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(성균관대학교, 성균관대학교 일반대학원)

지도교수
김병성
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성균관대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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본 논문에서는 MIMO 방식을 이용한 장거리 차량용 레이더의 구현을 목표로 77GHz 레이더 송신기의 초석이 될 주파수 체배기를 설계하였다. 77GHz 대역에서 상대적으로 낮은 위상 잡음을 갖는 VCO를 제작하는 것은 어려움이 따른다. 주파수 체배기를 이용하는 경우는 체배 차수(N)에 따라 위상잡음이 만큼 저하되지만 위상 고정 루프(PLL:Phase Locked Loop)과 같은 고안정의 저주파수 신호원을 이용하기 때문에 77GHz VCO(Voltage Controlled Oscillator)보다 위상잡음 면에서 장점을 가진다.
77GHz 주파수 체배기는 65nm CMOS 공정을 이용하여 설계하였다. 두가지 방식을 이용해서 설계하여 비교, 분석하였다. 첫 번째는 7.7 GHz의 주입 잠금 링 발진기( Injection Locked Ring Oscillator)를 설계하여 다중 위상 신호를 만들어서 N-push 방식을 이용하여 5채배기를 설계하였으며, 다음단에 2체배기로 주입 잠금(injection-locked) 방식의 체배기를 설계하여 총 10 채배기를 설계하여 주파수 합성기를 설계하였다. 출력 세기는 Lock range 전체에서 8.8 dBm 이상을 가지며, Lock range는 77.5-78.5 GHz이다. 파워소모는 265 mW이고, 칩의 크기는 860 × 620 um2 로 위상 잡음 특성은 신호원 대비 29 dBc 증가한 1MHz 오프셋에서 -109 dBc/Hz 이다.
다른 방식으로 3차 하모닉 주입을 이용한 발진기 설계와 앞선 10채배기에 사용한 2체배기를 통해서 총 6 체배기를 설계함에 따라 77GHz의 낮은 위상 잡음 특성을 갖는 신호원을 만들기 위한 설계를 하였다. 출력 세기는 Lock range에서 8 dBm 이상을 가지며, Lock range는 76.2-78.7 GHz이다. 파워소모는 145 mW이고, 칩의 크기는 810 × 620 um2 로 위상 잡음 특성은 신호원 대비 33 dBc 증가한 1MHz 오프셋에서 -103 dBc/Hz 이다.
#Frequency multiplier #N-push #phase noise #millimeter wave #W-band #CMOS

목차

  1. 제1장 서론 2
    제2장 기본 동작 이론 5
    2-1 MIMO 레이더 시스템의 원리 5
    2-2 주파수 채배기의 원리 8
    2-3 주입 잠금 발진기 11
    제3장 77GHz 주파수 x10체배기 23
    3-1 링 발진기 24
    3-2 다중 푸쉬 주파수 5 체배기 27
    3-3 잠금 주입 (Injection-Locked) 주파수 체배기 31
    3-4 전력 증폭기 34
    제4장 77GHz 주파수 x6체배기 36
    4-1 3nd Harmonic Injection locked 발진기 37
    4-2 비아 기생 성분을 고려한 설계 41
    제 5 장 실험 및 측정 결과 43
    5-1 측정 장비 세팅 및 측정 방법 43
    5-2 링 발진기를 이용한 x10 체배기 실험 및 측정 결과 45
    5-3 3차 하모닉 주입 잠금 발진기를 이용한 x6 체배기 실험 및 측정 결과 52
    제6장 결론 56
    참고문헌 58
    Abstract 62

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