你知道哪些毫米波雷達(dá)方案?毫米波收發(fā)機(jī)芯片實現(xiàn)介紹

如果你對毫米波技術(shù)或者毫米波應(yīng)用感興趣，那本文無疑是一大福利。本文對于毫米波的介紹，將基于兩大方面：1.介紹兩大24GHz汽車毫米波雷達(dá)芯片方案，2.講解如何實現(xiàn)毫米波收發(fā)機(jī)芯片，一起來了解下吧。

一、24GHz汽車毫米波雷達(dá)芯片方案

毫米波雷達(dá)指工作在毫米波波段的雷達(dá)。采用雷達(dá)向周圍發(fā)射無線電，通過測定和分析反射波以計算障礙物的距離、方向和大小。典型應(yīng)用有汽車防撞雷達(dá)、直升機(jī)防控雷達(dá)和精密跟蹤雷達(dá)等，目前最新的汽車毫米波雷達(dá)可以識別出車和行人。

1.汽車毫米波雷達(dá)芯片方案

以下介紹一種基于UMS公司推出的24GHz集成收發(fā)芯片的汽車毫米波雷達(dá)方案。

24GHz汽車毫米波雷達(dá)方案主要由24GHz射頻收發(fā)芯片、控制單元和CAN總線接口組成，其中24GHz射頻收發(fā)芯片實現(xiàn)毫米波信號的生成、發(fā)射和接收，控制單元利用算法實現(xiàn)測距和測速的功能，CAN總線接口負(fù)責(zé)和汽車其他部件通信，以下是24GHz汽車毫米波雷達(dá)的基本框圖：

圖1：24GHz汽車毫米波雷達(dá)的基本框圖

基于該解決方案，可以實現(xiàn)盲點檢測(BSD)、車道改變輔助(LCA)/偏離預(yù)警(LDW)、自適應(yīng)巡航控制(ACC)等汽車防撞雷達(dá)的應(yīng)用。此外，也可以實現(xiàn)智能交通類測速測距、安防、工業(yè)控制等領(lǐng)域的測距、測速雷達(dá)的應(yīng)用。

該解決方案的核心器件是UMS公司推出的業(yè)內(nèi)唯一采用砷化鎵工藝的24GHz集成收發(fā)芯片CHC2442，以下是該器件的主要性能：

? 發(fā)射功率13.5dBm

? 發(fā)射增益控制范圍12dB

? 接收增益37dB

? 接收增益控制范圍24dB

? 噪聲系數(shù)11dB(中頻大于100KHz，射頻增益最大)

? 輸入1dB壓縮點-16dBm

? VCO相噪 -90dBc/Hz@100KHz

? 溫度范圍-40℃到125℃

? 工作電壓3.3V

? 封裝QFN4*5，滿足RoHS標(biāo)準(zhǔn)

UMS推出的24GHz雷達(dá)收發(fā)芯片以汽車級的工作溫度范圍、更大的發(fā)射功率，優(yōu)良的VCO輸出相噪等優(yōu)勢成為24GHz汽車毫米波雷達(dá)方案的最佳選擇。

2.24G微波頻率VCO方案

針對24GHz汽車毫米波雷達(dá)系統(tǒng)，UMS推出了適用于分立系統(tǒng)的壓控振蕩器(VCO)產(chǎn)品CHV2421-QDG。該器件是一款GaAs InGaP異質(zhì)結(jié)雙極性晶體管(HBT)MMIC VCO，CHV2421-QDG內(nèi)部集成了諧振器、負(fù)電阻器件、變?nèi)荻O管和預(yù)分頻器。

以下是CHV2421-QDG的功能框圖，從圖中可以看出該VCO可以產(chǎn)生兩路分頻輸出高達(dá)15dBm的24GHz微波頻率。

圖2： CHV2421功能框圖

CHV2421的產(chǎn)品特性：

? 頻率范圍24-24.5GHz

? 典型輸出功率15dBm

? 輸出動態(tài)范圍13dB

? 相位噪聲-90dBc/Hz

? 非諧振發(fā)射雜波抑制度80dBc

? 預(yù)分頻發(fā)射雜波抑制度55dBc

? 工作電壓5V

? 工作溫度-40℃~105℃

? 調(diào)諧電壓0.5-5.5V

? 預(yù)分頻輸出功率0dBm

? 24L-QFN封裝無鉛焊接

? 滿足MSL1標(biāo)準(zhǔn)

二、毫米波收發(fā)機(jī)芯片如何實現(xiàn)

商用的毫米波收發(fā)機(jī)芯片會使用CMOS工藝，這一方面為了能夠和數(shù)字模塊集成，另一方面為了節(jié)省成本。毫米波收發(fā)機(jī)芯片的結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)頻段收發(fā)機(jī)很相似，但是毫米波收發(fā)機(jī)有著獨特的設(shè)計挑戰(zhàn)。

其一是如何控制功耗。毫米波收發(fā)機(jī)要求CMOS器件能工作在毫米波頻段，所以要求CMOS器件對信號的靈敏度很高。

另一個毫米波芯片必須考慮的問題是傳輸線效應(yīng)。

我們可以把電路中的導(dǎo)線類比成繩子，而把電路中的信號源類比為對繩施力的人。當(dāng)信號變化的頻率很慢的時候，就近似地等于靜力分析，此時導(dǎo)線上每一點的信號都近似地等于信號源的信號。當(dāng)信號變化很快時，由于信號的波長接近或小于導(dǎo)線的長度，我們必須仔細(xì)考慮導(dǎo)線上每一點的情況，而且導(dǎo)線的性質(zhì)(特征阻抗)會極大地影響信號的傳播。

這種效應(yīng)在電磁學(xué)中被稱為“傳輸線效應(yīng)”，在設(shè)計毫米波芯片時必須仔細(xì)考慮傳輸線效應(yīng)才能確保芯片正常工作。

不過，盡管設(shè)計充滿挑戰(zhàn)，毫米波芯片大規(guī)模商用化目前已現(xiàn)曙光。

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