[發明專利]單片集成的低功耗微波雷達感測芯片及雷達模組

有效

• 申請號: 201910293997.7
• 申請日: 2019-04-12
• 公開（公告）號: CN109901121B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 吳磊
• 申請（專利權）人: 成都指靈瞳科技有限公司
• 主分類號: H03K19/00
• 分類號: H03K19/00
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 李朝虎

本發明公開了單片集成的低功耗微波雷達感測芯片及雷達模組，解決微波電路尚不能將射頻前端、信號處理電路、模擬電路、MCU數字控制電路集成到同一基底材料的芯片電路中，射頻微波芯片功耗高，無法滿足物聯網應用低成本低功耗要求問題。本發明微波雷達感測芯片包括射頻電路模塊、模擬電路模塊和數字電路模塊，采用RF?CMOS互補金屬氧化物工藝，將射頻電路模塊、模擬電路模塊和數字電路模塊集成到一顆芯片中形成片上系統；微波雷達感測芯片通過外接的無源晶體振蕩器輸入信號XTAL_P/XTAL_N為系統提供基礎時鐘，通過TX發射天線向外發射雷達信號，通過RX接收天線接收目標反射回來的信號；采用電壓域分割和分時工作的方式對微波雷達感測芯片的電壓域進行分割并分別供電。

技術領域

本發明涉及微波雷達感測芯片技術領域，具體涉及單片集成的低功耗微波雷達感測芯片及雷達模組。

背景技術

微波是指頻率在300MHz～300GHz范圍內的極高頻電磁波，其波長范圍從1m到1mm。微波具有直線(視距)傳播，不受其他電磁波干擾，頻帶寬，系統體積小等特點，首先在通信領域得到廣泛應用。微波技術另一最重要應用當屬雷達，使用微波雷達對遠距離飛行目標測速、測距、測方位早在第二次世界大戰中就已成功應用。

不同于紅外探測器，這種微波組件對各種可以反射微波的物體都很敏感，且不受環境溫度的影響，因此廣泛用于工業、交通及民用裝置中，如車輛測速、液位測定、自動門、自動燈、自動盥洗、生產線物料探測、倒車雷達等。報警產品中微波探測器使用這種微波傳感器組件，配合周邊的電子器件，基于多普勒效應的應用就構成了移動目標微波探測器，即多普勒雷達。

微波探測器所使用的多普勒雷達主要類型為連續波(CW)多普勒雷達(DopplerRadar)。雷達利用電磁波發射后遇到障礙物反射的回波信號對其不斷檢測，射頻收發前端通過天線接收回波信號并與發射信號進行差頻處理，再送至后級信號處理模塊，根據中頻信號來探測目標的相對速度和距離等信息。

由多普勒效應得知，固定安裝的雷達發出的固定頻率微波，遇到靜止物體產生的反射波其頻率并不改變，遇到運動物體產生的反射波將會發生多普勒頻移，頻率的改變類似相對速度的計算，圖1是多普勒頻移的計算，其中：V＝汽車行駛速度；C＝微波行進速度，300,000Km/S；λt＝發射波微波波長；λr＝反射波微波波長。多普勒雷達在發射微波信號的同時接受反射波信號，并將兩者相混差頻產生一個新的低頻信號，稱多普勒信號，其頻率稱為多普勒頻率，是發射頻率和反射頻率之差：

多普勒頻率＝|發射頻率–反射頻率|＝|1/λt-1/λr|＝|ft-fr|

根據上面公式計算可得：人步行速度1.5m/s，多普勒頻移40Hz；車輛限速20Km/h，多普勒頻移220Hz。

微波射頻模塊大多采用分立器件設計而成，模塊由低噪聲放大器、混頻器、濾波器、功率放大器等分立器件組成，器件之間需要用波導微帶線的方式進行匹配。由于信號頻率高，就要求分立器件接地線要短、分布參數小、在高頻電路中必須多接地線，并且要求每根接地線的長度小于信號波長的1/100,同時分立器件的級間匹配非常敏感，導致系統調試困難，產品體積龐大，功耗高，成本高，不利于大規模生產。

隨著微波半導體技術的進步，可將射頻前端模塊集成到一顆芯片上，但是這種單片微波集成電路(MMIC)多采用昂貴的化合物半導體GaAs(砷化鎵)工藝，GaAs工藝很難集成大規模的數字電路，且成本高功耗高。然而，現有的微波/毫米波電路尚不能將射頻前端、信號處理電路、模擬電路、MCU數字控制電路集成到同一基底材料的芯片電路中，另外，射頻微波芯片功耗高，無法在電池供電的系統中應用，也無法滿足物聯網應用要求的極低成本和功耗的要求。