應用於生命訊號偵測雷達之2-30-GHz接收機與寬頻鎖相迴路前端電路之設計

鄭人豪

doi:10.6342/NTU201700274

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应用於生命讯号侦测雷达之2-30-GHz接收机与宽频锁相回路前端电路之设计

Design of a Wideband PLL Front-End and a 2-to-30-GHz Receiver for Noncontact Vital Sign Detection

郑人豪 , 博士　　导师：黄天伟　　

英文 DOI： 10.6342/NTU201700274

互补金属氧化物半导体；压控振荡器；注入锁定式除频器；生命讯号侦测雷达；锁相回路；接收机； CMOS ； voltage-controlled oscillator (VCO) ； injection-locked frequency divider (ILFD) ； vital sign detection radar (VSDR) ； phase-locked loops (PLL) ； receiver

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摘要 │ 参考文献 (117) │ 国际计量

摘要〈TOP〉

本论文呈现单晶微波积体电路(MMICs) 在互补金属氧化物半导体 (CMOS) 的研究与实现以及应用於生命讯号侦测雷达之接收机整合。 本论文内容可分为三部分：分别为一宽频可调之双核压控振荡器和一 宽频锁相回路之前端电路、一锁定频宽为90.9％之注入锁定除频器和 一应用於生命讯号侦测雷达之2 至30 GHz 宽频接收机。 首先是介绍利用切换电感和调整变容器之双核压控振荡器。利用90 奈米低功耗CMOS 技术，此双核压控振荡器已经完成设计与制造。 本文所提出之切换电感的方式，能不用直接在射频讯号的路径上，改 变LC 共振腔的电感值，对於谐振器的品质因数有最小的负载作用。此双核压控振荡器之可调频率范围为62.1% (从23.67 到45 GHz)。其平均输出功率大约是−11 dBm，直流功率消耗则为16 至20 毫瓦。在操作频率为23.67 GHz 的状态下，所量测之相位杂讯於与1 MHz 的偏移频率为−100.8 dBc / Hz。透过进一步整合此双核压控振荡器与一除4 之除频器，我们利用相同制程实现了一宽频锁相回路之前端电路。此除4 之频率除频器包括一基板偏压之注入锁定除频器与源极注入电流模式除频器(SICML)。该宽频锁相回路前端电路之频率操作范围从23.6 到32 GHz（30.2 ％)。此电路之晶片面积为0.91 mm2，在1.2 V 与1.5 V 的供应电压下，直流功耗为40.8 毫瓦。接着，第二个讨论的电路是以90 奈米CMOS 技术实现一超宽锁定频宽之除2 注入锁定除频器。首先利用交叉耦合对与注入混频之尺寸比进行最佳化以取得宽频之锁定频宽。搭配峰化电感，正相基板偏压，以及谐波抑制技术，所提出之除2 注入锁定除频器在注入功率为0 dBm 时，达到了90.9% 的锁定频宽(12 到32 GHz)。此电路之晶片面积为0.45 mm2。即使在注入功率为−10 dBm 时，此除2 之注入锁定除频器仍能维持32.9％的锁定频宽。在0.6 V 供应电压下，其核心直流功耗只有2.4 毫瓦。最後，本论文亦提出一应用於宽频生命讯号侦测雷达之2 到30GHz 宽频接收机，使用0.18 微米的互补金属氧化物半导体制程。宽频生理讯号侦测雷达主要目的，是希望在不同的侦测环境，利用频率多样相来维持生理讯号侦测之准确度。此2 至30 GHz 接收机包含一高增益、低杂讯之分布式放大器和一宽频降频混合器，其比例频宽为175 %，可与双频带发射机作进一步的整合在2 至30 GHz 之频率范围与本地讯号源功率为3 dBm 时，此接收机的最大转换增益在3 GHz 的频率为13.1 dB，整体的平均转换增益约为3.5 dB。此接收机直流功耗为260 毫瓦，晶片面积则为2.16 mm2。

并列摘要〈TOP〉

This dissertation presents the research and implementations on CMOS monotonic microwave integrated circuits (MMICs) and receiver integration of vital sign detection radar. The dissertation is categories into three parts: a wide-tuning-range dual-core VCO and a wideband phase-locked loop (PLL) front-end, a 90.9% locking range injection-locked frequency divider (ILFD), and a 2-to-30-GHz broadband receiver for vital sign detection. The dual-core VCO with switched inductors and varactor banks is introduced at the beginning. This VCO has been designed and fabricated in a standard 90-nm low-power CMOS technology. The proposed switched inductor changes the inductance of LC tank indirectly on the RF signal path, bringing minimum loading effect to the quality factor of resonator. The dual-core VCO demonstrates a tuning range of 62.1% (from 23.67 to 45 GHz). The average output power is around −11 dBm with the power consumption varying from 16 to 20 mW. The measured phase noise is −100.8 dBc/Hz at 1 MHz offset frequency operating at 23.67 GHz. By further combining the dual-core VCO with a divide-by-4 frequency divider, a wideband PLL front-end is implemented in the same CMOS process. The divide-by-4 frequency divider consists of a body-biasing injection-locked freqeucny divider (ILFD) stacked with source-injected current mode logic (SICML). This PLL front-end exhibits a frequency tuning range from 23.6 to 32 GHz (30.2%) with a chip size of 0.91 mm2. The dc power consumption is 40.8 mW at a supply voltages of 1.2 V and 1.5 V. Then, an ultra-wide-locking-range divide-by-2 ILFD in a standard 90-nm low-power CMOS technology is presented. The sizes of cross-coupled pair and injection mixer are optimized based on the device ratio to obtain a wide locking range at first. With the aid of inductive peaking, forward-body-bias, and harmonic suppression techniques, the proposed ILFD achieves a locking range of 90.9% (from 12 to 32 GHz) at injection power (Pinj ) = 0 dBm. The chip occupies an area of 0.45 mm2. Even with Pinj as low as −10 dBm, this ILFD maintains a locking range of 32.9%. The core dc power consumption is only 2.4 mW with a supply voltage of 0.6 V.
Finally, a 2-to-30-GHz broadband receiver of the wideband vital sign detection radar is designed and fabricated in a 0.18-μm CMOS process. The aim of the wideband vital sign detection radar is using frequency diversity to maintain the detection accuracy under various detection environments. This 2-to-30-GHz receiver is composed of a high-gain low-noise distributed amplifier (DA) and a broadband down-conversion mixer, which is developed to cooperate with a dual-band transmitter. The proposed receiver achieves a fractional bandwidth of 175 %. The maximum conversion gain of the receiver is 13.1 dB at 3 GHz within a frequency range from 2 to 30 GHz at LO power of 3 dBm. The measured average conversion gain is around 3.5 dB. This receiver consumes a dc power of 260 mW and occupies a chip area of 2.16 mm2.

参考文献 ( 117 ) 〈TOP〉

[1] J. G. Andrews et al., “What will 5G be?,” IEEE J. Sel. Areas Commun., vol. 32, no. 6, pp. 1065−1082, Jun. 2014.
连结：
[2] W. Roh et al., “Millimeter-wave beamforming as an enabling technology for 5G cellular communications: theoretical feasibility and prototype results,” in IEEE Commun. Mag., vol. 52, no. 2, pp. 106−113, Feb. 2014.
连结：
[3] T. S. Rappaport, G. R. MacCartney, Jr., M. K. Samimi, and S. Sun, “Wideband millimeter-wave propagation measurements and channel models for future wireless communication system design,” IEEE Trans. Commun., vol. 63, no. 9, pp. 3029−3056, Sep. 2015.
连结：
[4] C. Li, V. M. Lubecke, O. Boric-Lubecke, and J. Lin, “A review on advances in Doppler radar sensors for noncontact healthcare monitoring,” IEEE Trans. Microw. Theory and Techn., vol. 61, no. 5, pp. 2046−2060, May 2013.
连结：
[5] C. Li and J. Lin, “Random body movement cancellation in Doppler radar vital sign detection,” IEEE Trans. Microw. Theory and Techn., vol. 56, no. 12, pp. 3143−3152, Dec. 2008.
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