你知道哪些毫米波雷达方案?毫米波收发机芯片实现介绍

如果你对毫米波技术或者毫米波应用感兴趣，那本文无疑是一大福利。本文对于毫米波的介绍，将基于两大方面：1.介绍两大24GHz汽车毫米波雷达芯片方案，2.讲解如何实现毫米波收发机芯片，一起来了解下吧。

一、24GHz汽车毫米波雷达芯片方案

毫米波雷达指工作在毫米波波段的雷达。采用雷达向周围发射无线电，通过测定和分析反射波以计算障碍物的距离、方向和大小。典型应用有汽车防撞雷达、直升机防控雷达和精密跟踪雷达等，目前最新的汽车毫米波雷达可以识别出车和行人。

1.汽车毫米波雷达芯片方案

以下介绍一种基于UMS公司推出的24GHz集成收发芯片的汽车毫米波雷达方案。

24GHz汽车毫米波雷达方案主要由24GHz射频收发芯片、控制单元和CAN总线接口组成，其中24GHz射频收发芯片实现毫米波信号的生成、发射和接收，控制单元利用算法实现测距和测速的功能，CAN总线接口负责和汽车其他部件通信，以下是24GHz汽车毫米波雷达的基本框图：

图1：24GHz汽车毫米波雷达的基本框图

基于该解决方案，可以实现盲点检测(BSD)、车道改变辅助(LCA)/偏离预警(LDW)、自适应巡航控制(ACC)等汽车防撞雷达的应用。此外，也可以实现智能交通类测速测距、安防、工业控制等领域的测距、测速雷达的应用。

该解决方案的核心器件是UMS公司推出的业内唯一采用砷化镓工艺的24GHz集成收发芯片CHC2442，以下是该器件的主要性能：

• 发射功率13.5dBm

• 发射增益控制范围12dB

• 接收增益37dB

• 接收增益控制范围24dB

• 噪声系数11dB(中频大于100KHz，射频增益最大)

• 输入1dB压缩点-16dBm

• VCO相噪 -90dBc/Hz@100KHz

• 温度范围-40℃到125℃

• 工作电压3.3V

• 封装QFN4*5，满足RoHS标准

UMS推出的24GHz雷达收发芯片以汽车级的工作温度范围、更大的发射功率，优良的VCO输出相噪等优势成为24GHz汽车毫米波雷达方案的最佳选择。

2.24G微波频率VCO方案

针对24GHz汽车毫米波雷达系统，UMS推出了适用于分立系统的压控振荡器(VCO)产品CHV2421-QDG。该器件是一款GaAs InGaP异质结双极性晶体管(HBT)MMIC VCO，CHV2421-QDG内部集成了谐振器、负电阻器件、变容二极管和预分频器。

以下是CHV2421-QDG的功能框图，从图中可以看出该VCO可以产生两路分频输出高达15dBm的24GHz微波频率。

图2： CHV2421功能框图

CHV2421的产品特性：

• 频率范围24-24.5GHz

• 典型输出功率15dBm

• 输出动态范围13dB

• 相位噪声-90dBc/Hz

• 非谐振发射杂波抑制度80dBc

• 预分频发射杂波抑制度55dBc

• 工作电压5V

• 工作温度-40℃~105℃

• 调谐电压0.5-5.5V

• 预分频输出功率0dBm

• 24L-QFN封装无铅焊接

• 满足MSL1标准

二、毫米波收发机芯片如何实现

商用的毫米波收发机芯片会使用CMOS工艺，这一方面为了能够和数字模块集成，另一方面为了节省成本。毫米波收发机芯片的结构和传统频段收发机很相似，但是毫米波收发机有着独特的设计挑战。

其一是如何控制功耗。毫米波收发机要求CMOS器件能工作在毫米波频段，所以要求CMOS器件对信号的灵敏度很高。

另一个毫米波芯片必须考虑的问题是传输线效应。

我们可以把电路中的导线类比成绳子，而把电路中的信号源类比为对绳施力的人。当信号变化的频率很慢的时候，就近似地等于静力分析，此时导线上每一点的信号都近似地等于信号源的信号。当信号变化很快时，由于信号的波长接近或小于导线的长度，我们必须仔细考虑导线上每一点的情况，而且导线的性质(特征阻抗)会极大地影响信号的传播。

这种效应在电磁学中被称为“传输线效应”，在设计毫米波芯片时必须仔细考虑传输线效应才能确保芯片正常工作。

不过，尽管设计充满挑战，毫米波芯片大规模商用化目前已现曙光。