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我国毫米波芯片刷新世界纪录!探测距离38.5米

2月17日,第68届国际固态电路会议(ISSCC 2021)上,来自安徽合肥市的中国电科38所发布了一款高性能77GHz毫米波芯片及模组,在国际上首次实现两颗3发4收毫米波芯片及10路毫米波天线单封装集成,探测距离达到38.5米,刷新了当前全球毫米波封装天线最远探测距离的新纪录。

据悉,这款国产77GHz毫米波芯片,在24mm×24mm空间里实现了多路毫米波雷达收发前端的功能,创造性地提出一种动态可调快速宽带chirp信号产生方法,并在封装内采用多馈入天线技术大幅提升了封装天线的有效辐射距离,为近距离智能感知提供了一种小体积和低成本解决方案。

该芯片面向智能驾驶领域对核心毫米波传感器需求,采用低成本CMOS工艺,单片集成3个发射通道、4个接收通道及雷达波形产生等,主要性能指标达到国际先进水平,在快速宽带雷达信号产生等方面具有特别优势,芯片支持多片级联并构建更大规模的雷达阵列。

同时兼顾了天线性能、成本及体积的封装天线技术是近些年来毫米波天线技术上的重大突破。国际上大多数公司都采用基于扇出型晶圆级封装来实现封装天线,38所团队基于扇出型晶圆级封装技术,创造性地采用了多馈入天线技术,有效改善了封装天线效率低等问题,从而实现探测距离创造了新的世界纪录。

据悉,中国电科38所是我国国防高科技电子装备骨干研究所,有中国军工电子“国家队”的美誉。

我国毫米波芯片刷新世界纪录!探测距离38.5米

(图片源自OFweek维科网)

5G当道,毫米波成热门赛道

近些年来,随着高速无线通信、智能驾驶等应用领域的快速发展,毫米波技术也开始被更多人重视研究起来。所谓的毫米波,它本质上就是一种高频电磁波,是波长 1-10 毫米的电磁波,通常来说其频率在 30GHz-300GHz 之间,是 5G 通讯中所使用的主要频段之一。

那么5G跟毫米波之间有什么联系?现在我们提到5G,其中主要使用的两个通讯频段,一个是Sub-6GHz 为低频频段,主要使用 6GHz 以下频段进行通讯;另一个是使用24GHz-100GHz的高频毫米波进行通讯的毫米波频段,目前 5G 对于毫米波的利用,大多集中在 24GHz/28GHz/39GHz/60GHz 几个频段之中。

相比之下,毫米波工作波长更短,可以有效减小器件及系统的尺寸,并且在雷达、成像等方面有着更高的分辨率;其次,毫米波频谱资源更加丰富,可以胜任未来超高速通信的需求,比如自动驾驶、超高速信号传输等技术,被广泛应用在人们日常生活中。

接下来介绍到本文开头提到的毫米波芯片,传统的毫米波芯片主要是采用化合物半导体工艺,如砷化镓(GaAs)毫米波芯片、磷化铟(InP)毫米波芯片、氮化镓(GaN)毫米波芯片是该频段的主流集成电路工艺。与此同时,硅基(CMOS、SiGe等)毫米波亚毫米波芯片也取得了巨大进展。

具体来看:

砷化镓(GaAs)毫米波芯片、InP(磷化铟)毫米波芯片

GaAs和InP在毫米波频段具有良好的性能,是毫米波频段的主流集成电路工艺。近几年,GaAs和InP工艺和器件取得了长足的进步。基于该类工艺的毫米波器件类型主要有高电子迁移率晶体管(HEMT)、改性高电子迁移率晶体管(mHEMT)和异质结双极性晶体管(HBT)等。

氮化镓(GaN)毫米波芯片

GaN具有高电子迁移率和击穿场强等优点,器件功率密度是GaAs功率密度的5?倍以上,可显著地提升输出功率、减小体积和成本。随着GaN材料制备技术的逐渐成熟,GaN器件和电路已成为化合物半导体电路研制领域的热点方向,美国、日本、欧洲等国家将GaN作为微波毫米波器件和电路的发展重点。近十年来,GaN的低成本衬底材料碳化硅(SiC)也逐渐成熟,其晶格结构与GaN相匹配,导热性好,极大加快了GaN器件和电路的发展。

硅基(CMOS、SiGe等)毫米波芯片

硅基工艺传统上以数字电路应用为主。但由于硅工艺在成本和集成度方面的巨大优势,日本、美国、加拿大都开始了硅基毫米波亚毫米波集成电路的研究。我国在政策支持下,东南大学毫米波国家重点实验室也快速开展相关研究并取得进展。

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