105 年度 第 116 組

國立勤益科技大學電子工程系

四技日實務專題報告

題目:

應 用 於 車 用 雷 達 之 77GHz CMOS

SPDT 收發開關

指導教授：陳若貞

學生：江宇傑

中華民國 105 年 6 月 26 日

i

專題名稱 : 應用於車用雷達之 77GHz CMOS SPDT

收發開關

姓名：江宇傑 學 號：3A313038 班級：四子三甲 座 號 ：38

i

摘要

本 專 題 設 計 一 毫 米 波 無 線 網 路 之 射 頻 收 發 開 關，使 用 TSMC CMOS

90nm 製 程。電 路 設 計 採 用 Traveling-Wave 結 構，加 入 T 型 匹 配 使 傳 輸

線 阻 抗 連 續，降 低 插 入 損 耗。電 路 為 一 對 稱 的 單 刀 雙 擲 電 路 (SPDT)。

使 用 (Advanced Des ign Sys t em ， ADS)進 行 模 擬 ， 結 果 顯 示 ：

在 74-80GHz 頻 段 內 ， 直 流 偏 壓 為 1.2V(ON) / 0V (OFF)， 天 線 端 反 射

損 耗 為 15 . 232 ~ 22 . 795dB， Rx反 射 損 耗 為 16 . 853 ~ 18 . 160dB， Tx 端

反 射 損 耗 為 16 . 850 ~ 18 . 156dB， Rx端 插 入 損 耗 為 3 . 599 ~ 3 . 843dB，

隔 離 度 30 . 915 ~ 31 . 120dB， Tx端 插 入 損 耗 為 3.599 ~ 3.843dB， 隔 離 度

31.120 ~ 30.915dB， IP1dB為 7.2dBm。

專 題 報 告 架 構 第 一 章 為 主 要 敘 述 研 究 背 景 與 動 機 ， 第 二 章 介 紹 基

礎 理 論 包 括 收 發 機 介 紹 及 收 發 開 關 原 理 及 重 要 參 數 ， 第 三 章 介 紹 開 關

的 設 計 方 法 ， 有 行 進 波 架 構 技 術 、 跟 T型 匹 配 (C-L-C)電 路 ， 第 五 章 為

結 論 。

ii

目錄

摘要 ...................................................................................... i

目錄 ..................................................................................... ii

表目錄 ..................................................................................iv

圖目錄 ................................................................................... v

第一章緒論 ........................................................................... 1

1.1 研 究 背 景 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.2 研 究 動 機 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

第二章 基礎 理論 .................................................................. 3

2.1 收 發 機 介 紹 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.2 收 發 開 關 原 理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.3 收 發 開 關 的 重 要 參 數 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

第三章 收發 開關 的設計方法 ................................................ 9

3.1 串 聯 電 阻 在 基 極 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

3.2 行 進 波 開 關 [4] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3.4 T 型 匹 配 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

四 .電 路圖設計 與 模擬結果 .................................................. 14

iii

4.1 電 路 架 構 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

4.2 模 擬 結 果 (RX mode) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

4.3 模 擬 結 果 (TX mode) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

4.4 EM 模 擬 圖 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

4.3 Layout 佈 局 圖 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

第五章 .結果與 討 論 ............................................................. 24

參考文獻 ............................................................................. 25

iv

表目錄

表 4.1 RX mode Return Loss 模 擬 表 ............................................... 15

表 4.2 RX mode Isolation 及 Insertion Loss 模 擬 表 ........................ 16

表 4.3 RX mode P1dB 模 擬 表 .......................................................... 17

表 4.4 TX mode Return Loss 模 擬 表 ............................................... 18

表 4.5 TX mode Isolation 及 Insertion Loss 模 擬 表 ........................ 19

表 4.6 TX mode P1dB 模 擬 表 .......................................................... 20

表 4.7 77 GHz 模 擬 結 果 .................................................................. 21

v

圖目錄

圖 1.1 氧 氣 與 水 在 各 頻 帶 內 對 於 衰 減 程 度 之 示 意 圖 [2] ...................... 2

圖 2.1 射 頻 前 端 系 統 方 塊 圖 .............................................................. 3

圖 2.2 開 關 電 晶 體 導 通 時 小 訊 號 等 效 電 路 ......................................... 4

圖 2.3 開 關 電 晶 體 飽 和 時 小 訊 號 等 效 電 路 ......................................... 5

圖 2.4 3-PORT 系 統 示 意 圖 ............................................................... 6

圖 2.5 IP1dB 示 意 圖 ......................................................................... 8

圖 3.1 開 關 為 三 極 管 和 飽 和 時 的 大 訊 號 分 析 [3] ................................. 9

圖 3.2 行 進 波 開 關 架 構 圖 ................................................................ 10

圖 3.3 行 進 波 開 關 導 通 時 等 效 圖 ..................................................... 10

圖 3.4 行 進 波 開 關 關 閉 時 等 效 圖 ...................................................... 11

圖 3.5 史 密 斯 圖 操 作 原 理 [5] ............................................................ 12

圖 3.6 T 型 匹 配 模 擬 ........................................................................ 13

圖 4.1 應 用 於 車 用 雷 達 之 77GHz CMOS SPDT 收 發 開 關 電 路 圖 ..... 14

圖 4.2 EM 模 擬 圖 ........................................................................... 22

圖 4.3 Layout 佈 局 圖 ...................................................................... 23

1

第一章緒論

1.1 研 究背景

無 線 擷 取 (radio access)是 未 來 通 訊 的 新 趨 勢 ， 無 線 通 訊 技 術 能 提

供 通 訊 上 的 便 利 性 ， 並 結 合 網 際 網 路 ， 利 用 無 線 擷 取 系 統 提 供 給 使 用

者 ， 在 任 何 時 間 、 地 點 都 能 獲 得 最 新 消 息 。

隨 著 製 程 技 術 的 進 步 ， 電 晶 體 通 道 長 度 不 斷 的 被 縮 小 ， 對 應 的 截

止 頻 率 不 斷 的 向 上 提 升 ， 使 得 CMOS 製 程 技 術 能 應 用 的 頻 率 範 圍 ，

已 經 可 以 達 到 部 分 的 毫 米 波 波 段 ， 因 此 掌 握 大 部 分 優 勢 的 CMOS 製

程 技 術 ， 已 經 成 為 晶 片 系 統 整 合 的 最 好 選 擇 。

1.2 研 究動機

一 般 來 說 毫 米 波 是 指 電 磁 頻 譜 30～ 300GHz 這 一 部 分 ， 而 他 有 以

下 幾 個 優 點 ， 因 為 毫 米 波 波 長 短 可 以 減 少 元 件 的 尺 寸 。 但 操 作 在 毫 米

波 之 電 路 ， 由 於 特 性 上 的 考 量 ， 往 往 要 求 更 高 的 製 程 技 術 ， 因 而 需 要

較 高 的 成 本 。 毫 米 波 也 有 頻 帶 寬 廣 的 特 性 ， 因 為 有 大 量 的 頻 率 可 以 使

用 ， 提 供 頻 帶 寬 廣 的 能 力 ， 降 低 多 路 徑 效 應 的 干 擾 。

汽 車 毫 米 波 雷 達 工 作 頻 段 為 21.65-26.65GHz和 76~81GHz。 比 較 常

見 的 汽 車 毫 米 波 雷 達 工 作 頻 率 在 24GHz、 77GH、 79GHz這 三 個 頻 率 附

近 。 簡 單 來 說 ， 現 在 和 將 來 的 主 流 車 型 ， 車 後 雷 達 一 般 都 會 選 用

24GHz的 中 短 距 離 毫 米 波 雷 達 （ 偵 測 距 離 約 50～ 70公 尺 ） ， 車 前 雷 達

一 般 都 會 選 用 77GHz的 長 距 離 毫 米 波 雷 達 （ 偵 測 距 離 約 100～ 250公

2

尺 ） 。 [1]

如 圖 1.1所 示 ， 如 果 進 一 步 比 較 ， 那 麼 77GHz目 前 更 多 的 被 認 為 是

未 來 的 主 流 方 向 ， 其 主 要 的 優 點 ， 一 是 探 測 距 離 更 遠 ： 帶 寬 更 大 ， 同

時 天 線 較 小 可 以 能 力 更 集 中 從 而 探 測 更 遠 的 距 離 ， 二 是 獨 有 頻 段 ： 在

歐 洲 24GHz很 早 之 前 就 已 經 被 分 配 給 射 電 天 文 和 電 信 工 業 應 用 。 為 了

減 少 對 它 們 的 干 擾 ， 歐 盟 限 制 了 24GHz車 用 毫 米 波 雷 達 發 射 功 率 ， 僅

用 於 短 距 離 雷 達 ， 而 77Ghz相 對 獨 有 。

圖 1.1 氧 氣 與 水 在 各 頻 帶 內 對 於 衰 減 程 度 之 示 意 圖 [2]

3

第二章 基礎理論

2.1 收 發機介紹

圖 2.1 射 頻 前 端 系 統 方 塊 圖

圖 2.1 為 射 頻 前 端 系 統 方 塊 圖，透 過 射 頻 收 發 開 關，切 換 到 接

收 端 將 訊 號 接 收 進 收 發 機 ， 並 由 濾 波 器 濾 除 干 擾 訊 號 ， 經 低 雜 訊 放 大

器 放 大，混 波 降 頻 至 中 頻，經 類 比 /數 位 轉 換 至 基 頻，而 發 送 端 部 分 則

是 經 由 升 頻 混 波 器 提 高 信 號 的 頻 率 ， 並 透 過 功 率 放 大 器 放 大 所 傳 所 送

的 信 號 ， 最 後 經 由 射 頻 收 發 開 關 ， 切 換 到 傳 送 端 將 訊 號 由 天 線 端 送 出

訊 號 。

故 T/R switch 是 連 接 天 線 與 接 收 端 和 收 發 端 三 端 的 重 要 電 路 。

2.2 收 發開關原理

一 顆 電 晶 體 開 關 導 通 且 操 作 在 小 訊 號 時 的 等 效 電 路 ， 如 圖 2.2 所

示 ， 當 電 晶 體 閘 極 與 源 極 之 電 壓 差 (VG S)大 於 臨 界 電 壓 (VT H)時 ， 電 子 將

由 源 極 流 至 汲 極 ， 在 閘 極 氧 化 層 下 方 形 成 一 個 通 道 ， 此 時 電 晶 體 被 開

啟 (ON-state)， 由 一 顆 線 性 導 通 電 阻 (Ro n)與 各 極 之 間 的 接 面 電 容

4

( junction capacitor)所 組 成 。

圖 2.2 開 關 電 晶 體 導 通 時 小 訊 號 等 效 電 路

三 極 管 區 的 汲 極 與 源 極 間 的 電 流 可 以 被 寫 成 ：

(2.1)

對 VD S 做 偏 微 分 可 得 峰 值 電 流 發 生 在 VD S = VG S – VT H， 且 電 流 為 ：

(2.2)

其 中 VG S– VT H 稱 為 驅 動 電 壓 ( overdrive voltage )， 當 VD S ≤ VG S– VT H，

此 時 元 件 操 作 在 三 極 管 區 ； VD S ≥ VG S– VT H 稱 此 時 元 件 操 作 在 飽 和

區 ， 稱 此 時 元 件 操 作 在 飽 和 區 ， 套 回 (2.1)式 ， 假 設 VD S

5

(2.3)

推 導 得 R o n 為 ：

(2.4)

其 中 μ n 為 NMOS 電 荷 載 子 的 遷 移 率 、 C o x 為 單 位 面 積 之 閘 氧 化 層

電 容 、 L沿 著 源 極 與 汲 極 的 閘 極 長 度 、 W 為 閘 極 寬 度 。

如 圖 2.3所 示 ， 當 電 晶 體 VG S小 於 VT H時 ， 電 晶 體 操 作 在 截 止 區 (cut-

off region)， 由 各 極 之 間 的 接 面 電 容 (junction capacitor)所 組 成 。

圖 2.3 開 關 電 晶 體 飽 和 時 小 訊 號 等 效 電 路

在 設 計 開 關 時 ， 將 會 在 閘 極 與 基 極 端 分 別 連 接 一 個 大 阻 抗 電 阻 ，

使 得 閘 極 與 基 極 視 為 浮 接 ， 所 以 在 汲 極 與 源 極 間 所 有 的 寄 生 電 容 可 以

等 效 成 ：

6

2.3 收 發開關 的重 要參數

圖 2.4 3-PORT 系 統 示 意 圖

如 圖 2.4， 在 Rx Mode下

S(1,1)為 一 天 線 端 返 回 損 耗 (Antenna Return Loss)

S(2,2)為 一 接 收 端 返 回 損 耗 (Tx Return Loss)

S(2,1)為 一 插 入 損 耗 (insertion loss)

S(3,1)為 隔 離 度 (isolation)

如 圖 2.4， 在 Tx Mode下

S(1,1)為 一 天 線 端 返 回 損 耗 (Antenna Return Loss)

S(3,3)為 一 發 射 端 返 回 損 耗 (Tx Return Loss)

S(3,1)為 一 插 入 損 耗 (insertion loss)

S(2,1)為 隔 離 度 (isolation)

輸 入 1 dB 壓 縮 點 (input 1-dB compression point)

7

返 回 損 耗 (Return Loss)

主 要 是 觀 測 訊 號 反 射 成 份 ， 看 阻 抗 匹 配 的 程 度 如 何 ， 負 的 越 大 代

表 反 射 的 成 份 越 少 。

插 入 損 耗 (insertion loss)

插 入 損 耗 代 表 開 關 開 啟 時 ， 訊 號 由 輸 入 端 傳 送 至 輸 出 端 的 衰 減 程

度 ， 衰 減 程 度 當 然 越 接 近 零 越 好 。

隔 離 度 (isolation)

隔 離 度 的 定 義 可 將 它 定 義 為 電 晶 體 關 閉 時 ， 一 端 的 能 量 洩 漏 到 另

一 端 的 能 量 ， 如 圖 2.5 所 示 當 M2 電 晶 體 關 閉 時 ， 隔 離 度 可 以 定 義 成

接 收 端 與 天 線 端 之 間 的 能 量 洩 漏 程 度 ， 隔 離 度 越 大 ， 則 埠 與 埠 間 的 干

擾 程 度 就 越 低 ， 以 dB 值 來 說 便 是 負 越 大 越 好 ， 代 表 能 量 洩 漏 的 程 度

越 少 。

8

輸 入 1 dB 壓 縮 點 (input 1-dB compression point)

當 輸 入 功 率 持 續 增 大 時 ， 輸 入 功 率 與 輸 出 功 率 的 關 係 將 不 會 一 直

保 持 線 性，而 是 呈 現 壓 縮 的 現 象，當 增 益 壓 縮 為 1 dB 時，此 時 的 輸 入

功 率 稱 為 輸 入 1 dB 壓 縮 點 (IP1dB)，如 圖 2.4 所 示，輸 入 1dB 壓 縮 點 越

大 ， 代 表 收 發 開 關 可 承 受 的 功 率 處 理 能 力 越 佳 。

圖 2.5 IP1dB 示 意 圖

9

第三章 收發開關的設計方法

3.１串 聯電阻在 基極

圖 3.1 開 關 為 三 極 管 和 飽 和 時 的 大 訊 號 分 析 [3]

如 圖 3.1 為 CMOS 當 開 關 時 的 大 信 號 分 析 ， 當 輸 入 功 率 持 續 增 加

時 ， 汲 極 與 基 極 的 電 壓 使 二 極 體 導 通 ， 接 地 端 將 瞬 間 產 生 大 電 流 至 汲

極 端 導 致 線 性 度 下 降 ， 而 解 決 辦 法 便 是 開 關 電 晶 體 的 body 端 與 Vb 間

以 一 顆 大 電 阻 串 聯 來 增 大 阻 抗 ， 當 電 阻 大 幅 增 加 ， 電 流 變 化 會 漸 變 平

緩 進 而 改 善 線 性 度 。

10

3.2 行 進波開關 [4]

行 進 波 (Traveling-wave)的 設 計 觀 念 主 要 是 以 傳 輸 線 匹 配 為 目 的 ，

使 訊 號 在 傳 輸 線 上 傳 遞 時 與 系 統 的 阻 抗 間 的 反 射 系 數 很 小 以 達 成 阻 抗

匹 配，訊 號 的 損 耗 因 此 降 低。其 行 進 波 開 關 電 路 的 架 構 如 圖 3.2 所 示。

圖 3.2 行 進 波 開 關 架 構 圖

當 Vc不 供 給 電 壓 時，電 晶 體 源 極 和 汲 極 間 為 高 阻 抗 可 以 用 電 容 和

電 阻 來 描 述 ， 而 傳 輸 線 本 身 為 電 感 性 ， 所 以 行 進 波 開 關 電 路 可 以 等 效

成 串 聯 電 感 和 並 聯 電 容 所 組 成，如 圖 3.3所 示，訊 號 就 可 以 接 由 低 損 耗

的 傳 輸 線 傳 輸 ， 此 時 開 關 電 路 導 通 為 狀 態 。

圖 3.3 行 進 波 開 關 導 通 時 等 效 圖

11

當 Vc供 給 電 壓 時，電 晶 體 源 極 和 汲 極 間 為 低 阻 抗 可 以 用 小 電 阻 來

描 述 ， 此 時 行 進 波 開 關 電 路 的 等 效 電 路 由 串 聯 電 感 和 並 聯 電 阻 組 成 ，

如 圖 3.4所 示，可 是 為 許 多 小 電 阻 的 並 聯 同 時 會 導 致 特 性 阻 抗 變 小，訊

號 流 經 反 射 係 數 極 大 ， 訊 號 無 法 通 過 ， 此 時 為 開 關 電 路 關 閉 狀 態 。

圖 3.4 行 進 波 開 關 關 閉 時 等 效 圖

等 效 電 路 為 傳 輸 線 的 電 感 性 搭 配 上 電 晶 體 的 電 容 性 或 電 阻 性 (由 閘 極

電 壓 決 定 )，形 成 整 個 收 發 開 關 的 導 通 以 及 截 止 狀 態。在 設 計 行 進 波 開

關 電 路 時 ， 須 針 對 設 計 規 格 選 取 式 當 傳 輸 線 的 長 寬 ， 提 供 等 效 電 路 所

需 要 的 感 值 ， 同 時 也 需 電 晶 體 的 尺 寸 配 合 ， 提 供 等 效 電 路 所 需 的 電 容

和 電 阻 值 ， 此 外 ， 級 數 (Section)也 是 設 計 時 的 一 樣 參 數 。

12

3.3 T 型匹配

此 專 題 選 用 T 型 匹 配 ， 並 使 用 史 密 斯 圖 做 設 計 。

圖 3.5 史 密 斯 圖 操 作 原 理 [5]

史 密 斯 圖 是 由 很 多 圓 周 交 織 在 一 起 的 一 個 圖，如 圖 3.5。操 作 史 密

斯 圖 可 以 在 不 作 任 何 計 算 的 前 提 下 ， 得 到 一 個 表 面 上 看 非 常 複 雜 系 統

的 匹 配 阻 抗 ， 唯 一 需 要 作 的 就 是 沿 著 圓 周 線 讀 取 並 跟 蹤 數 據 。 [6]

首 先 串 聯 一 顆 電 容 ， 使 得 阻 抗 點 由 中 心 點 向 朝 向 又 下 放 移 動 ， 如

圖 3.5 Series Capacitor 箭 頭 方 向，再 來 並 接 一 個 電 感，使 得 阻 抗 點 繼 續

朝 上 方 移 動 ， 如 圖 3.5 Parallel Inductor 箭 頭 方 向 ， 最 後 再 串 接 一 顆 電

13

容 ， 使 得 阻 抗 點 回 到 中 心 點 ， 以 達 成 阻 抗 匹 配 。

圖 3.6 T 型 匹 配 模 擬

可 以 由 圖 3.6 右 上 的 Network Response 模 擬 結 果 得 出，此 T 型 模 擬

電 路 於 77GHz 中，兩 端 因 阻 抗 匹 配，反 射 係 數 極 低，表 示 達 到 阻 抗 連

續 的 要 求 。

14

四 .電路圖設計與模擬結果

4.1 電 路架構

利 用 行 進 波 收 發 開 關 具 有 寬 頻 與 高 隔 離 度 的 特 性 ， 並 聯 二 級 電 晶

體，在 基 底 連 接 1kΩ 以 上 的 電 阻 來 提 高 線 性 度，還 有 電 路 兩 端 的 T 型

匹 配 ， 形 成 天 線 端 與 發 射 、 接 收 端 阻 抗 連 續 ， 降 低 插 入 損 耗 。

圖 4.1 應 用 於 車 用 雷 達 之 77GHz CMOS SPDT 收 發 開 關 電 路 圖

15

4.2 模 擬結果 (RX mode)

表 4.1 為 天 線 端 與 接 收 端 的 返 回 損 失 模 擬 結 果。由 圖 可 知，接 收 端

與 天 線 端 在 74~80GHz 的 返 回 損 失 皆 大 於 -15dB。

pre-simulation post-simulation

Antenna Return Loss(dB) Antenna Return Loss(dB)

Rx Return Loss(dB) Rx Return Loss(dB)

表 4.1 RX mode Return Loss 模 擬 表

16

表 4.2 表 示 隔 離 度 模 擬 結 果 ， 隔 離 度 在 77GHz 為 -33.413 及 -30.991dB

插 入 損 耗 模 擬 結 果 ， 插 入 損 耗 在 77GHz 為 -2.614 及 -3.689dB。

pre-simulation post-simulation

Isolation(dB) Isolation(dB)

Insertion Loss(dB) Insertion Loss(dB)

表 4.2 RX mode Isolation 及 Insertion Loss 模 擬 表

17

表 4.3 為 P1dB(dBm)模 擬 結 果，Rx P1dB(dBm)約 為 7.4dBm 及 7.2dBm，

pre-simulation post-simulation

P1dB 9dBm P1dB 7.2dBm

表 4.3 RX mode P1dB 模 擬 表

18

4.3 模 擬結果 (TX mode)

表 4.4 為 天 線 端 與 發 射 端 的 返 回 損 失 模 擬 結 果。由 圖 可 知，接 收 端

與 天 線 端 74~80GHz 的 返 回 損 失 皆 大 於 -15dB。

pre-simulation post-simulation

Antenna Return Loss(dB) Antenna Return Loss(dB)

Tx Return Loss(dB) Tx Return Loss(dB)

表 4.4 TX mode Return Loss 模 擬 表

19

表 4.5 表 示 隔 離 度 模 擬 結 果 ， 隔 離 度 在 77GHz 為 -33.413 及 -30.992dB

插 入 損 耗 模 擬 結 果 ， 插 入 損 耗 在 77GHz 為 -2.614 及 -3.689dB。

pre-simulation post-simulation

Isolation(dB) Isolation(dB)

Insertion Loss(dB) Insertion Loss(dB)

表 4.5 TX mode Isolation 及 Insertion Loss 模 擬 表

20

表 4.6 為 P1dB(dBm)模 擬 結 果 ， Tx P1dB(dBm)約 7.4dBm 及 為

7.2dBm，

pre-simulation post-simulation

P1dB 9dBm P1dB 7.2dBm

表 4.6 TX mode P1dB 模 擬 表

21

表 4.7 77GHz 模 擬 結 果

22

4.4 EM 模 擬圖

圖 4.2 EM 模 擬 圖

23

4.5 Layout 佈局 圖

圖 4.3 Layout 佈 局 圖

Chip Size：0.54117 *0. 54117 mm2

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第五章 .結果與討論

本 專 題 設 計 為 毫 米 波 無 線 網 路 之 射 頻 收 發 開 關 ， 使 用 TSMC CMOS

90-nm 製 程 設 計 ， 天 線 端 反 射 損 耗 為 15.232 ~ 22.795dB， Rx反 射 損 耗

為 16.853 ~ 18.160dB， Tx端 反 射 損 耗 為 16.850 ~ 18.156dB， Rx端 插 入

損 耗 為 3.599 ~ 3.843dB， 隔 離 度 30.915 ~ 31.120dB， Tx端 插 入 損 耗 為

3.599 ~ 3.843dB， 隔 離 度 31.120 ~ 30.915dB， P1dB為 7.2dBm。

製 作 此 次 專 題 目 標 製 作 收 發 開 關 使 用 77GHz， 為 應 用 未 來 車 用 雷

達 的 主 要 頻 率 ， 因 為 頻 率 較 參 考 文 獻 之 60GHz高 ， 許 多 數 值 無 法 直 接

參 考 套 用 ， 這 部 分 我 花 了 最 多 時 間 在 ADS模 擬 中 ， 進 度 曾 一 度 嚴 重 落

後 ， 後 來 沒 白 費 我 多 次 嘗 試 不 同 數 值 及 電 路 ， 每 項 數 值 達 到 最 低 限

度 ， 隨 後 製 作 Layout以 及 EM的 模 擬 ， 都 較 ADS模 擬 的 快 速 地 調 整 到

位 。

ADS設 計 過 程 中 插 入 損 耗 (Insertion Loss)為 較 棘 手 的 部 分 ， 實 驗 模

擬 Pre-simulation中 電 感 與 電 容 數 值 調 到 最 低 數 值 還 無 法 有 效 降 低 ，

維 持 在 -5dB左 右 ， 而 77GHz中 要 達 到 -3dB以 下 才 能 達 到 要 求 ， 後 來 試

著 改 變 電 路 結 構 與 使 用 技 術 ， 並 重 新 調 整 數 值 ， 最 後 成 功 達 成 標 準 。

而 Post-simulation中 ， 出 現 誤 差 ， 但 經 過 傳 輸 線 調 整 後 ， 使 得 誤 差 值

不 到 1dB。

25

參考文獻

[1] http://www.chinatimes.com/newspapers/20160410000074 -260204

[2] https://web.mst.edu/~mobildat/E-band%20Frequencies/index.html

[3]歐 振 宇 ,” 24-GHz 與 60-GHz CMOS 收 發 開 關 與 次 諧 波 及 摺 疊 混 頻

器 毫 米 波 射 頻 晶 片 之 研 製 ” 碩 士 論 文 ,國 立 成 功 大 學 2009

[4] 詹 清 硯 ,” 微 波 及 毫 米 波 行 進 波 切 換 器 之 研 製 ” ,碩 士 論 文 ,國 立 中

央 大 學 2009

[5] https://franejian.files.wordpress.com/2015/10/mf1.png

[6] https://read01.com/Oy4gMa.html

https://franejian.files.wordpress.com/2015/10/mf1.png