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，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）。但為了把信號處理電路集成在一個芯片上，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信號發(fā)生電路來生成毫米微波信號，傳統(tǒng)的信號發(fā)生電路會把低頻比較測量器信號和低噪聲高度穩(wěn)定的參考信號進(jìn)行比較，其中比較測量器信號是從毫米微波震蕩信號中分離出來的，而參考信號來自于基準(zhǔn)振蕩器；然后再把這兩種信號整合同步在一起，最終生成低噪聲高穩(wěn)定性的信號（圖3）。

圖3 傳統(tǒng)信號發(fā)生電路

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

此新研發(fā)的技術(shù)采用了全新的結(jié)構(gòu)，多個相位差檢測電路與延時電路線型連接，使得多重對比成為可能。新集成電路中，對比信號的頻率也被提高了，另外參考信號分離成多重信號，這樣一個周期中可以進(jìn)行多次對比。相位差信號在每次對比后都會生成，正是得益于有了更多的差分信號，它們的相對尺寸與相位差檢測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 新信號發(fā)生電路

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

富士通研發(fā)出的低噪聲信號發(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，富士通公司計劃打造一個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)對這項新技術(shù)采集了大量的數(shù)據(jù)，相關(guān)的更多細(xì)節(jié)將會在2013年歐洲微波集成電路大會上披露。