多模式可重构超宽带通信及雷达集成收发芯片

面向日益复杂多样的电子产品应用场景，电子设备的小型化进程不断加快，对于高集成、多模式、多功能的芯片需求飞速高涨。本项研究成果针对生物医疗电子、个人无线体域网、近距离无感支付、车载定位、战场实时感知、无人机导航等应用需求，提出一种超宽带无线通信兼具FMCW雷达测距的复合型收发机创新性结构。收发机采用超宽带射频调频+可再生型鉴频技术，实现通信及雷达的共架构方案；提出多相中频时差测距机理，将分辨率提高2个数量级，达到mm级精确测距，动态范围扩大4倍；射频前端基于电流共享技术，实现射频振荡器+功放、低噪放+鉴频+混频的一体化实现，系统功耗优化40%；提出子载波发生器+频率校正环路的数字化复用结构，发射机可半数字化实现，从而得到一款支持无线数据传输、时差/频差/相差雷达测距的极低功耗复用型收发芯片。

图1.研制的通信+雷达集成收发机芯片显微照片

超宽带系统具有低功耗、探测精度高、穿透性强、安全性高等优势，在防务、雷达、生物探测、短距通信及室内室外高精度定位等场景有着广泛的应用，并且随着半导体技术的发展，基于 CMOS 的 UWB 雷达芯片成为研究热点。本次提出的多模式可重构超宽带通信+雷达收发芯片充分利用了当前紧张的频谱资源，面向民事、军事均存在广泛的应用前景。

在民用方面，该种技术主要可应用于消费类应用、车载应用、医疗类应用等。具体而言，典型的消费类应用场景如手机定位、标签附件、智能家居、无人机/机器人、移动支付、可穿戴设备、生物医疗电子、VR/AR等均是当前消费市场的主力；而在车载方面的应用大多集中于无钥匙进入系统、地下车库及停车场导航、远程泊车、V2X和ADAS、车辆内部探测、接近感应等；此外，超宽带通信雷达芯片还可广泛应用于工厂车间、医院/养老中心、智能建筑等，实现实时感知，数据赋能。

据Techno Systems市场调研预测，UWB具有与蓝牙和WiFi同等市场规模的发展潜力，预计到2027年全球UWB芯片出货量将超过12亿颗，其中占比最高的是智能手机和汽车应用。当前，已有多家公司应用超宽带芯片，如恩智浦（NXP）发布UWB+SE芯片，主打汽车无钥匙进入应用市场；3db Access瑞萨将获得3db UWB的技术许可，双方合作共同为智能家居、物联网（IoT）、工业4.0，以及移动计算和车联网应用提供安全访问解决方案；苹果U1芯片为自iPhone 11之后的iPhone和iPad都采用了UWB技术。

近几年来,随着苹果UWB功能手机的出现,以及UWB行业标准的完善,UWB受到了业界越来越多的关注。日益增多的无线定位等的应用需求,推动了UWB的发展。而各种不同的定位技术(如Wi-Fi、GNSS、RFID、Bluetooth等)不断地发展和融合,促进了UWB应用更广泛地发展。蜂窝技术(如5G、4G、NB-IoT等)和非蜂窝技术(LoRaWAN、Sigfox、ZETA等)通信技术也助推了UWB应用,提供了更多无限的可能。超宽带芯片市场规模的估计取决于应用领域的多少，下面是几个应用领域的概述：

1.室内定位：超宽带技术可以在室内提供高精度的定位服务，应用场景包括工厂、商场、医院、机场、地铁等。根据市场研究机构Grand View Research的报告，室内定位市场规模预计将从2020年的37.6亿美元增长到2027年的168.2亿美元，复合年增长率为22.8%。

2.物联网：随着物联网的发展，超宽带技术被广泛应用于智能家居、智能工厂、智能物流等领域。据IDTechEx的研究，物联网市场规模预计将从2020年的880亿美元增长到2027年的2380亿美元，复合年增长率为14.5%。

3.汽车安全：超宽带技术可以实现高精度的车内定位和车辆防盗功能，有望成为未来汽车安全领域的关键技术。根据市场研究机构MarketsandMarkets的报告，全球汽车安全市场规模预计将从2020年的134亿美元增长到2025年的238亿美元，复合年增长率为12.1%。

此外，根据新思界产业研究中心发布的《2022-2027年中国超宽带（UWB）市场可行性研究报告》显示，我国超宽带行业起步较早，随着应用场景不断扩大，超宽带市场规模呈持续增长趋势。2021年我国超宽带市场规模达36.7亿元，同比增长19.6％。在细分市场方面，受益于超宽带行业景气度不断提升，我国企业级超宽带产品需求量及产量呈稳定增长趋势。2021年我国企业级超宽带产品需求量达3120.0套，产量达3008.0套。

本项成果采用 65nm CMOS工艺，突破了超宽带通信及雷达的核心技术瓶颈，积累了一系列的发明专利，拥有核心技术保护门槛，同时由于本成果在市场中尚未竞品，极具创新性，拥有极高的转化潜力。设计成本已于前期工作中进行了分摊，倘若实现成果转化，其成本集中在制造成本与运营成本，售价将会极具吸引力，在市场中富有竞争性。