Progetto di oscillatore a controllo digitale a 20 GHz per wireless backhaul 5G

This thesis presents a digitally controlled oscillator (DCO) in class B with tail resonator, at a central frequency of 20 GHz, intended for 5G wireless backhaul applications. In order to respect the tight performance of phase noise required by the application, the second harmonic extraction from the tail resonator is exploited thanks to a custom transformer. Nonetheless, in order to remove the parassitic effects of the supply lines, a brand new layout scheme which gives a low impedance path to even harmonic components has been designed. The implemented oscillator in CMOS 55 nm technology has a 16% tuning range, and a phase noise, evaluated at 1 MHz offset from the carrier, between −117.6 and −119 dBc/Hz from post-layout simulations. Thanks to the tuning of the tail resonator, the 1/f corner frequency is less than 30 kHz on the whole tuning range. The current consumption is less than 7 mA, from a power supply of 2 V, which allow to reach a figure of merit of 193.3 dBc/Hz.

In questa tesi viene presentato un oscillatore controllato digitalmente (DCO) in classe B con risonatore di coda, ad una frequenza centrale di 20 GHz, per applicazioni di wireless backhaul 5G. Per rispettare le stringenti prestazioni di rumore richieste dall’applicazione, viene sfruttata l’estrazione del segnale di seconda armonica presente sul risonatore di coda mediante un trasformatore custom. Inoltre, al fine di eliminare gli effetti parassiti sulle linee di alimentazione, si è ideato un innovativo schema di layout che fornisca un percorso a bassa impedenza per le armoniche pari. L’oscillatore così progettato in tecnologia CMOS 55 nm ha un intervallo di sintonia del 16%, ed un rumore di fase ad 1 MHz dalla portante compreso fra −117.6 e −119 dBc/Hz in simulazioni post-layout. Grazie alla sintonia del risonatore di coda, la frequenza di corner del rumore 1/f è inferiore a ∼30 kHz su tutto l’intervallo di frequenze generato. Il consumo di corrente è inferiore ai 7 mA, forniti da un’alimentazione a 2 V, questo consente quindi di ottenere una figura di merito di 193.3 dBc/Hz.