JSSC 2012第10期RF & Wireless0.18μm SiGe BiCMOS

A BiCMOS W-Band 22 Focal-Plane Array With On-Chip Antenna Zhiming Chen Chun-Chen

采用0.18μm SiGe BiCMOS工艺的W波段2×2焦平面阵列，集成片上天线，用于被动毫米波成像。

285 MV/W平均响应度, 8.1 pW/√Hz噪声等效功率, 0.48 K NETD

W波段焦平面阵列毫米波成像片上天线SiGe BiCMOS

▸创新点1：集成片上槽折叠偶极天线（方法创新）。该设计在标准0.18μm SiGe BiCMOS工艺中实现了W波段（86-106GHz）的高效天线集成，解决了毫米波频段片上天线效率低的关键问题，实测系统NETD为3K（含天线），相比无天线结构（0.48K NETD）更贴近实际应用场景。

▸创新点2：共享Ka波段PLL的LO信号分配（系统架构创新）。通过单一PLL生成Ka波段信号并分布式驱动四个本地ILFT（注入锁定频率三倍器），实现了96GHz LO信号的相位同步（实测相位噪声-96dBc/Hz@1MHz偏移），显著降低多通道系统的功耗与面积开销。

▸创新点3：直接转换架构的Dicke型接收器（电路创新）。结合单平衡混频器、IF可变增益放大器和同步解调器，在285MV/W响应度下实现8.1pW/√Hz的噪声等效功率，其零中频结构简化了W波段成像系统的复杂度。

▸创新点4：全集成焦平面阵列（FPA）系统创新。在单芯片上集成4像素接收链（含天线、LNA、混频器等），达成硅基94GHz成像系统的最高集成度，支持透射模式毫米波成像，推动单片式成像系统发展。

Abstract

This paper presents a W-band 2 2 focal-plane array (FPA) for passive millimeter-wave imaging in a standard 0.18 m SiGe BiCMOS process ( GHz). The FPA incorporates four Dicke-type receivers representing four imaging pixels. Each receive r employs the direct-conversion architecture consisting of an on-chip slot folded dipole antenna, an SPDT switch, a low noise ampli ﬁer, a single-balanced mixer, an injection-locked frequency tripler (ILFT), an IF variable gain ampli ﬁer, a power detector, an acti