Projeto de um oscilador integrado de 4 fases para aplicação em filtros passa banda de faixa estreita em tecnologia FD-SOI 22 nm

Abstract

O presente trabalho apresenta a análise e o projeto de um oscilador em anel totalmente integrado de saída diferencial para aplicações em filtros de banda estreita. O oscilador foi projetado integralmente na tecnologia 22 nm FD-SOI da GlobalFoundries. O projeto dos blocos e a integração entre oscilador e filtro são feitos em nível de esquemático e leiaute. A fim de reduzir o consumo, a tensão de alimentação é de 500 mV. O núcleo do oscilador é polarizado em corrente que varia entre 7,8 uA até 30,5 uA para operar na faixa de frequência de 800 MHz até 2,4 GHz. O oscilador é composto de 3 blocos, sendo eles o núcleo, o deslocador de nível (level-shifter), e o buffer de saída. As simulações de corners e Monte Carlo mostram que a frequência de oscilação pode ser mantida dentro da faixa desejada através de ajuste na corrente de polarização do oscilador, mesmo que esse opere dentro de uma faixa de temperatura entre 0 e 80 graus Celsius, tanto no nível de esquemático quanto no nível de leiaute. A conexão do oscilador com um filtro faixa estreita 4-path sintonizado em 1 GHz resultou em largura de banda de 4 MHz e 20 dB de atenuação na faixa de rejeição. O consumo de potência a 1 GHz é de 25,5 uW, enquanto a 2,4 GHz é de 57,5 uW.

Abstract: This work presents the analysis and design of a fully integrated differential output ring oscillator for application in narrowband filter. The oscillator is designed entirely on GlobalFoundries 22 nm FD-SOI technology. The design of the blocks and the integration between oscillator and filter are done at the schematic and layout level. In order to reduce consumption, the supply voltage is 500 mV. The oscillator core is biased from a current source ranging from 7.8 uA to 30.5 uA to operate in the frequency range from 800 MHz to 2.4 GHz. The oscillator is composed of 3 blocks, namely the core, the level shifter, and the output buffer. Corners and Monte Carlo simulations at the schematic and layout levels show that the oscillation frequency can be kept within the desired range by adjusting the oscillator's bias current, even if it operates within a temperature range between 0 and 80 degrees Celsius, both at the level schematic and layout level. Connecting the oscillator to a 4-path narrowband filter tuned to 1 GHz resulted in 4 MHz bandwidth and 20 dB attenuation in the stop band. The power consumption at 1 GHz is 25.5 uW, while at 2.4 GHz it is 57.5 uW.