【摘 要】
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汽车雷达的飞速发展为汽车驾驶带来了更丰富的行驶体验,其中76～81GHz毫米波频段雷达具有更远探测距离、更高探测精度、更小天线/芯片体积以及穿透力更强等优点,成为当前毫米波汽车雷达的研究热点。本文基于55nm CMOS工艺,致力于76～81GHz毫米波汽车雷达系统中高精度、高速逐次逼近寄存器型模数转换器（SAR ADC）和高线性度、高动态范围Active-RC模拟基带的研究与设计,主要研究成果包括
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汽车雷达的飞速发展为汽车驾驶带来了更丰富的行驶体验,其中76～81GHz毫米波频段雷达具有更远探测距离、更高探测精度、更小天线/芯片体积以及穿透力更强等优点,成为当前毫米波汽车雷达的研究热点。本文基于55nm CMOS工艺,致力于76～81GHz毫米波汽车雷达系统中高精度、高速逐次逼近寄存器型模数转换器（SAR ADC）和高线性度、高动态范围Active-RC模拟基带的研究与设计,主要研究成果包括:（一）根据76～81GHz毫米波汽车雷达系统测距、测速等指标,考虑毫米波传播路径损耗以及射频前端链路预算,给出了本文模数转换器和模拟基带电路的设计目标。（二）基于VCM-based切换时序的异步双环结构,设计了一款12位50MS/s SAR ADC芯片。主要模块包括:CMOS互补型栅压自举采样保持开关,该结构显著减轻了信号泄漏,保证了开关线性度,仿真结果表明保持瞬间开关的电压降仅为40μV;比较器第一级加入N型二极管有效抑制了时钟馈通对信号的干扰,相较传统结构,提升了ADC的有效位数（ENOB）至少2bit;改进型SAR逻辑单元不仅大幅缩短数据建立的时间达到100ps以上,同时也节约了50%版图面积;DAC阵列采用分裂式布局,有利于SAR ADC系统的线性度,DAC静态指标INL、DNL分别为-0.47LSB、0.88LSB。该芯片版图核心面积760μm×240μm,后仿真结果显示,在10MHz输入信号下,27℃TT工艺角,ADC系统有效位数（ENOB）达到10.8bit,无杂散动态范围（SFDR）达到75.86d Bc,消耗电流0.989m A,功耗效率为13.3f J/（c.-s）。（三）设计了一种高线性度、高动态范围模拟基带电路。包括交流耦合、预放大器、改进型Tow-Thomas二阶节的低通滤波器单元、直流失调消除电路以及输出缓冲器。给出二阶节的级数、近似函数的选择以及相应的Q值分配。二阶节中差分运放采用前馈通路技术,在不增加额外功耗的前提下,实现6倍的带宽提升。四级级联二阶节实现6dB/step增益调谐步进。最终模拟基带芯片版图尺寸为650μm×230μm,27℃TT工艺角后仿真结果显示增益范围为-18-+71d B,带宽恒定为12.6MHz,高增益处OP1d B达到7.44d Bm(1490m Vpp);71d B增益时,噪声系数为21.49dB。
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