飞速发展的电子科学技术为人们的生活提供了多种多样的便利,多普勒雷达作为其中之一,在农业监测、结构健康检测、生命体征检测、汽车雷达、灾后救援、手势识别等多个应用中崭露头角。一个完整的多普勒雷达系统通常需要频率源、低噪声放大器、功率放大器、中频放大器等多个电路模块,采用分立器件搭建此系统往往会面临成本高,体积大的困扰。虽然基于CMOS工艺的集成电路可以很好地解决之,但伴随而来的闪烁噪声降低了零中频接收机的信噪比。此外,对于一定的运动速度,多普勒频移量与雷达频率呈正相关关系,如何在低频的多普勒雷达系统中分辨细微的频移,也是当今的一个研究热点。针对上述两个问题,本文研究并设计了一种基于CMOS工艺的超外差多普勒雷达系统。首次提出一种类FM(频率调制)解调器架构的多普勒雷达,使用中频锁相环和片外的压控晶体振荡器以直流的方式提取多普勒频移。借助正交调制和两个工作于相同分频比的分频器,系统能够获得不同的中频频率,同时确保了对频移的测量精度与测量动态范围。此外,非零中频的架构也避免了闪烁噪声的干扰。本文首先介绍多普勒效应的产生原理及目前三种主流的多普勒雷达架构。针对要解决的问题,提出了本文的系统架构,并结合框图阐述该雷达结构的工作原理及解调多普勒频移的方式。随后,考虑有限的镜频抑制比、非线性因素或其他可能出现的噪声,本文借助Matlab在数学模型层面上进行分析和模拟,以分析此架构可能存在的误差并提出解决方法。接着,针对本系统的部分关键电路模块,包括正交混频器、正交中频信号产生电路、低噪声放大器和功率放大器的设计过程展开详细介绍并给出电路模块的仿真结果。本雷达系统采用UMC 110nm CMOS工艺进行设计与流片,在后面的章节中先展示了芯片实物图和模块分布,然后介绍测试使用的外部电路配置。芯片的测试包括片内频率源的性能、中频鉴频环路的性能、多普勒频移解调精度,以及接入天线后简单的动态应用测试。测试表明,该结构对单一运动目标的多普勒频移具备很高的解调精度,标准误差最低可达0.22Hz,不同挡位的增益误差小于0.3%。