초록
본 논문은 65-nm Complemetary Metal-Oxide-Semiconductor(CMOS) 공정으로 설계한 송신 1채널, 수신 2채널을 내장한 24 GHz 송수신 칩과 이 칩을 이용하여 제작한 24 GHz Frequency Modulated Continuous Wave(FMCW) 레이다 모듈을 제시한다. CMOS 송수신 칩은 14체배기, 저잡음 증폭기, 하향 변환 믹서, 전력 증폭기를 포함하고 있다. 송신 출력은 23.8~24.36 GHz 대역에서 10 dBm 이상이며, 위상 잡음은 1 MHz 오프셋에서 -97.3 dBc/Hz이다. 수신기는 25.2 dB의 변환 이득과 -31.7 dBm의 $P_{1dB}$를 갖는다. 송수신 칩은 모두 합해 295 mW를 소모하고 $1.63{\times}1.6mm^2$의 면적을 차지한다. 레이다 시스템은 FR4 기판과 저손실 듀로이드 기판을 적층하여, 저손실 기판위에 칩과 안테나 및 고주파 전송선을 배치하고, 바이어스 회로와 이득 블록, FMCW 신호 발생 블록은 FR4 기판에 집적하여 하나의 레이다 모듈을 구성하였다. 안테나는 패치 형태로 송신 안테나는 $4{\times}4$ 패치 안테나로 14.76 dBi의 안테나 이득을 수신 안테나는 $4{\times}2$ 패치 안테나로 11.77 dBi의 안테나 이득을 구현하였다. 코너 리플렉터를 사용하여 거리 및 방위각 탐지 실험을 수행하였고, 정상 동작을 확인하였다.
This paper presents a 24-GHz frequency-modulated continuous wave(FMCW) radar transceiver with two Rx and one Tx channels in 65-nm complementary metal-oxide-semiconductor(CMOS) process and implemented it on a radar system using the developed transceiver chip. The transceiver chip includes a $14{\times}$ frequency multiplier, low-noise amplifier, down-conversion mixer, and power amplifier(PA). The transmitter achieves >10 dBm output power from 23.8 to 24.36 GHz and the phase noise is -97.3 GHz/Hz at a 1-MHz offset. The receiver achieves 25.2 dB conversion gain and output $P_{1dB}$ of -31.7 dBm. The transceiver consumes 295 mW of power and occupies an area of $1.63{\times}1.6mm^2$. The radar system is fabricated on a low-loss Duroid printed circuit board(PCB) stacked on the low-cost FR4 PCBs. The chip and antenna are placed on the Duroid PCB with interconnects and bias, gain blocks and FMCW signal-generating circuitry are mounted on the FR4 PCB. The transmit antenna is a $4{\times}4$ patch array with 14.76 dBi gain and receiving antennas are two $4{\times}2$ patch antennas with a gain of 11.77 dBi. The operation of the radar is evaluated and confirmed by detecting the range and azimuthal angle of the corner reflectors.
