THz-System mit einem Schachbrett-Spreizspektrum für digital-modulierte Radarsensoren und Kommunikationanwendungen mit 200 GHz Bandbreite

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Frank Ellinger; Professor Dr.-Ing. Vadim Issakov; Professor Dr.-Ing. Robert Weigel
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 468818520

TIEMPO ist ein Projekt zur Entwicklung eines I/Q Sendeempfängers für ein digitales Rauschradar mit Spektrumsspreizung im Frequenzbereich zwischen 220 GHz und 420 GHz: Dies entspricht einer Rekordbandbreite von 200 GHz. In diesem Projekt wird die Idee des frequenzmodulierten Dauerstrichradars (FMCW) in Kammarchitektur aufgegriffen und ein digitales Äquivalent erstellt. Um die extrem hohe Bandbreite zu erzielen, muss eine neuartige Systemarchitektur implementiert werden, die sogenannte „Schachbrett-Spektraldivision“. Dank einer eleganten Lösung auf Systemebene, genügt ein einzelner Oszillator, der bei einer festen Frequenz betrieben wird, um fünf lokale Trägerfrequenzen (LO) zu erzeugen, die die gesamte Bandbreite abdecken. Darüber hinaus kann die Anzahl an notwendigen Sende- und Empfangskanälen halbiert werden, indem hochgeschwindigkeits-I/Q-Komponenten mit der „Schachbrett“-Architektur verknüpft werden. Die Systemarchitektur kann auch in der Kommunikationstechnik Anwendung finden, da die Digitalsequenz extern generiert wird.Sehr hohe Bandbreiten führen zu Herausforderungen im Schaltungsentwurf, dem primären Fokus dieses Antrags: (1) I/Q Datenkonverter mit 8 bit Auflösung, 20 GHz Bandbreite und 40 Gbps Datenrate; (2) I/Q Sender und Empfänger, die bei über 400 GHz arbeiten; (3) LO Signalerzeugung, die die gesamte Bandbreite abdeckt; (4) In den Chip integrierte Antennen mit 200 GHz Bandbreite und hoher Effizienz. Diese Arbeitsfrequenzen befinden sich in der Nähe oder oberhalb von fmax der geplanten Validierungstechnologie, dem 22 nm FD-SOI (Fully-Depleted Silicon-On-Insulator) CMOS Prozess von Globalfoundries. Dies erfordert neuartige Schaltungen und Systemarchitekturen, die die techologischen Einschränkungen überwinden. Nach unserem Wissen ist dieser Ansatz der erste digitale Radarsendeempfänger mit Sprektrumsspreizung in diesem Frequenzbereich, sowie der erste mit einer Bandbreite von 200 GHz.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2314: Integrierte Terahertz-Systeme mit neuartiger Funktionalität (INTEREST)