Für intuitivere HMIs Effizienter 60-GHz-Radarchip am Imec entwickelt

Phasenregelkreis

Der PLL übernimmt die Steuerung für ein Radargerät und reguliert die Frequenz. Um eine Antenne effizient in die CMOS-Technik zu integrieren, wird ein FM-CW-Radar (Frequency modulated Continuous Wave) verwendet. Dabei wird die Trägerfrequenz der ausgesendeten Radiowelle über eine bestimmte Bandbreite moduliert. Dies geschieht durch den PLL. Er erzeugt Chirps, d.h. Signale, bei denen die Frequenz entsprechend einer Sägezahnfunktion linear mit der Zeit ansteigt.

Sobald die reflektierte Welle zurückkehrt, können aus der Frequenzdifferenz die Zeitverzögerung und der Abstand zum Ziel bestimmt werden. Für eine hohe Messgenauigkeit muss die Frequenz in jedem Sägezahn möglichst linear ansteigen (Bild 1). Außerdem sollte die Chirp-Steigung so steil wie möglich sein, was zu einer kurzen Chirp-Periode führt, die häufig wiederholt werden kann. Bei einem nahe gelegenen Objekt führt eine hohe Chirp-Steigung zu einer höheren demodulierten Frequenz im Empfänger, die besser erkannt wird. »Die kleine Chirp-Zeit hat noch einen weiteren Vorteil: Man kann mehrere Transceiver gleichzeitig verwenden, was eine genaue Bestimmung des Winkels ermöglicht, unter dem ein Ziel erkannt wird«, erklärt Jan Craninckx, Distinguished Member of Technical Staff beim Imec

Anforderungen an Radar-Steuergerät

Die Anforderungen an eine PLL lauten:

  • hochlineare Chirps mit möglichst steiler Flanke,
  • hohe modulierte Frequenz,
  • geringe Leistungsaufnahme.

Auf der ISSCC kündigte das Imec einen neuen PLL an, der diese Anforderungen erfüllt. Der PLL erzeugt modulierte Wellen, die um 10 GHz zentriert sind und deren Frequenz in 51,2 μs um 1,2 GHz (bzw. 12 %) steigt. Der lineare Anstieg von 23 MHz/μs hat eine Unsicherheit (RMS-Abweichung) von 90 kHz. Im schnellsten Modus wird die gleiche Bandbreite in nur 12,8 μs mit einem RMS-Frequenzfehler von 168 kHz abgedeckt. Die geringe Leistungsaufnahme von 12 mW ist eine deutliche Verbesserung im Vergleich zu alternativen Designs.

Das von dem PLL erzeugte 10 GHz Signal wird anschließend versechsfacht, um 60 GHz zu erreichen, wodurch auch die Bandbreite um den gleichen Faktor erhöht wird. Auf diese Weise erhält man ein 60-GHz-Radar mit einer Bandbreite von 7,2 GHz, das mit hoher Auflösung Objekte erkennen kann. Der kompakte Low-Power-Radarchip kann zur Erkennung von Bewegungen, zur Erkennung von Gesten oder zur Messung des Herzschlags einer Person verwendet werden. Das Anwendungsspektrum ist breit gefächert.