Voltage controlled oscillator study for intermediate frequency oscillator noise analysis and simulation

Etude de VCO pour les circuits à fréquence intermédiaire, analyse et simulation du bruit de phase (Voltage controlled oscillator study for intermediate frequency oscillator noise analysis and simulation)

M. Kodrnja (1)

1 TIMA - Techniques de l'Informatique et de la Microélectronique pour l'Architecture des systèmes intégrés

This study was devoted to oscillator noise analysis and simulation in order to apply it on VCOs (Voltage Controlled Oscillator) for Intermediate Frequency integrated circuits, especially for TV receivers. An original period jitter transient simulation method, thanks to the transient noise simulator in ELDO and to a period extractor (ELDO-FAS based language software) has been worked out, making it is possible to deduce the VCO phase noise.With this kind of simulation, it is possible to evaluate the effect of the various noise sources in the VCO on the period jitter. Two VCOs, with optimized phase noise, have been designed for Intermediate Frequency integrated circuits. The first VCO, using a LC (inductance - capacitance) resonant architecture(the inductance is located outside the integrated circuit) has been designed and implemented. The frequency variation is produced by a variable capacitance. One of the major defects of the variable capacitor (parasitic phase displacement of the capacitive current) has been originally compensated. This VCO phase noise has been measured, simulated in many ways, with a good correlation. The period jitter simulation methodology has been so validated. A second VCO, of relaxation kind, completely integrated (it does not need any external element), dedicated to replace the first one, has been designed. Its architecture is based on RC (resistance - capacitance) elements in differential mode. It is able to operate with a low power supply (5V). Its phase noise has been optimized thanks to the previous methodology.

Cette étude a été consacrée à l'analyse et à la simulation du bruit des oscillateurs afin de l'appliquer à des VCO (Voltage Controlled Oscillator) pour des circuits intégrés à la Fréquence Intermédiaire dans le domaine des téléviseurs. Une méthode de simulation originale de la fluctuation de période en mode transitoire a été mise au point grâce au simulateur du bruit en transitoire présent dans le simulateur ELDO et à un extracteur de la valeur de la période (basé sur le langage ELDO-FAS). Le premier VCO, basé sur une architecture utilisant un circuit résonnant LC (inductance-capacité) a été conçu et réalisé. L'inductance est située à l'extérieur de la puce. La variation de fréquence est produite par une capacité variable. Le problème majeur de cette capacité (déphasage parasite du courant capacitif) a été compensé de façon originale. Le bruit de phase de ce VCO a été mesuré, simulé de plusieurs façons, avec une bonne corrélation. La simulation de la fluctuation de période a été validée. Un second VCO, à relaxation, complètement intégré (il ne requiert aucun composant externe), devant remplacer le premier, a été conçu. Son architecture est basée sur des éléments RC (résistance-capacité) en mode différentiel. Il peut fonctionner sous une faible tension d'alimentation (5V). Son bruit de phase a été optimisé à l'aide de la méthode de simula-tion
des variations de période mentionnée plus haut.

Keywords: hardware/software co-design; hardware/software; simulation

Domains: Micro and nanotechnologies/Microelectronics

M. Kodrnja. Etude de VCO pour les circuits à fréquence intermédiaire, analyse et simulation du bruit de phase (Voltage controlled oscillator study for intermediate frequency oscillator noise analysis and simulation). Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Institut National Polytechnique de Grenoble - INPG, 1997. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00002970⟩