DE102019008461A1

DE102019008461A1 - MULTIPLE INPUT DOWN CONVERSION MIXERS

Info

Publication number: DE102019008461A1
Application number: DE102019008461.6A
Authority: DE
Inventors: Benny Sheinman
Original assignee: Semiconductor Components Industries LLC
Current assignee: Ay Dee Kay LLC
Priority date: 2018-12-13
Filing date: 2019-12-05
Publication date: 2020-06-18

Abstract

Mehrfach-Eingang-Abwärtskonvertierungsmischer, -systeme und -verfahren werden mit Eingangsumschaltung im Zwischenfrequenz- oder Basisbandbereich bereitgestellt. Eine veranschaulichende Ausführungsform des Mischers schließt ein: mehrere differenzielle Transistorpaare und mehrere Schalterpaare. Jedes differenzielle Transistorpaar weist seine Basen oder Gates auf, die durch ein differenzielles Referenzsignal gesteuert werden, wobei seine Emitter oder Sources mit einem gemeinsamen Knoten verbunden sind, der einen Strom oder eine Spannung aufweist, die basierend auf einem jeweiligen von mehreren Empfangssignalen gesteuert wird, und ihre Kollektoren oder Drains, die ein Produkt aus dem differenziellen Referenzsignal mit dem jeweiligen der mehreren Empfangssignale bereitstellen. Jedes der Schalterpaare koppelt selektiv differenzielle Ausgangsknoten an die Kollektoren oder Drains eines der jeweiligen der mehreren differenziellen Paare, sodass die differenziellen Ausgangsknoten ein Ausgangssignal übertragen können, das eine Summe von Produkten aus ausgewählten der mehreren differenziellen Paare ist.Multi-input down-conversion mixers, systems and methods are provided with input switching in the intermediate frequency or baseband range. An illustrative embodiment of the mixer includes: multiple differential transistor pairs and multiple switch pairs. Each differential pair of transistors has its bases or gates controlled by a differential reference signal, its emitters or sources connected to a common node having a current or voltage that is controlled based on a respective one of a plurality of received signals, and their collectors or drains, which provide a product of the differential reference signal with the respective one of the plurality of received signals. Each of the switch pairs selectively couples differential output nodes to the collectors or drains of one of the respective one of the plurality of differential pairs, so that the differential output nodes can transmit an output signal that is a sum of products from selected ones of the plurality of differential pairs.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGENCROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung 62/779.293 , die am 13.12.2008 eingereicht wurde und vom Erfinder Benny Sheinman mit dem Titel „Multi-Input Down Conversion Mixer“ betitelt wurde. Diese vorläufige Anmeldung wird hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen.The present application claims priority from the preliminary U.S. application 62 / 779,293 , which was submitted on December 13, 2008 and was titled "Multi-Input Down Conversion Mixer" by the inventor Benny Sheinman. This preliminary application is hereby incorporated by reference in its entirety.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Auf der Suche nach immer sichereren und bequemeren Transportoptionen entwickeln viele Automobilhersteller selbstfahrende Autos, die eine beeindruckende Anzahl und Vielfalt an Sensoren erfordern, oft einschließlich einer Reihe von akustischen und/oder elektromagnetischen Sensoren, um den Abstand zwischen dem Auto und in der Nähe befindlichen Personen, Haustieren, Fahrzeugen oder Hindernissen zu überwachen. Zu den in Betracht kommenden Sensortechnologien gehören Mehrfach-Eingang- und Mehrfach-Ausgang-Radarsysteme, obwohl es kostenintensiv sein kann, eine ausreichende Anzahl von Sendern und Empfängern für eine ausreichend leistungsfähige Antennenanordnung bereitzustellen. Der Stand der Technik bietet keine zufriedenstellende Lösung für dieses Dilemma.In search of ever safer and more convenient transportation options, many automakers are developing self-driving cars that require an impressive number and variety of sensors, often including a range of acoustic and / or electromagnetic sensors, to measure the distance between the car and nearby people, Monitor pets, vehicles, or obstacles. Sensor technologies under consideration include multi-input and multi-output radar systems, although it can be costly to provide a sufficient number of transmitters and receivers for a sufficiently powerful antenna arrangement. The prior art does not offer a satisfactory solution to this dilemma.

So wird beispielsweise in Floyd et al., „A 76- to 81-GHz Transceiver Chipset for Long-Range and Short-Range Automotive Radar“, IEEE MTT-S International Microwave Symposium 2014 (IMS2014), ein Fahrzeugradar-Empfänger offenbart, der eine standardisierte Eins-zu-Eins-Korrespondenz zwischen Antennen und Sendern ermöglicht. US Pat. App. Pub. 2009/026767676 „Multi-Input-Mischer, Mischvorrichtung und Mischverfahren“ bietet ein Mehrfach-Eingang-Mischerdesign, das eine unerwünschte Beanspruchung der Eingänge verursacht und keine angemessene Trennung zwischen den Eingängen aufweist. US Pat. App. Pub. 2011/0121881 , „Multiple input/gain stage Gilbert cell mixers“ stellt ein Mehrfach-Eingang-Abwärtskonvertierungsmischer-Design bereit, das differenzielle Eingänge erfordert, nur einen Eingang auf einmal ermöglicht (aber dennoch eine unerwünschte Beanspruchung der Eingänge verursacht) und keine angemessene Isolation zwischen den Eingängen aufweist.For example, in Floyd et al., "A 76- to 81-GHz Transceiver Chipset for Long-Range and Short-Range Automotive Radar", IEEE MTT-S International Microwave Symposium 2014 (IMS2014), a vehicle radar receiver is disclosed which enables standardized one-to-one correspondence between antennas and transmitters. U.S. Pat. App. Pub. 2009/026767676 "Multi-input mixer, mixing device and mixing method" offers a multi-input mixer design that causes undesirable stress on the inputs and does not have an adequate separation between the inputs. U.S. Pat. App. Pub. 2011/0121881 , "Multiple input / gain stage Gilbert cell mixers" provides a multi-input down-conversion mixer design that requires differential inputs, allows only one input at a time (but still causes unwanted input stress) and does not provide adequate isolation between the inputs having.

KURZDARSTELLUNGSUMMARY

Die vorstehend genannten Mängel können zumindest teilweise durch Mehrfach-Eingang-Abwärtskonvertierungsmischer, -systeme und -verfahren mit Umschaltung im Zwischenfrequenz- oder Basisbandbereich behoben werden. Eine veranschaulichende Ausführungsform des Mischers schließt ein: mehrere differenzielle Transistorpaare und mehrere Schalterpaare. Jedes differenzielle Transistorpaar weist seine Basen oder Gates auf, die durch ein differenzielles Referenzsignal angesteuert werden, wobei seine Emitter oder Sources mit einem gemeinsamen Knoten verbunden sind, der einen Strom oder eine Spannung aufweist, die basierend auf einem jeweiligen von mehreren Empfangssignalen angesteuert wird, und ihre Kollektoren oder Drains, die ein Produkt aus dem differenziellen Referenzsignal mit dem jeweiligen der mehreren Empfangssignale bereitstellen. Jedes der Schalterpaare koppelt selektiv differenzielle Ausgangsknoten an die Kollektoren oder Drains eines der jeweiligen der mehreren differenziellen Paare, sodass die differenziellen Ausgangsknoten ein Ausgangssignal übertragen können, das eine Summe von Produkten aus ausgewählten der mehreren differenziellen Paare ist.The above shortcomings can be at least partially remedied by multiple input down-conversion mixers, systems and methods with switching in the intermediate frequency or baseband range. An illustrative embodiment of the mixer includes: multiple differential transistor pairs and multiple switch pairs. Each differential pair of transistors has its bases or gates driven by a differential reference signal, its emitters or sources connected to a common node having a current or voltage driven based on a respective one of a plurality of received signals, and their collectors or drains, which provide a product of the differential reference signal with the respective one of the plurality of received signals. Each of the switch pairs selectively couples differential output nodes to the collectors or drains of one of the respective one of the plurality of differential pairs, so that the differential output nodes can transmit an output signal that is a sum of products from selected ones of the plurality of differential pairs.

Eine veranschaulichende Ausführungsform des Mischverfahrens schließt ein: Zuführen eines differenziellen Referenzsignals zu den Basen jedes von mehreren differenziellen Transistorpaaren, wobei jedes der mehreren differenziellen Paare ihre Emitter mit einem gemeinsamen Knoten verbunden hat; Ansteuern eines Stroms von jedem der gemeinsamen Knoten basierend auf einem jeweiligen von mehreren Empfangssignalen, um ein Produkt aus diesem Signal mit dem differenziellen Referenzsignal an den Kollektoren des entsprechenden der mehreren differenziellen Paare zu erzeugen; und Verwenden mehrerer Schalterpaare, um die Kollektoren eines oder mehrerer ausgewählter differenzieller Paare mit einem Paar differenzieller Ausgangsknoten zu koppeln, um ausgewählte der Produkte zu addieren.An illustrative embodiment of the mixing method includes: supplying a differential reference signal to the bases of each of a plurality of differential pairs of transistors, each of the plurality of differential pairs having their emitters connected to a common node; Driving a current from each of the common nodes based on a respective one of a plurality of received signals to produce a product of this signal with the differential reference signal at the collectors of the corresponding one of the plurality of differential pairs; and using multiple pairs of switches to couple the collectors of one or more selected differential pairs to a pair of differential output nodes to add selected ones of the products.

Eine veranschaulichende Systemausführung ist ein Kraftfahrzeug-Radarsystem mit: einem Radarsender; einem Radarempfänger und einem digitalen Signalprozessor. Der Radarempfänger weist einen Mehrfach-Eingang-Abwärtskonvertierungsmischer auf, der ein Ausgangssignal mit schaltbarer Einbeziehung von Produktsignalen zwischen einem differenziellen Referenzsignal und jedem der mehreren Antennenempfangssignale bereitstellt. Der digitale Signalprozessor koppelt an den Radarempfänger, um die Empfangssignale zu verarbeiten, Reflexionen eines vom Radarsender übertragenen Signals zu erkennen und daraus Signalmessungen abzuleiten.An illustrative system implementation is an automotive radar system comprising: a radar transmitter; a radar receiver and a digital signal processor. The radar receiver has a multi-input down-conversion mixer that provides an output signal with switchable inclusion of product signals between a differential reference signal and each of the plurality of antenna receive signals. The digital signal processor couples to the radar receiver in order to process the received signals, to recognize reflections of a signal transmitted by the radar transmitter and to derive signal measurements therefrom.

Jede der vorgenannten Ausführungsformen kann einzeln oder in Verbindung verwendet werden und kann eines oder mehrere der folgenden Merkmale in jeder geeigneten Kombination aufweisen: (1) Kondensatoren, die mit den differenziellen Ausgangsknoten gekoppelt sind, um hohe Frequenzen aus dem Ausgangssignal zu unterdrücken, wobei die hohen Frequenzen diejenigen des differenziellen Referenzsignals und der mehreren Empfangssignale einschließen. (2) Lastimpedanzen, um die differenziellen Ausgangsknoten vorzuspannen. (3) mehrere Lastimpedanzen, wobei jede Lastimpedanz den gemeinsamen Knoten eines der jeweiligen differenziellen Paare vorspannt. (4) die mehreren Lastimpedanzen sind jeweils Teil eines entsprechenden Spannungsteilers, der zwischen einer Referenzspannung und dem gemeinsamen Knoten eines jeweiligen der mehreren differenziellen Paare gekoppelt ist, wobei das jeweilige der mehreren Empfangssignale einen Zwischenknoten des entsprechenden Spannungsteilers ansteuert. (5) mehrere Eingangstransistoren, die jeweils zwischen einer Referenzspannung und dem gemeinsamen Knoten eines jeweiligen der mehreren differenziellen Paare gekoppelt sind und jeweils eine Basis oder ein Gate aufweisen, die von einem jeweiligen der mehreren Empfangssignale angesteuert werden. (6) ein differenzielles Antennensignal bildet zwei der mehreren Empfangssignale. (7) die mehreren Schalterpaare umfassen jeweils ein Paar Feldeffekttransistoren. (8) Unterdrücken hoher Frequenzen aus dem Ausgangssignal, wobei die hohen Frequenzen diejenigen des differenziellen Referenzsignals und der mehreren Empfangssignale einschließen. (9) Vorspannen der differenziellen Ausgangsknoten mit Lastimpedanzen. (10) Vorspannen des gemeinsamen Knotens jedes der differenziellen Paare mit entsprechenden Lastimpedanzen.Each of the aforementioned embodiments can be used singly or in combination, and can include one or more of the following features in any suitable combination: (1) Capacitors coupled to the differential output nodes to suppress high frequencies from the output signal, the high ones Frequencies those of the differential reference signal and the plurality Include receive signals. (2) load impedances to bias the differential output nodes. (3) multiple load impedances, each load impedance biasing the common node of one of the respective differential pairs. (4) the plurality of load impedances are each part of a corresponding voltage divider, which is coupled between a reference voltage and the common node of a respective one of the plurality of differential pairs, the respective one of the plurality of received signals driving an intermediate node of the corresponding voltage divider. (5) a plurality of input transistors, each coupled between a reference voltage and the common node of each of the plurality of differential pairs, and each having a base or a gate that are driven by a respective one of the plurality of received signals. (6) a differential antenna signal forms two of the plurality of received signals. (7) the plurality of switch pairs each include a pair of field effect transistors. (8) Suppressing high frequencies from the output signal, the high frequencies including those of the differential reference signal and the plurality of received signals. (9) Bias the differential output nodes with load impedances. (10) Biasing the common node of each of the differential pairs with corresponding load impedances.

FigurenlisteFigure list

1 10 is a top view of an illustrative vehicle equipped with sensors.
2nd 10 is a block diagram of an illustrative driver assistance system.
3rd Figure 3 is a schematic illustration of an illustrative fixed multi-input multi-output (MIMO) radar system.
4th Figure 3 is a schematic representation of an illustrative reconfigurable MIMO radar system.
5 is a schematic representation of a reconfigurable MIMO system application.
6 is a schematic representation of a second reconfigurable MIMO system application.
7A Figure 3 is a block diagram of an illustrative MIMO radar transceiver chip.
7B Fig. 3 is a schematic illustration of an illustrative configuration for an antenna switch receiver.
8A to 8E are illustrative circuit implementations of a multi-input down-conversion mixer.

Es versteht sich, dass die Zeichnungen und die entsprechende detaillierte Beschreibung zur Erläuterung und nicht zur Einschränkung der Offenbarung bereitgestellt werden. Sie stellen vielmehr die Grundlage für das Verständnis aller Modifikationen, Äquivalente und Alternativen bereit, die innerhalb des Schutzumfangs der beiliegenden Ansprüche fallen.It is understood that the drawings and the corresponding detailed description are provided for purposes of illustration and not of limitation of the disclosure. Rather, they provide the basis for understanding all modifications, equivalents and alternatives that fall within the scope of the appended claims.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

1 zeigt ein veranschaulichendes Fahrzeug 102, das mit einer Reihe von Radarantennen ausgestattet ist, einschließlich Antennen 104 für die Nahbereichserfassung (z. B. für Einparkhilfe), Antennen 106 für die Mittelbereichserfassung (z. B. zur Überwachung von Stop-and-Go-Verkehr und Einsatzereignissen), Antennen 108 für die Langstreckenerfassung (z. B. für die adaptive Geschwindigkeitsregelung und Kollisionswarnung), von denen jede hinter der vorderen Stoßfängerabdeckung angeordnet sein kann. Die Antennen 110 für die Kurzstreckenerfassung (z. B. für die Rückfahrhilfe) und 112 für die Mittelstreckenerfassung (z. B. für die Warnung vor Rückwärtskollisionen) können hinter der hinteren Stoßfängerabdeckung angeordnet sein. Die Antennen 114 für die Nahbereichserfassung (z. B. für die Überwachung des toten Winkels und die Erkennung von seitlichen Hindernissen) können hinter den Kotflügeln angeordnet sein. Jeder Antennensatz kann eine Radarerfassung mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen (MIMO) durchführen. Art, Anzahl und Konfiguration der Sensoren in der Sensoranordnung für Fahrzeuge mit Fahrerassistenz- und Selbstfahrfunktionen variieren. Das Fahrzeug kann die Sensoranordnung zum Erkennen und Messen von Entfernungen/Richtungen zu Objekten in den verschiedenen Erkennungsbereichen einsetzen, um dem Fahrzeug die Navigation zu ermöglichen und gleichzeitig andere Fahrzeuge und Hindernisse zu umfahren. 1 shows an illustrative vehicle 102 , which is equipped with a range of radar antennas, including antennas 104 for short-range detection (e.g. for parking assistance), antennas 106 for mid-range detection (e.g. for monitoring stop-and-go traffic and operational events), antennas 108 for long-distance detection (e.g. for adaptive cruise control and collision warning), each of which can be located behind the front bumper cover. The antennas 110 for short-distance detection (e.g. for reversing assistance) and 112 for medium-range detection (e.g. for warning of backward collisions) can be arranged behind the rear bumper cover. The antennas 114 for short-range detection (e.g. for monitoring the blind spot and detecting side obstacles) can be arranged behind the fenders. Each antenna set can have a radar detection with multiple inputs and multiple outputs ( MIMO ) carry out. The type, number and configuration of the sensors in the sensor arrangement for vehicles with driver assistance and self-driving functions vary. The vehicle can use the sensor arrangement for recognizing and measuring distances / directions to objects in the different detection areas, in order to enable the vehicle to navigate and at the same time avoid other vehicles and obstacles.

2 zeigt eine elektronische Steuereinheit (ECU) 202, die mit den verschiedenen Radarsensoren 204-206 als Zentrum einer Sterntopologie gekoppelt ist. Selbstverständlich sind andere Topologien, einschließlich serieller, paralleler und hierarchischer (Baum-)Topologien, ebenfalls geeignet und werden zur Verwendung gemäß den hierin offenbarten Prinzipien in Betracht gezogen. Die Radarsensoren schließen jeweils ein Hochfrequenz-Front-End ein, das mit einigen der Sende- und Empfangsantennen 104-114 gekoppelt ist, um elektromagnetische Wellen zu senden, Reflexionen zu empfangen und eine räumliche Beziehung des Fahrzeugs zu seiner Umgebung zu bestimmen. Um automatisierte Parkassistenz bereitzustellen, kann die ECU 202 ferner mit einer Gruppe von Aktoren verbunden sein, wie mit einem Fahrtrichtungsanzeigeaktor 208, einem Steuerungsaktor 210, einem Bremsaktor 212 und einem Gaspedalaktor 214. Die ECU 202 kann ferner mit einer interaktiven Benutzerschnittstelle 216 gekoppelt sein, um Benutzereingaben zu ermöglichen und eine Anzeige der verschiedenen Messungen und des Systemstatus bereitzustellen. 2nd shows an electronic control unit (ECU) 202 with the different radar sensors 204-206 is coupled as the center of a star topology. Of course, other topologies, including serial, parallel, and hierarchical (tree) topologies, are also suitable and are contemplated for use in accordance with the principles disclosed herein. The radar sensors each include a radio frequency front end that connects to some of the transmit and receive antennas 104-114 is coupled to transmit electromagnetic waves, receive reflections and determine a spatial relationship of the vehicle to its surroundings. To provide automated parking assistance, the ECU 202 further connected to a group of actuators, such as a direction indicator actuator 208 , a control actuator 210 , a brake actuator 212 and an accelerator pedal actuator 214 . The ECU 202 can also use an interactive user interface 216 coupled to allow user input and to provide an indication of the various measurements and system status.

Unter Verwendung der Schnittstelle, der Sensoren und Aktoren kann die ECU 202 automatisiertes Einparken, assistiertes Einparken, Spurwechselassistenz, Hindernis- und Totwinkel-Erkennung, autonomes Fahren und andere wünschenswerte Merkmale bereitstellen. In einem Automobil werden die verschiedenen Sensormessungen von einem oder mehreren elektronischen Steuereinheiten (ECU) erfasst und können von der ECU verwendet werden, um den Status des Fahrzeugs zu bestimmen. Die ECU kann ferner auf den Status und die eingehenden Informationen reagieren, um verschiedene Signal- und Steuertransducer zu aktivieren, um den Betrieb des Fahrzeugs anzupassen und aufrechtzuerhalten. Zu den Bedienvorgängen, die die ECU bereitstellen kann, gehören verschiedene Funktionen zur Unterstützung des Fahrers, darunter automatisches Parken, Spurverfolgung, automatisches Bremsen und Selbstfahren.Using the interface, sensors and actuators, the ECU 202 Provide automated parking, assisted parking, lane change assistance, obstacle and blind spot detection, autonomous driving and other desirable features. In an automobile, the various sensor measurements are captured by one or more electronic control units (ECU) and can be used by the ECU to determine the status of the vehicle. The ECU can also respond to the status and incoming information to activate various signal and control transducers to adjust and maintain operation of the vehicle. The operations that the ECU can provide include various functions to assist the driver, including automatic parking, lane tracking, automatic braking and self-driving.

Um die erforderlichen Messungen zu erheben, kann die ECU ein MIMO-Radarsystem verwenden. Radarsysteme arbeiten durch das Emittieren von elektromagnetischen Wellen, die sich von der Sendeantenne nach außen bewegen, bevor sie zu einer Empfangsantenne zurückreflektiert werden. Bei dem Reflektor kann es sich um jedes mäßig reflektierende Objekt in der Bahn der emittierten elektromagnetischen Wellen handeln. Durch die Messung der Laufzeit der elektromagnetischen Wellen von der Sendeantenne zum Reflektor und zurück zur Empfangsantenne kann das Radarsystem den Abstand zum Reflektor bestimmen. Werden mehrere Sende- oder Empfangsantennen verwendet oder werden mehrere Messungen an verschiedenen Positionen durchgeführt, kann das Radarsystem die Richtung zum Reflektor bestimmen und somit die Position des Reflektors in Bezug auf das Fahrzeug erfassen. Durch eine ausgefeiltere Verarbeitung können mehrere Reflektoren verfolgt werden. Zumindest einige Radarsysteme verwenden eine Array-Verarbeitung, um einen gerichteten Strahl elektromagnetischer Wellen zu „scannen“ und ein Bild der Umgebung des Fahrzeugs zu erstellen. Sowohl gepulste als auch kontinuierliche Wellenimplementierungen von Radarsystemen können implementiert werden, wobei frequenzmodulierte kontinuierliche Wellenradarsysteme aufgrund ihrer Genauigkeit generell bevorzugt werden.The ECU can use a MIMO radar system to collect the required measurements. Radar systems work by emitting electromagnetic waves that move outward from the transmitting antenna before being reflected back to a receiving antenna. The reflector can be any moderately reflective object in the path of the emitted electromagnetic waves. By measuring the transit time of the electromagnetic waves from the transmitting antenna to the reflector and back to the receiving antenna, the radar system can determine the distance to the reflector. If several transmit or receive antennas are used or if several measurements are carried out at different positions, the radar system can determine the direction to the reflector and thus detect the position of the reflector in relation to the vehicle. Thanks to more sophisticated processing, several reflectors can be tracked. At least some radar systems use array processing to "scan" a directional beam of electromagnetic waves and create an image of the surroundings of the vehicle. Both pulsed and continuous wave implementations of radar systems can be implemented, frequency-modulated continuous wave radar systems being generally preferred due to their accuracy.

3 zeigt ein veranschaulichendes System mit einer festen MIMO-Konfiguration, bei dem M-Sender mit M-Sendeantennen gekoppelt sind, um gleichzeitig M-Sendesignale zu senden. Die M-Signale können aus einem oder mehreren Zielen, die von mit N-Empfängern gekoppelten N-Empfangsantennen empfangen werden sollen, unterschiedlich reflektieren. Jeder Empfänger kann die Amplitude und Phase oder die mit jedem der M-Sendesignale verbundene Verzögerung extrahieren, sodass das System gleichzeitig N*M-Messungen durchführen kann. Häufig müssen die Messungen nicht gleichzeitig erfasst werden. Darüber hinaus können die Verarbeitungsanforderungen, die mit jedem Empfänger verbunden sind, der M-Messungen extrahiert, durch den Einsatz von Zeitmultiplexverfahren und/oder orthogonaler Codierung reduziert werden. Unabhängig davon verwenden feste MIMO-Systeme für jeden Sender oder Empfänger eine entsprechende Antenne. 3rd Figure 3 shows an illustrative system with a fixed MIMO configuration in which M transmitters are coupled to M transmit antennas to transmit M transmit signals simultaneously. The M signals can reflect differently from one or more targets that are to be received by N receiving antennas coupled to N receivers. Each receiver can extract the amplitude and phase, or the delay associated with each of the M transmit signals, so that the system can make N * M measurements simultaneously. The measurements often do not have to be recorded simultaneously. In addition, the processing requirements associated with each receiver that extracts M measurements can be reduced through the use of time division multiplexing and / or orthogonal coding. Regardless of this, fixed MIMO systems use a corresponding antenna for each transmitter or receiver.

Je größer jedoch die Anzahl der Antennen, desto größer ist die Vielfalt des Systems (d.h. desto größer ist die Anzahl der unabhängigen Messungen, die das System erfassen und zur Bilderzeugung verwenden kann). Dementsprechend zeigt 4 ein veranschaulichendes rekonfigurierbares MIMO-Radarsystem, bei dem M-Sendeantennen jeweils selektiv mit einem von J<M-Sendern und N-Empfangsantennen jeweils selektiv mit P<N-Empfängern gekoppelt werden können, sodass N*M-Messungen nur von J-Sendern und P-Empfängern durchgeführt werden können, wodurch die Messdiversität des Systems erhalten bleibt und gleichzeitig Größe und Kosten des Systems deutlich reduziert werden. Alternativ kann die Anzahl der Sender und Empfänger beibehalten werden, während die Anzahl der Antennen erhöht wird, um die Leistung des Systems erheblich zu verbessern, ohne die Kosten des Systems wesentlich zu erhöhen. (Radarschalter und Antennen können mit geringeren Kosten als Radarsender und -empfänger hergestellt werden.) Die verfügbaren Antennen werden systematisch mit den verfügbaren Sendern und Empfängern gemultiplext, um den gesamten Messsatz für die Radarbilderfassung zu erfassen.However, the greater the number of antennas, the greater the diversity of the system (ie, the greater the number of independent measurements that the system can capture and use for imaging). Accordingly shows 4th an illustrative reconfigurable MIMO radar system in which M transmit antennas can be selectively coupled to one of J <M transmitters and N receive antennas each selectively to P <N receivers, so that N * M measurements can only be made by J transmitters and P-receivers can be carried out, whereby the measuring diversity of the system is preserved and at the same time the size and costs of the system are significantly reduced. Alternatively, the number of transmitters and receivers can be maintained while increasing the number of antennas to significantly improve the performance of the system without significantly increasing the cost of the system. (Radar switches and antennas can be manufactured at a lower cost than radar transmitters and receivers.) The available antennas are systematically multiplexed with the available transmitters and receivers in order to acquire the entire measurement set for the radar image acquisition.

Wie in 5 dargestellt, kann das rekonfigurierbare MIMO-System die räumliche Auflösung von Radar- und Bilderfassungssystemen verbessern und gleichzeitig den Stromverbrauch niedrig halten. Jeder Sender und jeder Empfänger ist sequenziell mit jeder der verfügbaren Antennen verbunden, und die Messungen werden digital kombiniert, um Bilder mit verbesserter räumlicher Auflösung zu erzeugen. Das veranschaulichte System schließt einen einzelnen Sender mit einer einzigen Sendeantenne und einen einzelnen Empfänger mit zwei wählbaren Empfangsantennen ein. Die Auswahl zwischen den Antennen wird mit Hilfe eines Schalters demonstriert. Es sind auch andere Auswahlverfahren möglich.As in 5 shown, the reconfigurable MIMO system can improve the spatial resolution of radar and image acquisition systems while keeping power consumption low. Each transmitter and receiver is sequentially connected to each of the available antennas and the measurements are digitally combined to produce images with improved spatial resolution. The illustrated system includes a single transmitter with a single transmit antenna and a single receiver with two selectable receive antennas. The selection between the antennas is demonstrated using a switch. Other selection procedures are also possible.

Durch den Empfang des Signals von der ersten Antenne und das anschließende Umschalten auf die andere Antenne wird die Gesamtöffnung des Empfangssystems Atot größer als die Öffnung der einzelnen Antenne A_ind . Da sich die Bildauflösung umgekehrt proportional zur Antennenöffnung verhält (große Öffnung erzeugt schmale Strahlbreite), steigt die Auflösung nach entsprechender Nachbearbeitung. Im Gegensatz dazu müssten bei einem festen MIMO-System zwei Empfänger an die beiden Empfangsantennen angeschlossen werden, um die gleiche Auflösung zu erzielen. Daher stellt der rekonfigurierbare MIMO-Ansatz eine höhere Auflösung bei gleichzeitig niedrigem Stromverbrauch bereit. Da nur ein einzelner Empfänger verwendet wird, kann darüber hinaus die Größe des Chips, der normalerweise zur Implementierung des Empfängers verwendet wird, geringer sein und können die Systemkosten reduziert werden.By receiving the signal from the first antenna and then switching to the other antenna, the total opening of the Atot receiving system becomes larger than the opening of the individual antenna A _ind . Because the image resolution is inversely proportional to the antenna opening behaves (large opening creates narrow beam width), the resolution increases after appropriate post-processing. In contrast, with a fixed MIMO system, two receivers would have to be connected to the two receiving antennas in order to achieve the same resolution. Therefore, the reconfigurable MIMO approach provides higher resolution with low power consumption. In addition, since only a single receiver is used, the size of the chip that is normally used to implement the receiver can be smaller and the system costs can be reduced.

Wie in 6 dargestellt, kann das rekonfigurierbare MIMO-System betrieben werden, um die Reichweitenerkennung zu verbessern. Um unterschiedliche Erkennungsbereiche abzudecken, sind die Sender zwischen Sendeantennen mit schmalen und breiten Abstrahlwinkeln umschaltbar, und die Empfänger sind gleichermaßen zwischen Antennen mit schmalen und breiten Abstrahlwinkeln umschaltbar. Die Antennen mit breiten Abstrahlwinkeln bieten ein breites Sichtfeld mit besserer Empfindlichkeit gegenüber nahegelegenen Zielen, weisen aber nicht die Reichweite zum Erkennen entfernter Ziele auf. Umgekehrt bieten Antennen mit schmaler Bandbreite eine größere Reichweite für die Erkennung entfernter Ziele, können aber mit ihrem engen Sichtfeld nahegelegene Ziele außerhalb des engen Strahls nicht erkennen. Das rekonfigurierbare MIMO-System kann systematisch oder nach Bedarf zwischen den Antennen hin- und herschalten, wodurch verbesserte Reichweitenerkennungsmöglichkeiten erzielt werden, die über das hinausgehen, was sonst derzeit machbar wäre.As in 6 shown, the reconfigurable MIMO system can be operated to improve range detection. To cover different detection areas, the transmitters can be switched between transmit antennas with narrow and wide beam angles, and the receivers can be switched between antennas with narrow and wide beam angles. The antennas with wide beam angles offer a wide field of view with better sensitivity to nearby targets, but do not have the range to recognize distant targets. Conversely, antennas with a narrow bandwidth offer a greater range for the detection of distant targets, but with their narrow field of view they cannot detect nearby targets outside the narrow beam. The reconfigurable MIMO system can switch systematically or as required between the antennas, which results in improved range detection options that go beyond what would otherwise be currently possible.

Das veranschaulichte System schließt einen einzelnen Sender mit zwei verschiedenen Sendeantennen und einen einzelnen Empfänger mit zwei verschiedenen Empfangsantennen ein. Die Auswahl zwischen den Antennen wird mit Hilfe eines Schalters demonstriert. Es sind auch andere Auswahlverfahren möglich. Ein Auswahlverfahren mit einem Mehrfach-Eingang-Abwärtskonvertierungsmischer wird nachstehend beschrieben. Für die Erkennung von entfernten Zielen (Radar mit großer Reichweite, sinnvoll bei Reisen mit hoher Geschwindigkeit) wird eine Antenne mit hoher Verstärkung und schmaler Strahlbreite gewählt. Für die Erkennung von nahen Zielen (Radar mit kurzer Reichweite, nützlich bei langsamer Fahrt durch eine belebte Umgebung) wird eine Antenne mit geringer Verstärkung und großer Strahlbreite gewählt. Eine feste MIMO-Lösung erfordert 2 Sender und 2 Empfänger, um die gleichen Zweibereichs-Fähigkeiten zu erzielen. Daher verbessert der rekonfigurierbare MIMO-Ansatz die Radarreichweitenfähigkeit der Bildgebung und reduziert gleichzeitig die Anzahl der Sender und Empfänger.The illustrated system includes a single transmitter with two different transmit antennas and a single receiver with two different receive antennas. The selection between the antennas is demonstrated using a switch. Other selection procedures are also possible. A selection process with a multi-input down-conversion mixer is described below. For the detection of distant targets (long-range radar, useful when traveling at high speed), an antenna with high amplification and narrow beam width is selected. An antenna with low gain and a large beam width is selected for the detection of nearby targets (short-range radar, useful when driving slowly through a busy environment). A fixed MIMO solution requires 2 transmitters and 2 receivers to achieve the same dual-range capabilities. The reconfigurable MIMO approach therefore improves the radar range capability of imaging and at the same time reduces the number of transmitters and receivers.

7A zeigt ein Blockdiagramm eines veranschaulichenden RF-Frontend-Chips 702 mit Transceivern, die für ein rekonfigurierbares MIMO-System konfiguriert sind. Er schließt 4 Empfänger (RX-1 bis RX-4) ein, von denen jeder wahlweise mit zwei Empfangsantennen 302 gekoppelt ist, wodurch ein rekonfigurierbares MIMO-System mit 8 Empfangsantennen entsteht, von denen vier gleichzeitig zum Erfassen von Messungen verwendet werden können. Vier Analog-Digital-Wandler (ADC) 704A bis 704D tasten und die Basisband-Empfangssignale von den Empfängern RX-1 bis RX-4 ab und digitalisieren diese und führen die digitalisierten Signale einem digitalen Signalprozessor (DSP) zum Filtern und Verarbeiten oder direkt einer Schnittstelle mit hoher Bandbreite 714 zu, um eine Off-Chip-Verarbeitung der digitalisierten Basisbandsignale zu ermöglichen. Bei Verwendung erzeugt der DSP Bilddaten, die über die Schnittstelle mit hoher Bandbreite 714 an eine ECU übertragen werden können. 7A Figure 3 shows a block diagram of an illustrative RF front-end chip 702 with transceivers configured for a reconfigurable MIMO system. It closes 4 receivers ( RX-1 to RX-4 ), each of which optionally with two receiving antennas 302 is coupled, resulting in a reconfigurable MIMO system with 8 receiving antennas, four of which can be used simultaneously to acquire measurements. Four analog-to-digital converters (ADC) 704A to 704D buttons and receive the baseband signals from the receivers RX-1 to RX-4 and digitize them and route the digitized signals to a digital signal processor (DSP) for filtering and processing or directly to an interface with high bandwidth 714 to enable off-chip processing of the digitized baseband signals. When used, the DSP generates image data over the high bandwidth interface 714 can be transferred to an ECU.

Eine Steuerschnittstelle 715 ermöglicht der ECU oder einem anderen Host-Prozessor, den Betrieb des RF-Frontend-Chips 702 zu konfigurieren, einschließlich der Test- und Kalibrierungsperipherieschaltungen 716 und der Schaltungsanordnung 717 zur Sendesignalerzeugung. Die Schaltungsanordnung 717 erzeugt ein Trägersignal innerhalb eines programmierbaren Frequenzbandes mit einer programmierbaren Chirprate und Reichweite. Splitter und Phasenschieber ermöglichen den mehreren Sendern TX-1 bis TX-4, auf Wunsch gleichzeitig zu arbeiten. In dem veranschaulichten Beispiel schließt der RF-Frontend-Chip 702 4 Sender (TX-1 bis TX-4) ein, von denen jeder fest mit einer entsprechenden Sendeantenne 301 gekoppelt ist. In alternativen Ausführungsformen sind mehrere Sendeantennen wahlweise mit jedem der Sender gekoppelt.A control interface 715 enables the ECU or another host processor to operate the RF front-end chip 702 to configure, including the test and calibration peripheral circuits 716 and the circuit arrangement 717 for transmission signal generation. The circuit arrangement 717 generates a carrier signal within a programmable frequency band with a programmable chirate rate and range. Splitter and phase shifter enable the multiple transmitters TX-1 to TX-4 to work simultaneously if desired. In the illustrated example, the RF front-end chip closes 702 4th Channel ( TX-1 to TX-4 ), each of which is fixed with a corresponding transmitting antenna 301 is coupled. In alternative embodiments, multiple transmit antennas are optionally coupled to each of the transmitters.

Ein möglicher Nachteil beim Einsatz eines rekonfigurierbaren MIMO-Systems mit mehreren Empfangsantennen ist die zur Wiederholung von Messungen mit verschiedenen Kombinationen von Sende- und Empfangsantennen erforderliche Zeit. In bestimmten beabsichtigten Ausführungsformen kann der Zeitaufwand durch Antennenumschaltung während der laufenden Signalübertragung minimiert werden. Während ein Sender beispielsweise ein Sendesignal von einer ausgewählten Antenne sendet, kann jeder Empfänger eine erste Messung mit einer ersten ausgewählten Antenne erfassen und dann, während die Impulsübertragung fortgesetzt wird, auf eine zweite ausgewählte Antenne umschalten, um eine zweite Messung durchzuführen. Während der Sender einen Sendeimpuls über eine erste ausgewählte Antenne sendet, kann der Sender zusätzlich oder alternativ auf eine zweite ausgewählte Antenne umschalten, sodass jeder Empfänger Messungen erhalten kann, die auf die Verwendung jeder Sendeantenne reagieren.A possible disadvantage when using a reconfigurable MIMO system with several receiving antennas is the time required to repeat measurements with different combinations of transmitting and receiving antennas. In certain intended embodiments, the time required can be minimized by switching antennas during the ongoing signal transmission. For example, while a transmitter is transmitting a transmit signal from a selected antenna, each receiver can acquire a first measurement with a first selected antenna and then, while pulse transmission continues, switch to a second selected antenna to perform a second measurement. Additionally or alternatively, while the transmitter is transmitting a transmit pulse via a first selected antenna, the transmitter can switch to a second selected antenna so that each receiver can receive measurements that respond to the use of each transmitter antenna.

7B zeigt eine veranschaulichende Ausführungsform eines Empfängers RX-n in Form eines Mehrfach-Eingang-Abwärtskonvertierungsmischer 722, der eine oder mehrere wählbare der Vielzahl von Empfängerantennen 302 mit einem Analog-Digital-Wandler (ADC) 704 koppelt. Der Mischer 722 schließt für jede Empfangsantenne 302 einen separaten Anschlusskontakt ein. Jeder der Anschlüsse ist optional mit einem rauscharmen Verstärker (LNA) 726A, 726B gekoppelt. Die LNA 726 verstärken das Empfangssignal der entsprechenden Antenne, um die Empfangssignalstärke zu verbessern, sind aber nicht unbedingt erforderlich. Der Ausgang jedes LNA 726A, 726B ist mit einem entsprechenden Signalmultiplizierer 728A, 728B gekoppelt, der das verstärkte Empfangssignal mit einem Referenzsignal multipliziert, um das verstärkte Empfangssignal in eine Zwischenfrequenz oder ein Basisband in differenzieller Form abwärts zu konvertieren. Bei dem Referenzsignal kann es sich z. B. um ein Trägersignal, ein frequenzmoduliertes Trägersignal oder eine gepufferte Version des Sendesignals handeln. Eine Anordnung von Schaltern 729A, 729B koppelt die differenziellen Basisband- oder Zwischenfrequenzsignale wahlweise an die Ausgangsanschlüsse des Mischers. ADC 704 digitalisiert das Basisbandsignal für die weitere digitale Signalverarbeitung, die Abstands- und Richtungsinformationen für die das Empfangssignal erzeugenden Reflektoren bestimmt. Filter können innerhalb der Signalmultiplikatoren 728, innerhalb des ADC 704 oder in einer Zwischenposition bereitgestellt werden, um Oberschwingungen vom Abwärtskonvertierungsprozess zu blockieren. 7B Figure 4 shows an illustrative embodiment of a receiver RX-n in the form of a multi-input down-conversion mixer 722 that select one or more of the plurality of receiver antennas 302 with an analog-to-digital converter (ADC) 704 couples. The mixer 722 closes for each receiving antenna 302 a separate connection contact. Each of the connections is optional with a low noise amplifier (LNA) 726A , 726B coupled. The LNA 726 amplify the reception signal of the corresponding antenna to improve the reception signal strength, but are not absolutely necessary. The output of every LNA 726A , 726B is with a corresponding signal multiplier 728A , 728B coupled, which multiplies the amplified received signal by a reference signal to convert the amplified received signal down to an intermediate frequency or a baseband in a differential form. The reference signal can be e.g. B. can be a carrier signal, a frequency-modulated carrier signal or a buffered version of the transmission signal. An arrangement of switches 729A , 729B optionally couples the differential baseband or intermediate frequency signals to the output ports of the mixer. ADC 704 digitizes the baseband signal for further digital signal processing, which determines distance and direction information for the reflectors generating the received signal. Filters can be inside the signal multipliers 728 , within the ADC 704 or provided in an intermediate position to block harmonics from the down conversion process.

Bei den Schaltern 729 kann es sich z.B. um einen mechanischen Schalter oder einen Schalter handeln, der mit Transistoren ausgeführt ist, die Basisband- oder Zwischenfrequenzsignale mit minimaler Dämpfung oder Verzerrung übertragen. Da das Spektrum dieser Signale den Hochfrequenzanteil ausschließt, kann ein herkömmlicher Transistorschalter oder Multiplexer eingesetzt werden. Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren sind für die Implementierung solcher Schalter geeignet.At the counters 729 For example, it can be a mechanical switch or a switch that is constructed with transistors that transmit baseband or intermediate frequency signals with minimal attenuation or distortion. Since the spectrum of these signals excludes the high-frequency component, a conventional transistor switch or multiplexer can be used. Metal oxide semiconductor field effect transistors are suitable for implementing such switches.

8A zeigt eine veranschaulichende Implementierung einer Schaltungsanordnung eines Mehrfach-Eingang-Abwärtskonvertierungsmischers 722. Jeder der mehreren Eingänge RF1, RF2, ... RFn ist mit der Basis oder dem Gate eines entsprechenden Eingangstransistors 802 gekoppelt. Die Eingangstransistoren 802 sind jeweils zwischen Masse (oder einer anderen Referenzspannung) und dem gemeinsamen Knoten eines differenziellen Transistorpaares 804 gekoppelt. Ein differenzielles Paar, auch als „Langschweifpaar“ bezeichnet, besteht aus zwei Transistoren, deren Emitter oder Sources mit einem gemeinsamen Knoten verbunden sind, um den Stromfluss aus dem Knoten zu „konkurrieren“, wodurch eine Verstärkung der Differenz zwischen den an ihre Basen oder Gates angelegten Signalen erzeugt wird, die in 8A als LO+ und LO- dargestellt sind und ein differenzielles Trägersignal von einem lokalen Oszillator darstellen. Bei den Transistoren kann es sich um Bipolartransistoren (BJT) oder Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET) handeln. Die verstärkte Differenz tritt zwischen den Kollektoren oder Drains der beiden Transistoren auf. Da der Stromfluss vom gemeinsamen Knoten durch den Eingangstransistor moduliert wird, ist das Signal zwischen den Kollektoren oder Drains jedes differenziellen Paares 804 das Produkt aus dem jeweiligen Eingangssignal und dem differenziellen Trägersignal. 8A Figure 10 shows an illustrative implementation of a multi-input down-conversion mixer circuitry 722 . Each of the multiple entrances RF1 , RF2 , ... RFn is with the base or gate of a corresponding input transistor 802 coupled. The input transistors 802 are each between ground (or another reference voltage) and the common node of a differential transistor pair 804 coupled. A differential pair, also referred to as a "long tail pair", consists of two transistors, whose emitters or sources are connected to a common node to "compete" for the current flow from the node, thereby increasing the difference between those at their bases or gates applied signals is generated, which in 8A as LO + and LO- are shown and represent a differential carrier signal from a local oscillator. The transistors can be bipolar transistors (BJT) or metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFET). The amplified difference occurs between the collectors or drains of the two transistors. Since the current flow from the common node is modulated by the input transistor, the signal is between the collectors or drains of each differential pair 804 the product of the respective input signal and the differential carrier signal.

Ein Satz von zweipoligen Einwegschaltern (DPST) 806 verbindet oder trennt die Kollektoren oder Drains der differenziellen Paare 804 mit den „Zwischenfrequenz“-Ausgangsanschlüssen IF+ und IF-, sodass die Ausgangsanschlüsse die Summe der Produktsignale von den verbundenen differenziellen Paaren 804 übertragen. (Oftmals wird nur eines der differenziellen Paare angeschlossen, was einen Mechanismus zum Umschalten zwischen den Eingängen bereitstellt.) Die Schalter 806 können mechanisch oder transistorbasiert sein. Eine Lastimpedanz LOAD kann bereitgestellt werden, um die Ausgangsanschlüsse zusammen mit den verbundenen differenziellen Paaren 804 hochzuziehen oder anderweitig vorzuspannen. In einigen der beabsichtigten Ausführungsformen wird die Lastimpedanz durch eine aktive Last aus aktiven Vorrichtungen ersetzt. Die Kapazitäten werden vorzugsweise an jeden Ausgangsanschluss gekoppelt und können mit den Lastimpedanzen zusammenwirken, um hohe Frequenzen aus dem Ausgangssignal zu filtern. Insbesondere können die Kapazitäten so bemessen sein, dass sie eine Grenzfrequenz bereitstellen, die die Frequenzen des differenziellen Referenzsignals und der Antenneneingangssignale unterdrückt, sodass nur die Zwischen- und/oder Basisbandfrequenzen der Produktsignale die Ausgangsanschlüsse erreichen können. In 8A sind diese Kapazitäten als diskrete Kondensatoren C implementiert, die jeweils an einen der Anschlüsse der Schalter 806 gekoppelt sind - eine Konfiguration, die die Isolation zwischen den Eingangssignalen verbessern kann. Die Isolierung kann weiter verbessert werden, indem das Referenzeingangssignal LO+, LO- für alle nicht angeschlossenen differenziellen Paare deaktiviert wird. Da die Summierung der Signale in jedem Fall nicht im Hochfrequenzbereich, sondern im Zwischenfrequenzbereich erfolgt, werden die Eingangssignale nicht unnötig belastet.A set of two-pole one-way switches (DPST) 806 connects or disconnects the collectors or drains of the differential pairs 804 with the "intermediate frequency" output connections IF + and IF- , so that the output connections are the sum of the product signals from the connected differential pairs 804 transfer. (Often only one of the differential pairs is connected, providing a mechanism to switch between the inputs.) The switches 806 can be mechanical or transistor based. A load impedance LOAD can be provided to the output ports along with the connected differential pairs 804 pull up or otherwise pretension. In some of the intended embodiments, the load impedance is replaced by an active load from active devices. The capacitances are preferably coupled to each output connection and can interact with the load impedances in order to filter high frequencies from the output signal. In particular, the capacitances can be dimensioned such that they provide a cutoff frequency that suppresses the frequencies of the differential reference signal and the antenna input signals, so that only the intermediate and / or baseband frequencies of the product signals can reach the output connections. In 8A are these capacitors as discrete capacitors C. implemented, each on one of the connectors of the switches 806 are coupled - a configuration that can improve isolation between the input signals. The isolation can be further improved by the reference input signal LO + , LO- is deactivated for all non-connected differential pairs. Since the summation of the signals does not take place in the high-frequency range, but rather in the intermediate frequency range, the input signals are not unnecessarily loaded.

Obwohl die Anschlüsse des Referenzeingangssignals als „Lokaloszillator“-Anschlüsse und die Anschlüsse des Ausgangssignals als „Zwischenfrequenz“-Anschlüsse gekennzeichnet sind, ist das Referenzeingangssignal nicht nur auf ein Trägersignal beschränkt, und das Ausgangssignal muss kein Zwischenfrequenzsignal sein. Wie bereits erwähnt, kann es sich bei dem Referenzeingangssignal um ein moduliertes Signal oder eine gepufferte Version des Sendesignals handeln, und bei dem Ausgangssignal kann es sich optional um ein Basisbandsignal handeln.Although the connections of the reference input signal are identified as "local oscillator" connections and the connections of the output signal as "intermediate frequency" connections, the reference input signal is not only on Carrier signal limited, and the output signal need not be an intermediate frequency signal. As already mentioned, the reference input signal can be a modulated signal or a buffered version of the transmission signal, and the output signal can optionally be a baseband signal.

8B zeigt eine weitere veranschaulichende Implementierung einer Schaltungsanordnung des Mischers 722. In dieser Implementierung werden die Eingangstransistoren 802 durch Lastimpedanzen 808 ersetzt, und die Eingangssignale RF1 bis RFn steuern den gemeinsamen Knoten der differenziellen Paare 804 direkt an. Bei den Lastimpedanzen 808 kann es sich um Stromquellen oder hochwertige Widerstände handeln. Die Implementierung von 8B zeigt ausdrücklich die Pull-Up-Impedanzen als Widerstände R, und die Kondensatoren C sind mit VCC gekoppelt und nicht mit Masse dargestellt. 8B Figure 10 shows another illustrative implementation of circuitry of the mixer 722 . In this implementation, the input transistors 802 through load impedances 808 replaced, and the input signals RF1 to RFn control the common node of the differential pairs 804 directly to. With the load impedances 808 can be power sources or high quality resistors. The implementation of 8B expressly shows the pull-up impedances as resistors R , and the capacitors C. are with VCC coupled and not shown with ground.

8C zeigt noch eine weitere veranschaulichende Implementierung einer Schaltungsanordnung des Mischers 722. In dieser Implementierung werden die Eingangstransistoren 802 durch ein Anpassnetzwerk 809 ersetzt, das eine Leistungs- oder Rauschanpassung bei den relevanten HF-Frequenzen bereitstellen kann. In der Figur verbindet das Anpassnetzwerk die gemeinsamen Knoten der differenziellen Paare über zwei Impedanzen Za, Zb in Reihe mit der Masse und verbindet jeweils eines der Eingangssignale RF1-RFn über eine dritte Impedanz Za mit dem Zwischenknoten zwischen den ersten beiden Impedanzen Za, Zb. Es wird erwartet, dass diese Konfiguration eine verbesserte Linearität im Vergleich zur Konfiguration von 8B bereitstellt. 8C shows yet another illustrative implementation of circuitry of the mixer 722 . In this implementation, the input transistors 802 through a matching network 809 replaced, which can provide a power or noise adjustment at the relevant RF frequencies. In the figure, the matching network connects the common nodes of the differential pairs over two impedances Za, Eg in series with the ground and connects one of the input signals RF1-RFn via a third impedance Za with the intermediate node between the first two impedances Za, Eg . This configuration is expected to have improved linearity compared to the configuration of 8B provides.

Wie vorstehend erwähnt, handelt es sich bei dem Signal auf den Ausgangsanschlüssen um ein ausgewähltes der Produktsignale (oder die Summe der ausgewählten Produktsignale), wie bestimmt, durch welchen der Differenzverstärker angeschlossen ist/sind. Wenn eines der Eingangssignale, z. B. RF1, vom Rest subtrahiert werden soll, kann seine Polarität umgekehrt werden. Alternativ können, wie in 8D dargestellt, die Referenzsignaleingänge LO+ und LO- vertauscht werden. Dadurch kann der Mischer selektiv abwärts konvertieren: (1) -RF1; (2) +RF2 und (3) RF2-RF1. Diese differenzielle Eingangsoption kann für einen differenziellen Antenneneingang oder einen Antenneneingang nützlich sein, der durch einen Balun oder andere Mittel in eine differenzielle Form umgewandelt wurde. In jedem Fall erhöht die Fähigkeit des Mischers, Single-Ended- und Differenzeingänge zu verarbeiten, die Flexibilität. Der erforderliche Chip-Bereich für die Schaltungsanordnung von 8D ist im Wesentlichen derselbe wie bei einem Standard-Doppelausgleichsmischer mit halber Leistungsaufnahme des Referenzsignals LO, verbesserter Rauschleistung, Umschaltbarkeit zwischen den Eingängen im Zwischenfrequenzbereich und verbesserter Isolation zwischen den Eingängen.As mentioned above, the signal on the output terminals is a selected one of the product signals (or the sum of the selected product signals) as determined by which the differential amplifier is / are connected. If one of the input signals, e.g. B. RF1 , to be subtracted from the rest, its polarity can be reversed. Alternatively, as in 8D shown, the reference signal inputs LO + and LO- be exchanged. This allows the mixer to selectively convert down: (1) -RF1 ; (2) + RF2 and (3) RF2-RF1. This differential input option may be useful for a differential antenna input or an antenna input that has been converted to a differential form by a balun or other means. In any case, the ability of the mixer to process single-ended and differential inputs increases flexibility. The chip area required for the circuitry of 8D is essentially the same as a standard double equalization mixer with half the power consumption of the reference signal LO , improved noise performance, switchability between the inputs in the intermediate frequency range and improved isolation between the inputs.

8A-8D wurden mit dem bipolaren NPN-Symbol für jeden der Transistoren gezeichnet, aber es ist zu beachten, dass andere Transistorimplementierungen zur Anwendung in Betracht gezogen werden. Als Beispiel zeigt 8E die Ausführungsform von 8D überarbeitet, um N-Kanal-MOSFET für jeden der Transistoren zu verwenden. Die Schaltungsanordnungen können außerdem leicht an den Einsatz bipolarer PNP, P-Kanal-MOSFET, CMOS und anderer bekannter Transistorimplementierungen angepasst werden. 8A-8D have been drawn with the NPN bipolar symbol for each of the transistors, but note that other transistor implementations are contemplated for use. As an example shows 8E the embodiment of 8D revised to use N-channel MOSFET for each of the transistors. The circuitry can also be easily adapted to use bipolar PNP, P-channel MOSFET, CMOS and other known transistor implementations.

Der vorgeschlagene rekonfigurierbare MIMO-Systemansatz verbindet mehrere Antennen mit jedem Sender oder Empfänger, z. B. über einen Schalter. Die verschiedenen neuen Sende-Empfangs-Antennenkombinationen, die durch die Verwendung der Zusatzantennen entstehen, können bei entsprechender digitaler Verarbeitung die Leistung von Radarsystemen zur Bilderfassung verbessern. Unter anderem können im Vergleich zu bestehenden Radarlösungen eine bessere räumliche Auflösung, bessere Reichweitenerkennung und ein besserer Stromverbrauch erzielt werden, und die hierin offenbarten Prinzipien können auch auf drahtlose Kommunikationssysteme (z. B. 5G) anwendbar sein. Im Falle der Kommunikation besteht der Hauptzweck des rekonfigurierbaren MIMO darin, die Kommunikationsfähigkeit in Mehrwegeumgebungen zu verbessern. Im Falle von Radarsystemen kann der rekonfigurierbare MIMO-Ansatz auch in Mehrwegeumgebungen eine verbesserte Leistung bereitstellen, aber vielleicht ist es noch wichtiger, dass er die Winkelauflösung, die Mehrzielerfassung und möglicherweise mehrere Modi zur Erhöhung des Erkennungsbereichs bietet. Im Allgemeinen können die vorgenannten Prinzipien auf jedes MIMO-Wandler-Array angewendet werden, das Mischer benötigt, um von Funkfrequenzen (insbesondere Radar- oder Mikrowellenfrequenzen) auf Zwischen- oder Basisband abwärts zu konvertieren. Diese und zahlreiche weitere Modifikationen, Äquivalente und Alternativen werden für den Fachmann ersichtlich, nachdem die vorstehende Offenbarung völlig verstanden ist. Die folgenden Ansprüche sollen so interpretiert werden, dass sie gegebenenfalls alle derartigen Modifikationen, Äquivalente und Alternativen einbeziehen.The proposed reconfigurable MIMO system approach connects multiple antennas to each transmitter or receiver, e.g. B. via a switch. The various new transmit / receive antenna combinations that result from the use of additional antennas can, with appropriate digital processing, improve the performance of radar systems for image acquisition. Among other things, better spatial resolution, better range detection, and better power consumption can be achieved compared to existing radar solutions, and the principles disclosed herein can also be applicable to wireless communication systems (e.g. 5G). In the case of communication, the main purpose is the reconfigurable MIMO in improving communication skills in multi-path environments. In the case of radar systems, the reconfigurable MIMO approach can also provide improved performance in multi-path environments, but perhaps more importantly, it offers angular resolution, multi-point detection, and possibly several modes to increase the detection area. In general, the above principles can be applied to any MIMO transducer array that mixers need to down-convert from radio frequencies (especially radar or microwave frequencies) to intermediate or baseband. These and numerous other modifications, equivalents and alternatives will become apparent to those skilled in the art once the foregoing disclosure is fully understood. The following claims are to be interpreted to embrace all such modifications, equivalents and alternatives as appropriate.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

US 62779293 [0001]
US 2009/026767676 [0003]
US 2011/0121881 [0003]

Claims

Multi-input down-conversion mixer comprising: a plurality of differential pairs of transistors, each pair having its bases or gates driven by a differential reference signal, their emitters or sources connected to a common node having a current or voltage based on a respective one of a plurality of received signals, and their collectors or Provide a product of the differential reference signal with the respective one of the plurality of received signals, and a plurality of switch pairs, each pair selectively coupling differential output nodes to the collectors or drains of one of the respective one of the plurality of differential pairs, the differential output nodes transmitting an output signal that is a sum of products from selected ones of the plurality of differential pairs.

Multi-input down-conversion mixer to Claim 1 , further comprising: capacitors coupled to the differential output nodes to suppress high frequencies from the output signal, the high frequencies including those of the differential reference signal and the plurality of receive signals, and load impedances to bias the differential output nodes.

Multi-input down-conversion mixer according to one of the Claims 1 to 2nd , further comprising: a plurality of load impedances, each load impedance biasing the common node of a respective one of the differential pairs, the plurality of load impedances each being part of a corresponding voltage divider coupled between a reference voltage and the common node of a respective one of the plurality of differential pairs, the controls an intermediate node of the corresponding voltage divider in each of the plurality of received signals.

Multi-input down-conversion mixer according to one of the Claims 1 to 2nd , further comprising: a plurality of input transistors, each coupled between a reference voltage and the common node of each of the plurality of differential pairs, and each having a base or a gate, which are controlled by a respective one of the plurality of received signals.

Multi-input down-conversion mixer according to one of the Claims 1 to 4th , wherein a differential antenna signal forms two of the plurality of received signals.

Multi-input down-conversion mixer according to one of the Claims 1 to 5 , wherein the plurality of pairs of switches each comprise a pair of field effect transistors.

A multiple input downconversion process that includes: Supplying a differential reference signal to the bases of each of a plurality of differential pairs of transistors, each of the plurality of differential pairs having their emitters connected to a common node; Driving a current from each of the common nodes based on a respective one of a plurality of received signals to produce a product of this signal with the differential reference signal at the collectors of the corresponding one of the plurality of differential pairs, and Use multiple pairs of switches to couple the collectors of one or more selected differential pairs to a pair of differential output nodes to add selected ones of the products.

Multi-input downconversion process to Claim 7 , further comprising: suppressing high frequencies from the output signal, the high frequencies including those of the differential reference signal and the plurality of received signals, and biasing the differential output nodes with load impedances.

Multiple input downconversion method according to one of the Claims 7 to 8th , wherein the drive uses voltage dividers that are coupled between a reference voltage and the common node of the plurality of differential pairs.

Multiple input downconversion method according to one of the Claims 7 to 8th , wherein the driving uses input transistors which are each coupled between a reference voltage and the common node of a respective one of the plurality of differential pairs and each have a base or a gate which are controlled by a respective one of the plurality of received signals.