超宽带脉冲雷达接收前端电路技术研究

发布时间：2020-09-05 09:10

　　 随着超宽带技术的发展,超宽带脉冲雷达在穿墙探测、室内定位和灾后救援等领域得到广泛应用。同时,相比于传统连续波雷达,超宽带脉冲雷达在探测精度、距离分辨率和穿透能力等方面具有更大优势。随着CMOS工艺技术发展,在0.18μm工艺节点后,CMOS工艺已经广泛应用于射频集成电路的设计。利用CMOS工艺低功耗、高集成度和低成本优势实现的超宽带脉冲雷达接收机能够广泛扩展其应用场景。其中,超宽带脉冲雷达接收前端电路作为接收机的关键模块,对其进行深入研究具有重要意义。本文首先介绍了超宽带脉冲雷达的国内外研究现状及发展趋势。然后对比分析了现有超宽带接收机结构的优缺点,并提出了一种新型的基于等效时间采样的超宽带脉冲雷达接收机。该接收机直接利用ADC对射频前端信号进行等效时间采样处理,未使用积分器进行采样信号积分放大,使接收机具有高实时性、高精度和低功耗特性。为实现宽带输入匹配、降低噪声系数和芯片面积,本文又提出了一种基于有源巴伦的两级低噪声放大器。同时,对R-2R结构的可变增益放大器进行优化,通过电平移位技术改变开关管栅端控制电压,使其在导通情况下工作在饱和区,能够显著提升射频前端电路的增益和线性度。采用输出缓冲器电感谐振技术提高射频前端电路宽带增益平坦度,射频前端电路具有大带宽和高增益。为实现等效时间采样,完成了低抖动环振锁相环的设计。本文基于TSMC 65nm CMOS工艺完成超宽带脉冲雷达接收前端电路和版图的设计。射频前端电路电源电压1.8V,功耗为63.3mW。后仿真结果表明射频前端电路在1~7GHz频率范围内S11均小于-10dB,增益变化范围为22.6~46.1dB,噪声系数变化范围为3.16~5.65dB,在输入频率4GHz时IIP3变化范围为-31.8~-19dBm。等效时间采样电路电源电压1.2V,功耗为11.3mW。等效时间采样时钟共32相位、等效采样率20GS/s。PLL输出8相位谐振频率为2.5GHz的时钟信号,在输出频偏1MHz处,后仿真相位噪声为-107.79dBc/Hz。接收机版图面积为1.42mm~2,仿真分析表明接收机探测距离为4m,探测时间仅为1.6μs,探测精度为7.5mm,满足超宽带脉冲雷达接收前端电路指标要求。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN957.5
【部分图文】：

第三章 超宽带脉冲雷达射频前端电路A 仿真结果分析SMC 65nm CMOS 工艺，使用软件 Cadence Vir源电压为 1.8V 时，LNA 功耗为 25mW。网络中输出功率与输入功率的比值，表征双端口益的仿真结果。由图 3.3 可知，在频率 1~7GHz 在 7GHz 处 LNA 增益最小，最小增益为 27.1dB增益，在 1~7GHz 频率范围内增益的变化大小为曲线平坦。

图3.3 LNA 增益仿真结果网络中输入端反射功率与输入端入射功率的比值 为 LNA 输入反射系数 S11 的仿真结果。由图 S11 都小于-10dB，S11 在 6.2GHz 时最小，最小围内输入匹配良好。

西安电子科技大学硕士学位论文一级采用了并联电阻负反馈结构，因此 LNA 的噪。图 3.5 为 LNA 噪声系数仿真结果。由图可知，在最小，为 2.9dB。在输入频率为 7GHz 时噪声系数最整个带宽内变化相对较小。由 3.1.4 节分析知，若第一级电路功耗和增益，因此在降低噪声系数的同

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本文编号：2812837