CN110554389A - 一种改善宽温工作增益起伏的77GHz雷达接收机电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改善宽温工作增益起伏的77GHz雷达接收机电路，包括：毫米波信号接收模块，接收来自片外的毫米波信号和来自本振信号倍频模块的77GHz本振信号，进行下变频处理变为基带信号，再将基带信号输送至基带信号预处理模块；本振信号倍频模块，将38.5GHz本振信号倍频为77GHz本振信号，并将77GHz本振信号放大后传输至毫米波信号接收模块作为下变频处理的本振信号；基带信号预处理模块，接收来自毫米波信号接收模块的基带信号，将其滤波放大后输出。本发明在改善电路宽温工作增益起伏的同时，不会影响线性度，且对因宽温工作增益起伏导致的噪声恶化也具有改善作用；可靠性强，对工艺一致性依赖较小。

Description

一种改善宽温工作增益起伏的77GHz雷达接收机电路
技术领域
本发明涉及汽车雷达系统和高级智能驾驶技术领域，尤其是一种改善宽温工作增益起伏的77GHz雷达接收机电路。
背景技术
随着人们对安全、舒适的驾驶体验的不断追求，中高端乘用车辆也开始要求配备更多的车辆安全设备，自动驾驶成为汽车的新方向。传统的红外、激光雷达取得了很大的发展，但是由于其在烟、雾、云、沙尘暴等恶劣天气中使用受限，催生了对毫米波雷达的研究。近年来，关于毫米波雷达的研究成为热点，其全天候的工作特点将促进雷达性能的提升。
目前，毫米波汽车雷达的工作频段主要为24GHz和77GHz，以及日本的60GHz等。使用这些频段的主要原因是这些频段被其他频段应用占用少，这些频段在大气中的衰减要弱适合长距离传输。77GHz是未来的主流方向，其主要的优点：1)探测距离更远、带宽更大，同时天线较小可以能力更集中从而探测更远的距离；2)独有频段：在欧洲24GHz很早之前就已经被分配给射电天文和电信工业应用。为了减少对它们的干扰，欧盟限制了24GHz车用毫米波雷达发射功率，仅用于短距离雷达，而77GHz频段目前是汽车雷达应用独有。
传统毫米波汽车雷达多采用分离器件或多芯片方案，而采用CMOS工艺可以将接收机、发射机、锁相环、基带处理电路集成在单颗芯片上，大大提高雷达系统的集成度，降低成本。77GHz毫米波CMOS汽车雷达接收机芯片普遍采用零中频接收机架构，即天线接收到毫米波信号经过低噪声放大器放大后直接下变频为基带信号，这种结构接收增益较低容易满足线性动态范围要求，且无需考虑滤波器的匹配问题，下变频后得到的基带信号，只需简单的低通滤波器来选择信道，降低了电路复杂度，便于电路集成，缩小芯片尺寸。
为满足车规认证，汽车雷达芯片需要在较宽的温度范围内工作，如AEC-Q100中对零件工作温度等级定义如下：
0等级：环境工作温度范围-40℃～150℃；
1等级：环境工作温度范围-40℃～125℃；
2等级：环境工作温度范围-40℃～105℃；
3等级：环境工作温度范围-40℃～85℃；
4等级：环境工作温度范围0℃～70℃。
77GHz毫米波CMOS汽车雷达接收机一般包括低噪放、混频器、基带预处理电路等部分，采用CMOS工艺设计的电路其等效增益G可表示为：
G＝A*gm*RL
其中A为与电路类型有关的系数；gm为电路等效跨导；RL为等效负载电阻。
在毫米波放大器的设计中，MOS管的过驱动电压一般取200mV左右，MOS管工作状态接近弱反型区，此时电路等效跨导gm随工作温度的升高而下降。另外，CMOS工艺中常用的多晶硅电阻温度系数可达3000ppm/℃，在-55℃到85℃的阻值变化可达20％。
基于上述原因，对于含多个电路单元的77GHz毫米波CMOS汽车雷达接收机电路，其增益随温度起伏可能很大，想要改善宽温工作增益起伏，需要特定的设计手段和技术进行相应的处理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够提高汽车雷达系统集成度、信号处理能力和可靠性的改善宽温工作增益起伏的77GHz雷达接收机电路。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种改善宽温工作增益起伏的77GHz雷达接收机电路，包括：
毫米波信号接收模块，接收来自片外的毫米波信号和来自本振信号倍频模块的77GHz本振信号，进行下变频处理变为基带信号，再将基带信号输送至基带信号预处理模块；
本振信号倍频模块，将38.5GHz本振信号倍频为77GHz本振信号，并将77GHz本振信号放大后传输至毫米波信号接收模块作为下变频处理的本振信号；
基带信号预处理模块，接收来自毫米波信号接收模块的基带信号，将其滤波放大后输出。
所述毫米波信号接收模块包括毫米波输入接口、低噪声放大器、混频器和偏置电路模块，所述毫米波输入接口依次与低噪声放大器、混频器、基带信号预处理模块连接，所述混频器还与本振信号倍频模块连接，所述偏置电路模块输出4路偏置电压VB1、VB2、VB3、VB4分别连接到低噪声放大器和混频器进行电压偏置。
所述本振信号倍频模块包括本振信号输入接口、倍频器和功率放大器，所述本振信号输入接口依次与倍频器、功率放大器、毫米波信号接收模块相连。
所述基带信号预处理模块包括基带信号输出接口、与基带信号输出接口依次连接的第三缓冲放大器、低通滤波器、第二缓冲放大器、第一缓冲放大器和高通滤波器，高通滤波器还与毫米波信号接收模块连接，所述基带信号预处理模块还包括与第一缓冲放大器连接的宽温增益3位控制接口。
所述低噪声放大器包括变压器K1、变压器K2、变压器K3、变压器K4、NMOS管N1、NMOS管N2、NMOS管N3、NMOS管N4、NMOS管N5、NMOS管N6、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5和电容C6；变压器K1分别与毫米波信号输入接口、地、NMOS管N1的栅极、NMOS管N2的栅极、偏置电路模块的第一偏置电压输出端VB1连接，电容C1的两端分别连接NMOS管N1的栅极和NMOS管N2的漏极，电容C2的两端分别连接NMOS管N2的栅极和NMOS管N1的漏极，NMOS管N1的源极和NMOS管N2的源极连接到地；变压器K2分别与NMOS管N1的漏极、NMOS管N2的漏极、NMOS管N3的栅极、NMOS管N4的栅极、偏置电路模块的第二偏置电压输出端VB2连接，电容C3的两端分别连接NMOS管N3的栅极和NMOS管N4的漏极，电容C4的两端分别连接NMOS管N4的栅极和NMOS管N3的漏极，NMOS管N3的源极和NMOS管N4的源极连接到地；变压器K3分别与NMOS管N3的漏极、NMOS管N4的漏极、NMOS管N5的栅极、NMOS管N6的栅极、偏置电路模块的第三偏置电压输出端VB3连接，电容C5的两端分别连接NMOS管N5的栅极和NMOS管N6的漏极，电容C6的两端分别连接NMOS管N6的栅极和NMOS管N5的漏极，NMOS管N5的源极和NMOS管N6的源极连接到地；变压器K4分别与NMOS管N5的漏极、NMOS管N6的漏极、混频器。
所述混频器包括变压器K5、NMOS管N11、NMOS管N12、NMOS管N13、NMOS管N14、电阻R9和电阻R10，变压器K5分别与本振信号倍频模块、NMOS管N11至NMOS管N14的栅极、偏置电路模块的第四输出端VB4连接，NMOS管N11与NMOS管N12的源极连接到低噪声放大器差分输出的一端，NMOS管N13与NMOS管N14的源极连接到低噪声放大器差分输出的另一端，NMOS管N11与NMOS管N13的漏极连接基带信号预处理模块差分输入的一端并通过电阻R9连接到外部1.0V电源VDD，NMOS管N12与NMOS管N14的漏极连接基带信号预处理模块差分输入的另一端并通过电阻R10连接到外部1.0V电源VDD。
所述偏置电路模块提供VB1、VB2、VB3、VB4四个偏置电压，偏置电路模块分别与低噪声放大器、混频器连接，偏置电路模块包括第一偏置电压输出端VB1、第二偏置电压输出端VB2、第三偏置电压输出端VB3、第四偏置电压输出端VB4、NMOS管N7、NMOS管N8、NMOS管N9、NMOS管N10、PMOS管P1、PMOS管P2、PMOS管P3、PMOS管P4、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8；PMOS管P1的栅极同时连接电阻R1的一端、电阻R2的一端，PMOS管P1的漏极与电阻R1的另一端连接到外部1.0V电源VDD，PMOS管P1的源极与NMOS管N7的漏极和栅极、电容C7的一端连接到第一偏置电压输出端VB1，NMOS管N7的源极与电阻R2的另一端、电容C7的另一端连接到地；PMOS管P2的栅极同时连接电阻R3的一端、电阻R4的一端，PMOS管P2的漏极与电阻R3的另一端连接到外部1.0V电源VDD，PMOS管P2的源极与NMOS管N8的漏极和栅极、电容C8的一端连接到第二偏置电压输出端VB2，NMOS管N8的源极与电阻R4的另一端、电容C8的另一端连接到地；PMOS管P3的栅极同时连接电阻R5的一端、电阻R6的一端，PMOS管P3的漏极与电阻R5的另一端连接到外部1.0V电源VDD，PMOS管P3的源极与NMOS管N9的漏极和栅极、电容C9的一端连接到第三偏置电压输出端VB3，NMOS管N9的源极与电阻R6的另一端、电容C9的另一端连接到地；PMOS管P4的栅极同时连接电阻R7的一端、电阻R8的一端，PMOS管P4的漏极与电阻R7的另一端连接到外部1.0V电源VDD，PMOS管P4的源极与NMOS管N10的漏极和栅极、电容C10的一端连接到第四偏置电压输出端VB4，NMOS管N10的源极与电阻R8的另一端、电容C10的另一端连接到地。
所述第一缓冲放大器为全差分可编程增益放大器，增益范围0至7dB，8个增益档位，增益步进1dB，包括差分输入端IN、差分输出端OUT、全差分运算放大器O1、电阻R11、电阻R12、电阻阵列RA1、电阻阵列RA2和译码器DEC1；所述译码器DEC1的3位输入端连接宽温增益3位控制接口，所述译码器DEC1的8位输出端分别与电阻阵列RA1、电阻阵列RA2连接从而控制电阻阵列RA1、电阻阵列RA2的阻值，所述全差分运算放大器O1的差分输入端IN分别通过电阻R11、电阻R12和高通滤波器的差分输出端连接，所述全差分运算放大器O1的差分输出和第二缓冲放大器的差分输入连接，所述电阻阵列RA1的两端分别连接全差分运算放大器O1的差分负输出端和差分正输入端，所述电阻阵列RA2的两端分别连接全差分运算放大器O1的差分正输出端和差分负输入端。
所述电阻阵列RA1与电阻阵列RA2的结构相同，所述电阻阵列RA1包括NMOS管N15、NMOS管N16、NMOS管N17、NMOS管N18、NMOS管N19、NMOS管N20、NMOS管N21、NMOS管N22、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、控制端口GAIN<7:0>；电阻阵列RA1的输入端口I分别连接NMOS管N15至NMOS管N22的源极，控制端口GAIN<7>连接NMOS管N15的栅极，控制端口GAIN<6>连接NMOS管N16的栅极，控制端口GAIN<5>连接NMOS管N17的栅极，控制端口GAIN<4>连接NMOS管N18的栅极，控制端口GAIN<3>连接NMOS管N19的栅极，控制端口GAIN<2>连接NMOS管N20的栅极，控制端口GAIN<1>连接NMOS管N21的栅极，控制端口GAIN<0>连接NMOS管N22的栅极，NMOS管N15的漏极连接电阻R13的一端，NMOS管N16的漏极连接电阻R13的另一端和电阻R14的一端，NMOS管N17的漏极连接电阻R14的另一端和电阻R15的一端，NMOS管N18的漏极连接电阻R15的另一端和电阻R16的一端，NMOS管N19的漏极连接电阻R16的另一端和电阻R17的一端，NMOS管N20的漏极连接电阻R17的另一端和电阻R18的一端，NMOS管N21的漏极连接电阻R18的另一端和电阻R19的一端，NMOS管N22的漏极连接电阻R19的另一端和电阻R20的一端，电阻R20的另一端连接电阻阵列RA1的输出端O。
由上述技术方案可知，本发明的优点在于：第一，本发明在改善电路宽温工作增益起伏的同时，不会影响线性度，且对因宽温工作增益起伏导致的噪声恶化也具有改善作用；第二，可靠性强，本发明的电路即使出现一定程度的电路失配，仍不会影响对宽温工作增益起伏的改善效果，对工艺一致性依赖较小；第三，电路结构简单，本发明采用的器件类型均为CMOS工艺的常规器件，可在不同节点的CMOS工艺扩展，且功耗低、面积小，可提高系统集成度，降低成本；第四，宽温工作范围内增益起伏小，本发明采用温度自适应电压偏置技术、可编程增益补偿技术使得在-55至+125℃工作温度范围内，增益起伏小于1dB，而常规电路设计中，增益起伏一般在2dB以上。
附图说明
图1是本发明的电路结构示意图；
图2是图1中低噪声放大器的电路原理图；
图3是图1中混频器的电路原理图；
图4是图1中偏置电路模块的电路原理图；
图5是图1中第一缓冲放大器的电路原理图；
图6是图5中电阻阵列RA1的电路原理图；
图7是目前的常规设计中，77GHz毫米波CMOS汽车雷达芯片接收机电路在工作温度为-55℃、25℃、125℃时的增益与噪声系数曲线；
图8是采用本发明的设计方案，77GHz毫米波CMOS汽车雷达芯片接收机电路在工作温度为-55℃、25℃、125℃时的增益与噪声系数曲线。
具体实施方式
如图1所示，一种改善宽温工作增益起伏的77GHz雷达接收机电路，包括：
毫米波信号接收模块1，接收来自片外的毫米波信号和来自本振信号倍频模块2的77GHz本振信号，进行下变频处理变为基带信号，再将基带信号输送至基带信号预处理模块3；
本振信号倍频模块2，将38.5GHz本振信号倍频为77GHz本振信号，并将77GHz本振信号放大后传输至毫米波信号接收模块1作为下变频处理的本振信号；
基带信号预处理模块3，接收来自毫米波信号接收模块1的基带信号，将其滤波放大后输出。
所述毫米波信号接收模块1包括毫米波输入接口4、低噪声放大器5、混频器6和偏置电路模块16，所述毫米波输入接口4依次与低噪声放大器5、混频器6、基带信号预处理模块3连接，所述混频器6还与本振信号倍频模块2连接，所述偏置电路模块16输出4路偏置电压VB1、VB2、VB3、VB4分别连接到低噪声放大器5和混频器6进行电压偏置。
所述本振信号倍频模块2包括本振信号输入接口7、倍频器8和功率放大器9，所述本振信号输入接口7依次与倍频器8、功率放大器9、毫米波信号接收模块1相连。倍频器8采用抽取二次谐波的一级差分共源结构，功率放大器9采用三级差分共源结构。
所述基带信号预处理模块3包括基带信号输出接口15、与基带信号输出接口15依次连接的第三缓冲放大器14、低通滤波器13、第二缓冲放大器12、第一缓冲放大器11和高通滤波器10，高通滤波器10还与毫米波信号接收模块1连接，所述基带信号预处理模块3还包括与第一缓冲放大器11连接的宽温增益3位控制接口。高通滤波器10为一阶巴特沃斯MFB(多端负反馈)全差分高通滤波器，第二缓冲放大器12为全差分负反馈放大器，低通滤波器13为五阶巴特沃斯MFB全差分有源低通滤波器，所述第三缓冲放大器14为源极跟随器。基带信号预处理模块3的增益取决于构成反馈回路的电阻之间的比值，基带信号预处理模块3所用到的电阻均为同种电阻，因此在宽温工作范围，电路反馈系数基本不变，基带信号预处理模块3的增益起伏很小，小于0.5dB。
如图2所示，所述低噪声放大器5包括变压器K1、变压器K2、变压器K3、变压器K4、NMOS管N1、NMOS管N2、NMOS管N3、NMOS管N4、NMOS管N5、NMOS管N6、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5和电容C6；变压器K1分别与毫米波信号输入接口4(即图2左边的RF端)、地、NMOS管N1的栅极、NMOS管N2的栅极、偏置电路模块16的第一偏置电压输出端VB1连接，电容C1的两端分别连接NMOS管N1的栅极和NMOS管N2的漏极，电容C2的两端分别连接NMOS管N2的栅极和NMOS管N1的漏极，NMOS管N1的源极和NMOS管N2的源极连接到地；变压器K2分别与NMOS管N1的漏极、NMOS管N2的漏极、NMOS管N3的栅极、NMOS管N4的栅极、偏置电路模块16的第二偏置电压输出端VB2连接，电容C3的两端分别连接NMOS管N3的栅极和NMOS管N4的漏极，电容C4的两端分别连接NMOS管N4的栅极和NMOS管N3的漏极，NMOS管N3的源极和NMOS管N4的源极连接到地；变压器K3分别与NMOS管N3的漏极、NMOS管N4的漏极、NMOS管N5的栅极、NMOS管N6的栅极、偏置电路模块16的第三偏置电压输出端VB3连接，电容C5的两端分别连接NMOS管N5的栅极和NMOS管N6的漏极，电容C6的两端分别连接NMOS管N6的栅极和NMOS管N5的漏极，NMOS管N5的源极和NMOS管N6的源极连接到地；变压器K4分别与NMOS管N5的漏极、NMOS管N6的漏极、混频器6。
如图3所示，所述混频器6包括变压器K5、NMOS管N11、NMOS管N12、NMOS管N13、NMOS管N14、电阻R9和电阻R10，变压器K5分别与本振信号倍频模块3、NMOS管N11至NMOS管N14的栅极、偏置电路模块16的第四输出端VB4连接，NMOS管N11与NMOS管N12的源极连接到低噪声放大器5差分输出的一端，NMOS管N13与NMOS管N14的源极连接到低噪声放大器5差分输出的另一端，NMOS管N11与NMOS管N13的漏极连接基带信号预处理模块2差分输入的一端并通过电阻R9连接到外部1.0V电源VDD，NMOS管N12与NMOS管N14的漏极连接基带信号预处理模块2差分输入的另一端并通过电阻R10连接到外部1.0V电源VDD。
如图4所示，所述偏置电路模块16提供VB1、VB2、VB3、VB4四个偏置电压，偏置电路模块16分别与低噪声放大器5、混频器6连接，偏置电路模块16包括第一偏置电压输出端VB1、第二偏置电压输出端VB2、第三偏置电压输出端VB3、第四偏置电压输出端VB4、NMOS管N7、NMOS管N8、NMOS管N9、NMOS管N10、PMOS管P1、PMOS管P2、PMOS管P3、PMOS管P4、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8；PMOS管P1的栅极同时连接电阻R1的一端、电阻R2的一端，PMOS管P1的漏极与电阻R1的另一端连接到外部1.0V电源VDD，PMOS管P1的源极与NMOS管N7的漏极和栅极、电容C7的一端连接到第一偏置电压输出端VB1，NMOS管N7的源极与电阻R2的另一端、电容C7的另一端连接到地；PMOS管P2的栅极同时连接电阻R3的一端、电阻R4的一端，PMOS管P2的漏极与电阻R3的另一端连接到外部1.0V电源VDD，PMOS管P2的源极与NMOS管N8的漏极和栅极、电容C8的一端连接到第二偏置电压输出端VB2，NMOS管N8的源极与电阻R4的另一端、电容C8的另一端连接到地；PMOS管P3的栅极同时连接电阻R5的一端、电阻R6的一端，PMOS管P3的漏极与电阻R5的另一端连接到外部1.0V电源VDD，PMOS管P3的源极与NMOS管N9的漏极和栅极、电容C9的一端连接到第三偏置电压输出端VB3，NMOS管N9的源极与电阻R6的另一端、电容C9的另一端连接到地；PMOS管P4的栅极同时连接电阻R7的一端、电阻R8的一端，PMOS管P4的漏极与电阻R7的另一端连接到外部1.0V电源VDD，PMOS管P4的源极与NMOS管N10的漏极和栅极、电容C10的一端连接到第四偏置电压输出端VB4，NMOS管N10的源极与电阻R8的另一端、电容C10的另一端连接到地。
所述偏置电路模块16中，电源电压为1.0V；电阻R1、R3、R5均为无硅化物P型多晶硅电阻，25℃时的阻值均为3.896KΩ，电阻R1、R3、R5的阻值随温度升高而下降；电阻R2、R4、R6均由阻值为2.594KΩ(25℃)的无硅化物P型扩散电阻和阻值为1.286KΩ(25℃)的无硅化物P型多晶硅电阻串联组成，电阻R2、R4、R6的阻值随温度升高而增加；PMOS管P1、P2、P3的宽长比均为11500:60；NMOS管N7、N8、N9的宽长比均为3000:60；偏置电压输出端VB1、VB2、VB3在-55℃至125℃温度范围内输出539mV至552mV偏置电压，偏置电压随温度升高呈正斜率变化。电阻R7由阻值为648Ω(25℃)的无硅化物P型扩散电阻和阻值为3.896KΩ(25℃)的无硅化物P型多晶硅电阻串联组成；电阻R8是阻值为5.844KΩ的无硅化物P型多晶硅电阻串联组成；PMOS管P4的宽长比均为4800:60；NMOS管N10的宽长比均为4200:60；偏置电压输出端VB4在-55℃至125℃温度范围内输出396mV～409mV偏置电压，偏置电压随温度升高呈正斜率变化。
如图5所示，所述第一缓冲放大器11为全差分可编程增益放大器，增益范围0至7dB，8个增益档位，增益步进1dB，包括差分输入端IN、差分输出端OUT、全差分运算放大器O1、电阻R11、电阻R12、电阻阵列RA1、电阻阵列RA2和译码器DEC1；所述译码器DEC1的3位输入端连接宽温增益3位控制接口，所述译码器DEC1的8位输出端分别与电阻阵列RA1、电阻阵列RA2连接从而控制电阻阵列RA1、电阻阵列RA2的阻值，所述全差分运算放大器O1的差分输入端IN分别通过电阻R11、电阻R12和高通滤波器10的差分输出端连接，所述全差分运算放大器O1的差分输出和第二缓冲放大器12的差分输入连接，所述电阻阵列RA1的两端分别连接全差分运算放大器O1的差分负输出端和差分正输入端，所述电阻阵列RA2的两端分别连接全差分运算放大器O1的差分正输出端和差分负输入端。
第一缓冲放大器11为全差分可编程增益放大器，增益范围0至7dB，8个增益档位，增益步进1dB；所述第一缓冲放大器11中，译码器DEC1三位输入端拥有从000B至111B共8种状态，对应译码器DEC1八位输出端00000001B、00000010B、00000100B、00001000B、00010000B、00100000B、01000000B、10000000B的8种状态。
如图6所示，所述电阻阵列RA1与电阻阵列RA2的结构相同，所述电阻阵列RA1包括NMOS管N15、NMOS管N16、NMOS管N17、NMOS管N18、NMOS管N19、NMOS管N20、NMOS管N21、NMOS管N22、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、控制端口GAIN<7:0>；电阻阵列RA1的输入端口I分别连接NMOS管N15至NMOS管N22的源极，控制端口GAIN<7>连接NMOS管N15的栅极，控制端口GAIN<6>连接NMOS管N16的栅极，控制端口GAIN<5>连接NMOS管N17的栅极，控制端口GAIN<4>连接NMOS管N18的栅极，控制端口GAIN<3>连接NMOS管N19的栅极，控制端口GAIN<2>连接NMOS管N20的栅极，控制端口GAIN<1>连接NMOS管N21的栅极，控制端口GAIN<0>连接NMOS管N22的栅极，NMOS管N15的漏极连接电阻R13的一端，NMOS管N16的漏极连接电阻R13的另一端和电阻R14的一端，NMOS管N17的漏极连接电阻R14的另一端和电阻R15的一端，NMOS管N18的漏极连接电阻R15的另一端和电阻R16的一端，NMOS管N19的漏极连接电阻R16的另一端和电阻R17的一端，NMOS管N20的漏极连接电阻R17的另一端和电阻R18的一端，NMOS管N21的漏极连接电阻R18的另一端和电阻R19的一端，NMOS管N22的漏极连接电阻R19的另一端和电阻R20的一端，电阻R20的另一端连接电阻阵列RA1的输出端O。
参看图7可见，常规设计中77GHz毫米波CMOS汽车雷达芯片接收机电路在工作温度为-55℃、25℃、125℃时增益起伏较大，噪声恶化明显。
参看图8可见，采用本发明的设计方案，77GHz毫米波CMOS汽车雷达芯片接收机电路在工作温度为-55℃、25℃、125℃时增益起伏大大减小，同时噪声恶化得到改善。
本发明采用温度自适应电压偏置技术、可编程增益补偿技术实现宽温范围内整个77GHz毫米波CMOS汽车雷达芯片接收机电路的增益控制，其电路结构简单，在宽温工作的增益起伏小，同时改善了温度变化而引起的噪声恶化。所述温度自适应电压偏置技术，是指设计了一种电压偏置电路，利用无硅化物P型扩散电阻阻值随温度升高而增加、无硅化物P型多晶硅电阻阻值随温度升高而下降的特性，使得偏置电路模块16中PMOS管的栅极电压随温度升高而增加，偏置电路模块16输出的VB1至VB4的电压值随温度升高而增加，从而补偿低噪声放大器5中NMOS管N1至N6、混频器中N11至N14的跨导gm随温度升高的减小量，且能兼顾噪声和线性度，改善毫米波信号接收模块1的宽温工作增益起伏。所述可编程增益补偿技术是指在温度自适应电压偏置技术的基础上，进一步设计了一种高精度增益控制电路，利用零中频接收机中频信号即基带信号的特点，在基带预处理模块3中靠近混频器6的第一缓冲放大器11进一步补偿增益起伏。宽温增益3位控制接口输入3位控制码改变译码器DEC1八位输出，从而控制电阻阵列RA1、RA2的阻值，改变第一缓冲放大器11的闭环反馈系数，实现第一缓冲放大器11增益的控制，在这里设计成0至7dB增益控制，步进1dB。由于第一缓冲放大器11的增益与闭环反馈系数有关，参与反馈的电阻为同种电阻，第一缓冲放大器11的增益受工作温度影响小，增益控制精度高。整个接收机电路在宽温范围工作的增益起伏大大减小。
综上所述，本发明在电路设计中充分考虑了线性度、噪声、增益各项指标，在毫米波信号接收模块1和基带信号预处理模块3采用补偿设计，改善了接收机在-55℃到125℃宽温工作增益起伏。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种改善宽温工作增益起伏的77GHz雷达接收机电路，其特征在于：包括：
毫米波信号接收模块(1)，接收来自片外的毫米波信号和来自本振信号倍频模块(2)的77GHz本振信号，进行下变频处理变为基带信号，再将基带信号输送至基带信号预处理模块(3)；
本振信号倍频模块(2)，将38.5GHz本振信号倍频为77GHz本振信号，并将77GHz本振信号放大后传输至毫米波信号接收模块(1)作为下变频处理的本振信号；
基带信号预处理模块(3)，接收来自毫米波信号接收模块(1)的基带信号，将其滤波放大后输出。
2.根据权利要求1所述的改善宽温工作增益起伏的77GHz雷达接收机电路，其特征在于：所述毫米波信号接收模块(1)包括毫米波输入接口(4)、低噪声放大器(5)、混频器(6)和偏置电路模块(16)，所述毫米波输入接口(4)依次与低噪声放大器(5)、混频器(6)、基带信号预处理模块(3)连接，所述混频器(6)还与本振信号倍频模块(2)连接，所述偏置电路模块(16)输出4路偏置电压VB1、VB2、VB3、VB4分别连接到低噪声放大器(5)和混频器(6)进行电压偏置。
3.根据权利要求1所述的改善宽温工作增益起伏的77GHz雷达接收机电路，其特征在于：所述本振信号倍频模块(2)包括本振信号输入接口(7)、倍频器(8)和功率放大器(9)，所述本振信号输入接口(7)依次与倍频器(8)、功率放大器(9)、毫米波信号接收模块(1)相连。
4.根据权利要求1所述的改善宽温工作增益起伏的77GHz雷达接收机电路，其特征在于：所述基带信号预处理模块(3)包括基带信号输出接口(15)、与基带信号输出接口(15)依次连接的第三缓冲放大器(14)、低通滤波器(13)、第二缓冲放大器(12)、第一缓冲放大器(11)和高通滤波器(10)，高通滤波器(10)还与毫米波信号接收模块(1)连接，所述基带信号预处理模块(3)还包括与第一缓冲放大器(11)连接的宽温增益3位控制接口(17)。
5.根据权利要求2所述的改善宽温工作增益起伏的77GHz雷达接收机电路，其特征在于：所述低噪声放大器(5)包括变压器K1、变压器K2、变压器K3、变压器K4、NMOS管N1、NMOS管N2、NMOS管N3、NMOS管N4、NMOS管N5、NMOS管N6、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5和电容C6；变压器K1分别与毫米波信号输入接口(4)、地、NMOS管N1的栅极、NMOS管N2的栅极、偏置电路模块(16)的第一偏置电压输出端VB1连接，电容C1的两端分别连接NMOS管N1的栅极和NMOS管N2的漏极，电容C2的两端分别连接NMOS管N2的栅极和NMOS管N1的漏极，NMOS管N1的源极和NMOS管N2的源极连接到地；变压器K2分别与NMOS管N1的漏极、NMOS管N2的漏极、NMOS管N3的栅极、NMOS管N4的栅极、偏置电路模块(16)的第二偏置电压输出端VB2连接，电容C3的两端分别连接NMOS管N3的栅极和NMOS管N4的漏极，电容C4的两端分别连接NMOS管N4的栅极和NMOS管N3的漏极，NMOS管N3的源极和NMOS管N4的源极连接到地；变压器K3分别与NMOS管N3的漏极、NMOS管N4的漏极、NMOS管N5的栅极、NMOS管N6的栅极、偏置电路模块(16)的第三偏置电压输出端VB3连接，电容C5的两端分别连接NMOS管N5的栅极和NMOS管N6的漏极，电容C6的两端分别连接NMOS管N6的栅极和NMOS管N5的漏极，NMOS管N5的源极和NMOS管N6的源极连接到地；变压器K4分别与NMOS管N5的漏极、NMOS管N6的漏极、混频器(6)。
6.根据权利要求2所述的改善宽温工作增益起伏的77GHz雷达接收机电路，其特征在于：所述混频器(6)包括变压器K5、NMOS管N11、NMOS管N12、NMOS管N13、NMOS管N14、电阻R9和电阻R10，变压器K5分别与本振信号倍频模块(3)、NMOS管N11至NMOS管N14的栅极、偏置电路模块(16)的第四输出端VB4连接，NMOS管N11与NMOS管N12的源极连接到低噪声放大器(5)差分输出的一端，NMOS管N13与NMOS管N14的源极连接到低噪声放大器(5)差分输出的另一端，NMOS管N11与NMOS管N13的漏极连接基带信号预处理模块(2)差分输入的一端并通过电阻R9连接到外部1.0V电源VDD，NMOS管N12与NMOS管N14的漏极连接基带信号预处理模块(2)差分输入的另一端并通过电阻R10连接到外部1.0V电源VDD。
7.根据权利要求2所述的改善宽温工作增益起伏的77GHz雷达接收机电路，其特征在于：所述偏置电路模块(16)提供VB1、VB2、VB3、VB4四个偏置电压，偏置电路模块(16)分别与低噪声放大器(5)、混频器(6)连接，偏置电路模块(16)包括第一偏置电压输出端VB1、第二偏置电压输出端VB2、第三偏置电压输出端VB3、第四偏置电压输出端VB4、NMOS管N7、NMOS管N8、NMOS管N9、NMOS管N10、PMOS管P1、PMOS管P2、PMOS管P3、PMOS管P4、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8；PMOS管P1的栅极同时连接电阻R1的一端、电阻R2的一端，PMOS管P1的漏极与电阻R1的另一端连接到外部1.0V电源VDD，PMOS管P1的源极与NMOS管N7的漏极和栅极、电容C7的一端连接到第一偏置电压输出端VB1，NMOS管N7的源极与电阻R2的另一端、电容C7的另一端连接到地；PMOS管P2的栅极同时连接电阻R3的一端、电阻R4的一端，PMOS管P2的漏极与电阻R3的另一端连接到外部1.0V电源VDD，PMOS管P2的源极与NMOS管N8的漏极和栅极、电容C8的一端连接到第二偏置电压输出端VB2，NMOS管N8的源极与电阻R4的另一端、电容C8的另一端连接到地；PMOS管P3的栅极同时连接电阻R5的一端、电阻R6的一端，PMOS管P3的漏极与电阻R5的另一端连接到外部1.0V电源VDD，PMOS管P3的源极与NMOS管N9的漏极和栅极、电容C9的一端连接到第三偏置电压输出端VB3，NMOS管N9的源极与电阻R6的另一端、电容C9的另一端连接到地；PMOS管P4的栅极同时连接电阻R7的一端、电阻R8的一端，PMOS管P4的漏极与电阻R7的另一端连接到外部1.0V电源VDD，PMOS管P4的源极与NMOS管N10的漏极和栅极、电容C10的一端连接到第四偏置电压输出端VB4，NMOS管N10的源极与电阻R8的另一端、电容C10的另一端连接到地。
8.根据权利要求2所述的改善宽温工作增益起伏的77GHz雷达接收机电路，其特征在于：所述第一缓冲放大器(11)为全差分可编程增益放大器，增益范围0至7dB，8个增益档位，增益步进1dB，包括差分输入端IN、差分输出端OUT、全差分运算放大器O1、电阻R11、电阻R12、电阻阵列RA1、电阻阵列RA2和译码器DEC1；所述译码器DEC1的3位输入端连接宽温增益3位控制接口(17)，所述译码器DEC1的8位输出端分别与电阻阵列RA1、电阻阵列RA2连接从而控制电阻阵列RA1、电阻阵列RA2的阻值，所述全差分运算放大器O1的差分输入端IN分别通过电阻R11、电阻R12和高通滤波器(10)的差分输出端连接，所述全差分运算放大器O1的差分输出和第二缓冲放大器(12)的差分输入连接，所述电阻阵列RA1的两端分别连接全差分运算放大器O1的差分负输出端和差分正输入端，所述电阻阵列RA2的两端分别连接全差分运算放大器O1的差分正输出端和差分负输入端。
9.根据权利要求8所述的改善宽温工作增益起伏的77GHz雷达接收机电路，其特征在于：所述电阻阵列RA1与电阻阵列RA2的结构相同，所述电阻阵列RA1包括NMOS管N15、NMOS管N16、NMOS管N17、NMOS管N18、NMOS管N19、NMOS管N20、NMOS管N21、NMOS管N22、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、控制端口GAIN<7:0>；电阻阵列RA1的输入端口I分别连接NMOS管N15至NMOS管N22的源极，控制端口GAIN<7>连接NMOS管N15的栅极，控制端口GAIN<6>连接NMOS管N16的栅极，控制端口GAIN<5>连接NMOS管N17的栅极，控制端口GAIN<4>连接NMOS管N18的栅极，控制端口GAIN<3>连接NMOS管N19的栅极，控制端口GAIN<2>连接NMOS管N20的栅极，控制端口GAIN<1>连接NMOS管N21的栅极，控制端口GAIN<0>连接NMOS管N22的栅极，NMOS管N15的漏极连接电阻R13的一端，NMOS管N16的漏极连接电阻R13的另一端和电阻R14的一端，NMOS管N17的漏极连接电阻R14的另一端和电阻R15的一端，NMOS管N18的漏极连接电阻R15的另一端和电阻R16的一端，NMOS管N19的漏极连接电阻R16的另一端和电阻R17的一端，NMOS管N20的漏极连接电阻R17的另一端和电阻R18的一端，NMOS管N21的漏极连接电阻R18的另一端和电阻R19的一端，NMOS管N22的漏极连接电阻R19的另一端和电阻R20的一端，电阻R20的另一端连接电阻阵列RA1的输出端O。
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