FMCW 레이다를 위한 X 대역의 넓은 변조 대역폭을 가지는 위상고정루프 = X-Band Wide Modulation Bandwidth PLL for FMCW Radar

국문 초록 (Abstract)

FMCW Radar 시스템은 Lidar 등에 비해, 외부 환경에 강하기 때 문에, 드론 탐지 및 자율주행 시스템 등 다양한 분야에 쓰인다. FMCW Radar의 주요 성능은 거리 해상도로, Waveform의 Modulation Bandwidth에 의해 정해진다. 이에 본 논문에서는 보다 넓은 변조 대 역폭을 만들 수 있는 위상고정루프를 설계하였다. 큰 변조 대역폭을 만들기 위해, Voltage Controlled Oscillator의 KVCO 및 Charge Pump의 출력전압 범위를 확대하였다. VCO의 기본적인 Single Cap Band의 변조 대역폭은 KVCO를 넘지 못한다. 더 큰 대역폭을 얻기 위해, Multi Cap Band Technique을 사 용함으로써, 더 넓은 변조 대역폭인 550MHz를 달성하였다. 또한 Loop Filter와 위상고정루프 분석을 통해, 각 회로의 noise transfer function과 위상고정루프의 Locking Time을 계산하였고, 출력 으로 보이는 위상 잡음을 예측하여, Charge Pump의 전류, KVCO 등 을 정하였고, 최종으로 Locking time은 0.272us, 위상잡음은 오프셋 주파수 1MHz 기준으로, -83.22dBc/Hz를 달성했다. 설계는 TSMC CMOS 65nm 공정으로 진행하였으며, 1.2V의 전원 을 사용하여 44.12mA의 전류를 소모한다. 설계된 위상고정루프의 면적은 이다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 1.1 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) Radar 2
• 1.2 Range Resolution of FMCW Radar 4
• 제2장 PLL for Wide Frequency Modulation Bandwidth 6
• 2.1 PLL(Phase Locked Loop) 6
• 2.1.1 Phase Frequency Detector 6
• 2.1.2 Charge Pump 9
• 2.1.3 Loop Filter and Loop Stability 11
• 2.1.4 Divider Part 16
• 2.1.5 Sigma Delta Modulator 21
• 2.1.6 Voltage Controlled Oscillator 24
• 2.2 Frequency Sweep Generator 27
• 2.3 Multi Band switching technique 28
• 제3장 Phase Noise Analysis 30
• 3.1 Noise transfer function 30
• 3.1.1 Phase noise of simulation and measurement 31
• 제4장 Measurement results 32
• 4.1 Die Photo 32
• 4.2 VCO Measurement Results 33
• 4.3 Phase Noise of PLL 34
• 4.4 Frequency Domain Measurement of PLL 35
• 4.5 Time Domain Measurement of FMCW 36
• 4.5.1 FMCW RMS Frequency Error 36
• 4.5.2 FMCW RMS Frequency Error Rejection 37
• 제5장 Conclusion 38
• 참 고 문 헌 39
• ABSTRACT 40