Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden die Analyse und der Entwurf von integrierten Automobilradar-Empfängern in Silizium-Germanium-Technologie für den Einsatz in komplexen Mehrkanal-Radartransceivern im 77 GHz-Frequenzband vorgestellt. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt in der Realisierung von hochlinearen modularen Empfangskanälen mit niedrigem Leistungsverbrauch sowie in der Untersuchung von integrierten Testkonzepten für Empfänger im Millimeterwellenbereich. Moderne Empfänger in Siliziumtechnik sind durch schlechte Linearität oder niedrige Sensitivität und einen hohen Energieverbrauch gekennzeichnet. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine neuartige hochlineare Architektur für integrierte 77 GHz-Empfänger vorgestellt. Der hergestellte Chip zeigt eine Verstärkung von 24 dB und eine Rauschzahl von 14 dB. Es wird ein eingangsbezogener Kompressionspunkt von -10 dBm bei 132 mW Leistungsverbrauch erreicht. Im Vergleich zu bisher publizierten Werten besitzt der Empfänger das höchste Verhältnis von Dynamikbereich zu verbrauchter Leistung. Weiterhin wird eine neue Architektur für einen rauscharmen differentiellen Verstärker mit verbesserter Isolation vorgeschlagen. Die schmalbandige Realisierung zeigt eine Verstärkung von 12 dB und eine Isolation von mehr als 40 dB mit einer Rauschzahl von 6,5 dB. Es wird ein eingangsbezogener Kompressionspunkt von -13 dBm bei einem Gesamtenergieverbrauch von 79 mW erzielt. Verglichen mit anderen publizierten Arbeiten im 77 GHz-Band zeigt die Schaltung die höchste Stufenverstärkung bei hoher Linearität und niedrigem Energieverbrauch. Der breitbandige Entwurf mit 30 % Bandbreite zeigt eine maximale Verstärkung von 19,7 dB und eine Rauschzahl von 5,8 dB bei 77 GHz.

    This thesis presents the analysis and design of integrated automotive radar receivers in Silicon-Germanium technology for use in complex multi-channel radar transceiver frontends in the 77 GHz frequency band. The main emphasis of this work is the realization of high-linearity and low-power modular receive channels as well as the investigation of millimeter-wave integrated test concepts for the receiver front-end. State-of-the-art published receivers in silicon technologies suffer either from poor linearity or low sensitivity and high power consumption. A novel high-linearity architec ture for integrated 77 GHz receiver front-ends is presented. The fabricated chip shows a gain of 24 dB and a noise figure of 14 dB at a local oscillator power of OdBm. An input-related compression point of -10 dBm is achieved with a total power consumption of 132 mW. In comparison to other published receiver front-ends the circuit exhibits the highest dynamic range to power consumption figure of merit. Furthermore a novel differential current re-use low-noise amplifier architecture with improved isolation is proposed. The narrow-band realization shows a gain of 12 dB and reverse isolation better than 40 dB with a noise figure of 6.5 dB. An input-related compression point of -13 dBm is achieved with a total power consumption of 79 mW. It shows the highest gain per stage compared to other published work in the 77 GHz band with simultaneous high linearity and low power consumption. The broadband design with 30 % fractional bandwidth shows a maximum gain of 19.7 dB and a noise figure of 5.8 dB at the upper corner frequency of 77 GHz. The circuit dissipates 40mW and an output related compression point of +3 dBm is achieved. It exhibits the highest gain per stage and gain-bandwidth product, as well as the highest output-referred compression point of all published V-band low-noise amplifiers in silicon. A novel 77 GHz receiver architecture with integrated test functionality is presented. Based on this architecture a built-in test of a single mixer core is proposed by use of a recursive configuration. Two main drawbacks of integrated test solutions are overcome by the presented scheme. Through re-use of the mixer core it does not dissipate additional power for the generation of the test signal and keeps extra chip area at a minimum. The fabricated chip features a total power consumption of 73 mW and a conversion gain of 20 dB with an input related compression point of -13 dBm has been achieved. The proposed circuit represents the first published approach of a built-in test solution for integrated millimeter-wave receiver front-ends.


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    Titel :

    High-linearity circuits and integrated test concepts for 77-GHz radar receiver front-ends in silicon-germanium technology


    Weitere Titelangaben:

    Hochlineare Schaltungen und integrierte Testkonzepte für 77-GHz-Radarempfänger in Silizium-Germanium-Technologie


    Beteiligte:

    Erscheinungsdatum :

    2011


    Format / Umfang :

    111 Seiten, Bilder, Tabellen, 89 Quellen


    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Englisch





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