应用于W波段低中频连续波雷达的上混频器设计

发布时间：2020-05-13 21:09

【摘要】：近年来,毫米波非接触式探测雷达在微小运动检测中发挥着重要作用,尤其对于生命体征探测有着很好的应用前景。基于多普勒相位调制的多普勒雷达技术,已成为研究的热点。本课题的多普勒探测雷达采用低中频正交结构,工作于W波段,以复信号解调法重构位移信息,在探测精度上具有独特优势。本论文根据该系统需求设计相应的上混频器电路。本文设计的上混频器电路主要由混频器核心电路、单转双电路、输出缓冲器、以及匹配网络等构成。根据系统需求和混频器的结构特点,本文的混频器核心电路采用双平衡吉尔伯特结构,并选取伪差分跨导级、变压器负载级以满足低电源电压要求;为满足双平衡混频器差分输入的要求,输入端引入了单转双电路;为提高混频器的负载驱动能力,输出端引入了缓冲器,并采用中和电容技术,来减小Miller效应、提高电路稳定性;为减小高频下信号传输的损耗,设计了三个匹配网络,并以变压器实现,其中输入匹配网络和输出匹配网络还分别实现了单转双、双转单的功能。本文还分析了版图的设计要点,为充分考虑高频下寄生效应的影响,将电磁仿真和电路后仿真相结合,得到最终仿真结果,并提出优化建议。本文采用TSMC65nmCMOS工艺完成整体电路设计,整体电路的芯片面积为0.624mm×0.602mm。本次设计的上混频器电路输入信号频率为10kHz～100kHz,本振信号频率为105GHz,在三个工艺角下的后仿真均能达到:转换增益大于1dB,OP1dB大于-9dBm,本振隔离度大于35dB,整体功耗小于20mW,电路功能实现,并完全达到系统的指标要求,可以应用于W波段低中频连续波雷达。
【图文】：

图１．１邋１．６ＧＨｚ生命信号探测芯片构架逡逑２逡逑

构架图,正交系统,直接变频,构架图

逑２００４年，，Ａ．Ｄ．Ｄｒｏｉｔｃｏｕｒ报告了对采用直接变频正交结构的ＩＳＭ频段丨／Ｑ邋ＣＭＯＳ雷达芯片的测逡逑试实验【５］。芯片的结构如图１．２所示，这次实验率先验证了距离相关性理论，直接变频正交可以用来逡逑解决在空间周期性距离上无法检测的问题，＇并且该结构将检测的正确率从４０％提升到了邋８０％。当发逡逑射和接收链路使用相同的源，接收信号的相位噪声与本振信号的相位噪声是相关的，这种相关程度逡逑取决于发射和接收之间的延时。在他们的试验中，雷达放置在人体胸腔前５０ｃｍ的距离处，在这种逡逑情况下检测到的１０Ｈｚ处的基带噪声比射频处的相噪降低了邋１３４ｄＢ。逡逑ｌｏｕｔ逡逑＋４５0逦＾逡逑ＲＦ邋ｏｕｔ逦逦ＬＮ＾＞—邋Ｂａｌｕ＾逦＼＾＼）逦一逡逑ｘ．邋—逦邋Ｍｉｘｅｒ逡逑ＬＮ＞＞—邋ＲＣＣＲ逦－ＯＲＦ邋ＩＮ逡逑．逦Ｍｉｘｅｒ逡逑ＶＣ0ＥＸＴ邋ＬＯ逦逦ＬＮ＾＞逦—逡逑Ｑｏｕｔ逡逑图１．２直接变频正交系统构架图逡逑２００６年，Ｙａｎｍｉｎｇ邋Ｘｉａｏ汇报了他们设计的Ｋａ波段多普勒系统１６］，这是第一个工作在Ｋａ波段的逡逑心肺检测系统，该系统采用了双边带非直接变频结构。系统框图如图１．３所示，其接收链路和发射逡逑链路共用两个振荡器来保证距离相关性，第一个振荡器工作在／２＝２７．１ＧＨｚ，第二个振荡器工作在逡逑／１＝５６０ＭＨＺ。在射频输出端，发射的是双边带信号NB±／２。该系统接收机同样采用了正交结构
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN773

【参考文献】