Millimeter Wave Integrated Circuits in an Advanced CMOS Technology for Automotive Radar Applications
Published on 24. November 2022
Book
Paperback/Softback
133 pages
978-3-8439-5175-3 (ISBN)
Description
Für die Entwicklung eines leistungsstarken automobilen Radarsystems werden innovative Schaltungskonzepte benötigt, mit denen die Leistungsbeschränkungen aufgrund der fortschrittlichen CMOS-Technologie überwunden werden können. Deshalb werden die drei wichtigsten Komponenten eines Radarsystems, der spannungsgesteuerte Oszillator (VCO), Leistungsverstärker und Empfänger, systematisch analysiert und neue Schaltungskonzepte angewandt, um die beste Leistung jeder Komponente zu erreichen.
Für den Entwurf eines VCO mit geringem Phasenrauschen werden verschiedene Oszillatorkonzepte systematisch untersucht und Techniken zur Minimierung des Phasenrauschens theoretisch analysiert und durch intensive Simulationen bestätigt. Das am besten geeignete Oszillator Konzept wird ausgewählt und auf dessen Grundlage werden zwei VCOs für verschiedene Zielanwendungen optimiert und implementiert. Des Weiteren wird ein dreistufiger Leistungsverstärker basierend auf einer Kaskodearchitektur entworfen. Durch das Stapeln von zwei Transistoren kann eine wesentlich höhere Ausgangsleistung erzielt werden, ohne dass Leistungskombinationstechniken eingesetzt werden müssen. Als letzter wichtiger Baustein wird eine Empfänger Architektur, basierend auf einem vorgeschalteten passiven Mischer, zusammen mit einem zweistufigen LO-Verstärker und einem rauscharmen Basisband Verstärker vorgestellt und entworfen. Mit dieser Architektur wird eine niedrige Rauschzahl zusammen mit einer hohen Linearität im Empfänger erreicht.
Abschließend werden alle oben vorgestellten Bausteine in einen Doppel VCO Transceiver integriert. Darüber hinaus wurde in der ersten Implementierung eine Verschlechterung des Rauschverhaltens durch die Integration aller Bausteine beobachtet und die Ursachen und Lösungen werden analytisch und experimentell herausgearbeitet. Die demonstrierte Leistungsfähigkeit des Transceivers zeigt die Machbarkeit eines automobilen Radarsystems in einer fortschrittlichen CMOS-Technologie.
Für den Entwurf eines VCO mit geringem Phasenrauschen werden verschiedene Oszillatorkonzepte systematisch untersucht und Techniken zur Minimierung des Phasenrauschens theoretisch analysiert und durch intensive Simulationen bestätigt. Das am besten geeignete Oszillator Konzept wird ausgewählt und auf dessen Grundlage werden zwei VCOs für verschiedene Zielanwendungen optimiert und implementiert. Des Weiteren wird ein dreistufiger Leistungsverstärker basierend auf einer Kaskodearchitektur entworfen. Durch das Stapeln von zwei Transistoren kann eine wesentlich höhere Ausgangsleistung erzielt werden, ohne dass Leistungskombinationstechniken eingesetzt werden müssen. Als letzter wichtiger Baustein wird eine Empfänger Architektur, basierend auf einem vorgeschalteten passiven Mischer, zusammen mit einem zweistufigen LO-Verstärker und einem rauscharmen Basisband Verstärker vorgestellt und entworfen. Mit dieser Architektur wird eine niedrige Rauschzahl zusammen mit einer hohen Linearität im Empfänger erreicht.
Abschließend werden alle oben vorgestellten Bausteine in einen Doppel VCO Transceiver integriert. Darüber hinaus wurde in der ersten Implementierung eine Verschlechterung des Rauschverhaltens durch die Integration aller Bausteine beobachtet und die Ursachen und Lösungen werden analytisch und experimentell herausgearbeitet. Die demonstrierte Leistungsfähigkeit des Transceivers zeigt die Machbarkeit eines automobilen Radarsystems in einer fortschrittlichen CMOS-Technologie.