富士通新技術(shù)提高車載雷達(dá)品質(zhì)

近些年來，為了提高雷達(dá)系統(tǒng)的辨識(shí)度以及無線通信的品質(zhì)，科研人員盡一切努力來研發(fā)能在頻率大于30千兆赫的毫米微波波段工作的收發(fā)器。高頻集成電路用于接收和發(fā)送毫米微波信號(hào)，而化合物半導(dǎo)體的物理特性非常適合應(yīng)用于高頻環(huán)境，所以目前常被使用在高頻集成電路中（圖1）。但為了把信號(hào)處理電路集成在一個(gè)芯片上，提高產(chǎn)品的性能，以及方便大規(guī)模生產(chǎn)，硅材質(zhì)半導(dǎo)體就變得更合適（圖2），這就是為什么研發(fā)選用了硅半導(dǎo)體作為毫米微波收發(fā)器集成電路的組件。

圖1化合物半導(dǎo)體集成電路

圖2 硅半導(dǎo)體集成電路

毫米微波收發(fā)器集成電路通過使用一個(gè)信號(hào)發(fā)生電路來生成毫米微波信號(hào)，傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生電路會(huì)把低頻比較測(cè)量器信號(hào)和低噪聲高度穩(wěn)定的參考信號(hào)進(jìn)行比較，其中比較測(cè)量器信號(hào)是從毫米微波震蕩信號(hào)中分離出來的，而參考信號(hào)來自于基準(zhǔn)振蕩器；然后再把這兩種信號(hào)整合同步在一起，最終生成低噪聲高穩(wěn)定性的信號(hào)（圖3）。

圖3 傳統(tǒng)信號(hào)發(fā)生電路

由于參考信號(hào)和比較測(cè)量器擁有相同的頻率，而且在一個(gè)周期內(nèi)只執(zhí)行一次對(duì)比處理，因此相位差信號(hào)跟相位差檢測(cè)電路產(chǎn)生噪聲之間的對(duì)比結(jié)果將不會(huì)足夠大，最終導(dǎo)致較高噪聲等級(jí)的問題。另外特別值得注意的是，硅半導(dǎo)體加工出的晶體管產(chǎn)生的噪聲等級(jí)要比化合物半導(dǎo)體高。減低噪聲等級(jí)和生成高穩(wěn)定性信號(hào)已經(jīng)成為集成電路技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。

此新研發(fā)的技術(shù)采用了全新的結(jié)構(gòu)，多個(gè)相位差檢測(cè)電路與延時(shí)電路線型連接，使得多重對(duì)比成為可能。新集成電路中，對(duì)比信號(hào)的頻率也被提高了，另外參考信號(hào)分離成多重信號(hào)，這樣一個(gè)周期中可以進(jìn)行多次對(duì)比。相位差信號(hào)在每次對(duì)比后都會(huì)生成，正是得益于有了更多的差分信號(hào)，它們的相對(duì)尺寸與相位差檢測(cè)電路生成的噪聲相比也增大了很多，因此降低了噪聲的影響。

圖4 新信號(hào)發(fā)生電路

該低噪聲信號(hào)發(fā)生電路中還使用了多個(gè)比較測(cè)量器，以實(shí)現(xiàn)與參考信號(hào)的不間斷連續(xù)對(duì)比。最終噪聲大小降低了5分貝，換句話說噪聲在原來等級(jí)的基礎(chǔ)上減少了三分之一。除此之外，較低的噪聲等級(jí)還減少了電能的消耗，甚至減少了所必須的零部件數(shù)量，減輕了對(duì)環(huán)境造成的負(fù)擔(dān)。

富士通研發(fā)出的低噪聲信號(hào)發(fā)生電路為在硅半導(dǎo)體上生產(chǎn)制造完全整合的毫米微波波段收發(fā)器回路做好了一切準(zhǔn)備。該新技術(shù)有望大幅度提高車載雷達(dá)和其他無線收發(fā)器的性能表現(xiàn)，當(dāng)然產(chǎn)品是否能大批量生產(chǎn)也是影響技術(shù)未來發(fā)展的重要因素，為了該先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，富士通公司計(jì)劃打造一個(gè)單芯片毫米微波收發(fā)器集成電路模塊。在日本開展的“頻率79千兆赫雷達(dá)系統(tǒng)先進(jìn)技術(shù)研究”中已經(jīng)對(duì)這項(xiàng)新技術(shù)采集了大量的數(shù)據(jù)，相關(guān)的更多細(xì)節(jié)將會(huì)在2013年歐洲微波集成電路大會(huì)上披露。