本技术介绍参考了以下链接
English

2015年01月21日

株式会社富士通研究所（注1）（以下简称，富士通研究所）开发了以下技术。

开发背景

为了能够安全舒适地驾驶汽车，通过检测汽车周围障碍物，根据情况控制汽车刹车、油门的技术迅速得到普及。检测障碍物的传感器包括，毫米波雷达、激光雷达、立体照相机等。尤其是毫米波雷达，与使用的可见光传感器的激光雷达或立体照相机相比，有几乎不受雨、雾以及逆光等条件的影响的特点，其作为车载传感器，发挥着重要作用。但是如果今后要将这种传感器安装到汽车上，还需要一种可降低传感器自身成本的技术。

课题

由于毫米波雷达使用的电波是76-81GHz的高频率毫米波，传统技术需要使用SiGe双极型晶体管等特殊半导体。但是随着半导体技术的进步，被广泛用于数字电路且成本相对较低的CMOS，也可被用于毫米波电路。CMOS与传统SiGe双极型晶体管相比，由于在低电压条件下也可运行，因此可降低耗电量。两者在毫米波区域（76-81GHz）具有大致同等的性能，但CMOS存在低频区噪声偏大的问题。

毫米波雷达通过发送振荡器的毫米波信号，比较障碍物反射回来的信号与原发送信号的差分，进行障碍物距离、速度、方位的检测。为了提高对近距离行人的检测性能，尤其需要降低低频区域的噪声。

开发的技术

基于CMOS的毫米波雷达，为了确保近距离的检测性能，需要降低低频区域的噪声。

本次开发的技术特点如下：

1. 在确保接收芯片高频性能的同时，降低低频区域的噪声。

2. 耗电量降到传统SiGe双极型晶体管的1/2。

此次，接收电路中的变频电路采用了双平衡电阻性混频器。变频电路负责找出，本地震荡信号（LO信号）与从障碍物反射回来的信号（RF信号）之间的频差信号（IF信号）。电阻性混频器的电路形式，不是对混频器的晶体管施加电源电压，而是通过LO信号的电流找出IF信号。因为不施加电源电压，可以将混频器晶体管中的DC电流控制在最小范围内，防止低频区域噪声的增大。另外，通过差分合成电阻式混频器的双平衡结构，可以抑制由输入混频器的LO信号电流产生的直流偏移而增加的噪声，成功实现了降低10kHz以下噪声的同时保持了高频特性。

使用该电路，富士通研究所开发出了与现行SiGe产品具有同等功能的4通道接收芯片，与去年发布的使用了低相位噪声PLL合成器的发送芯片一起，成功的用65nm(纳米)CMOS工艺制作了组成毫米波雷达（图2）的整个主要高频半导体电路。通过对代表接收芯片低频区噪声的SSB噪声指数进行比较，此次公布产品为12dB，不仅与传统SiGe产品保持了同等水平，而且与学会发表的传统CMOS的30dB相比改善了18dB。这一改善大幅降低了噪声大小，约为原来的1/60（注2）。

传统SiGe需要3~5V的电源电压，此次开发的CMOS只需1.2V电源即可实现同等的性能，成功地降低了一半左右的耗电量。

效果

此次通过降低低频区域噪声，提高了毫米波雷达近距离区域的检测性能，因此对于雷达波反射较弱的近距离检测，例如行人等的检测性能也得到了提高。

本技术使用了被广泛用于数字电路的65nmCMOS工艺，可实现量产和低成本化。CMOS芯片与传统SiGe双极型晶体管相比耗电量约减少了一半，因此也可实现包括雷达传感器在内的电源的低成本化。另外，数字电路的混载变得更加容易，可应对今后毫米波雷达的高性能化。

今后

目标2018年左右实现实用化的同时，实现毫米波雷达的高性能化。

注释

注1 株式会社富士通研究所：