《電子技術(shù)應(yīng)用》
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多芯粒異構(gòu)集成的雷達探測微系統(tǒng)設(shè)計
電子技術(shù)應(yīng)用
顧林，陽琴，閻焜
中國電子科技集團公司第五十八研究所
摘要： 超寬帶探測雷達，因其高分辨率、高抗干擾能力和強穿透性等優(yōu)點而獲得了廣闊的發(fā)展前景及市場。當(dāng)前生命探測雷達趨于復(fù)雜化，這導(dǎo)致雷達系統(tǒng)體積、重量變大，限制了其在復(fù)雜救援、探測現(xiàn)場的應(yīng)用。系統(tǒng)級封裝技術(shù)（SiP）有效地解決了上述問題，它將多個具有不同類型的電子元器件組裝成為能實現(xiàn)特定功能的單個標(biāo)準(zhǔn)封裝體。與板級設(shè)計相比，實現(xiàn)相同的功能，SiP只需要占據(jù)PCB面積的10%~40%，功耗的70%~80%左右?；谖⑾到y(tǒng)方案設(shè)計了一套小型化生命探測雷達系統(tǒng)，實現(xiàn)了較好的便攜性，為各類儀器小型化設(shè)計提供了解決方案。
關(guān)鍵詞： 探測雷達 SIP 微系統(tǒng)
中圖分類號：TN952 文獻標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245493
中文引用格式： 顧林，陽琴，閻焜. 多芯粒異構(gòu)集成的雷達探測微系統(tǒng)設(shè)計[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2025，51(7)：124-129.
英文引用格式： Gu Lin，Yang Qin，Yan Kun. Design of detection radar microsystem based on chiplet heterogeneous integration[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(7)：124-129.
Design of detection radar microsystem based on chiplet heterogeneous integration
Gu Lin，Yang Qin，Yan Kun
The 58th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation
Abstract： Ultra-wideband detection radar, because of its high resolution, high anti-interference ability and strong penetration, has gained broad prospects and market. At present, life detection radar tends to be complicated, which leads to the large size and weight of radar system, which limits its application in complex rescue and detection sites. System in Package (SiP) solves the above problem effectively. It assembles multiple electronic components with different types into a single standard package that can realize a specific function. Compared with board level design, SiP only needs to occupy 10%~40% of PCB area and 70%~80% of power consumption to achieve the same function. Based on the microsystem scheme, this paper designs a set of miniaturized life detection radar system, which achieves good portability and provides a solution for the miniaturization design of various instruments.
Key words : detection radar；SiP；microsystem

引言

隨著雷達探測理論與技術(shù)的發(fā)展，超寬帶雷達生命探測儀已普遍應(yīng)用于災(zāi)害搜救、反恐治安、醫(yī)療監(jiān)測等場景[1-3]。與一般的聲學(xué)、光學(xué)探測設(shè)備相比，此新型探測儀發(fā)射的電磁波可以穿透墻壁、廢墟等遮蔽物，對屏障后方的人體呼吸、運動目標(biāo)進行實時探測和跟蹤。為了在復(fù)雜環(huán)境中提高雷達對生命體目標(biāo)的檢測能力和檢出率，當(dāng)前學(xué)界已在相關(guān)領(lǐng)域投入了大量研究。在文獻[4-5]的研究中，新型的發(fā)射信號設(shè)計提供了更高的信噪比；在文獻[6-7]的研究中，多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)使用真實孔徑和多個收發(fā)單元組合，提供了較高的分辨率、高雜波抑制能力和多維成像能力；在文獻[8-9]的研究中，組網(wǎng)式技術(shù)通過多個觀測點探測，有效提升了系統(tǒng)信噪比。

可以看出，為了獲得更好的探測能力，學(xué)界對雷達系統(tǒng)的性能需求越來越高，其硬件、軟件系統(tǒng)趨于復(fù)雜化，這導(dǎo)致雷達設(shè)備過于臃腫，往往整套系統(tǒng)重量達數(shù)十千克，需要多個協(xié)作單元完成探測。以災(zāi)后救援應(yīng)用為例，現(xiàn)場大型器械電磁干擾較強，廢墟殘垣較多，大型雷達部署困難、機動性較差，多部件單元導(dǎo)致可靠性下降。綜上，雷達小型化、高功率密度設(shè)計和復(fù)雜場景適應(yīng)性是當(dāng)前相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點。

在半導(dǎo)體特征尺寸走向28 nm以后，通用處理器性能提升持續(xù)減緩，半導(dǎo)體制程突破困難重重，且先進工藝缺陷較高，商業(yè)化產(chǎn)品良率偏低，導(dǎo)致晶體管單價難以下降。從經(jīng)濟學(xué)角度來看，在后摩爾時代繼續(xù)追求集成電路特征尺寸微縮難以為繼[10]。對此，當(dāng)前學(xué)界在半導(dǎo)體技術(shù)的新器件、新工藝、新架構(gòu)及新方法上進行了大量的研究。其中，以系統(tǒng)級封裝（System in Package，SiP）工藝為代表的多芯粒集成微系統(tǒng)在傳統(tǒng)架構(gòu)層面深度挖掘，在芯片封裝層面進行了一系列創(chuàng)新，將電源、數(shù)字邏輯、通用處理、射頻、模擬等不同功能的有源無源器件進行一體化集成，形成標(biāo)準(zhǔn)的子系統(tǒng)，有效提升了半導(dǎo)體系統(tǒng)的功率密度及電子學(xué)器件集成度。

對此，本文將多芯粒異構(gòu)集成的微系統(tǒng)設(shè)計思路引入超寬帶雷達硬件系統(tǒng)設(shè)計中，使用SiP技術(shù)設(shè)計了一套小型化、高性能生命探測雷達硬件核心部件，提出了基于微系統(tǒng)技術(shù)的雷達硬件設(shè)計架構(gòu)，制作了一款新型小型化雷達樣機。通過相關(guān)測試發(fā)現(xiàn)此雷達樣機與傳統(tǒng)雷達相比，在探測性能優(yōu)異的前提下，電路核心部件面積縮減76.3%，重量縮減72.4%，可以廣泛應(yīng)用于復(fù)雜探測場景，滿足各種裝備的SWaP（Size，Weight and Power，大小、重量和功率）要求。


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作者信息：

顧林，陽琴，閻焜

（中國電子科技集團公司第五十八研究所，江蘇 無錫 214035）


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