Das Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der Realisierbarkeit eines Radarsystems bei 77 GHz in einer 65 nm-CMOS-Technologie. Zum heutigen Zeitpunkt werden solche Systeme typischerweise auf der Technologie-Basis von GaAs, InP und SiGe realisiert. Im Vergleich dazu liegen die Herausforderungen bei der Verwendung einer 65 nm-CMOS-Technologie in der geringen Versorgungsspannung von 1,2 V und der deutlich geringeren Treiberfähigkeit der Transistoren. Als zusätzliche Erschwerung kommt hinzu, dass gerade die parasitären Verdrahtungskapazitäten bei der Kontaktierung des Transistors die Leistungsfähigkeit des Bauelementes weiter herabsetzen. Um dieses Problem zu reduzieren, wurde im Rahmen einer Kooperation des Lehrstuhls mit dem Industriepartner Infineon eine Umgestaltung der Transistorlayouts entwickelt. Nach ausführlichen Überlegungen zu Beginn der Arbeit wurden die Spezifikationen eines nach dem Prinzip linearer Frequenzrampen arbeitenden Radar-Systems (FMCW) festgelegt. Dabei wurde gezeigt, dass alle Komponenten im gesamten Frequenzbereich der Anwendung (300 MHz im Bereich von 76 GHz bis 77 GHz) frequenzkontinuierlich funktionieren müssen. Mit Hilfe eines LC-VCOs mit kreuzgekoppeltem Differenzverstärker wurde schließlich eine Schaltung entworfen, die als Signalgenerator geeignet ist. Der gemessene Frequenzbereich von 75 GHz bis 80,5 GHz schwankt zwischen 0 Grad C und 100 Grad C um maximal 380 MHz. Es wurde gezeigt, dass die in der Literatur bekannten Maßnahmen, nämlich die Verbesserung der Resonanzkreisgüte und die Vergrößerung der Ausgangsamplitude, im trägernahen Bereich zu einer Verschlechterung des Phasenrauschens führen können. Unter Verwendung eines Injection-Locked-Frequenzteiler-Konzeptes war es erstmals möglich, Eingangsfrequenzen in einem kontinuierlichen Bereich von 82 GHz bis 94 GHz in einer CMOS-Technologie zu verarbeiten. Erreicht wird dies durch die in dieser Arbeit entwickelte Methode der Bandbreitenvergrößerung, bei welcher die DC-Spannung des Eingangstransistors in die Nähe von dessen Schwellenspannung gelegt wird. Die geringe Versorgungsspannung von 1,2 V erschwert besonders den Entwurf der Verstärker. Durch die Kombination additiver und multiplikativer Verstärker-Techniken wurde dennoch eine Schaltung vorgestellt, welche sowohl eine hohe Verstärkung vorweist, als auch eine hohe Ausgangsleistung. Die Verstärkung von bis zu 18 dB bei 77 GHz stellt einen besonders guten Wert dar. Die gemessene Ausgangsleistung beträgt mehr als 3 dBm. Simulationen zur Folge sollte es möglich sein, diesen Wert auf etwa +7,86 dBm zu vergrößern. Die Frage nach der Realisierbarkeit eines automobilen Radarsystems in einer 65 nm-CMOS-Technologie kann als Ergebnis dieser Arbeit zum heutigen Zeitpunkt dahingehend beantwortet werden, dass dies bis auf die geforderte Ausgangsleistung möglich ist.


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    Title :

    Analoge HF-Komponenten in 65-nm-CMOS-Technologie für ein integriertes Radarsystem bei 77 GHz zur automatischen Abstandsregelung in Automobilen


    Contributors:

    Publication date :

    2009


    Size :

    273 Seiten, Bilder, Tabellen, 103 Quellen



    Type of media :

    Theses


    Type of material :

    Print


    Language :

    German






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