随着毫米波雷达技能在汽车自动驾驶方面的运用，汽车毫米波雷达逐渐向高集成、高精度、高可靠性方向发展。从目前的研究情形和产品宣布来看，仅有少数几家公司能够供应MMIC车载雷达的办理方案，技能研发尚不能完备知足市场运用的需求。MMIC能够集成射频前端收发电路和中低频旗子暗记处理电路。个中射频LNA运用于毫米波旗子暗记吸收端，它不仅要对吸收到的微弱射频旗子暗记进行放大，而且在放大的过程中要尽可能少地引入噪声，以供后续电路对旗子暗记进行处理[1]。
射频LNA由于对电源的噪声比较敏感，无法与其他模块共用一个电源管理单元(Power Management Unit, PMU)，以是须要独立的电源模块。目前LDO低噪声优化设计紧张分为两个方面0。第一方面如图1所示，通过改变传统LDO电路构造并添加RC滤波网络来降落电路噪声，这种构造能有效地滤除前级电路的高频噪声，但其缺陷是须要外接片外电容，增加了一个芯片引脚。第二种方法不改变传统LDO的电路构造，由于噪声的紧张来源是带隙基准源(BG)和偏差放大器(EA)，以是第二种方法通过设计低噪声的BG和EA来实现低噪声电压输出。这种方法无需片外电容，也不会增加芯片面积，但相对付第一种方法来说其降落高频噪声的效果较差。本文采取了新型的电路构造，同时也通过优化电路设计，只管即便降落BG和EA的输出噪声。
图1所示为本文设计的LDO电路构造图，可以大略分为前级预调节电路、滤波电路、后级调节电路3个部分[3]。
个中M2为预调度管，通过RDAC模块中的R1、R2将电压VI输出为反馈电压VFB，并与带隙基准电压VBG经偏差放大器EA比较较，通过掌握M2的栅电压来达到掌握电压VI的目的，由于噪声紧张来源于BG、EA和R1、R2，以是电压VI通过低通滤波模块，滤除高频噪声，再通过放大器AMP和调度管M1产生低噪声输出VOUT[4]。个中RS<7:0>8位数字掌握旗子暗记通过改变R1、R2的比例来掌握输出电压VOUT。C1、R1组成相位补偿网络，通过调节电路主极点的位置，使反馈环路具有足够的相位裕度[5]。
通过式(5)可以看出通过电压预调节和RC低通滤波之后，整体输出噪声功率明显降落[8]。
2 各模块详细电路设计
2.1 带隙基准源电路
如图2所示，BG紧张由3部分构成，分别是启动电路、偏置电流产生电路、VBG产生电路[9]。
个中EN为掌握旗子暗记，当EN为1时，ENN为0，M1～M5导通，M5会向偏置电路注入电流，使其分开简并点正常事情，而当EN为0时，电路停滞事情。偏置电流产生电路通过电流镜和电阻的组合产生基准电流，这些基准电流为放大器供应基准电流输入。
BG的事情办法是通过正负温度系数的相互抵消，来实现电压基本不随温度变革的目的，VBG可表示为式(6)。
通过式(6)、式(7)可以得出，通过增大mn的乘积能够有效地减小噪声。
2.2 放大器电路
在BG、前级预调节环路和快速启动RC滤波电路中的放大器均采取折叠式共源共栅构造。它的好处是在担保足够的环路增益的情形下，电路具有较快的相应速率，电路引入的噪声适中，在可控范围内，详细电路如图3所示。
后级调度电路中的AMP采取经典二级运放构造。它的优点是高增益、低噪声并且具有比较大的输出电压摆幅[10]。
折叠式共源共栅构造的紧张噪声来源为M7～M8、M9～M10、M15～M16。总的输入噪声分为热噪声和闪烁噪声两部分，个中输入热噪声为：
个中k为玻尔兹曼常数，T为绝度温度，gm为MOS管的跨导。输入闪烁噪声如式(9)所示。
2.3 快速启动低通滤波电路
对付普通的RC滤波电路，其截止频率如式(11)所示：
由式(10)可以看出滤除噪声的效果越好，RC低通滤波电路的启动韶光就越长。针对这一缺陷，提出了一种快速启动的RC低通滤波电路。如图4所示。
M1为开关管，M2～M6事情在深三极管区，可以看作是一系列的电阻串联。电路启动瞬间，VCTRL为低电平，M1导通，给电容C0充电，当VI=VO时，VCTRL转换为高电压，M1关断，此时，RC滤波电路开始事情。个中两个反相器级联对偏差放大器(EA)输出电压进行数字化处理，使VCTRL更有效地掌握开关M1。
本设计中电容C的取值在纳法量级，很难集成到芯片内部[11]，以是采取芯片外部连接电容的办法，同时也会相应的增加一个芯片引脚。
3 版图和整体电路仿真
3.1 版图
图5所示为LDO的版图，整体芯片面历年夜约0.03 mm2。传统的LDO仅须要两个运放，本设计多利用了两个运放来知足低噪声和快速启动的实际须要，虽然相对来说增大了芯片的面积，但其性能上的上风足以填补面积上的损耗。
3.2 整体电路仿真
采取Cadence Spectre工具对整体电路仿真测试，图6所示为LDO整体电路测试结果。个中VDD=5 V，VOUT输出标准电源电压3.3 V。由图可以看出电路启动韶光小于1 ms，整体电路有较好的稳定性。
图7所示对电路的LNR进行仿真，VDD在4～6 V范围内变革，VOUT仅改变了16.4 mV。
通过打算可知其LNR为：
图8所示为电路LDR测试结果。个中负载电流在1～30 mA范围内变革，输出电压仅变革了0.25 mV。通过式(15)可以打算得出LDR为：
图9所示为输出噪声的仿真结果，图中所示的输出噪声密度(单位V/sqrt(Hz))曲线是对输出噪声功率(单位V2/Hz)进行开平方运算。
经打算，在1 kHz～100 kHz(阴影部分面积)范围内的噪声积分为34.94 μVrms。
4 结论
本文设计了一种给MMIC中LNA供电的电源模块，其性能参数比拟如表1所示。从详细数据比拟中可以看出本文设计的电源模块集成了电压基准源，并且具有较宽的输出电压范围和较小的输出噪声，各性能参数均知足设计运用的哀求。
参考文献
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作者信息:
宋 飞，蔡 俊，李 杨，王 飞
(安徽理工大学 电气与信息工程学院，安徽 淮南232001)
