Erstes kompaktes 140GHz-CMOS-Radar mit On-Chip-Antennen

| Redakteur: Michael Eckstein

Hochintegriert: Auf dem Radar-Chip von Imec sind auch die Antennen in CMOS-Technologie integriert.
Hochintegriert: Auf dem Radar-Chip von Imec sind auch die Antennen in CMOS-Technologie integriert. (Bild: Imec)

Das Forschungs- und Innovationszentrum Imec hat das nach eigenen Angaben weltweit erste CMOS-basierte Radar-on-Chip-System mit integrierten Antennen in Standard 28nm-Technologie vorgestellt.

Laut Imec ermöglicht der eigene Radar-Chip die Entwicklung von Radarsensoren für eine Vielzahl intelligenter, intuitiver Anwendungen beispielweise für die Gebäudesicherheit, Fernüberwachung der Gesundheit von Autofahrern, Messung von Vitalparametern wie Atmung und Herzfrequenz von Patienten und Gestenerkennung für die Mensch-Maschine-Interaktion.

„Eine weite Verbreitung dieser vielversprechenden Technologie wird jedoch nur möglich sein, wenn die Radargeräte eine höhere Auflösung erreichen, viel kleiner, energieeffizienter im Betrieb sind und billiger in der Herstellung und im Einkauf“, ist Wim Van Thillo, Projektleiter am Imec, überzeugt. Genau dieses Ziel verfolgt das Imec mit seiner Forschung zur 140GHz-Radartechnologie.

System mit effizienten On-Chip-Antennen

Die vorgestellte Low-Power 140-GHz-Radarlösung besteht aus einem vom Imec entwickelten SISO-Radar-Transceiver-Chip (Single Input Single Output) mit zwei Antennen und einem frequenzmodulierten Phasenregelkreis (FMCW PLL), handelsüblichen ADCs und FPGAs sowie einem Matlab-Programm. Der Transceiver verfügt über On-Chip-Antennen, die laut Imec einen Gewinn nahe 3 dBi erreichen. Mit einer „Effective Isotropic Radiated Power“ (EIRP) des Senders von mehr als 9 dBm und einem Empfängerrauschen unter 6,4 dB erreicht das Modul hohe Radarverbindungsbudget.

Die Gesamtleistungsaufnahme für Sender und Empfänger bleibt nach Angaben des Forschungsinstituts unter 500 mW. Durch zeitweises Abschalten lässt sich der Verbrauch weiter reduzieren. Die FMCW PLL ermögliche schnelle Signalflanken von bis zu 500 MHz/ms über eine Bandbreite von 10 GHz um 140 GHz. Dabei liege der Flankenlinearitätsfehler unter 0,5% und die Leistungsaufnahme unter 50 mW. Das verwendete FPGA enthält eine Echtzeit-Implementierung grundlegender Radarverarbeitungsfunktionen wie FFTs (Fast Fourier Transformation) und Filter. Ein Matlab-Programm für Detektionen, CFAR (Constant False Alarm Rate), Richtungseinschätzung und andere fortschrittliche Radarverfahren ergänzen die Funktionalität.

Sehr genaue Winkelauflösung

„Mit unserem Radar-Prototyp haben wir alle kritischen Spezifikationen für die Radartechnologie in 28nm-Standard-CMOS-Technologie demonstriert“, freut sich Van Thillo. Bei der Integration mehrerer Antennenpfade sei man bei der neusten Generation der Chips weit fortgeschritten. Obwohl die MIMO-Radar nur wenige Quadratzentimeter groß sei, würde die Lösung eine feine Winkelauflösung von 1,5 cm erreichen.

Noch Ende 2018, schätzt Van Thillo, wird der Prototyp fertig sein. „Dann können unsere Partner mit dem Aufbau ihrer Applikationen beginnen.“ Er glaubt, dass die Technologie noch für einige Innovationen gut sein wird. Und ruft Interessenten auf, sich am von Panasonic unterstützten „Open Innovation F&E“-Kooperationsprogramm zu beteiligen.

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