122 GHz SiGe BiCMOS high resolution FMCW RADAR front-end for remote sensing applications

RADAR sistemleri birçok yeni uygulama alanlar görererek otomobillerimizde, cep telefonlarımızda ve daha fazlasında günlük hayatımızın bir parçası haline gelmektedir. SiGe BiCMOS ve derin ölçekli CMOS gibi Silikon bazlı proses teknolojilerindeki devamlı gelişmeler, milimetre dalga frekanslarında (30-300 GHz) çalışan düşük maliyetli, yüksek seviyede entegre sistemlerin yolunu açtı. Bu frekans spektrumunun kullanımı, el hareketi tanıma, insan yürüyüşü izleme, yaşamsal belirti algılama ve RADAR kullanımıyla görüntüleme gibi yüksek çözünürlüklü algılama uygulamalarına olanak tanımaktadır. Bu tezde, yüksek çözünürlüklü algılama uygulamaları için 122 GHz merkezli bir FMCW RADAR ön-uç devresi tasarlanmıştır. Tasarlanan sistem, diferansiyel mimari kullanır ve hem 122 GHz ISM bandında hem de <1cm aralık çözünürlüğü performansı için 110-130 GHz bant genişliğinde de çalışabilir. Tasarlanan sistem, 300/500 GHz ft/fmax ile HBT aygıtları sunan IHP 0.13µm SiGe:C BiCMOS teknolojisi kullanılarak üretime gönderildi. Sistem bir LNA, PA, Mikser, LO yükselteci, x16 aktif frekans çarpanı ve diferansiyel güç bölücüsünden oluşur. Tam sistemin simülasyon sonuçları 31 dB alıcı dönüştürme kazancı, 9.9 dB tek yan bant NF, ve 247 mW DC güç tüketimi ile 10.1dBm çıkış gücü göstermektedir. Tam sistem 4mm^2'lık bir kırmık alanı kaplar ve gelecekte ölçeklenebilir uygulamalar için uygundur. Sistem simülasyonları, tasarlanan sistemin 1 m'den daha uzun bir mesafeden bir insan elini $<$1 cm bir aralık çözünürlüğü ile güvenilir bir şekilde algılayabildiğini doğrular.