一款面向室内定位与生命体征检测的多普勒辅助FMCW雷达

摘要

本文提出了一种多普勒辅助调频连续波（FMCW）雷达,该雷达兼具FMCW的精确距离分辨能力和多普勒雷达的高灵敏度,可满足室内场景的多功能应用需求.论文对关键接收模块（包括低噪声放大器、混频器、本地振荡器放大器和模拟基带电路）产生的低频噪声贡献进行了全面分析.提出了一种“射频+本振+基带”联合噪声系数改进方法,以有效抑制低频噪声.为了最大限度地减少基于电荷泵的分数N锁相环中的调频误差,采用了一种嵌套型锁相环架构及协同优化的环路参数选择方法,显著提高了啁啾线性度.该多普勒辅助FMCW雷达采用55 nm互补金属氧化物半导体工艺制造,在10 Hz和1 kHz频率下,分别实现了32 dB和12 dB的噪声系数,并在3.52 GHz的啁啾带宽内,实现了0.003 9%的啁啾线性度,从而实现最大检测距离为19.41 m和距离分辨率为4.7 cm.该雷达芯片面积为12.7 mm²,在3.3 V电源电压下, FMCW模式功耗为594 mW,多普勒模式功耗为432 mW.

关键词

互补金属氧化物半导体 / 雷达 / 频率调制连续波 / 多普勒