Il design del VCO FD-SOI a risonanza in serie a 12GHz

Due to technological advancements, milimeter wave radars are becoming one of the essential parts of automotive radar systems. FMCW (frequency-modulated continuous wave) radars can simultaneously measure an object's range and speed. An important performance degradation occurs due to the phase noise for FMCW radars since the smaller objects or objects at a distance might be masked by the phase noise skirt and get undetected. Thus, targeting the design of the transmitter with the lowest possible phase noise is a key challenge to improve object detection performance. Considering that almost every block of the transmitter circuit contributes to the phase noise of the transmitted signal in different portions, this study mainly focuses on minimising the primer contributor, the phase noise of the VCO (voltage-controlled oscillator), in the frequency synthesizer block. In a conventional parallel tank VCO, the phase noise is reduced by scaling down the tank inductor by shrinking its diameter and increasing the tank’s active power. However, scaling down the inductor does not improve the phase noise performance when the destructive magnetic coupling effects become apparent. In this study, driving a series resonator tank by a cross-coupled MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect-transistor) core, the phase noise is strongly reduced while providing ten years of reliable operation without decreasing the tank inductance aggressively.

Grazie ai progressi tecnologici, i radar a onde millimetriche stanno diventando una delle parti essenziali dei sistemi radar automobilistici. I radar FMCW (onda continua modulata in frequenza) possono misurare simultaneamente la distanza e la velocità di un oggetto. Un importante degrado delle prestazioni si verifica a causa del rumore di fase per i radar FMCW poiché gli oggetti più piccoli o gli oggetti che si trovano ad una certa distanza potrebbero essere mascherati dal rumore di fase e non essere rilevati. Pertanto, mirare alla progettazione del trasmettitore con il rumore di fase più basso possibile è una sfida fondamentale per migliorare le prestazioni di rilevamento degli oggetti. Considerando che quasi ogni blocco del circuito del trasmettitore contribuisce al rumore di fase del segnale trasmesso in diverse proporzioni, questo studio si concentra principalmente sulla minimizzazione del contributo principale (del primer), il rumore di fase del VCO (oscillatore controllato in tensione), nel sintetizzatore di frequenza. In un VCO a serbatoio parallelo convenzionale, il rumore di fase viene ridotto ridimensionando l'induttore del serbatoio restringendone il diametro e aumentando la potenza attiva del serbatoio. Tuttavia, il ridimensionamento dell'induttore non migliora le prestazioni del rumore di fase quando gli effetti distruttivi dell'accoppiamento magnetico diventano evidenti. In questo studio, pilotando un serbatoio risonatore in serie mediante un nucleo MOSFET (transistor a effetto di campo semiconduttore-ossido di metallo) accoppiato in modo incrociato, il rumore di fase è fortemente ridotto fornendo al contempo dieci anni di funzionamento affidabile senza ridurre in modo aggressivo l'induttanza del serbatoio.