论文解读--Impact of ADC clipping and quantization of phase-modulated 79GHz CMOS radar

ADC限幅和量化对相位调制79 GHz CMOS雷达的影响

摘要

宽带调相连续波雷达具有吸引人的特性，但需要非常高速的模数转换器(ADC)。为了保持这些ADC的功耗可接受，它们的分辨率必须保持尽可能低。我们研究了典型的79 GHz人员检测场景所需的ADC分辨率。该分析基于端到端的Matlab仿真链进行的仿真，考虑到波形特性、芯片实现、传播效果、目标和环境。我们得出结论，在考虑的场景中，4位ADC是足够的。这一结果表明，在先进的CMOS节点上实现完整的79 GHz雷达系统芯片是可行的，可以在汽车、工业和消费产品中实现广泛的新应用。

1 介绍

相位调制连续波(PMCW)雷达又称相位编码雷达[1]，是一种扩频雷达。它的扩展序列，也称为编码，由二进制符号组成，这些符号被映射到连续射频(RF)载波的0度和180度相移。二进制序列通常被称为伪噪声(PN)序列，而双相映射也被称为直接序列调制。

在雷达性能和实现简单性方面，PMCW都具有吸引人的特性。对于雷达性能，我们假设已经进行了适当的编码选择[2]。在这种情况下，PMCW可以有一个非常清晰的，类似图钉的模糊函数，这意味着没有距离-多普勒模糊。其次，多输入多输出(MIMO)雷达可以在编码域实现，从而在给定数量的天线路径下获得更高的角分辨率。第三，由于其扩频特性，PMCW具有固有的抗干扰能力。在实现简单性方面，PMCW既不需要高速、快速沉降的频率合成器，也不需要像调频连续波(FMCW)雷达那样需要高度线性的合成器[3]。最后一个优点是很容易将诸如汽车识别号码之类的信息嵌入到PMCW雷达信号中。

宽带PMCW雷达的一个主要缺点是其基带带宽非常大:与FMCW系统不同，它总是等于射频带宽的一半。例如，使用全部4GHz可用带宽的79 GHz雷达[4]可以实现3.75 cm的距离分辨率，但这要求ADC的采样率至少为每秒4千兆采样(Gsps)。因此，必须保持ADC分辨率尽可能低，以保持可接受的功耗。

在本文中，我们研究了79 GHz PMCW雷达用于行人检测所需的ADC分辨率，如[5]中提出的系统。如果ADC分辨率可以保持在可接受的低水平，那么在纳米CMOS技术中实现完整的雷达片上系统(SoC)就变得可行[6]，同时集成ADC[7]和必要的数字基带处理。这种片上系统(SoC)有可能在大批量生产中大幅降低功耗、外形尺寸和成本，从而在汽车、有意识建筑、智慧城市和消费设备中开辟大量新应用。

本文组织如下。在第二节中，我们简要介绍了PMCW系统。然后我们在第四节讨论ADC相关的主要影响。接下来，在第五节给出仿真结果和讨论，最后在第六节得出结论。

2 考虑的PMCW系统

所考虑的79 GHz PMCW雷达等效系统级框图如图1所示。仅说明了主要的接收器处理模块:

相关器:信号在一组相关器中进行相关。我们假设相关器间距等于距离分辨率。序列长度为Lc。

相干累加器:为了提高信噪比，在累加器中相干累加M个相关器输出。

N点FFT:对每个距离门进行FFT引擎处理，提取多普勒域信息。

总停留时间Td由

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