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毫米波技术具有探测精度高和对非导体材料穿透能力强的优点,在超高速通信、高精度雷达探测、无源成像、医疗、交通等重要领域起到不可忽视的作用。毫米波雷达可用于对运动物体检测、定位以及成像,且受天气等外界因素影响小,结合低成本、高集成度的CMOS技术,近年来广受关注。本文聚焦于24 GHz双模毫米波雷达,基于55 nm CMOS工艺,完成24 GHz高性能双模（FMCW/Doppler）毫米波雷达接收前端的设计与流片,可用于消费类产品的自动化和交互,并对芯片进行测试和后续改进,主要研究成果如下:一、完成了24 GHz双模毫米波雷达接收前端关键技术研究。24 GHz FMCW/Doppler双模毫米波雷达芯片集成两种雷达制式,FMCW制式发射线性扫频信号,实现对目标物速度、距离和角度的测量,测量精细;Doppler制式只发射一个单频点信号,获取速度信息,后续数字信号处理简单,在探测物体实时运动状态时很有优势。针对24 GHz FMCW/Doppler双模雷达芯片在存在TX～RX泄漏情况下,超低IF处的噪声问题,从射频路径、本振路径以及混频器开关管自身噪声多个维度进行了接收前端闪烁噪声贡献机制的分析,可以总结为三个方面:RF path闪烁噪声上混频,LO path闪烁噪声上混频,泄漏导致开关管中额外的DC电流。此外,重点分析了由于在扫频范围内接收前端的增益波动和发射前端输出功率的不平坦对信号质量的影响,主要包括低频干扰以及有用信号的调幅边带干扰。二、完成了24 GHz双模毫米波雷达接收前端电路设计。为了解决24 GHz双模雷达接收前端极低IF处的噪声问题,提出了一种多维度噪声优化策略。对于射频路径,使用一级共源加源退电感结构,跨接中和电容,源退电感引入使得射频路径等效跨导减小,噪声电流减少2w0 Cg sRs倍。对于本振路径,采用Mixer-Like思想设计低闪烁噪声贡献buffer电路,LO信号输入管可等效为Mixer开关管,其闪烁噪声开态时自循环,关态不贡献,尾管贡献少量闪烁噪声。仿真表明,Mixer-Like Buffer噪声贡献占比仅为6%,显著改善LO路径噪声。对于混频器,使用无源结构并结合8bit R2R结构DAC提供最优偏置,在不同的PVT条件下能获得最优噪声偏置,且鲁棒性高。三、完成了24 GHz双模毫米波雷达芯片的流片和测试。上述芯片基于55 nm CMOS工艺设计和流片,单通道RX面积为0.78 mm*0.89 mm,芯片测试结果表明:片上集成LDO提供1.2 V电源电压,接收前端功耗为30 m W。S1112 d B@23～24.6 GHz,在LO为23 GHz、23.72 GHz及24.2GHz三个频点时,NF均小于13 d B@8.3 k Hz～166 k Hz。FMCW模式,TX打开有TX～RX泄漏,CGmax=17.46 d B@24.32 GHz,CG>12 d B@23～24.6 GHz,在LO为23 GHz、23.72 GHz及24.2 GHz三个频点时,NF均小于19 d B@8.3 k Hz～166k Hz。Doppler模式TX关闭,CG=18.85 d B@24.125 GHz,NFmin=9.2 d B@400 Hz。TX打开,CG=18.27 d B@24.125 GHz,NFmin=23.67 d B@900 Hz。四、完成了24 GHz双模毫米波雷达芯片的改进设计。结合第一版24 GHz双模雷达接收前端的设计经验和测试结果,进一步完成了可实现更高距离分辨率的24～26.5 GHz宽带双模毫米波雷达接收前端设计。为提高毫米波频段输入匹配网络的设计准确度及实现宽带匹配,采用了基于CPW和Bondwire的宽带输入匹配设计,通过HFSS对CPW和Bondwire进行建模,联合片上巴伦完成宽带匹配。为了减少由于接收前端电路增益波动对信号质量的影响,提出了基于变容管调谐的宽带谐振网络,使得在扫频带宽内接收前端增益波动小于1 d B。针对正交本振信号,给出了一种低损耗的宽带IQ两路差分信号产生电路。完成了24～26.5GHz宽带双模毫米波雷达接收前端的版图设计和Corner及温度后仿真。考虑TX信号到RX接收之间的隔离度为25 d B,仿真时对TX～RX的泄漏信号进行模拟。TT corner常温（40℃）下后仿真结果表明:FMCW模式接收前端的峰值转换增益为17.04 d B@24.9 GHz,在23.5～27.6 GHz内,接收前端CG ripple小于1 d B。NF=14.85 d B@f IF=8.3 k Hz,NF=11.08 d B@fIF=166 k Hz。Doppler模式,CG=17.63d B@24.125 GHz,NF=34.74 d B@fIF=10 Hz,NF=15.94 d B@fIF=1 k Hz。