应用於商用雷达装置CMOS0.18μm低杂讯放大器之设计与研制.PDF

應用於商用雷達裝置CMOS 0.18 μm 低雜訊放大器之設計與研製 指導教授：尤正祺 博士 學生：劉彩玟 摘要 • 本論文主要是設計應用於汽車防撞雷達裝置系統的24 GHz 的低 功耗低雜訊放大器，以及X 頻段(8-12 GHz) 的寬頻低功耗低雜 訊放大器。 • 製程方面，使用台灣積體電路公司(TSMC)的CMOS 0.18 μm， 此製程技術具有高良率、低成本以及高整合性的優點，適用於 射頻電路的設計製作。 • 本研究運用簡易的電路架構，設計具有良好特性的24 GHz 低雜 訊放大器，另外，在本研究的X 頻段寬頻放大器設計，採用串 接(cascade)技巧實現寬頻(8-12 GHz)的特性，並提出互耦合電感 以達到微型化效果，電路面積為0.45 μm2 。 商用雷達系統之簡介-汽車防撞雷達系統 • 汽車防撞雷達主要頻帶為24 GHz，其應用目的在於協助駕駛提 高感測的能力，主要是運用先進的通訊、資訊科技與控制，達 到偵測車輛週遭的行駛狀況，如與其他車輛、路上障礙物、或 行人的相對位置與速度等訊息，以適時通知駕駛人採取必要的 措施，如減速、加速或保持車道距離等，來防止發生意外以增 進車輛駕駛的舒適度與安全性。 • 未來，毫米波雷達和圖像處理技術的新型傳感器的結合，將因 組成的汽車防撞系統而大幅提高汽車安全性能，毫米波雷達的 應用必然有廣泛的前景。 • 目前防範方法為下述三種雷達組成偵測網絡；前向探測距離並 具有自動巡廻控制系統雷達(adaptive cruise control system radar)； 後向探測具高距離解析度停車協助雷達(BPA, backup parking aid)； 側邊探測的死角偵測雷達(BSD,blind spot detection) 。 汽車雷達分布圖 商用雷達系統之簡介-X 頻段雷達系統 • X 頻段 (8-12 GHz)雷達的頻段用於民事、軍事和及空中交通管 制、海上船舶交通管制與國防跟蹤中與車速檢測執法，是目前 使用率最高的軍警測速雷達。 • 此外，X 頻段雷達具有高敏感度，可以探測極小的粒子，因此 也被應用於研究雲的發展，透過可以檢測微小顆粒的特性來檢 測降雨量。 • 在商業應用上除了應用在測速雷達上，可被運用於衛星影像偵 測雷達。 • 另外，X 頻段也應用於航舶裝置雷達系統，透過船用雷達發射 無線電波，並可接收反射的回波，透過顯示器上分析周圍物標 相對於本船的相對位置，計算方位和距離並海圖上作出船位， 因此提高的導航的安全性，對於船舶在近岸海區或窄航道上安 全航行發揮重要作用，特別是在霧航中更加顯示它的重要性。 RF CMOS 簡介 • CMOS 的技術是由於矽晶圓上製作了NMOS（ N-channel MOSFET）以及PMOS（P-channel MOSFET）的元件，包含了n 型和p 型電晶體，圖所示，為pMOSFET 與nMOSFET 相鄰並排 的結構，也提供設計者有更靈活的設計的空間。 CMOS 結構示意圖 • 由於CMOS 是積體電路中的主要驅動元件，具有只有在電 晶體需要切換開關時才需耗能的優點，因此非常省電且發 熱少，在與其他電路元件連接後，具有電壓增益及信號功 率增益之功能，因此為積體電路設計的核心。 • CMOS 0.18 μm 製程為1P6M (P: Poly 多晶矽層，M: Metal 金屬層)，透過Via hole 可導通不同層的金屬，因此在電路 元件以及佈局時可增加設計的靈活度。然而，在六層金屬 當中，相較於層數較少的製程而言，不但可有效的縮小電 路面積來降低製作成本的花費，另一方面，容易與後端數 位電路做整合，為製作上的最大的優勢。 射頻接收機簡介 • 射頻收發器的架構中，微波信號從天線端接收後，經由帶通濾 波器將信號送至低雜訊放大器(Low Noise Amplifier ; LNA)將其放