Oscilador controlado por tensão para operação programável de 3.7GHz a 8.8GHz para aplicações em múltiplas bandas de frequência

Abstract

Osciladores Controlados por Tensão (VCOs - Voltage-Controlled Oscillators) são circuitos de grande importância em sistemas de comunicação por radiofrequência atuais. Muitos trabalhos de pesquisa recentes têm focado no desenvolvimento de VCOs para aplicações em uma faixa muito grande de frequências (isto é, suportando amplo tunning range). O desenvolvimento de VCOs com uma ampla faixa de sintonia tem motivação na abertura de bandas de frequência, que até pouco tempo estavam licenciadas apenas para usos específicos, porém agora estão também abertas para a utilização de sistemas de rádios cognitivos. A ideia é que o rádio cognitivo tenha recursos para detectar se um canal (ou faixa de frequência) está sendo usado e, em caso de o canal não estar sendo usado, o rádio cognitivo deve se reconfigurar para operar nesse canal. Desse modo, os rádios cognitivos devem possuir um alto grau de reconfigurabilidade, de forma que possam operar em uma faixa muito ampla de frequências. Esse requisito exige o uso de de VCOs com um amplo tunning range. Este trabalho apresenta um projeto completo de um LC-VCO com uma larga faixa de frequência de operação (widedand). Um amplo tunning range foi obtido a partir do chaveamento (ou programação) do valor da capacitância total do tanque-LC do VCO, gerando assim várias sub-bandas de frequência. O ganho do VCO (KVCO) manteve-se com pequenas variações para todas as subbandas de frequência, com um valor médio de 88.6MHz, sendo 112MHz e 80MHz os valores máximo e mínimo, respectivamente. O ruído de fase variou de -118.4dBc/Hz a -107.4dBc/Hz para as portadores em 3.7GHz e 8.1GHz, respectivamente, enquanto que a potência dissipada do circuito LC-VCO variou de 1.8mW a 5.6mW para todo o tunning range. Para a figura de mérito power-frequency-tunning-normalized (FOMPFTN), os valores obtidos foram na faixa 3.1dB e 11.2dB, comparáveis com a maioria dos trabalhos publicados na área.

Voltage-Controlled Oscillators (VCOs) are very important circuits in current radio frequency communication systems. Much research has been focused recently on developing wideband VCOs in CMOS. The motivation on wideband VCOs is based on the opening of frequency bands, which until recently were licensed for specific uses, for use by cognitive radio systems. The idea is that cognitive radio must have the ability to detect whether a channel (or frequency band) is being used and if the channel is not being used, the cognitive radio must reconfigure itself to operate on that channel. Thus, cognitive radios should possess a high degree of reconfigurability, so that they can operate in a very wide frequency range. This requires the use of VCOs with a wide tunning range. This work presents a complete design of a LC-VCO with a wide operating frequency range (widedand). A wide tunning range has been obtained from the switching (or programming) the value of the total capacitance of the LC-tank of the VCO, thereby generating multiple frequency sub-bands. The VCO gain (KVCO) was maintained with small variations for all frequency sub-bands, with an average value of 88.6MHz, with 80MHz and 112MHz for the minimum and maximum values, respectively. The phase noise ranged from -118.4dBc/Hz to -107.4dBc/Hz for carriers at 3.7GHz and 8.1GHz, respectively, while the power dissipated in the LC-VCO circuit ranged from 1.8mW to 5.6mW for all tunning range. For the figure of merit power-frequency-tuning-normalized (FOMPFTN), the results were in the 3.1dB to 11.2dB range, comparable to most recently published works.