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日前举行的2023年国际固态电路会议(ISSCC)上，比利时微电子研究中心(imec)展示一款採用数位校正与充电帮浦技术的创新锁相迴路(PLL)，能以低功耗产生高品质的调频连续波(FMCW)讯号，满足毫米波雷达应用。该电路是未来短距雷达应用的重要构件，包含车内与车外感测器，以及协作机器人感测器等。
在汽车、医疗与工业等各式应用，採用毫米波技术的FMCW雷达越来越受欢迎。这些雷达能传输频率随著时间呈现线性增加的正弦波，这种扫频讯号称为线性调频讯号或啁揪(Chirp)。雷达讯号在接触目标物后会反射，由接收器捕捉的回波讯号会与原本的线性调频讯号混合，随后就能测量目标物的距离与速度。雷达讯号的品质主要取决于锁相迴路的性能，这些电路负责生成线性调频讯号。
imec开发的创新锁相迴路能发出高品质的高度线性调频讯号，工作频段集中在16GHz，讯号频宽为1.5GHz。调频讯号的週期缩短至12µs，测量误差也降至41kHzrms，性能表现亮眼。该迴路能在1µs以内快速启动，最短重置时间仅需1µs。调频讯号生成器採用短工作週期的运作模式，也就是在单一脉衝合成多个啁揪，藉此减省大量功耗。举例来说，该迴路在工作週期为50%时的功耗为9.2mW，工作週期为1%时功耗则降至1.48mW。就算在电源关闭的情况下，初始啁揪的测量误差也能控制在41kHz以下。透过导入充电帮浦，採用28nm CMOS製程，以及扩充一颗具备相位偏移补偿功能的时间数位转换器，该迴路就能快速自行校正，实现极短的工作週期。
这款锁相迴路具备多项优异性能，非常适合汽车短距雷达应用，感测距离可达数十公尺。imec研究计画组长Ilja Ocket表示：「这些应用包含负责侦测驾驶与乘客位置、动作与舒适度的车内雷达，以及提供停车辅助或车辆感测功能的车外感测器。这款锁相迴路也能用于机器人的雷达应用，例如装设在协作机器人上的感测装置，可以改良工业环境人机互动的安全性及效率；它也能作为无人机等小型移动装置或载具的承载式雷达。在今年ISSCC上，我们将这款搭配充电帮浦设计的创新锁相迴路与imec现有的140GHz雷达收发器进行整合，透过示范实际可行的应用来展示毫米波雷达技术未来在汽车与工业应用的潜能。这款迴路还能作为升频转换器，把像是80GHz讯号等其它载波转换为毫米波雷达讯号。」
imec整合创新PPL的140GHz雷达收发器Demo平台
图片来源：imec
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