Deliverables and Services - IHP Microelectronics

122 GHz Empfänger in SiGe
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A u S G e w ä H L t e p r o J e K t e – S e L e C t e d p r o J e C t S
Ziel des Projektes ist es, für Sensoranwendungen bei
122 GHz einen integrierten Empfänger und Sender in der
fortgeschrittenen IHP-SiGe-Technologie zu entwickeln.
Kostengünstige SiGe-Empfänger und -Sender für den
122 GHz Frequenzbereich werden sowohl für Sensor-Anwendungen
und bildgebende Verfahren als auch für die
Datenübertragung eine breite Anwendung finden. Ein
ISM-Band (Industrial, Scientific and Medical Band) bei
122,5 GHz mit einer Bandbreite von 1 GHz ist in Europa
und den USA verfügbar, welches hauptsächlich für
industrielle, wissenschaftliche und medizinische Anwendungen
genutzt werden kann, die kostengünstige
Radarsysteme für Konsumenten, Sicherheitslösungen,
und Bio-Sensoren für die medizinische Diagnostik beinhalten.
Der erste Meilenstein des Projektes bestand darin, einen
122 GHz-Empfänger zu entwickeln, für den eine Architektur
mit einem subharmonischem Mischer verwendet
wurde. Das Design eines integrierten SiGe-Empfängers
für diesen Frequenzbereich ist sehr anspruchsvoll, da
eine genaue Modellierung der aktiven und passiven
Komponenten benötigt wird, und eine moderne Topologie
berücksichtigt werden muss. Die Anwendung eines
subharmonischen Mischers ergibt hierbei Vorteile hinsichtlich
der Leistungsfähigkeit des Empfängers.
Das Blockschaltbild des subharmonischen Empfängers
ist in Abb. 8 dargestellt. Der Empfänger besteht aus folgenden
Komponenten: 120 GHz rauscharmer Verstärker
(LNA), subharmonischer Mischer (SHM), 60 GHz Push-
Push spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) für die
Erzeugung des internen LO-Signals, 60 GHz LO Verstärker
zum Treiben des Polyphasen-Filters (PPF), und ein
1/32 Frequenzteiler für das Ausgangssignal des VCO
mit 30 GHz Fundamentalfrequenz. Das Polyphase-Filter
generiert ein differentielles I/Q LO Signal für den
SHM. Der Ausgang des LNA ist an den SHM mittels eines
Transformer-Baluns angepasst, und der VCO-Ausgang
ist an den 60 GHz-LO-Verstärker über einen Transformer
gekoppelt. LNA, SHM und VCO wurden sowohl als einzelne
Komponenten entworfen und getestet als auch
integriert im Empfänger-Chip.
122 GHz receiver in SiGe
the goal of the project is to develop an integrated
receiver and transmitter in advanced IHp SiGe technology
for sensor applications at 122 GHz.
low-cost SiGe receivers and transmitters in the 122
GHz range will be utilized for sensor and imaging
applications, as well as for communication. An ISM
frequency band at 122.5 GHz with 1 GHz bandwidth is
available in europe and the uS, which will be mainly
used for industrial, scientific, and medical applications,
including low-cost radar systems for consumer
applications, imaging radar for security applications
and bio-medical sensors for medical diagnostics.
the first milestone of the project was to develop the
122 GHz receiver using an architecture based on subharmonic
mixing. Integrated SiGe receiver design is
challenging at these frequencies as accurate modeling
of active and passive components is required, and
advanced receiver architecture must be considered.
An architecture based on sub-harmonic mixing offers
advantages in terms of system performance.
the topology of the sub-harmonic receiver is shown
in Fig. 8. this receiver consists of a 120 GHz low-noise
amplifier (lnA), a sub-harmonic mixer (SHM), a 60
GHz push-push voltage controlled oscillator (VCo) for
the generation of the internal lo signal, a 60 GHz lo
buffer to drive the polyphase filter (ppF) and a 1/32
frequency divider (FD) for the 30 GHz fundamental
frequency output of the VCo. the polyphase filter
generates the differential I/Q lo signal for the SHM.
the output of the lnA is matched to the SHM by a
transformer-balun and the VCo output is coupled to
the 60 GHz lo buffer by a transformer. the lnA, SHM
and VCo were designed and tested both as separate
components with their on-chip baluns as well as in
their fully integrated configuration as receiver.