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日前舉行的2023年國(guó)際固態(tài)電路會(huì)議(ISSCC)上，比利時(shí)微電子研究中心(imec)展示一款採(cǎi)用數(shù)位校正與充電幫浦技術(shù)的創(chuàng)新鎖相迴路(PLL)，能以低功耗產(chǎn)生高品質(zhì)的調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)訊號(hào)，滿足毫米波雷達(dá)應(yīng)用。該電路是未來(lái)短距雷達(dá)應(yīng)用的重要構(gòu)件，包含車內(nèi)與車外感測(cè)器，以及協(xié)作機(jī)器人感測(cè)器等。

在汽車、醫(yī)療與工業(yè)等各式應(yīng)用，採(cǎi)用毫米波技術(shù)的FMCW雷達(dá)越來(lái)越受歡迎。這些雷達(dá)能傳輸頻率隨著時(shí)間呈現(xiàn)線性增加的正弦波，這種掃頻訊號(hào)稱為線性調(diào)頻訊號(hào)或啁揪(Chirp)。雷達(dá)訊號(hào)在接觸目標(biāo)物后會(huì)反射，由接收器捕捉的回波訊號(hào)會(huì)與原本的線性調(diào)頻訊號(hào)混合，隨后就能測(cè)量目標(biāo)物的距離與速度。雷達(dá)訊號(hào)的品質(zhì)主要取決于鎖相迴路的性能，這些電路負(fù)責(zé)生成線性調(diào)頻訊號(hào)。

imec開發(fā)的創(chuàng)新鎖相迴路能發(fā)出高品質(zhì)的高度線性調(diào)頻訊號(hào)，工作頻段集中在16GHz，訊號(hào)頻寬為1.5GHz。調(diào)頻訊號(hào)的週期縮短至12μs，測(cè)量誤差也降至41kHzrms，性能表現(xiàn)亮眼。該迴路能在1μs以內(nèi)快速啟動(dòng)，最短重置時(shí)間僅需1μs。調(diào)頻訊號(hào)生成器採(cǎi)用短工作週期的運(yùn)作模式，也就是在單一脈衝合成多個(gè)啁揪，藉此減省大量功耗。舉例來(lái)說，該迴路在工作週期為50%時(shí)的功耗為9.2mW，工作週期為1%時(shí)功耗則降至1.48mW。就算在電源關(guān)閉的情況下，初始啁揪的測(cè)量誤差也能控制在41kHz以下。透過導(dǎo)入充電幫浦，採(cǎi)用28nm CMOS製程，以及擴(kuò)充一顆具備相位偏移補(bǔ)償功能的時(shí)間數(shù)位轉(zhuǎn)換器，該迴路就能快速自行校正，實(shí)現(xiàn)極短的工作週期。

這款鎖相迴路具備多項(xiàng)優(yōu)異性能，非常適合汽車短距雷達(dá)應(yīng)用，感測(cè)距離可達(dá)數(shù)十公尺。imec研究計(jì)畫組長(zhǎng)Ilja Ocket表示：「這些應(yīng)用包含負(fù)責(zé)偵測(cè)駕駛與乘客位置、動(dòng)作與舒適度的車內(nèi)雷達(dá)，以及提供停車輔助或車輛感測(cè)功能的車外感測(cè)器。這款鎖相迴路也能用于機(jī)器人的雷達(dá)應(yīng)用，例如裝設(shè)在協(xié)作機(jī)器人上的感測(cè)裝置，可以改良工業(yè)環(huán)境人機(jī)互動(dòng)的安全性及效率；它也能作為無(wú)人機(jī)等小型移動(dòng)裝置或載具的承載式雷達(dá)。在今年ISSCC上，我們將這款搭配充電幫浦設(shè)計(jì)的創(chuàng)新鎖相迴路與imec現(xiàn)有的140GHz雷達(dá)收發(fā)器進(jìn)行整合，透過示范實(shí)際可行的應(yīng)用來(lái)展示毫米波雷達(dá)技術(shù)未來(lái)在汽車與工業(yè)應(yīng)用的潛能。這款迴路還能作為升頻轉(zhuǎn)換器，把像是80GHz訊號(hào)等其它載波轉(zhuǎn)換為毫米波雷達(dá)訊號(hào)?！?/p>