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Main Title: Advanced silicon MMICs for mm wave automotive radar front ends
Translated Title: Integrierte Silizium-basierte Empfängerschaltungen für Kfz-Radaranwendungen im Millimeterwellen-Frequenzbereich
Author(s): Kravets, Alexander
Advisor(s): Weigel, Robert
Referee(s): Heinrich, Wolfgang
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät IV - Elektrotechnik und Informatik
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Mit der vorliegenden Arbeit wird ein besonders lineares 77-GHz-Front-end in 0,25 µm-SiGe-Technologie für Radaranwendungen in Fahrzeugen vorgestellt. Die passiven Komponenten wurden mit der Dünnschicht-Mikrostreifenleitungen realisiert. Ausführlich wird die Vorgehensweise zur Synthese eines transformatorischen Baluns vorgestellt. Die so realisierten Baluns (rat-race-Koppler und Transformator) weisen eine hervorragende Gleichtaktunterdrückung (besser als 30 dB) und niedrige Verluste (ca. 2,5 dB) auf. An aktiven Komponenten wurde zunächst ein einstufiger LNA in Emitterschaltung entwickelt, der zwar eine geringe Verstärkung, dafür aber eine hohe Linearität aufweist. Im Gegensatz zu einer mehrstufigen LNA-Lösung stellt einen besseren Kompromiss zwischen der Linearität des gesamten Front-ends und dessen Empfindlichkeit dar. Der Mischer wurde rauscharm und besonders linear nach dem doppelt balancierten Konzept mit niedriger Speisespannung realisiert. Durch Verwendung von Wechselspannungskopplung zwischen beiden Stufen des Mischers konnten die Transistorgrößen und die Arbeitspunkte der beiden Stufen des Mischers getrennt optimiert werden: Die erste Transkonduktanzstufe ist rauschoptimiert, die zweite Stufe, der eigentliche Mischerkern, ist für hohe Linearität ausgelegt. Aus all diesen Komponenten wurde ein Zweikanal-Empfänger aufgebaut, der den gegenwärtigen publizierten Stand der Technik in SiGe-Technologie repräsentiert: Einer einseitenbandbezogenen Rauschzahl von weniger als 16,5 dB und einem eingangsbezogenen 1-dB-Kompessionspunkt von -12 dBm stehen dabei eine Stromaufnahme von 82 mA aus einer 1,6-V-Speisespannungsquelle für beide Empfangskanäle gegenüber.
This work presents a high-linearity automotive radar front-end at 77 GHz in 0.25 um SiGe technology. The passive elements are realized using thin-film microstrip lines. A detailed transformer balun synthesis procedure was developed. The realized passive baluns ("rat-race" and transformer) show excellent common-mode rejection ratios exceeding 30 dB and low losses of 2.5 dB. On the active side, a low-gain, high-linearity single stage common-emitter LNA was realized. The selected topology allowed finer trade-off between linearity and sensitivity of the front-end compared to multi-stage LNA solutions. For the mixer, a low voltage supply, high-linearity, low-noise double-balanced concept was employed. It uses AC-coupling between the two stages, which allowed an independent optimization of transconductance, core sizing and bias: the transconductance was designed for best noise performance, while the core was chosen for maximum linearity. A high-fidelity two-channel receiver was realized using these circuit components, which achieved a performance comparable to the published state-of-the-art results in SiGe: Single sideband noise figure better than 16.5 dB, 1-dB compression point exceeding -12 dBm, while consuming moderate 82 mA DC current from a 1.6 V supply for both channels.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-62999
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4653
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4356
Exam Date: 29-Oct-2014
Issue Date: 24-Apr-2015
Date Available: 24-Apr-2015
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Millimeterwellenschaltungen
Radarsensoren
Mm-wave front-end
automotive radar
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