imec低功耗鎖相迴路 滿足140GHz短距毫米波雷達應用

於2023年國際固態電路會議（ISSCC）上，比利時微電子研究中心（imec）展示一款採用數位校正與充電幫浦技術的創新鎖相迴路（PLL），能以低功耗產生高品質的調頻連續波（FMCW）訊號，滿足毫米波雷達應用。該電路是未來短距雷達應用的重要構件，包含車內與車外感測器，以及協作機器人感測器等。

圖一 : imec低功耗鎖相迴路 滿足140GHz短距毫米波雷達應用

在汽車、醫療與工業等各式應用，採用毫米波技術的FMCW雷達越來越受歡迎。這些雷達能傳輸頻率隨著時間呈現線性增加的正弦波，這種掃頻訊號稱為線性調頻訊號或啁啾（chirp）。雷達訊號在接觸目標物後會反射，由接收器捕捉的回波訊號會與原本的線性調頻訊號混合，隨後就能測量目標物的距離與速度。雷達訊號的品質主要取決於鎖相迴路的性能，這些電路負責生成線性調頻訊號。

imec開發的創新鎖相迴路能發出高品質的高度線性調頻訊號，工作頻段集中在16GHz，訊號頻寬為1.5GHz。調頻訊號的週期縮短至12μs，測量誤差也降至41kHzrms，性能表現亮眼。該迴路能在1μs以內快速啟動，最短重置時間僅需1μs。調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啾，藉此減省大量功耗。舉例來說，該迴路在佔空比為50%時的功耗為9.2mW，佔空比為1%時功耗則降至1.48mW。就算在電源關閉的情況下，初始啁啾的測量誤差也能控制在41kHz以下。透過導入充電幫浦，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位轉換器，該迴路就能快速自行校正，實現極短的工作週期。
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