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日前舉行的2023年國際固態(tài)電路會議(ISSCC)上，比利時微電子研究中心(imec)展示一款採用數(shù)位校正與充電幫浦技術(shù)的創(chuàng)新鎖相迴路(PLL)，能以低功耗產(chǎn)生高品質(zhì)的調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)訊號，滿足毫米波雷達(dá)應(yīng)用。該電路是未來短距雷達(dá)應(yīng)用的重要構(gòu)件，包含車內(nèi)與車外感測器，以及協(xié)作機器人感測器等。
在汽車、醫(yī)療與工業(yè)等各式應(yīng)用，採用毫米波技術(shù)的FMCW雷達(dá)越來越受歡迎。這些雷達(dá)能傳輸頻率隨著時間呈現(xiàn)線性增加的正弦波，這種掃頻訊號稱為線性調(diào)頻訊號或啁揪(Chirp)。雷達(dá)訊號在接觸目標(biāo)物后會反射，由接收器捕捉的回波訊號會與原本的線性調(diào)頻訊號混合，隨后就能測量目標(biāo)物的距離與速度。雷達(dá)訊號的品質(zhì)主要取決于鎖相迴路的性能，這些電路負(fù)責(zé)生成線性調(diào)頻訊號。
imec開發(fā)的創(chuàng)新鎖相迴路能發(fā)出高品質(zhì)的高度線性調(diào)頻訊號，工作頻段集中在16GHz，訊號頻寬為1.5GHz。調(diào)頻訊號的週期縮短至12μs，測量誤差也降至41kHzrms，性能表現(xiàn)亮眼。該迴路能在1μs以內(nèi)快速啟動，最短重置時間僅需1μs。調(diào)頻訊號生成器採用短工作週期的運作模式，也就是在單一脈衝合成多個啁揪，藉此減省大量功耗。舉例來說，該迴路在工作週期為50%時的功耗為9.2mW，工作週期為1%時功耗則降至1.48mW。就算在電源關(guān)閉的情況下，初始啁揪的測量誤差也能控制在41kHz以下。透過導(dǎo)入充電幫浦，採用28nm CMOS製程，以及擴充一顆具備相位偏移補償功能的時間數(shù)位轉(zhuǎn)換器，該迴路就能快速自行校正，實現(xiàn)極短的工作週期。
這款鎖相迴路具備多項優(yōu)異性能，非常適合汽車短距雷達(dá)應(yīng)用，感測距離可達(dá)數(shù)十公尺。imec研究計畫組長Ilja Ocket表示：「這些應(yīng)用包含負(fù)責(zé)偵測駕駛與乘客位置、動作與舒適度的車內(nèi)雷達(dá)，以及提供停車輔助或車輛感測功能的車外感測器。這款鎖相迴路也能用于機器人的雷達(dá)應(yīng)用，例如裝設(shè)在協(xié)作機器人上的感測裝置，可以改良工業(yè)環(huán)境人機互動的安全性及效率；它也能作為無人機等小型移動裝置或載具的承載式雷達(dá)。在今年ISSCC上，我們將這款搭配充電幫浦設(shè)計的創(chuàng)新鎖相迴路與imec現(xiàn)有的140GHz雷達(dá)收發(fā)器進行整合，透過示范實際可行的應(yīng)用來展示毫米波雷達(dá)技術(shù)未來在汽車與工業(yè)應(yīng)用的潛能。這款迴路還能作為升頻轉(zhuǎn)換器，把像是80GHz訊號等其它載波轉(zhuǎn)換為毫米波雷達(dá)訊號?！?/p>
imec整合創(chuàng)新PPL的140GHz雷達(dá)收發(fā)器Demo平臺
圖片來源：imec
