於2023年國際固態電路會議（ISSCC）上，比利時微電子研究中心（imec）展示一款採用數位校正與充電幫浦技術的創新鎖相迴路（PLL），能以低功耗產生高品質的調頻連續波（FMCW）訊號，滿足毫米波雷達應用。該電路是未來短距雷達應用的重要構件，包含車內與車外感測器，以及協作機器人感測器等。

imec低功耗鎖相迴路 滿足140GHz短距毫米波雷達應用

在汽車、醫療與工業等各式應用，採用毫米波技術的FMCW雷達越來越受歡迎。這些雷達能傳輸頻率隨著時間呈現線性增加的正弦波，這種掃頻訊號稱為線性調頻訊號或啁啾（chirp）。雷達訊號在接觸目標物後會反射，由接收器捕捉的回波訊號會與原本的線性調頻訊號混合，隨後就能測量目標物的距離與速度。雷達訊號的品質主要取決於鎖相迴路的性能，這些電路負責生成線性調頻訊號。

imec開發的創新鎖相迴路能發出高品質的高度線性調頻訊號，工作頻段集中在16GHz，訊號頻寬為1.5GHz。調頻訊號的週期縮短至12μs，測量誤差也降至41kHzrms，性能表現亮眼。該迴路能在1μs以內快速啟動，最短重置時間僅需1μs。調頻訊號生成器採用短工作週期的運作模式，也就是在單一脈衝合成多個啁啾，藉此減省大量功耗。舉例來說，該迴路在佔空比為50%時的功耗為9.2mW，佔空比為1%時功耗則降至1.48mW。就算在電源關閉的情況下，初始啁啾的測量誤差也能控制在41kHz以下。透過導入充電幫浦，採用28nm CMOS製程，以及擴充一顆具備相位偏移補償功能的時間數位轉換器，該迴路就能快速自行校正，實現極短的工作週期。

這款鎖相迴路具備多項優異性能，非常適合汽車短距雷達應用，感測距離可達數十公尺。imec研究計畫組長Ilja Ocket表示：「這些應用包含負責偵測駕駛與乘客位置、動作與舒適度的車內雷達，以及提供停車輔助或車輛感測功能的車外感測器。這款鎖相迴路也能用於機器人的雷達應用，例如裝設在協作機器人上的感測裝置，可以改良工業環境人機互動的安全性及效率；它也能作為無人機等小型移動裝置或載具的承載式雷達。在今年ISSCC上，我們將這款搭配充電幫浦設計的創新鎖相迴路與imec現有的140GHz雷達收發器進行整合，透過示範實際可行的應用來展示毫米波雷達技術未來在汽車與工業應用的潛能。這款迴路還能作為升頻轉換器，把像是80GHz訊號等其它載波轉換為毫米波雷達訊號。」