I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.  1 0 ,   No .   5 ,   Octo b er   2 0 2 0 ,   p p .   4 6 2 3 ~ 4 6 3 0   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 1 0 i 5 . pp 4 6 2 3 - 4 6 3 0     4623       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m/in d ex . p h p /I JE C E   2 8  G H z bala nced  pH EM T V CO  w it h low  phas e nois e and hig o utput  pow er per for m a nc e f o r 5 G   mm - w a v e sy ste m s       Abdelh a f id  E s - s a qy 1 ,   M a ry a m   A ba t a 2 ,   M a h m o ud   M ehdi 3 ,   Sa id M a ze r 4 ,   M o ha m m e F a t t a h 5 M o ulh i m E l B e kk a li 6 ,   Ca t herine  Alg a ni 7   1 , 2 , 4 , 6 A r t i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e ,   D a t a   S c i e n c e s   a n d   E m e r g i n g   S y s t e m s   L a b o r a t o r y ,   S i d i   M o h a m e d   B e n   A b d e l l a h   U n i v e r s i t y ,   M o r o c c o   3 M icro w a v e s L a b o ra to ry ,   L e b a n e se   Un iv e rsit y ,   L e b a n o n   5 ES T ,   M y   Is m a il   Un iv e rsit y ,   M o r o c c o   7 ES YCO M   (EA 2 5 5 2 ),   C o n se rv a to ire  Na ti o n a l   De s A rts  Et   M é ti e rs ,   F ra n c e       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Dec   1 6 ,   2 0 1 9   R ev i s ed   Ma r   1 2 ,   2 0 2 0   A cc ep ted   Ma r   3 0 ,   2 0 2 0       T h is  p a p e p re se n ts  th e   stu d y   a n d   d e sig n   o f   a   b a lan c e d   v o lt a g e   c o n tro ll e d   o sc il lato V CO  f o 5 G   w irele s c o m m u n ica ti o n   sy ste m s.  T h is  c ircu it   is   d e sig n e d   in   m o n o l it h ic  m icro wa v e   in teg ra ted   c ircu it   ( M M IC )   tec h n o l o g y   u sin g   P H1 5   p ro c e ss   f ro m   UMS   f o u n d ry .   T h e   V CO  e n su re a n   a d e q u a te  t u n i n g   r a n g e   b y   a   s i n g l e - e n d e d   p H E M T   v a r a c t o r s   c o n f i g u r a t i o n .   T h e   s i m u l a t i o n   re su lt sh o w   th a t   th is   c ircu it   d e li v e rs  a   sin u so i d a sig n a o f   o u t p u t   p o w e r   a ro u n d   9   d Bm   w it h   a   se c o n d   h a rm o n ic  re je c ti o n   b e tw e e n   2 5 . 8 7   a n d   3 3 . 8 3   d B,   th e   o sc i ll a ti o n   f re q u e n c y   v a ri e b e t w e e n   2 6 . 4 6   a n d   2 8 . 9 0   G Hz ,   th e   p h a se   n o ise   is  - 1 1 3 . 1 5 5   a n d   - 1 3 3 . 1 6 7   d Bc /Hz   re sp e c ti v e l y   a 1   M Hz   a n d   1 0   M Hz   o f fse a n d   th e   F ig u re   o f   M e rit   is  - 1 8 1 . 0 6   d Bc /Hz .   T h e   p o w e c o n su m e d   b y   th e   V CO  is  1 2 2   m W .   T h e   o sc il lato lay o u w it h   b ia a n d   RF   o u tp u p a d s   o c c u p ies   a n   a re a   o f   0 . 5 1 5   m m 2 .   K ey w o r d s :   5G   C o lp itts   V C O   L o w   p h ase  n o is e   mm - w av b an d   p HE MT   tr an s is to r     Co p y rig h ©   2 0 2 0 I n stit u te o f   Ad v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   A b d elh a f id   Es - s aq y ,   A r ti f icial  I n telli g e n ce ,   Data   Sc ien ce s   a n d   E m er g in g   S y s te m s   L ab o r ato r y ,   Sid i M o h a m ed   B en   A b d ellah   Un i v er s it y ,   Dar   Said ,   T is s a,   T ao u n ate,   Mo r o cc o .   E m ail:  ab d elh a f id . ess aq y @ u s m b a. ac . m a       1.   I NT RO D UCT I O N   R e f l e c t e d   b y   t h e   f a s t   p a c e   o f   t e c h n o l o g y   i n n o v a t i o n ,   w i r e l e s s   c o m m u n i c a t i o n   i s   t h e   f a s t e s t   g r o w i n g   t e c h n o l o g y   i n   t h e   w o r l d .   C u r r e n t l y ,   n e c e s s i t a t e s   m o r e   t h a n   t e n   b i l l i o n   o f   m a c h i n e - to - m a c h i n e   c o m m u n i c a t i o n s   a n d   I n ter n et  o f   T h i n g s   to   f u lf i t h r eq u ir e m e n ts   f o r   a u to n o m o u s   v e h icles,   in telli g en t   h o m e,   s m ar g r id s m ar t     cit y   [ 1 ]   an d   E - h ea lt h   s er v ices   [ 2 ,   3] T h er ef o r e,   th en o r m o u s   n ee d   f o r   th n e w   b r o ad b a n d   f r eq u e n cies  [ 4 ] .   Fo r tu n ate l y ,   lar g q u an ti ties   o f   r elati v el y   i n ac ti v s p ec tr u m   ex is t   i n   t h m illi m eter   w a v b an d   [ 5 ] .   T h m o s t   r ec en t r esear ch es  f o cu s ed   o n   t h 2 8   GHz   b an d ,   th 3 8   GHz   b an d ,   th 6 0   GHz   b an d   an d   th E - b an d   [ 6 ] .   T h o b j ec t o f   co m m u n icat io n   s y s te m   i s   to   e s tab lis h   s ea m l ess   co m m u n icatio n s   w it h   r ea s o n ab le  co s t   an d   r ed u ce d   p o w er   co n s u m p t io n ,   t h u p co m i n g   m o b ile   co m m u n icatio n   s y s te m   g e n er ati o n   5 i s   ai m i n g   to   f u lf i th ese  i m p o r tan r eq u ir em en ts   [ 4 ].   A n y   R F   t r a n s m i s s i o n   /   r e c e p t i o n   s h o w n   i n   F i g u r e   1   s y s t e m   h a s   o n e   o r   m o r e   l o c a l   o s c i l l a t o r s .   A n   o s c i l l a t o r   i s   a n   a u t o n o m o u s   s y s t e m   g e n e r a t i n g   a   f i x e d   o r   v a r i a b l e   f r e q u e n c y   s i g n a l   [ 7 ] .   I n   R F   tr an s ce iv er s ,   o s cillato r   s ig n al s   ar u s ed   as  f r eq u en c y   r e f er en ce   to   co n v er th R s ig n al  to   an   in ter m ed iate  f r eq u en c y .   I n   all  R ap p licatio n s ,   it  is   n ec es s ar y   to   h av s i n u s o id al  r ef er e n ce s   o f   h i g h   s p ec tr al   p u r it y ,   t h is   i s m o r eo v er ,   o n o f   th m o s t i m p o r tan t c h ar ac ter is tics   o f   an   o s cilla to r .     I n   th liter at u r e,   m an y   VC Os  h a v r elativ el y   g o o d   Fo M,   h o w e v er ,   o b s er v in g   t h co v er ed   f r eq u en c y   r an g e,   w n o tice  t h at  it  is   v er y   lo w 5 . 4 5 an d   6 . 9 1 o f   th ce n tr al  f r eq u en c y   f o r   th t w o   VC Os   p r o p o s ed   in   [ 8 ] ,   5 . 4 4 an d   3 . 3 r esp ec tiv el y   f o r   th VC O s   p r o p o s ed   in   [ 9 10 ] .   On   th o th er   s id e,   s tr u ct u r es  w it h   w id f r eq u e n c y   r an g es  b u lo w   p h a s n o i s le v els,  le s s   th a n   - 1 0 2   d B c/Hz ,   w h ic h   d o   n o f u l f ill  t h 5 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I SS N :   2088 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  1 0 ,   No .   5 ,   Octo b e r   2 0 2 0     4 6 2 3   -   4630   4624   r eq u ir e m en ts   [ 11 - 1 3 ] .   I n   ad d i tio n   to   all   t h ese  co n s id er atio n s ,   t h er i s   al s o   th e   p r o b lem   o f   t h lar g s p ac o cc u p ied   b y   t h ese  cir cu its ,   o f   w h ic h   it is   i n   t h o r d er   o f   1 . 5   m m 2   [ 9 ]   o r   m u c h   m o r [ 12 - 1 4 ].   I n   th i s   p ap er ,   lar g tu n in g   r a n g MM I C   V C w it h   g o o d   p h ase  n o is le v el  is   p r o v ed .   T h cir cu it  i s   d esig n ed   b ased   o n   b alan ce d   C o lp itts   ar ch itect u r e.   I h a s   tu n in g   r an g t h at  ex ce ed s   8 . 8   o f   ce n tr al  f r eq u en c y   a n d   p h ase  n o is e   ar o u n d   - 1 1 3   d B c/Hz   at  1   MH o f f s et.   T h is   cir c u it  i s   d esig n ed   b ased   o n     th p s eu d o - m o r p h ic  Hi g h   E l ec tr o n   Mo b ilit y   T r an s is to r   p HE MT   o f   P H1 5   p r o ce s s   f r o m   UM f o u n d r y d ed icate d   to   R ap p licatio n s ,   w it h   c u o f f   f r eq u en c y   o f   f T   1 1 0 GHz   an d   a   0 . 1 5   µm   g ate  le n g t h   [ 15 ].     T h r em ai n d er   o f   th i s   p ap er   is   s tr u ct u r ed   as  f o llo w s Sect io n   2   p r esen t s   t h 5 m m - W av VC O   cir cu i t   d esig n ,   Sectio n   3   r ep o r ts   VC O   la y o u t a n d   d is cu s s es t h s i m u latio n   r esu lts .   A   co n cl u s io n   is   g iv e n   i n   s ec tio n   4 .           Fig u r 1 .   Si m p li f ied   d iag r a m   o f   tr an s m i s s io n /r ec ep tio n   s y s t e m       2.   5 G   M M - WAVE VCO   DE SI G N   Af ter   ch o o s i n g   t h s e m ico n d u cto r   tech n o lo g y   a n d   tr an s is t o r   ty p e,   it  i s   ti m to   ch o o s e   th m o s t   s u itab le   VC to p o lo g y   f o r   t h 5 m m - w av e   b an d   ap p li ca tio n .   T h s i m p li f ied   s c h e m atic  ( i.e . ,   w i th o u t   tr an s m is s io n   l in e s )   o f   t h s t u d ied   VC is   s h o w n   i n   Fi g u r 2 ,   i is   m o d i f ied   v er s io n   o f   t h C o lp itts   s tr u ct u r e,   w h ic h   co m b i n es  g o o d   p h as e - n o i s le v el  w it h   i m p r o v ed   s tar tin g   co n d itio n s .   T h ac tiv p ar o f   th V C i s   co m p o s ed   o f   t h t w o   Ga A s   p HE MT   tr an s is to r s ,   T 1   an d   T 2 ,   o f   g ate  le n g th   o f   4 * 0 . 1 5   µ m   a n d   w id th   o f   2 0   µ m ,   an d   t h eir   b ias  e le m e n t s ,   w e   h av e   ch o s e n   tr an s is to r s   w it h   h i g h   n u m b er   o f   f in g er s   to   in cr ea s th e   o u tp u p o w er   [ 9 ] .   T h p er f o r m a n ce   o f   th ac tiv d ev ice,   at  th m illi m e ter   f r eq u en c y ,   d ep en d s   s tr o n g l y   o n   b iasi n g   co n d itio n s   [ 1 6 ] ,   th b iasi n g   o f   t h ese  tr an s is to r s   is   p r o v id ed   b y   t h t w o   v o ltag s o u r ce s   Vd s   an d   Vg s   o f   2   V   an d   0 . 2   r esp ec tiv el y .   W h ile  th i n d u cta n ce   L r   as  w e ll  as  t h t w o   v ar ac to r s   T 3   an d   T 4   co n s titu t e     th r eso n ato r .   T h ese  v ar ac to r s   ar b ased   o n   th p HE MT   tr an s i s to r   w h o s s o u r ce   is   co n n ec ted   to   th d r ain ,     th ca p ac itan ce   v alu o f   th e s v ar ac to r s   is   co n tr o lled   b y   th v o lta g ap p lied   to   th g a te  Vtu n e.   Fin a ll y ,     ca p ac ito r   C   h a s   b ee n   ad d ed   at  th o u tp u t   o f   t h o s ci llato r   w h o s r o le  is   to   f ilter   t h D C   co m p o n en w h ich   co m e s   f r o m   th e   b ias  s o u r ce s.   W an n o u n ce   t h at  t h is   cir c u it  i s   b ased   o n   t h P H1 5   p r o ce s s   ele m en ts   o f     th UM f o u n d r y ,   w h o s b eh a v io r   is   v er y   c lo s to   r ea lit y ,   t h u s   t h e y   p r ese n t p ar asit es a n d   im p er f ec tio n s .           Fig u r 2 .   p HE MT   b alan ce d   VC cir cu it   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec   &   C o m p   E n g   I SS N:  2 0 8 8 - 8708       2 8   GHz b a la n ce d   p HE MT   V C w ith   lo w   p h a s n o is a n d …  ( A b d elh a fid   E s - s a q y )   4625   3.   SI M UL AT I O N S AN D I SC USSI O N S   A m il li m eter   f r eq u e n cies,   p ar asit ic  ca p ac itan ce s ,   tr a n s m i s s io n   lin in d u ctan ce s   an d   o th er   co n n ec tio n s   ca n   ca ta s tr o p h ica ll y   c h a n g r ea cta n ce s   an d   ca n   h a v s ig n i f ica n i m p ac o n   th p er f o r m a n ce   o f   th f in al  cir c u it,  w h ic h   is   w h y   s ev er al  o p ti m iza tio n   a n d   r etr o - s i m u latio n   s tep s   ar p e r f o r m ed   b ef o r th f in a la y o u t   as   s h o w n   in   Fi g u r 3 .   P ar ticu lar   atten t io n   is   p aid   to   t h L a y o u t   s y m m etr y ,   to   a v o id   th e   in tr o d u ctio n   o f   as y m m etr y   i n   t h o s cilla tio n   w a v e f o r m s   a n d   th u s   i n tr o d u ce   ad d itio n al  p h a s n o is [ 17 ] .   A cc o r d in g   t   th cir cu it  la y o u a s   s h o w n   in   Fig u r 3 ,   w o b s er v th r ee   b ias  p ad s ,   o n p ad   f o r   th tu n in g   v o ltag Vt u n an d   o n R p ad   f o r   t h o u tp u s ig n al.   T h c ir cu it   is   i m p lan ted   o n   t h Ga A s   s u b s tr ate,   it  is   m u ltil a y e r   tech n o lo g y .   T h to tal  n u m b er   o f   la y er s   u s e d   in   th P H1 5   p r o ce s s   is   1 6   lay er s   [ 18 ] .   T h len g t h   o f   t h is   L a y o u t   is   0 . 7 6 1   m m   w h i le  th w id th   i s   0 . 6 7 7   m m ,   th u s   to tal  s u r f a ce   ar ea   o f   0 . 5 1 5   m m 2 ,   s in ce   t h is   s u r f ac i n cl u d es   th V C w i th   R F p ad ,   th tu n in g   v o lta g p ad   a n d   th e   th r ee   b ias p ad s   as  w e ll a s   t h e   ca p ac i t y   t h at  ac t s   a s   lo p ass   f ilter .   W ca n   n o te   th a it  i s   v er y   co m p ac L a y o u a n d   ta k es  u p   s m a ll  ar e co m p ar ed   w i t h     th ar ch itect u r p u b lis h ed   in   t h liter at u r e .           Fig u r 3 .   L a y o u t o f   5 m m - wav v o lta g co n tr o lled   o s cillat o r       Af ter   c h e ck in g   t h s tar t - u p   co n d itio n s   o f   o u r   o s cillato r   u s i n g   t h " OscT est"   to o p r o v id ed   b y   Ag ile n t ' s   ADS  s o f t w ar e.   A   t r an s ie n s i m u latio n   is   e x ec u t ed   to   v er if y   th e   s tab ilit y   o f   th o u tp u s ig n al.     Fig u r 4   s h o w s   t h at  th e   s tar t - u p   co n d itio n s   o f   th e   o s cillat io n s   a r v er y   g o o d ,   th e   o s cillati o n s   s tar e f f ec ti v el y ,   an d   th e y   ar p er f ec t l y   s tab le .           Fig u r 4 .   T em p o r al  v ar iatio n   o f   th o u tp u t si g n al  Vo u f o r   Vtu n e=   2   V   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I SS N :   2088 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  1 0 ,   No .   5 ,   Octo b e r   2 0 2 0     4 6 2 3   -   4630   4626   T h h ar m o n ic  s i m u latio n   s h o w s   t h at  t h m i n i m u m   v al u o f   t h o u tp u p o w er   is   5 . 0 2   d B m ,   w h i le     th m a x i m u m   v al u is   9 . 7 5   d B m .   T h s ec o n d   h ar m o n ic  r ej ec tio n   v ar ies  b et w ee n   2 5 . 8 7   an d   3 3 . 8 3   d B   f o r     th o s cillatio n   f r eq u e n cies  2 8 . 1 2   an d   2 6 . 4 8   GHz   r esp ec t iv el y ,   w h ile  t h th ir d   h ar m o n ic  r ej ec tio n   v ar ies  b et w ee n   4 4 . 7 5   an d   5 5 . 9 3   d B   f o r   th o s cillat io n   f r eq u en ci es  2 8 . 4 1   an d   2 6 . 4 8   GHz   r esp ec tiv el y   s h o w n   i n   Fig u r 5 .   T h er ef o r e,   w n o tice   th at  o u r   cir cu it  h as a   g o o d   lev el  o f   r ej ec tio n   o f   u n w a n ted   h a r m o n ics.     I n   Fi g u r 6   w h a v p lo tted   th v ar iatio n   o f   th e   o s cilla tio n   f r eq u e n c y   as  a   f u n ctio n   o f   th t u n i n g   v o ltag Vt u n e.   Fo r   v ar iatio n   o f   th t u n i n g   v o lta g Vt u n f r o m   - 2   to   2 . 5   V,   th o s cillatio n   f r eq u e n c y   v ar ie s   f r o m   2 8 . 9 0   to   2 6 . 4 6   GHz .   T h er ef o r e,   t u n i n g   r an g o f   2 . 4 4   GHz   an d   g ai n   o f   K V CO =5 4 2   MH z/V  ar e   ac h iev ed Fig u r 7   s h o w s   th e   te m p o r el  v ar iat io n   o f   t h o u t p u s i g n al  Vo u f o r   Vtu n e= 2 . 5   V,   th er e f o r it  i s     p er f ec tl y   s i n u s o id al  s i g n al.             Fig u r 5 .   Ou tp u t p o w er   o f   th f ir s t   h ar m o n ic  ( - - ) ,   s ec o n d   h ar m o n ic  ( - Δ - )   an d   th i r d   h ar m o n ic  ( - x - v er s u s   t u n i n g   v o lta g V t u n e         Fig u r 6 .   Var iatio n   o f   th o s ci llatio n   f r eq u en c y   v er s u s   tu n in g   v o lta g Vt u n e       Fig u r 7 .   T em p o r al  v ar iatio n   o f   th o u tp u t si g n al  f o r   Vt u n e =2 . 5   V       T h VC p er f o r m an ce   d eter m i n es  t h ch ar ac ter i s tics   o f   th en tire   tr an s m i s s io n   s y s te m ,   t h er ef o r e,   to   h av s i g n al  o f   h ig h   s p ec tr al  p u r it y ,   th V C p h a s n o is m u s b as  m i n i m al  as  p o s s ib l [ 19 2 0 ] .   Fig u r 8   s h o w s   th e   s i n g le  s id eb an d   p h ase  p o is a n d   th e   ab s o lu te  n o is e   v o lta g s p ec tr u m   f o r   Vtu n e= 1 . 5   V ,     th u s   t h p h a s n o is i s   - 9 3 . 0 4   an d   - 1 1 3 . 1 5 5   d B c/Hz   at  th o f f s et  f r eq u en c y   o f   1 0 0   KHz   an d   1   MH z   r e s p e c t i v e l y .   O n   t h e   o t h e r   h a n d ,   t h e   s im u l a t i o n   s h o w s   t h a t   t h e   p o w e r   c o n s u m e d   b y   t h i s   V C O   t o p o l o g y   i s 1 2 2   m W .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec   &   C o m p   E n g   I SS N:  2 0 8 8 - 8708       2 8   GHz b a la n ce d   p HE MT   V C w ith   lo w   p h a s n o is a n d …  ( A b d elh a fid   E s - s a q y )   4627     ( a)   ( b )     F i g u r e   8 .   S i n g l e   s i d e b a n d   p h a s e   n o i s e ,   ( a )   a b s o l u t e   n o i s e   v o l t a g e   s p e c t r u m ,   ( b )   f o r   t u n i n g   v o l t a g e   V t u n e =   1 . 5   V       Dep en d in g   o n   t h d esire d   ap p licatio n ,   v o lta g e - co n tr o lle d   o s cillato r   co u ld   ev en   h av co m p lete l y   d if f er e n s p ec if ica tio n s ,   m ak i n g   it  d i f f ic u lt  to   co m p ar V C Os  w i th   ea ch   o th er .   Fo m er it  f ac to r   i s   t h e n   d ef in ed   to   r ep r esen t th o v er al l p er f o r m a n ce   o f   a n   o s cillato r   [ 1 4 21 - 2 3 ] :     F oM = ( 0 ,  ) + 10 l og (  ) 20   l og   ( 0  )   ( 1 )     w h er ( 0 ,  )   is   t h p h ase  n o is at     f r eq u en c y   o f f s et,   0   is   th o s cil lati o n   f r eq u e n c y   a n d      is   t h p o w e r   co n s u m p tio n   o f   VC in   m W .   T o   co m p ar th p er f o r m a n c o f   o u r   v o ltag co n tr o lled   o s cillato r   cir cu it  w i th   o th er   s tr u ct u r e s   p u b lis h ed   i n   th l iter atu r e;   T ab le  1   s u m m ar izes  t h p er f o r m a n ce   o f   d if f er en o s cilla to r s ,   d esig n ed   w it h   d if f er e n tec h n o lo g ie s ,   o p er atin g   i n   t h s a m f r eq u e n c y   b an d   an d   d ed icate d   f o r   th e   s a m e   ap p licatio n s .     F r o m   T a b l e   1   w e   c a n   s e e   t h a t   t h e   a r c h i t e c t u r e   p r o p o s e d   i n   t h i s   p a p e r   h a s   v e r y   g o o d   p e r f o r m a n c e ;   t h e   b e s t   l e v e l   o f   p h a s e   n o i s e ,   a n   e x c e l l e n t   o u t p u t   p o w e r ,   a   l o w   p o w e r   c o n s u m p t i o n   a n d   t h e r e f o r e   a   g o o d   f i g u r e   o f   m e r i t .       T ab le  1 P er f o r m a n ce   co m p ar i s o n   o f   d if f er e n t V C Os   R e f .   C e n t r a l   f r e q u e n c y   ( G H z )   T u n i n g   r a n g e   ( G H z )   O u t p u t   p o w e r   ( d B m)   P h a se   n o i se   ( d B c / H z )   a t   1 M H z   F o M   ( d B c / H z )   C h i p   a r e a   ( mm 2 )   S t r u c t u r e   T e c h n o l o g i e   [ 8 ]   2 5 . 6   1 . 7 7   3   - 1 0 1 . 9   - 1 7 6 . 7   0 . 0 3 4   On - c h i p   i n d u c t o r   0 . 1 3   µ m   C M O S   [ 8 ]   4 0 . 7   2 . 2 2   - 6 . 6   - 9 4 . 8   - 1 7 2 . 1   0 . 0 1 8   On - c h i p   i n d u c t o r   0 . 1 3   µ m   C M O S   [ 1 2 ]   2 9 . 4   1 4 . 8   4 . 5   - 1 0 0 . 7   - 1 6 9 . 1 1   3 . 7 5   4   C o l p i t t V C O   0 . 1 3   U S i G e B i C M O S   [ 1 3 ]   2 8 . 3   3 . 8   1 1 . 8   - 1 0 2   -   0 . 5   N e g a t i v e r e s i st a n c e   0 . 1 5   µ m   p H EM T   T h i w o r k   2 7 . 7   2 . 4 4   9 . 7 5   - 1 1 3 . 1 5 5   - 1 8 1 . 0 6   0 . 5 1 5   C o l p i t t s   0 . 1 5   µ m   G a A p H E M T       Fin all y ,   in   o r d er   to   ch ar ac ter ize  th p er f o r m a n ce   o f   m il li m eter   f r eq u e n c y   cir c u it,  th e   ef f ec o f   tech n o lo g ical  d is p er s io n   m u s b ev al u ated .   T h Mo n te  C ar lo   an al y s i s   p r o p o s ed   b y   th A D s o f t w ar e,     allo w s   to   ca u s s m all  r a n d o m   v ar iatio n s   in   th v al u es  o f   th d i f f er e n cir cu it  p ar a m et er s ,   an d   to   p r ed ict    th i m p ac o f   th e s v ar iatio n s   o n   t h p er f o r m an ce   o f   o u r   cir cu it  [ 24 25] .   W p er f o r m ed   Mo n te   C ar lo   an al y s is   at  5 0   iter atio n s .   Fig u r 9   s h o w s   t h r es u lt s   o f   tec h n o lo g ical  d is p er s io n .   W ca n   d ed u ce   th at  f o r   all   iter atio n s ,   th f u n d a m e n tal  h ar m o n ic  p o w er   an d   th s ec o n d   h ar m o n ic  p o w er   ar s u b ject  to   lim i ted   an d   ac ce p tab le  v ar iatio n s   o v er   t h en tire   tu n i n g   r an g e .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I SS N :   2088 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  1 0 ,   No .   5 ,   Octo b e r   2 0 2 0     4 6 2 3   -   4630   4628       Fig u r 9 .   Mo n te  C ar lo   an al y s i s   f o r   th o u tp u t p o w er   o f   t h f i r s t   h ar m o n ic  ( s o lid   lin e)     an d   th e   s ec o n d   h ar m o n ic  ( d ash - d o tted   li n e )       4.   CO NCLU SI O N   I n   th i s   p ap er   w h a v p r esen te d   an d   d esig n ed   p HE MT   b ala n ce d   VC i n   MM I C   tec h n o lo g y   f o r   5 mm - w av b a n d   s y s te m s .   T h e   s i m u lat io n s   r e s u l ts   s h o w ed   tu n in g   r a n g o f   2 . 4 4   GHz   ( w h ich   r ep r esen ts   8 . 8 2 o f   th ce n tr al  f r eq u e n c y ) ,   an   o u tp u t   p o w er   o f   9   d B m ,   p h a s n o is o f   - 1 1 3 . 1 5 5   d B c/Hz   at  1   MH o f f s et  f r eq u e n c y   an d   f i g u r o f   m er it o f   - 1 8 1 . 0 6   d B c/Hz .   T h L a y o u t a r ea   is   0 . 5 1 5   m m 2 .       RE F E R E NC E S   [1 ]   A .   M .   A l - S m a d i,   e a l. ,   Em e r g e n situ a ti o n f o sm a rt  c it ies A   s u rv e y ,   In ter n a ti o n a J o u rn a o El e c trica a n d   Co mp u ter   E n g in e e rin g   ( IJ ECE ) ,   v o l.   9 ,   n o .   6 ,   p p .   4 7 7 7 - 4 7 8 7 ,   2 0 1 9 .   [2 ]   R.   M it ra   a n d   R.   G a n ig a ,   n o v e a p p ro a c h   to   se n so im p le m e n tatio n   f o h e a lt h c a re   s y st e m u sin g   in tern e o f   th in g s ,   In ter n a ti o n a J o u rn a o El e c trica a n d   C o mp u ter   En g in e e rin g   ( IJ ECE ) ,   v o l.   9 ,   n o .   6 ,   p p .   5 0 3 1 - 5 0 4 5 ,   2 0 1 9 .   [3 ]   Bo u m a iz,  M .   EL   G h a z i,   S .   M a z e r,   M .   EL   Be k k a li ,   A .   Bo u a y a d ,   M .   F a tt a h ,   P e rf o rm a n c e   a n a l y sis   o f   DQ P S a n d   DBP S K   m o d u latio n   sc h e m e f o a   sc h e d u led   a c c e ss   p h a se   b a se d   W irele ss   B o d y   A r e a   Ne t w o rk ,”   9 th   I n ter n a t io n a l   S y mp o si u m o n   S i g n a l,   Ima g e ,   Vi d e o   a n d   C o mm u n ic a ti o n s,   p p .   1 6 3 - 1 6 7 ,   2 0 1 8 .   [4 ]   S .   C.   Be ra ,   M icro w a v e   Ac ti v e   De v ice a n d   Circu it f o Co m m u n ica ti o n ,”   S p rin g e rLec tu re   No tes   in   El e c trica l   En g i n e e rin g v o l.   5 3 3 ,   2 0 1 9 .   [5 ]   J.   G .   A n d re w s,  S .   Bu z z i,   W .   C h o i,   S .   Ha n ly ,   A .   L o z a n o ,   A .   C.   K.  S o o n g ,   J .   C.   Z h a n g ,   W h a W il 5 G   Be ? ,”     IEE J o u rn a l   o n   S e lec ted   Are a s i n   Co mm u n ica t io n s,   v o l.   3 2 ,   p p .   1 0 6 5 - 1 0 8 2 2 0 1 4 .   [6 ]   Y.   Niu ,   Y.  L D.  Jin ,   L .   S u ,   A .   V .   V a silak o s,  A   su rv e y   o f   m il li m e ter  w a v e   c o m m u n ica ti o n (m m W a v e f o 5 G o p p o rt u n it ies   a n d   c h a ll e n g e s ,”   S p rin g e r   W ire les s Ne two rk s,   vo l.   2 1 ,   p p .   2 6 5 7 - 2 6 7 6 ,   2 0 1 5 .   [7 ]   K . A .   Hu m o o d ,   O . A .   I m r a n ,   a n d   A . M .   T a h a ,   De si g n   a n d   si m u latio n   o f   h ig h   f re q u e n c y   c o lp it ts  o sc il lato b a se d     o n   BJT   a m p li f i e r ,”   In ter n a ti o n a J o u rn a o El e c trica a n d   Co mp u ter   En g in e e rin g   ( IJ ECE ) ,   v o l.   10 n o .   1 ,     p p .   1 6 0 - 170 ,   2 0 2 0 .   [8 ]   Y.  Hu o ,   X .   D o n g ,   L .   L i,   M .   Xie   a n d   W .   Xu ,   2 6 /4 0   G Hz   CM OS  V COs   De sig n   o f   Ra d io   F ro n t - e n d   f o 5 G   M o b il e   De v ice s ,   IEE In ter n a ti o n a Co n fer e n c e   o n   U b iq u it o u s W ire les s B ro a d b a n d ,   2 0 1 6 .   [9 ]   Y.  W e n ,   S .   X iao w e i,   Q.  Ro n g   a n d   Z.   Yim e n ,   2 6 - G Hz   p HEM V CO  M M IC ,”   W il e y   M icr o wa v e   a n d   Op ti c a l   T e c h n o l o g y   L e tt e rs ,   v o l.   4 4 ,   p p .   5 5 0 - 5 5 2 ,   2 0 0 5   [1 0 ]   Q.  Zo u ,   M .   Ka ix u e ,   K.  S .   Ye o   a n d   W .   M .   L im ,   De sig n   o f   a   Ku - b a n d   L o w - P h a se - No ise   V CO  Us in g   th e   Du a L C   T a n k s ,”   IEE T ra n sa c ti o n o n   C i rc u it s a n d   S y ste ms   II:  Exp re ss   Briefs,   v o l.   5 9 ,   p p .   2 6 2 - 2 6 6 ,   2 0 1 2 .   [1 1 ]   F .   He rz e ,   G .   P a n ic,  J.  B o rn g r¨a b e r,   D.  Kiss in g e r,   A n   In teg ra ted   V CO  w it h   F re q u e n c y   T rip ler  in   S iG e BiCM OS  w it h   a 1 - d Ba n d w id th   f ro m   2 2   G H z   to   3 2   G Hz   f o M u lt ib a n d   5 G   W irele ss   Ne t w o rk s ,”   1 2 th   Ge rm a n   M icr o wa v e   Co n fer e n c e ,   2 0 1 9 .   [1 2 ]   G .   Ch e n g ,   Z.   L i,   Z.   L i,   T .   Ha n   a n d   M .   T ian ,   A   2 2 - to - 3 6 . 8   G Hz   lo w   p h a se   n o ise   Co lp it ts  V CO  a rra y   in   0 . 1 3 - μm   S iG e BiCM OS  tec h n o lo g y ,”   M icr o e lec tro n ics   J o u r n a l ,   v o l.   88 ,   p p .   7 9 - 8 7 ,   2 0 1 9 .   [1 3 ]   B.   P ier n a s,  K.  Nish ik a w a ,   T .   N a k a g a w a ,   K.  Ara k i,   A   Co m p a c a n d   L o w - P h a se - No ise   Ka - Ba n d   p HEM T - Ba se d   V CO ,”   IEE E   T ra n sa c ti o n s On   M icr o wa v e   T h e o ry   A n d   T e c h n i q u e s,   v o l .   5 1 ,   pp.   7 7 8 - 7 8 3 ,   2 0 0 3 .   [1 4 ]   S.   L .   Ja n g ,   J.   C.   Ho u ,   B.   S .   S h ih ,   G .   Z.   L i,   L o w - p h a se   n o ise   8 . 2 2   G Hz   G a N   HEM o sc il lato u sin g   a   f e e d b a c k   m u lt i - p a th   tan sf o rm e r ,”   W il e y   M i c ro wa v e   a n d   Op t ica T e c h n o lo g y   L e tt e rs ,   v o l.   6 1 ,   p p .   1 - 5 ,   2 0 1 8 .   [1 5 ]   Un it e d   M o n o li t h ic  S e m ico n d u c t o rs,  T a k e   a d v a n tag e   o f   w id e b a n d ,   l o w   n o ise   m e d iu m   p o we r   U M S   P H1 5   G a A p ro c e ss ,   S h a re d   F o u n d ry   Offer ,   2 0 1 8 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec   &   C o m p   E n g   I SS N:  2 0 8 8 - 8708       2 8   GHz b a la n ce d   p HE MT   V C w ith   lo w   p h a s n o is a n d …  ( A b d elh a fid   E s - s a q y )   4629   [1 6 ]   M .   Ri b a te,  R.   M a n d ry ,   J.  Zb i to u ,   L .   El   A b d e ll a o u i ,   A .   Err k ik   a n d   M .   L a trac h ,   A   1 . 2 5   G Hz     3 . 3   G H z   b ro a d b a n d   so li d - sta te  p o w e a m p li f ier  f o L   a n d   S   b a n d a p p li c a ti o n s ,”   In ter n a ti o n a J o u rn a o f   El e c tric a l   a n d   Co m p u ter   En g i n e e rin g   ( IJ ECE ) ,   v o l.   9 ,   p p .   3 6 3 3 - 3 6 4 1 ,   2 0 1 9 .   [1 7 ]   A .   Ha ji m iri a n d   T . H.  L e e ,   A   G e n e ra T h e o ry   o f   P h a se   No ise   in   El e c tri c a Os c il lt o rs ,   IEE J o u rn a l   o S o l id - S ta te   Cicr u it s,   v o l.   3 3 ,   p p .   1 7 9 - 1 9 4 ,   1 9 9 8 .   [1 8 ]   M .   A b a ta,  M .   M a h m o u d ,   S .   M a z e r,   M .   El   Be k k a li ,   C.   A lg a n i,   V - b a n d   tw o   p o le  h ig h - p a ss   f il ter  f o f re q u e n c y   q u a d r u p ler  d e si gn ,   In ter n a ti o n a l   J o u rn a o n   C o mm u n ica ti o n s A n t e n n a   a n d   Pr o p a g a ti o n ,   v o l.   6 ,   p p .   5 6 - 6 0 ,   2 0 1 6 .   [1 9 ]   A .   E s - S a q y ,   M .   A b a ta,  S .   M a z e r,   M .   El  Be k k a li ,   Y.  Ba lb o u l,   M .   El g h a z i,   M .   F a tt a h ,   M .   M e h d a n d   C.   A lg a n i,   De sig n   o f   a   M M IC  Co lp it ts  VCO   f o 5 G   m m - w a v e   b a n d   A p p li c a ti o n s ,   T h e   fi rs in ter n a ti o n a l   c o n fer e n c e   o n   sm a rt i n f o rm a ti o n   &   c o mm u n ica t io n   tec h n o lo g ies ,   2 0 1 9 .   [2 0 ]   X .   W a n g ,   X .   W .   Z h u ,   C.   Yu   a n d   W .   H o n g ,   Co m p a c a n d   lo w   p h a se   n o ise   o sc il lat o e m p lo y in g   m u lt il a y e r   six tee n th - m o d e   su b stra te  in teg ra ted   wa v e g u id e   f il te r   f o 5 ap p li c a ti o n s ,”   IEE T ra n sa c ti o n o n   Co mp o n e n ts,   Pa c k a g i n g   a n d   M a n u f a c tu ri n g   T e c h n o l o g y ,   v o l.   9 ,   p p .   1 8 6 3 - 1 8 7 1 ,   2 0 1 9 .   [2 1 ]   A .   Es - S a q y ,   M .   A b a ta,  S .   M a z e r,   M .   M e h d i,   C.   A lg a n i,   c o m p a ra t iv e   stu d y   b e t w e e n   h a rtl e y   a n d   c o lp it ts  V CO   f o r   5 G   mm - wa v e   b a n d   a p p li c a ti o n s ,   T h e   7 th   M e d it e rr a n e a n   Co n g re ss   o T e lec o mm u n ica t io n s ,   2 0 1 9 .   [2 2 ]   M .   H . Ka sh a n i,   R .   M o lav a n d   S .   M irab b a si ,   A   2 . 3 - m W   2 6 . 3 - G Hz   Gm - b o o ste d   d if fe re n ti a c o lp it ts  V CO    w it h   2 0 %   tu n in g   ra n g e   in   6 5 - n m   CM OS ,   IEE tra n sa c ti o n o n   mic ro wa v e   th e o ry   a n d   tec h n iq u e s ,   v o l.   6 7 ,     p p .   1 5 5 6 - 1 5 6 5 ,   2 0 1 9 .   [2 3 ]   N.  L a c a it a ,   M .   B a ss i,   A .   M a z z a n ti ,   a n d   F .   S v e lt o ,   A   K - b a n d   l o w - n o ise   b ip o lar  c las s - V CO  f o 5 G   b a c k h a u l   s y ste m s in   5 5   n m   BiCM OS  tec h n o lo g y ,   In teg ra ti o n ,   th e   VL S J o u rn a l,   v o l.   6 3 ,   p p .   2 9 9 - 3 0 5 ,   2 0 1 8 .   [2 4 ]   S .   J.  Az h a ri  a n d   M .   Zare ie,  lo v o lt a g e   lo p o w e r   CM OS  i m p lem e n tatio n   o f   se c o n d   g e n e ra ti o n   o rd e rly   c u rre n t   bu f f e r ,”   Ira n ia n   J o u rn a o El e c tr ica a n d   El e c tro n ic  En g in e e rin g ,   v o l.   1 5 p p .   2 5 8 - 2 6 8 ,   2 0 1 9 .   [2 5 ]   A .   S id d iq u e ,   T . S .   De lw a r,   M .   Ku rb a n o v   a n d   J. Y.  Ry u ,   L o w - p o we lo w - p h a se   n o ise   V CO  f o 2 4   G Hz   a p p li c a ti o n s ,”   M icr o e lec tro n ics   J o u rn a l,   v o l.   9 7 ,   p p .   1 - 2 3 ,   2 0 2 0 .       B I O G RAP H I E S   O F   AUTH O RS       Abd e lh a fid   E s - sa q y ,   wa b o rn   in   T IS S A ,   M o ro c c o ,   i n   Ja n u a ry   1 9 9 2 .   Re c e iv e d   h is  M a ste r   d e g re e   in   M icro e lec tro n ics   f ro m   fa c u lt y   o sc ien c e Dh a E L   M a h ra z   F e z   M o ro c c o ,   in   2 0 1 8 .     He   is  n o w   P h . D.  st u d e n in   A rti f icia In telli g e n c e ,   Da ta  S c ie n c e a n d   Em e r g in g   S y ste m L a b o ra to ry   a th e   Un iv e rsit y   o f   S id M o h a m e d   Be n   A b d e ll a h   F e z .   His  m a in   re se a rc h   in tere st  in c lu d e s M ix e rs an d   L o c a Os c il lato rs .         M a r y a m   A b a t a ,   b o rn   in   1 9 8 9   in   Na d o r,   M o r o c c o ,   o b tain e d   M a ste r’s  d e g re e   in   2 0 1 2   a t     th e   Na ti o n a S c h o o o f   A p p li e d   S c ien c e s.  S h e   re c e iv e d   th e   P h . D.  in   T e lec o m m u n ica ti o n a n d   M icro - w a v e s d e v ice f ro m   S id M o h a m e d   Be n   A b d e ll a h   Un iv e rsi ty   o f   F e z         M a h m o u d   M e h d i   wa b o rn   in   Be iru t,   L e b a n o n ,   i n   1 9 7 4 .   He   re c e iv e d   h is  P h . D.  i n   h ig h   f re q u e n c y   c o m m u n ica ti o n   sy ste m s f ro m   th e   u n iv e rsity   o f   P a ris  M a rn e   la V a ll é e ,   F ra n c e   2 0 0 5 .   He   is  a n   a ss o c iate   p r o f e ss o in   t h e   P h y sic De p a rtme n o f   th e   F a c u l t y   o f   sc ien c e a th e   L e b a n e se   Un iv e rsit y ,   Be iru t,   L e b a n o n .   Hi re se a rc h   in tere sts  in c lu d e   M o n o li th ic  M icro w a v e   In teg ra t e d   Circu it (M M IC),   M icro - El e c tro - M e c h a n ica S y ste m (M EM S ),   Ra d io f re q u e n c y ,   Do u b le   Ba lan c e d   a n d   Distrib u ted   M ix e rs,  L o c a l   Os c il lato r,   TW   Am p li f i e rs,  Op to e lec tro n ic  M ix e f o r   L ID A s y ste m ,   Op ti c a s y ste m a n d   d e sig n ,   a n d   P h o t o - d e tec t o rs.  He   is  c o u rse   lea d e i n   m icro w a v e   d e v i c e f o th e   M a ste r s p ro g ra m   in   El e c tro n ics         S a id   M a z e r ,   b o rn   in   1 9 7 8 .   P h i n   e lec tro n ics   a n d   sig n a p ro c e ss in g   a th e   Un iv e r sit y   o M a rn e - La - V a ll é e .   Cu rre n tl y   p ro f e ss o a t   th e   Na ti o n a S c h o o o f   A p p li e d   S c ien c e o F e z ,   M o ro c c o   a n d   h e   is  a   m e m b e o A rti f i c ial  In telli g e n c e ,   Da ta  S c ien c e a n d   E m e rg in g   S y ste m L a b o ra to ry   a   th e   Un iv e rsity   o f   S id M o h a m e d   Be n   A b d e ll a h   F e z .                   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I SS N :   2088 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  1 0 ,   No .   5 ,   Octo b e r   2 0 2 0     4 6 2 3   -   4630   4630     M o h a m m e d   F a tta h ,   re c e iv e d   h i P h . D.   in   T e lec o m m u n ica ti o n a n d   CEM   a t h e   Un iv e rsity   o S id M o h a m e d   Be n   A b d e ll a h   (USM BA F e z ,   M o ro c c o ,   2 0 1 1 .   He   is  a   p ro f e s so in   th e   El e c tri c a E n g in e e rin g   De p a rtme n o f   th e   Hig h   sc h o o o f   tec h n o l o g y   a t h e   M o u lay   Is m a il   Un iv e rsit y   (UMI ),   M e k n e s,  M o ro c c o   a n d   h e   is  m e m b e r   o f   th e   tea m   re s e a rc h   ‘In f o rm a ti o n   P r o c e ss in g   a n d   T ra n s m issio n ’,   L I A   lab o ra to ry ,   UMI.         M o u lh i m e   El  B e k k a li ,   re c e iv e d   th e   P h D.   d e g re e   in   1 9 9 1   f ro m   th e   UST L   Un iv e r sit y   L il le  1 ,   F ra n c e ,   h e   w o rk e d   o n   X - b a n d   p ri n ted   a n te n n a a n d   th e ir  a p p li c a ti o n t o   m icro wa v e   ra d a r.   He   is   a   p ro f e ss o in   th e   El e c tri c a En g in e e rin g   De p a rt m e n o S u p e ri o S c h o o o f   T e c h n o l o g y ,   F e z   (ES T F ).   He   is  m e m b e o f   A r ti f icia In telli g e n c e ,   Da ta  S c ien c e a n d   Em e r g in g   S y ste m L a b o ra to ry .   S in c e   2 0 0 9 ,   P r .   El   B e k k a li   se rv e d   a v ice   P re sid e n t   a t   Un iv e rsity   o f   S id M o h a m e d   Be n   A b d e ll a h   (USM BA F e z ,   M o ro c c o .         Ca th e r in e   Alg a n i ,   b o rn   i n   1 9 6 3 .   P h in   e lec tro n ics   a th e   Un iv e rsit y   P ierre   a n d   M a rie  Cu rie   (P a ris  V I).   Un iv e rsit y   p ro f e ss o a th e   Na ti o n a Co n se rv a to ry   o f   A rts  a n d   Cra f ts,  CN A M - P a ris .   S h e   is t h e   re sp o n sib le  o f   th e   re se a rc h   tea m   c o m m u n ica ti o n   sy ste m s”   a ES YCO M   lab o ra t o ry .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.