilacion. Es probable tambien el fenomeno de automezcla tanto de la senal de RF como del oscilador local consigo mismas. Un modo efectivo de paliar algunos de estos problemas es el uso de un oscilador local a frecuencia doble, dividida justo antes de entrar al mezclador [2]. Si el VCO funciona al doble de frecuencia, su oscilacion no se ve afectada por acoplos del resto del sistema, y a su vez el oscilador en si genera interferencia fuera de la banda de interes. El oscilador sintetizado presentado esta pensado para funcionar en un sistema de conversion directa en la banda de 5150 MHz 5250 MHz. Por los motivos expuestos, el VCO se ha disenado para cubrir el intervalo de 10300 MHz 10500 MHz. El divisor programable tiene dos posibles razones de division, para enganchar el oscilador a las frecuencias de 5175 MHz y 5225 MHz. II. DISENO DEL SISTEMA En la fig. 1 se muestra la estructura global del sistema. El PLO ha de ser capaz de generar una portadora centrada en 5175 MHz o 5225 MHz. Como el VCO oscila al doble de frecuencia que la portadora, le sigue un divisor de frecuencia entre dos, y una etapa de amplificacion para poder cargar 50Ω. Al no haber, en un principio, restricciones al respecto, se ha tomado como frecuencia de referencia 25 MHz, bastante comun en osciladores a cristal, y maxima frecuencia posible sin introducir division fraccional (permitiendo utilizar razones de division reducidas sin anadir demasiada complejidad). El divisor programable ha de permitir por tanto las razones de division enteras 207 y 209. Cierran el lazo un filtro pasivo de 3 orden y un detector fase-frecuencia con charge-pump. El oscilador sintetizado esta implementado en la tecnologia de SiGe de 0. 4μm CDR1BiCMOS de Freescale, y alimentado con 2.5 voltios. A. VCO La topologia del oscilador disenado (fig. 2) es de tipo diferencial con transistores cruzados, familia ampliamente estudiada y utilizada por sus excelentes caracteristicas de ruido de fase y consumo [3], [4]. Un unico inductor hace la resonancia junto con dos varactores y las capacidades de los transistores. El VCO esta optimizado para conseguir un equilibrio entre consumo, ruido de fase y area. B. Divisor fijo El divisor por dos esta realizado con un biestable maestro-esclavo CML (fig. 3(a)). Para conseguir funcionar comodamente a esa frecuencia se han utilizado transistores HBT. Para los interruptores controlados por la senal de reloj se han empleado sin embargo MOS, con el fin de mantener una impedancia de entrada alta y fundamentalmente capacitiva (fig. 3(b)). Esto reduce la frecuencia maxima de operacion pero permite acoplar el divisor directamente al oscilador sin necesidad de buffers intermedios, pasando a formar su capacidad de entrada parte de la capacidad del resonante del VCO.