77 GHz SiGe BiCMOS FMCW RADAR for automotive applications

Abstract

SiGe BiCMOS teknolojileri benzerlerine, özellikle de III-V teknolojilerine kıyasla benzer, bazen daha iyi RF performansları sunacak şekilde geliştirilmiştir. Ayrıca, SiGe BiCMOS teknolojileri, CMOS transistörlerini ve SiGe HBT'leri aynı çip üstüne entegre edebilmektedir. Bu gelişmeler, IC tasarımlarını düşük maliyetli ve yüksek entegrasyonla gerçekleştirmeyi mümkün kılmaktadır. Ayrıca, düşük maliyetli ve düşük güç tüketimli kompakt sistem tasarımlarına olan talebin artması nedeniyle milimetre dalga sistemleri hem endüstri hem de akademi için cazip hale geldi. Bu gelişmeler milimetre dalga sistemlerinin önünü açtı. Bu nedenle, bu tez çalışmasında, otomotiv uygulamaları için 77 GHz SiGe BiCMOS FMCW Monostatik RADAR sunulmuştur. Sistem, IHP'nin ft/fmax 300 GHz/500 GHz'lik HBT'ler sunan 0.13 µm SiGe BiCMOS SG13G2 teknolojisi ile tasarlanmış ve gerçeklenmiştir. Her bir alt bloğun ve sistemin şematik tasarımları ve uygulaması gösterilmiştir. Daha sonra tüm alt bloklar ve sistem için simülasyon sonuçları sunulmuştur. Sistemin toplam yonga alanı 5.05 mm2 'dir. Sistemin toplam güç tüketimi 0.32 mW'tır. Sistem, yalnızca bir TX kanalıyla 8.5 dBm çıkış gücü sağlar. RX kanalının simüle edilmiş NF'si 9.1 dB'dir ve RX-kazancı 18 dB'dir. Simülasyon sonuçları, tasarlanan sistemin maksimum 170km/s hızda 180m mesafeye kadar hedefleri hassasiyetle tespit edebildiğini göstermektedir. Ayrıca, tasarlanan sistem 15 cm aralık çözünürlüğünde iki hedefi ayrı ayrı tanımlayabilir. Bu çalışma, EBD ile tasarlanan 77 GHz uzun menzilli RADAR'ın ilk gösterimidir.

SiGe BiCMOS technologies have been improved such that they offer comparable, sometimes even better RF performances with respect to their counterparts, especially III-V technologies. Further, SiGe BiCMOS technologies can integrate CMOS transistors and SiGe HBTs on the same chip. These advancements make possible to implement IC designs with low-cost and high integration. Also, due to the increasing demand for compact system designs with low-cost, and low-power-consumption, millimeter-wave systems became attractive for both industry and academia. These developments have paved the way for millimeter-wave systems. Therefore, in this thesis work, a 77 GHz SiGe BiCMOS FMCW Monostatic RADAR for automotive applications is presented. The system was designed and implemented with IHP's 0.13 µm SiGe BiCMOS SG13G2 technology which offers HBTs with ft/fmax of 300 GHz/500 GHz. The schematic designs and implementation of each sub-block and the overall system were shown. Then, the simulation results for all the sub-blocks and the system were presented. The total chip area for the system is 5.05 mm2. The total power consumption of the system is 0.32 mW. The system achieves 8.5 dBm output power with only one TX channel. The simulated NF of the RX-channel is 9.1 dB and RX-gain is 18 dB. The simulation results show that the designed system can detect targets up to 180m distance with a maximum velocity of 170km/h with accuracy. Also, the designed system can separately identify two targets with a range resolution of 15 cm. This work is the first demonstration of a 77 GHz long-range-RADAR designed with an EBD.