自动驾驶技术的发展离不开环境感知技术的进步,毫米波雷达作为目前应用最广泛的车用传感系统近年来成为研究热点。对于盲点检测和自动停车系统（APS）的短距探测,在汽车前后侧方需要大量布置,因此功耗和成本是首要问题,常采用探测范围广的24 GHz雷达实现。对于自适应巡航控制（ACC）的汽车正前方长距探测,探测距离和纵向分辨率是最关键的因素,常采用高带宽的77 GHz雷达实现。因此,本文分别设计了短距24 GHz双模式雷达收发芯片缓解功耗问题,长距77 GHz八通道相控阵雷达收发芯片解决探测距离问题。毫米波汽车雷达中的发射前端是系统中最重要的组成部分之一,本文分别以Ka波段（20-30 GHz）和E波段（70-80 GHz）的功率放大器设计为重点,深入研究了毫米波汽车雷达发射前端中的相关关键技术。并且基于55 nm CMOS工艺,分别完成了24 GHz双模式短距毫米波汽车雷达发射前端和77 GHz相控阵长距毫米波汽车雷达发射前端设计。设计了24 GHz双模式短距毫米波雷达收发芯片系统,该系统可实现FMCW和多普勒两种模式,FMCW模式可测速测距,多普勒模式测速原理简单实现更低功耗。完成了系统链路预算并且形成了对发射前端的性能指标要求。设计了应用于24 GHz双模式短距毫米波汽车雷达发射前端的功率放大器,采用共源共栅结构,结合差分共栅短接技术提高了增益和稳定性。利用可控第三极线圈实现了双模式输出网络,解决了在多普勒模式和FMCW模式下输出匹配变化的问题。后仿真结果表明,在TT工艺角,40℃条件下,FMCW模式可实现大于7.5 d Bm的输出功率,功耗24 m W。并在多普勒模式下,实现了0 d Bm输出功率,消耗功耗仅9.5 m W。完成了24 GHz双模式短距毫米波汽车雷达发射前端的整体设计,并基于55 nm CMOS工艺在2021年3月实现了整个收发芯片的流片,目前正在进行测试准备工作。与VCO的联合后仿真结果表明在各工艺角和高低温的场景下,在多普勒模式下均能实现约0 d Bm的输出功率,直流功耗低于11 m W。在FMCW模式下均能实现大于6 d Bm的输出功率,直流功耗低于32 m W。设计了77 GHz相控阵长距毫米波雷达收发芯片的系统结构,为满足长距离探测距离要求并且实现更宽角度范围的探测,该系统采用八发八收相控阵结构。基于55 nm CMOS工艺,分别设计了用于77 GHz相控阵长距毫米波汽车雷达发射前端的预放大器和功率放大器。预放大器采用两级共源共栅结构,结合中和电容、共栅短接等技术。后仿真结果表明,在76-81 GHz范围内功率增益大于14 d B,在78 GHz处功率增益达到18.5 d B,Psat为15 d Bm,最大PAE为12.5%。功率放大器采用四级共源共栅结构,结合多级级联谐振控制技术,在78 GHz处实现了34.5 d B的功率增益,Psat约为15 d Bm,PAE为8.2%。两款E波段功率放大器PA1和PA2的测试结果验证了多级级联谐振控制技术的可行性。测试结果表明,设计的高增益PA1利用谐振控制技术实现了最大30 d B的功率增益,Psat为13.2 d Bm,最大PAE为11%。高带宽PA2利用谐振控制技术实现了19 GHz的带宽,Psat为12.2 d Bm,最大PAE为9.7%。对于77 GHz发射前端的其他模块,利用高低通型STPS、桥连低通T型STPS和桥连低通π型STPS三种相移单元类型实现了工作于78 GHz的4-bit数字相移器。为降低工艺角对相位误差的影响,采用了可控长度传输线结构实现了带有工艺角相位误差控制的相移单元。该相移器在TT工艺角下,插损约为-17 d B,输入输出反射系数均小于-10 d B,在五个工艺角下,76-81 GHz内,方均根相位误差均在5°以内。还设计了维尔金森功率分配器模块,采用三级一转二威尔金森功分器级联构成一转八威尔金森功分器。各端口反射系数均小于-10 d B,输出端口间的隔离度均大于20 d B,输入端口到输出端口的插损小于-14 d B。完成了基于55 nm CMOS工艺的77 GHz相控阵长距毫米波汽车雷达发射前端的整体设计。后仿真结果表明,该八通道发射前端在78 GHz处,各工艺角条件下输出功率均大于10 d Bm。在±40°的扫描角度内,旁瓣电平（SLL）均小于-10 d B。且主瓣与相近零点的比值也均小于-13 d B。与VCO和三倍频器的联合后仿真结果表明,在各个工艺角条件下,扫频范围内能够实现大于10 d Bm的输出功率。