【摘 要】
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76～81 GHz频段的雷达收发机芯片一直是国内外学者广泛研究的热点课题,近年来学术界与工业界均已获得了诸多成绩,本文以55-nm CMOS工艺为基础,研究并设计多通道相控阵收发机,最终设计实现了一款工作在76～81 GHz频段的八通道毫米波汽车雷达收发芯片,论文主要工作如下:（1）设计了一款工作在76～81 GHz频段的毫米波正交下混频器（Quadrature Down-Mixer）。电路整体单
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76～81 GHz频段的雷达收发机芯片一直是国内外学者广泛研究的热点课题,近年来学术界与工业界均已获得了诸多成绩,本文以55-nm CMOS工艺为基础,研究并设计多通道相控阵收发机,最终设计实现了一款工作在76～81 GHz频段的八通道毫米波汽车雷达收发芯片,论文主要工作如下:（1）设计了一款工作在76～81 GHz频段的毫米波正交下混频器（Quadrature Down-Mixer）。电路整体单端输入、正交输出。输入射频（RF）信号通过无源功率分配器实现单端信号转双差分信号,经由正交LO信号混频实现正交中频（IF）输出。采用中和电容技术补偿有源混频器MOS管栅漏寄生电容,提高有源混频器跨导级的反向隔离度与有效跨导。同时在跨导管及开关管之间应用并联电感谐振结合交叉耦合管动态电流注入技术（Current-bleeding）,减小级间电容对信号电流的旁路作用,有效减少了跨导管与开关管之间寄生电容的影响,这一方法有效优化电路噪声系数,提升了转换增益（CG）。后仿真结果表明,25℃、TT corner、在78.5 GHz达到峰值增益8.9d B,3d B带宽73.5～83 GHz。在76-81 GHz频段内增益7.94～8.9 d B,噪声系数11～12 d B（@IF=10MHz）,输入1 d B压缩点（IP1d B）为-2 d Bm。（2）设计了一款工作在76～81 GHz频段的毫米波三倍频器（Millimeter-wave Tripler）,三倍频器模块端口特性为差分输入差分输出,三倍频器以共源共栅单元（Cascode Cell）为基础进行设计。倍频器跨导管使用了中和电容技术,提高了反向隔离度与有效跨导。在共源共栅级间利用无源网络实现了三次谐波增强,在提高变频增益的同时实现了一次选频功能,提高了基波抑制与偶次谐波抑制,变压器作输出负载实现二次选频提高基波抑制,同时去除变压器次线圈直流抽头以加强共模抑制能力（包括偶阶谐波）,经单级缓冲放大器实现三次选频并放大输出,单级缓冲放大器同样应用了中和电容技术提高隔离度与增益,并通过共栅短路技术（Common Gate-Shorting）与一种新型共源共栅级间寄生电容消除网络提升增益。后仿真结果表明,25℃、TT corner、三倍频器在76-81 GHz频段内三次谐波转换增益-5.9～-4.24 d B,基波抑制比与偶次谐波抑制比均超过33 d Bc。（3）设计了76～81 GHz频段毫米波收发机的其它模块,包括低噪声放大器、功率放大器以及相移器。其中低噪声放大器（LNA）利用源极退化电感技术降低自身噪声的同时实现输入阻抗匹配,同时应用中和电容技术,提升电路有效增益与差模稳定性。在具体设计中,由于相移器对接收机性能影响较大,将LNA与相移器作为单通道RF接收单元进行联立设计,仿真数据表明,25℃、TT corner下、76～81 GHz范围内单通道RF接收单元峰值增益达16.4 d B,最小噪声系数（NF）8.8 d B,最大噪声系数（NF）为10.2 d B,输入1 d B压缩点（IP1d B）-15.8d Bm,方均根相位误差（?）17d B。接收机单通道最优噪声系数（NF）10.2 d B,IP1d B为-17 d Bm,转换增益达到22.7 d B,接收机阵列Peak-to-Peak Ratio>12 d B,Peak-to-Null Ratio>22 d B,系统芯片直流功耗3.284W。
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