富士通新技術提高車載雷達品質

近些年來，為了提高雷達系統(tǒng)的辨識度以及無線通信的品質，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，而化合物半導體的物理特性非常適合應用于高頻環(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，提高產品的性能，以及方便大規(guī)模生產，硅材質半導體就變得更合適（圖2），這就是為什么研發(fā)選用了硅半導體作為毫米微波收發(fā)器集成電路的組件。

圖1化合物半導體集成電路

圖2 硅半導體集成電路

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生噪聲之間的對比結果將不會足夠大，最終導致較高噪聲等級的問題。另外特別值得注意的是，硅半導體加工出的晶體管產生的噪聲等級要比化合物半導體高。減低噪聲等級和生成高穩(wěn)定性信號已經成為集成電路技術發(fā)展的一個重要方向。

此新研發(fā)的技術采用了全新的結構，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)境造成的負擔。

富士通研發(fā)出的低噪聲信號發(fā)生電路為在硅半導體上生產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備。該新技術有望大幅度提高車載雷達和其他無線收發(fā)器的性能表現(xiàn)，當然產品是否能大批量生產也是影響技術未來發(fā)展的重要因素，為了該先進技術的應用，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79千兆赫雷達系統(tǒng)先進技術研究”中已經對這項新技術采集了大量的數(shù)據(jù)，相關的更多細節(jié)將會在2013年歐洲微波集成電路大會上披露。