【摘 要】
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随着毫米波技术飞速发展，作为辅助驾驶中关键传感器的77GHz汽车雷达正受到学术界和工业界的广泛关注。目前，得益于硅基工艺的不断成熟，相应的晶体管特征频率也已经可以满足77GHz这一频段集成电路的设计需求。相比于基于III/V族化合物或是锗硅工艺制造的毫米波汽车雷达前端芯片，硅基工艺具有低成本与易集成的优势。因此，77GHz频段上的硅基汽车雷达芯片是当下研究的热点方向。作为毫米波汽车雷达芯片中的关键
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随着毫米波技术飞速发展，作为辅助驾驶中关键传感器的77GHz汽车雷达正受到学术界和工业界的广泛关注。目前，得益于硅基工艺的不断成熟，相应的晶体管特征频率也已经可以满足77GHz这一频段集成电路的设计需求。相比于基于III/V族化合物或是锗硅工艺制造的毫米波汽车雷达前端芯片，硅基工艺具有低成本与易集成的优势。因此，77GHz频段上的硅基汽车雷达芯片是当下研究的热点方向。作为毫米波汽车雷达芯片中的关键模块，下混频器在很大程度上决定了系统的性能优劣。因此，本文对77GHz汽车雷达芯片中的下混频器开展了深入的研究。
本文的研究内容主要分为以下两个部分：
（一）77GHz 有源下混频器的研究设计。为了提高传统吉尔伯特混频器在毫米波频段的线性度，本文分析并改进了混频器的电阻负载。基于对混频器混频原理的分析判断，本文着重优化了开关级晶体管的尺寸和本振偏置，同时在版图设计中分析和优化了射频和本振端口的变压器。采用40nm CMOS 工艺，该下混频器工作频率为76~81GHz，测试得到电压转换增益为5.7dB。在中心频率78.5GHz，输出中频10MHz处，输入P1dB为0.8dBm。混频器的功耗为1.5mW。
（二）77GHz 无源下混频器的研究设计。为了解决雷达接收机的低频闪烁噪声问题，本文提出并设计了这款下混频器与跨阻放大器的级联电路。通过采用跨阻放大器自偏置给混频器源漏端进行偏置的方式，移除了级间的耦合电容。通过分析晶体管寄生 PN 结对电压和电流的影响，有效地提高了混频器的线性度。与有源混频器采用了相同工艺，工作频率也为76~81GHz。后仿真结果显示，该混频器与跨阻放大器的电压转换增益在全频段为5~5.7dB，单边带噪声系数为 17.5~18.8dB。在中心频率 78.5GHz，输出中频 50MHz 处，输入P1dB为1.3dBm。
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