Analysis of frequency synthesisers for multistandart wireless transceiver

Abstract

Frequency synthesiser is one of most important blocks in wire-less transceiver. Generally phase locked loop (PLL) is used as frequency synthesiser in multistandart wireless transceivers. Two main structures of PLL are conventional (mixed, charge pump) PLL and All-Digital PLL. Newest works, related to design of conventional PLLs, are oriented to minimise power consumption and chip size, increase loop bandwidth and decrease frequency locking time. Main focus of All-Digital PLLs design is to reduce quantisation noise. New figure of merit (FOM) is proposed to compare frequency synthesisers of different type. This function depends on all main parameters of frequency synthesizer for multistandart transceiver: phase noise, operation frequency, frequency tuting range, power dissipation, used area of silicon. Used CMOS technology is also assessed in proposed FOM. From the calsulated FOM value for newest published frequency synthesisers it is seen, that in nanometric technologies All-Digital frequency synthesisers are superior to conventional synthesisers. Although, performance of conventional frequency synthesisers, implemented in larger technologies (0.18 µm ir 0.13 µm), is comparable or better than performance of All-Digital synthesisers.

Article in Lithuanian.

Dažnio sintezatorių daugiastandarčiams bevielio ryšio siųstuvams ir imtuvams analizė

Santrauka 

Dažnio sintezatorius yra vienas iš svarbiausių blokų bevielio ryšio siųstuvuose-imtuvuose. Kaip dažnio sintezatorius daugiastandarčiams bevielio ryšio siųstuvams ir imtuvams dažniausiai yra naudojama fazės derinimo kilpa (FDK). Dvi pagrindinės FDK struktūros yra klasikinė (mišri, krūvio pompos) ir visiškai skaitmeninė fazės derinimo kilpa. Naujausiuose darbuose, susijusiuose su klasikinės FDK projektavimu, siekiama mažinti galią ir plotą, dažnio suderinimo trukmę, platinti praleidžiamų dažnių ruožą. Pagrindinis dėmesys projektuojant visiškai skaitmenines FDK skiriamas kvantavimo triukšmui mažinti. Įvairių struktūrų ir tipų dažnio sintezatoriams palyginti yra siūloma nauja kokybės funkcija (FOM). Ši funkcija priklauso nuo visų pagrindinių sintezatoriaus, tinkančio daugiastandarčiams siųstuvams-imtuvams, parametrų: fazinio triukšmo, darbinio dažnio, dažnio perderinimo ruožo pločio, vartojamosios galios, luste užimamo ploto. Taip pat įvertinama naudojama KMOP technologija. Iš apskaičiuotų kokybės funkcijos rezultatų naujausiems publikuotiems dažnio sintezatoriams matyti, kad nanometrinėse technologijose visiškai skaitmeninės struktūros dažnio sintezatoriai yra pranašesni už klasikinius, tačiau didesnėse (0,18 μm ir 0,13 μm) technologijose įgyvendinti klasikiniai dažnio sintezatoriai yra lygiaverčiai arba pranašesni už visiškai skaitmeninius sintezatorius.

Reikšminiai žodžiai: dažnio sintezatorius, aukštadažnis, fazės derinimo kilpa, įtampa valdomas generatorius, krūvio pompa, daliklis, laikinis skaitmeninis keitiklis, KMOP, kokybės funkcija.

Keyword : frequency synthesizer, high-frequency, phase-locked loop, volt-age-controlled oscillator, charge pump, divider, time-to-digital converter, CMOS, figure of merit