Loading…
60- and 122-GHz SiGe BiCMOS transceivers for FMCW radar applications
Öztürk, Efe
The continuous need for high-performance transceivers with demanding parameters for huge in-dustries targeting important radar applications are driving researchers to search for ways to im-prove the fabrication technologies, circuit topologies and system architectures. A considerable care should be exercised to achieve compact wideband chips at high frequencies with high output power and low power consumption built using low-cost technologies so that important radar metrics such as the detection range, resolution and accuracy could be further enhanced. As much as the core circuit, the overall performance is also determined by the designed package, antenna and baseband signal processing system. Therefore the whole process in designing a high-end complete product available in large volumes requires a combination of many factors, and in hierarchy, transceiver designs should be optimized based on the system requirements and the available packaging technology.
In this dissertation, the design steps, simulation and measurement results of fabricated transceiver chips to be utilized in FMCW radar applications are described. These MMICs which are built using 130 nm SiGe BiCMOS technology include single-channel monostatic, double-receive-channel and multi-channel transceiver versions operating within the ISM bands allocated around 60- and 122-GHz. With these compact chips, high detection range and resolution could be provided, thanks to their high EIRP and operation bandwidth. For the initial tests, the chips are wirebonded to high frequency substrates including wirebond compensation networks and on-board antennas. On the other hand, various package solutions for high frequency integration are developed and the measurement results of the manufactured samples are shared. Finally using the designed radar evaluation boards, real-time FMCW radar tests are conducted and successful target range detection measurements are achieved. Based on these results, it proves the suitability of the designed transceiver modules in FMCW radar applications requiring high radar range, resolution and accuracy.
Der ständig steigende Bedarf an Transceivern mit anspruchsvollen Leistungsparametern für wichtige Industriezweige, die auf Radaranwendungen abzielen, motiviert Forscher, nach Wegen zu suchen, um Herstellungstechnologien, Schaltungs-Topologien und Systemarchitekturen zu verbessern. Es muss großer Aufwand darauf gerichtet werden, kompakte Breitbandchips mit hohen Frequenzen und hoher Ausgangsleistung sowie geringem Stromverbrauch zu entwickeln, die unter Verwendung kostengünstiger Technologien hergestellt werden, damit wichtige Radar-Parameter wie Erfassungsbereich, Auflösung und Genauigkeit weiter verbessert werden können. Genau wie der HF- Kern Leistungsfähigkeit wird auch die Gesamtleistung durch das verwendete Package, die Antenne und das Basisbandsignalverarbeitungssystem bestimmt. Daher erfordert der gesamte Prozess zum Entwickeln eines High-End-Komplettprodukts, das in großen Stückzahlen produziert werden soll, eine Kombination vieler Faktoren. In der Hierarchie sollten die Transceiver-Designs auf der Grundlage der Systemanforderungen und der verfügbaren Packaging-Technologie optimiert werden.
In dieser Dissertation werden die Entwurfsschritte sowie die Simulations- und Messergebnisse der hergestellten Transceiver-Chips für FMCW-Radaranwendungen beschrieben. Diese MMICs, die mit der 130-nm-SiGe-BiCMOS-Technologie hergestellt werden, umfassen einkanalige monostatische, zweikanalige und mehrkanalige Transceiver-Versionen, die innerhalb der ISM-Bänder mit 60 und 122 GHz arbeiten. Mit diesen kompakten Chips können dank ihrer hohen EIRP und Operationsbandbreite ein hoher Erfassungsbereich und eine hohe Auflösung erreicht werden. In den ersten Tests werden die Chips mit Hochfrequenzsubstraten, einschließlich Wirebond-Kompensationsnetzwerken und On-Board-Antennen, verkabelt. Zum anderen werden verschiedene Paketlösungen für die Hochfrequenzintegration entwickelt und die Messergebnisse der gefertigten Proben ausgetauscht. Schließlich werden unter Verwendung der entworfenen Radar Evaluation Boards Echtzeit-FMCW-Radartests durchgeführt und erfolgreiche Zielbereichserkennungsmessungen erzielt. Basierend auf diesen Ergebnissen wird die Eignung der entworfenen Transceiver-Module für FMCW-Radaranwendungen unter Beweis gestellt, die eine hohe Radarreichweite, Auflösung und Genauigkeit erfordern.
frequency modulated continuous wave radarSiGe BiCMOS technologyV-Band Wideband Transceiver MMICsD-Band Wideband Transceiver MMICsAntenna-on-Package (AoP)Antenna-in-Package (AiP)frequenzmoduliertes DauerstrichradarSiGe BiCMOS TechnologieV-Band Breitband Transceiver MMICsD-Band Breitband Transceiver MMICs
