A STUDY ON LOW-PHASE-NOISE 77-GHZ CMOS TRANSMITTER FOR FMCW RADAR

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 전기·컴퓨터공학부, 2017. 2. 남상욱.This thesis presents design methodology and experimental verification of a low-phase-noise 77-GHz CMOS FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) radar transmitter. It is quite difficult to design a low-phase-noise signal generator at millimeter-wave frequencies in CMOS because gain of CMOS transistors is extremely low at those frequencies. When using a frequency multiplier, it is relatively advantageous to design a low-phase-noise signal source because a VCO can be designed at lower frequency band where gain of active devices is high. When using multiple stage frequency multipliers to achieve low-phase-noise performance, the operating frequency range can be reduced and DC power consumption can be increased. Therefore, in this thesis, two methods for realizing 77-GHz CMOS low-phase-noise signal source have been proposed. One method is to combine a ×6 frequency multiplier and a 12.8-GHz FMCW signal generator. In this case, a VCO, an injection-locked VCO buffer, a ×3 frequency multiplier (tripler), and a ×2 frequency multiplier (doubler) constituting the 77-GHz signal generator are designed as a four-stage coupled injection-locked oscillator (ILO) chain which is oscillated and injected into the output signal of the preceding stage. The VCO used in the 12.8-GHz PLL (phase locked loop) was designed using linearized transconductance (LiT: Linearized Transconductance) technology to have low phase noise characteristics and was designed to be simpler than the existing LiT VCO using a 3:2 transformer. Since the PLL is designed as the integer-N type, an external frequency modulated triangular reference signal must be injected into the phase frequency detector (PFD) of the PLL to generate the FMCW signal. The fabricated transmitter chip supports FMCW output signals in the 76.81-77.95 GHz band when supplied with the external reference triangular signal from 50.00 to 50.75 MHz. The RF output power is about 8.9 dBm and consumes 116.7 mW of DC power. The measured phase noise is -91.16 dBc/Hz at the 1-MHz offset of the 76.81-GHz carrier frequency, which is the lowest phase noise characteristic of the previously announced 77-GHz CMOS transmitter and transceiver. A transmitter module for 77-GHz radar performance measurement was fabricated by combining the transmitter chip with the on-chip feeder that can solve the millimeter-wave packaging problem. The other is a method of combining a ×28 frequency multiplier and a 2.75-GHz FMCW signal generator. As in the previous method, the VCO, a ×7 multiplier, and two ×2 multipliers constituting the 77-GHz signal generator are each designed as a 4-stage ILO chain. The VCO used in the 2.75-GHz PLL is designed as a class-C type that improves the startup problem to have low-phase-noise characteristics. As in the previous case, an integer-N type PLL is used. The fabricated transmitter chip supports FMCW output signals in the 76.26-78.23 GHz band when supplied with the external reference triangular signal from 42.55 to 43.65 MHz. The RF output power is about -18 dBm and consumes 195.4 mW of DC power. The measured phase noise is -93.64 dBc/Hz at the 1-MHz offset of the 78.13-GHz carrier frequency, which is even lower phase noise characteristic than the ×6 frequency multiplier based transmitter chip.Chapter 1. Introduction 1 1.1 Types and Applications of Automotive Radars 2 1.1 Research Strategy 7 Chapter 2. Frequency and Architecture selection 12 2.1 LiT VCO 14 2.2 Class-C VCO 19 2.3 Injection-Locked Oscillator Chain 24 2.4 Summary 29 Chapter 3. 77-GHz FMCW Radar Transmitter with 12.8-GHz PLL and 6 Frequency Multiplier 30 3.1 Proposed LiT VCO 33 3.2 6 Multiplier and Power Amplifier 40 3.3 Measurement Results 46 3.3.1 LiT VCO Measurement Results 46 3.3.2 77-GHz Transmitter (v1) Measurement Results 49 3.4 Summary 60 Chapter 4. 77-GHz FMCW Radar Transmitter with 2.75-GHz PLL and 28 Frequency Multiplier 62 4.1 Proposed class-C VCO 65 4.2 28 Multiplier and Power Amplifier 73 4.3 Measurement Results 80 4.3.1 Class-C VCO Measurement Results 80 4.3.2 77-GHz Transmitter (v2) Measurement Results 83 4.4 Summary 90 Chapter 5. Conclusion 92 Bibliography 94 Abstract 97Docto

차량용 레이더 시스템을 위한 고성능 전압 제어 발진기 설계

학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 전기·컴퓨터공학부, 2012. 2. 남상욱.본 논문에서는 차량용 레이더 시스템 개발을 위해 새롭게 제안된 두 개의 고성능 전압 제어 발진기를 다루고 있다. 첫 번째는 트랜스포머 커플링을 이용한 24 GHz 전압 제어 발진기이고, 두 번째는 38.5 GHz 전압 제어 발진기와 주입-잠금 기술을 이용한 고출력 버퍼이다. 첫 번째 전압 제어 발진기는 전압 제어 발진기 코어와 바랙터 쌍이 분리되어 각각 3차원적으로 쌓여있는 1:1 트랜스포머의 primary와 secondary에 연결된 구조로 되어있다. 이를 이용하여 광대역이면서 선형적인 주파수 조정 범위를 가질 수 있다. 이 제안된 회로는 중심주파수 23.5 GHz에서 7.4%의 주파수 조정 범위를 갖고, 1 MHz 오프셋 주파수에서 -110.23 dBc/Hz의 위상 잡음 특성을 가지며 DC 전력 소모는 5.4 mW이다. 두 번째 제안된 회로는 77 GHz 차량용 레이더 센서에 응용 가능한 Q 밴드 전압 제어 발진기와 주입-잠금 기술을 이용한 고출력 버퍼이다. 측정된 위상 잡음은 1 MHz 오프셋 주파수에서 -102 dBc/Hz이며, 주파수 조정 범위는 34.53~35.07 GHz 이다. 또한 모든 주파수 조정 범위에서 출력 전력은 4.1 dBm 이상의 값을 가지고, 1.2 V VDD에서 전압 제어 발진기가 10.8 mW, 주입 잠금 버퍼가 50.4 mW의 전력 소모를 가진다. 두 회로 모두 130nm RF CMOS 공정을 이용하여 설계되었다.Maste

Analysis of flow and heat transfer in soldering process

학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 자동화및설계공학과, 1996.2, [ vi, 46 p. ]한국과학기술원 : 자동화및설계공학과

Solubilities of carbon dioxide in mixed solvents

학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 화학공학과, 1996.2, [ viii, 86 p. ]한국과학기술원 : 화학공학과

퍼지 최소-최대 신경망의 시변 특징에 대한 적응

학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 전기및전자공학전공, 2006.2, [ x, 123 p. ]본 논문은 근전도 신호 기반의 제어 시스템에서 발생하는 근육 피로 효과에 강인한 패턴 분류기의 설계를 목적으로 한다. 근전도 신호는 표면 전극을 사용하여 획득하므로 다른 생체신호에 비해 측정이 용이하고, 시스템 사용자의 장애 정도에 관계없이 수축 가능한 근육으로부터 신호를 얻을 수 있는 장점이 있다. 사용자가 시스템을 제어함에 있어 지속적으로 근육을 수축하는 경우 근육 피로가 발생하여 신호 공간에서는 파워 스펙트럼이 저주파 영역으로 이동하고 진폭이 증가하는 현상을 확인할 수 있다. 근육의 피로 보상과 관련한 기존 연구는 동일한 동작에 대하여 반복적이고 지속적인 수축을 하는 경우에 발생하는 근전도 신호 상의 변화를 파악하고 보상하는 반면에, 우리가 해결해야할 문제는 현재 사용자가 취하는 동작이 어떤 동작인지 파악하고 그때 발생하는 근육 피로 효과를 보상하기 위한 패턴 분류 문제이다. 본 논문에서 제안한 피로 보상 알고리즘의 전체적인 절차는 전형적인 패턴 분류 문제의 해결 절차를 따른다. 먼저 분류하고자 하는 클래스에 해당하는 여섯 가지의 손목 운동을 기본 동작으로 정의하였다. 근전도 신호 획득을 위해 사용자의 손목 위부터 팔꿈치 아래까지의 근육 가운데 네 곳을 측정 위치로 정하였다. 패턴 분류기의 입력으로 인가하기 위해 시간 영역에서 IAV, ZC, VAR, DAMV 등의 특징을 추출하였다. 본 논문에서 사용한 패턴 분류기는 퍼지 최소-최대 신경망(FMMNN)이다. 지속적인 수축에 의한 특징의 변화가 일관적이라는 것을 실험을 통해 알 수 있었다. 즉 근육 수축 시간만 알 수 있다면, 특징 값이 초기 값으로부터 얼마나 변화하였는지를 정량적으로 알아낼 수 있는 것이다. ‘시작시간 검출’ 과정을 통해 각 동작별로 수축이 시작되는 시간을 파악하고, 이에 따라 FMMNN의 클래스 경계를 변화시켜 시간에 따른 근육 피로 효과에 적응하는 패턴 분류기를 설계할 수 있었다. 기존의 FMMNN에도 온라인 학습 특성이 존재한다. 기존의 FMMNN이 이전의 학습 정보를 파괴하지 않고 ‘추가’하는 학습이었다면, 본 논문에서 제안하는 온라인 학습은 시간에 따라 변화하는 ‘적응’적인 특성이라는 의의를 갖는다.한국과학기술원 : 전기및전자공학전공