130 nm CMOS 공정을 이용한 UWB High-Band용 저전력 디지털 펄스 발생기

Abstract

본 논문에서는 UWB의 6~10 GHz 주파수 대역을 위한 디지털 방식의 CMOS UWB 펄스 발생기를 제안하였다. 제안된 펄스 발생기는 매우 적은 전력 소모와 간단한 구조로 설계 및 구현되었다. 이 펄스 발생기는 가변되는 shunt capacitor 방식으로 구성된 CMOS delay line을 사용하여 중심 주파수를 제어할 수 있게 하였고, Gaussian Pulse Shaping 회로를 이용하여 FCC 등에서 제시하는 UWB 스펙트럼 규정을 만족할 수 있도록 설계하였다. 측정결과, 가변 가능한 중심 주파수는 4.5~7.5 GHz까지 자유롭게 조절이 가능하였고, 펄스의 폭은 대략 1.5 ns였다. 그리고 10 MHz의 PRF 조건에서 310 mV pp의 크기의 펄스 신호를 보여주었다. 회로는 0.13 um CMOS 공정으로 제작되었고, 코어의 크기는 <TEX>$182{\times}65um^2$</TEX>로 매우 작은 크기로 설계되었으며, 평균 소모 전력은 1.5 V 전원을 사용하는 출력 buffer에서 11.4 mW를 소모하고, 이를 제외한 코어에서는 0.26 mW의 매우 작은 전력을 소모하고 있다. In this paper, an all-digital CMOS ultra-wideband(UWB) pulse generator for high band(6~10 GHz) frequency range is presented. The pulse generator is designed and implemented with extremely low power and low complexity. It is designed to meet the FCC spectral mask requirement by using Gaussian pulse shaping circuit and control the center frequency by using CMOS delay line with shunt capacitor. Measurement results show that the center frequency can be controlled from 4.5 GHz to 7.5 GHz and pulse width is 1.5 ns and pulse amplitude is 310 mV peak to peak at 10 MHz pulse repetition frequency(PRF). The circuit is implemented in 0.13 um CMOS process with a core area of only <TEX>$182{\times}65um^2$</TEX> and dissipates the average power of 11.4 mW at an output buffer with 1.5-V supply voltage. However, the core consumes only 0.26 mW except for output buffer.