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TechnicalFeature 技术特写

普勒频移现象，即从目标反射回的电磁波频率发生变化。这种
频移在高频带可以被更精确地测量，进而可以更准确地确定目 100 25
标的速度。 90 10 MHz IF
随着时间的推移，来自多个传感器的数据，包括高光 High
谱成像仪、红外摄像机和超声波传感器，都将被添加到雷达 80 20
中，合并到一个通用平台上，每个平台都具有各自的优缺 70 57 dB
点。雷达技术是一种环境友好型解决方案，当涉及隐私问题
或法规禁止使用相机时，它可以作为光学图像传感器的替代 60 Mid 15
品。作为雷达传感技术发展的补充，物理模式识别的进步推 50 Effective Isotropic NF (dB)
动了先进的机器学习技术，并实现利用雷达的多普勒特征对 Rx Gain (dB)
物体或姿势进行分类。 40 10
30 Low
140GHz FMCW雷达接收器集成电路
针对生命体征监测和姿势识别，IMEC开发了一款带有片 20 5
上天线的140GHz FMCW雷达收发器。雷达的工作范围为0.15 10
米至10米，射程分辨率为11毫米，射频带宽为13GHz，中心频
0 0
率为145GHz。收发器IC采用28nm模块CMOS技术制造，可实
130 135 140 145 150 155 160
现低成本的解决方案。 Frequency (GHz)
雷达的主要构建模块是集成收发器，收发器包括片上天线
和子采样数字锁相环（PLL），形成FMCW啁啾发生器。集成 图3：接收器增益和有效的各向同性噪声表现。
在同一芯片上的天线之间的相互耦合，将导致发射（Tx）和 CW）更加容易。
接收（Rx）路径之间的串扰；然而，雷达的接收器中具有消 PLL可以产生调频的CW信号，使用线性锯齿波形在宽
除片上泄露的功能，因此可以避免这种串扰效应，但这可能导 频带范围内调制载波频率。调制锯齿的重复率称为啁啾率。
致增益压缩和DC偏移。雷达接收器可以测量反射和发射的RF IMEC开发并定义了28nm模块CMOS工艺制造的16GHz快速啁
啁啾频率之间的差异。这种频率差异被转换至MHz范围，在实 啾PLL（如图1a）。该PLL既可以在经典模式下工作，也可以
现放大、滤波和模数转换方面比其他雷达波形（如相位调制的 在无分频器子采样模式下工作，具有一定的灵活性和高性能。
PLL在30μs的啁啾周期内实现了
表1 1.5GHz的宽啁啾带宽，允许快速的
锯齿调频（如图1b）。
单芯片毫米波雷达收发器
多个收发器IC用于创建2×2
Wuppertal, I. Nasr, MIMO雷达，增强了单输入单输
Reference This Work Trans. THz TI, JSSC TI, ISSCC IHP, IMS Google, IFX,

4
3
2016 1 2014 2 2018 2016 JSSC 2016 出雷达的距离和速度检测能力。
MIMO增加了方位角分辨率，提供
28 nm 0.13 m 65 nm 45 nm 0.13 m 0.35 m
Technology
CMOS SiGe CMOS CMOS SiGe SiGe 了解决目标方向的附加信息。
Radar Type FMCW FMCW Pulsed FMCW FMCW FMCW 在MIMO结构中，一个中心频
率为16GHz的啁啾信号被分配到多
Antenna On Chip On Chip In Package In Package On Chip In Package
个Tx输入。使用级联的两个三倍频
Frequency (GHz) 145 240 160 79 122 60
器将信号上变频到144GHz，然后
RF Bandwidth 通过片上天线进行放大和发射。辐
(GHz) 13 60 7 4 5.8 7
射出的啁啾信号被位于天线宽边的
Range Resolution 1.1 0.3 2.1 3.8 2.6 2.1 目标反射并由片上接收器捕获。反
(cm)
射信号在接收器中被放大，并使用
Channels 1Tx-1Rx 1Tx-1Rx 4Tx-4Rx 3Tx-4Rx 1Tx-1Rx 2Tx-4Rx 混频器与初始啁啾信号的复制信号
Single Path 进行比较。接收信号的延迟，即从
Tx Power/EIRP 11.5 (EIRP) 5 4 10.8 5 4 信号发射到信号从目标返回的渡越
(dBm)
时间，将导致接收信号频率与参考
Rx Gain (dB) 80 10 42.5 NA NA 19
啁啾信号相比存在瞬间频偏。信号
Noise Figure (dB) 8 21 22.5 18 NA 9.5 源与目标的距离越大，相对频移越
IF Bandwidth 17 18 100 15 NA 1 大，并且从下变频信号的频率获得
(MHz)
目标的范围也越大。接收器的输出
2
Chip Size (mm ) 6.5 3.2 20 22 10.35 20.2 模拟信号也被转换为数字信号，使
Power Diss. for 其能够进行信号处理，进而提取目
All Channels 500 1800 2200 +0 3500 ++ NA 990 x 标的范围和速度。
(mW)
发射机的特点是有效的各向同
+ Includes On-Chip PLL and ADC
++ Includes On-Chip PLL, ADC and DSP 性辐射功率（EIRP）。对于集成
0 Power Dissipation in Pulsed Operation 的140GHz雷达原型，测得的EIRP
x RF Front-End Only with On-Chip VCO 高达11dBm，3dB带宽为127GHz至
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