CN104678366B - 多芯片车用雷达系统、用于该系统的雷达芯片以及操作该系统的方法 - Google Patents

多芯片车用雷达系统、用于该系统的雷达芯片以及操作该系统的方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种多芯片雷达系统，包括多个可配置IC以及位于其间的数字接口，每个可配置IC可配置地操作为主IC和从属IC。每个可配置IC可以类似或相同，并具有分配的测量范围。每个可配置IC包括：下变频器；ADC；数字信号处理器；发射雷达信号的发射器。一个IC配置为主IC并发射雷达信号，每个其他IC配置为从属IC。每个可配置IC适于使用公共本地振荡器信号、公共时钟信号和公共定时信号以至少确定公共采样窗口的起始点。还公开了操作该多芯片雷达系统的方法，以及适于该系统的可配置IC或雷达IC。

Description

多芯片车用雷达系统、用于该系统的雷达芯片以及操作该系 统的方法
技术领域
本发明涉及多芯片雷达系统、其操作方法以及适于多芯片雷达系统的集成电路或雷达芯片
背景技术
车用雷达被视为是增加道路安全和驾驶舒适度的重要组件。第一代车用雷达系统的目标是自动巡航控制和泊车辅助应用。图1示意性示出了这种雷达系统100。其包括三个主要部分：发射部110、接收部120以及控制和处理部130。发射部110包括高频啁啾(chirp)发生器111，其产生在一个频率(例如，可以是24GHz)上的调频连续波(FMCW)。将啁啾信号提供至锁相环(PLL)112，然后在三倍频器113中三倍频以提供信号141。信号141被功率放大器114放大，再经由天线输出连接器115馈送作为雷达信号由发射天线(未示出)发射。在存在反射物体时，一个或更多的接收天线(未示出)可以接收到反射的雷达信号，并且经由一个或多个天线输入连接器126输入至接收部120。在图中示出了两个接收器，然而可以理解的是系统可以包括不同数量的接收器，如一个或者三个。通过低噪放大器125放大每个接收信号，并且通过在混频器中与发射器的三倍输出信号141的副本混频，对信号进行下变频。通过滤波器123对每一个下变频的信号进行滤波，并且通过模数转换器(ADC)122将信号数字化并转储到数字信号处理器131。数字信号处理器131形成为控制和处理部130的一部分。控制和处理部130还包括用于提供时钟功能的时钟发生器132，与微处理器和定时基准设备133一起提供适当的定时信号。雷达系统的输出可以在控制器区域网络(CAN)总线160上与车内其他电子设备通信。
总的来说，在典型的汽车(使用“汽车”作为车用应用领域的示例)雷达系统中，在预定的载频上发射根据指定波形原则调制的信号。通过模拟接收器将反射的信号下变频至基带信号，并通过系统的数字部分来处理。在这些处理步骤中，对物体距离、相对径向速度(也就是物体接近汽车的速度)、物体与汽车之间的角度中的一个或多个进行计算。
如所提到的，以上描述的调制系统是调频连续波(FMCW)。因其精确性和鲁棒性，FMCW是用于车用雷达系统的合适波形。具体地，发射短持续时间频率啁啾序列的实施方式在用于检测以非零相对径向速度移动的物体时具有令人满意的性质。
在基于FMCW的雷达系统中，将相距反射物体的径向距离转换为以拍频振荡的正弦波，其中所述拍频由频率斜升的斜率和物体的渡越时间确定。通过数字基带估计正弦波的频率；在优选的实施例中，这可以通过快速傅里叶变换(FFT)完成。
现代车用雷达系统结合了长测量距离上的高分辨率。因此，所得到的数据点的个数和因此所要求的处理功率都较高。此外，还要求大量的连续测量(啁啾)以获得较高的相对径向速度分辨率。
近来开始出现了新的应用，例如EBA(电子刹车辅助)、盲点探测、后方通过交通警报。可以期待是在不久的未来，多种雷达系统将用于全360°地覆盖车辆的四周。这些雷达系统是不相同的；每个应用都有不同集合的要求。这些要求包括(但不限于)距离分辨率和角度分辨率。而对每个雷达应用的专用集成电路(IC)的开发将显著地增加全360°雷达方案的成本。
如所提到的，将在可接受分辨率程度上测量到达角是重要的：将到达角与距离结合允许系统计划物体在笛卡尔或极坐标系统中的估计位置。为了能够精确地估计这种角度，可能要求多个发射和/或接收天线。此外，每个天线自身都具有模拟发射器和/或接收器和ADC。在系统的数字部分中执行到达角的计算。可以使用现有技术中已知的不同计算方法。
当前，车用雷达产品和系统都基于多个芯片，每个芯片具有一个或更多的功能。(这里，术语“芯片”和“IC”认为是可替换的，均指的是基于半导体的集成电路)。一般地，这些系统的共同点在于射频(RF)电路都实现在与信号处理IC不同的IC上。因此，将多个RF模块与高性能信号处理器结合能够实现具有更长测量范围和更高到达角分辨率的系统。这让厂家能够覆盖多个雷达应用。然而，这要求组装不同的IC，从而可能会增加雷达系统的总成本。
在模拟部分和数字部分包括不同IC的雷达系统中，多个接收器和/或发射器可连接至一个或更多数字信号处理器。按照这种方式，能够扩展角度分辨率和测量范围。为避免以上提到的组装成本，在单个IC上将模拟发射器和接收器与数字信号处理器组合的雷达系统由于有限个数的天线的数量导致其通常具有有限的角度分辨率。在生产后IC的功能是固定的，因此必须开发几个不同的IC以覆盖全部要求的应用。
需要开发一种雷达系统，其在更小的程度上受到以上描述的一个或更多问题的不利影响。
发明内容
根据第一方面，提供了一种多芯片雷达系统，包括多个可配置IC以及位于多个可配置IC之间的数字接口，每个可配置IC能够配置为操作为主IC和从属IC，并且具有分配的测量范围；其中每个可配置IC包括：下变频器，适于将相应的反射雷达信号下变频；ADC，适于针对公共采样窗口，将相应的下变频信号转换为相应的数字信号以累积相应的数字数据；数字信号处理器，适于在多个测量范围之间划分相应的数字数据，所述数字信号处理器还适于从每个其他IC接收与该IC分配的测量范围相对应的数字数据，向相应的其他IC发射与每个其他分配的测量范围相对应的数字数据，并在该IC分配的测量范围内处理数字数据；以及发射器，适于发射雷达信号；其中可配置IC之一配置为操作为主IC并配置为发射雷达信号，并且每个其他可配置IC配置为操作为从属IC；以及其中每个可配置IC适于使用公共本地振荡器信号、公共时钟信号和公共定时信号以至少确定公共采样窗口。
因此，可以在多个应用领域中使用单一设计或类型的IC，而不是针对具体的应用领域单独地制作或设计IC，而增加关联的设计成本；并且，能够在应用领域中使用单一设计或类型的IC，而不是针对分离的不同主从属IC提出要求。通过向相应的其他IC发送与每个其他分配的测量范围相对应的数字数据，这一方面因而可以实现分布式数据处理，从而可以放宽对数据处理能力和/或IC存储能力的要求。通过使可配置IC适于使用公共本地振荡信号、公共时钟信号、公共定时信号以确定公共采样窗口，可以假设下变频和采样在IC之间是一致的，简化了数据处理。
可配置IC可以是也可以不是可重新配置的。也就是说，通过一个或更多的一次性操作，例如烧断内部熔丝，可配置IC可以配置为主或从属IC，并且之后不可重新配置。在其他实施例中，可配置IC可以是可以重配置的，也就是说，在一个情形中可配置IC配置操作为从属IC，而在另一情形中重新配置操作为主IC，反之亦然。总的来说，在配置前的可配置IC可以是相似或者甚至相同的。
在实施例中，每个可配置IC还包括：本地振荡器发生器，用于产生本地振荡器信号；时钟发生器，用于产生时钟信号；以及定时信号发生器，用于产生定时信号；并且其中主IC的本地振荡器信号是公共本地振荡器信号，主IC的时钟信号是公共时钟信号，并且主IC产生的定时信号是公共定时信号。备选地，这些公共信号由单独的“服务芯片”提供并分配给全部可配置IC：为每个IC提供产生和分配公共信号的能力可以提供相对简化的系统设计，并且还可以消除单独的服务芯片的需求。
在实施例中，每个可配置IC还包括本地振荡器输入开关和本地振荡器输出开关、时钟输入开关和时钟输出开关、以及定时信号输入开关和定时信号输出开关，其中主IC配置为输出公共本地振荡器信号、公共时钟信号和公共定时信号，以及其中一个或多个从属IC分别配置为输入公共本地振荡器信号、公共时钟信号和公共定时信号。
在实施例中，多芯片雷达系统配置为使得主IC传输雷达信号导致相应的反射雷达信号。操作为主IC的IC可以是预先确定的，例如在系统设计期间，或者可以在系统安装期间确定，或者可以在一系列测量回合期间改变。通过发射路径中的开关，主IC可以配置为发射导致相应反射雷达信号的雷达信号。所述开关可以配置为在主IC中接通并且在一个或多个从属IC中关断。
具体地，在实施例中，多芯片雷达系统可适于发射多个啁啾，并且还适于在两个连续的啁啾之间重配置主IC成为从属IC，并且重配置从属IC成为主IC。在这些实施例中，多芯片雷达系统可适于发射多个啁啾序列，并且可以适于在连续的啁啾序列之间重配置主IC成为从属IC并且重配置从属IC成为主IC。在其他这些实施例中，多芯片雷达系统可以适于发射多个单独的啁啾，并适于在每个连续的单独啁啾之间重配置主IC成为从属IC并且重配置从属IC成为主IC。
根据另一个方面，提供了一种智能车用控制系统，包括如上所述的多芯片雷达系统以及数据处理系统，配置为提供在电子刹车辅助系统、盲点探测系统、后方通过交通警报系统和巡航控制系统、中的至少之一上。具体地，数据处理系统可以与车辆的其他功能相集成。
根据再一个的方面，提供了一种可配置IC，适于在如上描述的多芯片雷达系统中用作主IC和从属IC，并适于使用外部本地振荡器信号、外部公共时钟信号、外部公共定时信号来确定采样窗口。可配置IC因而可以操作为雷达IC。在任意具体的操作时间，可配置IC操作为主IC或操作为从属IC。可配置IC可以是可重配置的，使得在一个操作时间其操作为主IC，而在之后的时间其操作为从属IC，和/或反之亦然。
根据又一个的方面，提供了一种操作包括多个可配置IC的多芯片雷达系统的方法，所述方法包括：将可配置IC之一分配为主IC，并且将其余的可配置IC分配为从属IC；为每个可配置IC分配测量范围；操作每个可配置IC使用公共本地振荡器信号、公共时钟信号、公共定时信号来至少确定公共采样窗口的起始点；主IC发射雷达信号；每个可配置IC将相应的反射雷达信号下变频；每个可配置IC针对公共采样窗口，通过ADC将相应的下变频信号转换为相应的数字信号以累积相应的数字数据；每个可配置IC在多个测量范围之间划分相应的数字数据；每个可配置IC从每个其他IC接收与所述IC分配的测量范围相对应的数字数据；每个可配置IC向相应的其他IC发送与每个其他分配的测量范围相对应的数字数据；每个可配置IC处理在其分配的测量范围内的数字数据；每个从属IC向主IC发送来自数字数据处理的相应结果。在实施例中，将不同的测量范围分配给每个可配置IC。在其他实施例中，两个可配置IC可能分配了相同(或重叠)的测量范围。因此，例如在一个IC出现故障或部分故障的情况下，这些实施例能够提供一定级别的内部冗余，或者在例如两个IC执行相同计算并比较结果的情况下，提供增强的内部误差校验能力。
在实施例中，所述方法还可以包括：主IC产生公共本地振荡器信号、公共时钟信号和公共定时信号。在实施例中，所述雷达信号是啁啾，并且所述方法还包括发射多个啁啾。
在实施例中，所述方法还以包括：在连续的啁啾之间，重新配置主IC成为从属IC并且重新配置从属IC成为主IC。
在实施例中，所述测量范围可以涉及单一维度，并且通过快速傅里叶变换到所述维度中来实现多个测量范围之间的相应数字数据的划分。在其他实施例中，所述测量范围涉及两个维度，并且通过二维快速傅里叶变换到那两个维度中来实现多个测量范围之间划分相应数字数据。
在实施例中，每个可配置IC包括至少两个发射天线和至少两个接收天线中的至少一个，并且所述方法还包括以下至少一个：选择主IC的发射天线以发射雷达信号，以及选择每个可配置IC的接收天线以接收相应的反射雷达信号。
通过参考以下描述的实施例，解释和明确本发明的以上方面和其他方面。
附图说明
参考附图，仅作为示例的方式描述本发明的实施例，其中：
图1示意性地示出已知雷达系统的基本组件；
图2示意性地示出在两个雷达IC之间分配测量范围数据的概念；
图3示意性地示出在两个雷达IC之间分配测量范围数据，每个雷达IC具有多个天线；
图4示出根据实施例的雷达IC的示例，其适于作为主IC和从属IC两者使用；
图5示出包括两个雷达IC的多芯片雷达系统的示例；
图6示意性地示出在两个雷达IC之间的数据共享与组合过程；
图7示意性地示出使用多个发射器天线的多芯片雷达系统；以及
图8示意性地示出具有两个雷达IC的多芯片雷达系统，一个IC配置为主IC，另一个配置为从属IC。
应该注意的是附图是示意性的并非按比例绘制。在附图中为清楚和方便的目的，以放大或缩小的尺寸示出附图中各部件的相对尺寸和比例。一般使用相同附图标记表示在修改或不同的实施例中的相应或类似特征。
具体实施方式
实施例可提供系统和方法，通过在数字信号处理器之间划分在其中处理的测量范围，共享两个(或多个)高度集成的雷达IC的处理能力。通过组合两个或多个类似或者甚至相同的雷达IC可以覆盖多个应用领域。
所述可以受益于数字信号处理器的将测量范围(例如，距离)分割为两个或更多部分的能力。例如，距离可以分割为较近的范围和较远的范围。由于较近的物体导致较低的拍频，而较远的物体导致较高的拍频，因此能够实现这种分割。因此，可以使用FFT(快速傅里叶变换)来分割所述测量范围。通过扩展，测量范围可以分割为两个以上部分。能够理解的是这里使用的术语“范围”在几何意义上用作“距离”的同义词，而非数学意义上的函数的值域或镜像。
除了在距离上分割或划分之外，数字信号处理器还可以在相对径向速度域上分割数据，或者甚至结合距离和相对径向速度来分割。当应用二维FFT运算时，后两种选择是可能的。使用二维FFT来分析距离和速度是本领域技术人员已知的。
一旦测量数据被划分为两个或更多部分，每个IC只处理和存储一部分的测量范围。每个雷达IC没有处理的部分经由高速数字接口发送至其他雷达IC。在该上下文中，“高速”接口被认为以几百Mbit/s，典型地高达或超过1GBit/s的速度传输信息。每个雷达IC从其他雷达IC接收与所述雷达自己的测量范围相对应的数据。
在数据交换之后，每个雷达IC已经接收了与具有源自直接连接天线(通过其自己的芯片上RF无线电收发机)的和源自不同雷达IC上的天线(通过它们相应的芯片上接收器)的数据的那部分测量范围相对应的信号。
图2示意性示出这一概念。图中示出分别通过高速数字接口230相连的两个雷达IC210和220。雷达IC210实施雷达测量215，并且从反射的下变频信号收集数据211、212。尽管数据是以连续数据序列接收的，其可以被分组为与分离的距离或范围相对应的两个分离部分或份额。如所示的，部分212与相对较远的反射相对应，而部分211与相对较近的反射相对应。类似地，雷达IC220实施雷达测量225，并且从反射的下变频信号收集数据221、222。数据被分组或划分为与分离的距离或范围相对应的两个分离部分。如所示的，部分222与相对较远的反射相对应，而部分221与相对较近的反射相对应。使用数字滤波器完成将信号划分为部分。滤波器可以在时域或频域中实现。在优选的实施例中，系统使用快速傅里叶变换将数据划分为部分。在其他实施例中，结合数字混频器使用采样率转换来滤出接收信号的频谱中的特定部分。仍在其他的实施例中，系统可以使用二维快速傅里叶变换，以在距离和(相对径向)速度的维度上变换接收的信号。
将接收的信号划分为部分后，数据交换阶段开始。可以理解的是由于一般不能以逐个啁啾为基础执行速度上的划分，根据速度划分为部分一般是在接收啁啾序列之后完成。在这一阶段期间，每个雷达IC通过高速数字接口230，向其他雷达IC传输其指定测量范围之外的部分。每个雷达IC相应地从其他雷达IC接收与其自己的测量范围相对应的数据。因而如图2所示，将雷达IC 220接收的与较远反射相对应的数据传输至雷达210，如222a所示；相应地，将雷达IC 210接收的与较近反射相对应的数据传输至雷达IC 220，如211a所示。因此，雷达IC 210的数字信号处理器现在可以访问两个数据集合212和222a，分别对应于较远反射；相反地，雷达IC 220的数字信号处理器现在可以访问两个数据集合211a和221，分别对应于较近反射。
图2示出了每个雷达IC从单一的天线接收反射信号的情形。然而在其他实施例中，每个雷达IC可以具有多个天线，因而可以接收多个信号。本领域技术人员能够理解，为IC提供多个天线是有用的，例如为了提供更多的反射信号数据从而改善信噪比，或者为了提供对反射信号到达角的测量。这种情形在图3中示出，示出了两个雷达IC 310和320：来自每个IC的雷达测量315和325包括来自较近反射的数据311、321和来自较远反射的数据312、322。然而，在这种情形中，数据311、322来自两个天线，因而包括两个数据子集(311a、312a和311b、312b)。类似地，数据321和322来自两个天线，因而包括两个数据子集(321a、322a和321b、322b)，其中“a”和“b”表示相应的天线。按照通过参考图2描述的相同方式划分数据。因此，在这种情形中，雷达IC 310中的数字信号处理器收集全部的“较近”数据311a、311b、321a和321b来处理，并且雷达IC 320中的数字信号处理器收集全部的“较远”数据312a、312b、322a和322b来处理。
本领域技术人员容易理解，以上概念可以通过例如二维快速傅里叶变换扩展至二维信号的划分，从而得出针对多个多天线雷达IC的距离和速度信息。
数据交换阶段完成后，每个IC处理其自己的数据加上从其他雷达IC接收的数据。可以按照熟知具有多于一个接收天线的常规雷达IC的操作的本领域技术人员知晓的各种方式来执行这种后处理步骤。
可以理解，与独立的操作相反，每个IC现在能够访问多个天线信号，而不仅是经由自己的RF收发机电路连接的天线信号。因此，每一个IC可以使用合适的算法获得更高的信噪比和/或获得更高的到达角分辨率。
图4示出了根据实施例的雷达IC的示例，其适于在多芯片雷达系统中用作主IC和从属IC两者。雷达IC 400包括能够产生、发射和接收雷达波形的RF收发机。
与已知的雷达IC类似，所述雷达IC包括三个主要部分：发射部410、接收部420以及控制和处理部430。发射部410包括时钟发生器411，其输出提供至锁相环(PLL)412。在其他实施例中，可以使用其他波形产生技术。由扫描控制414对PLL 412进行频率扫描以产生输出啁啾，在该上下文中所述输出啁啾可看作是本地振荡器(LO)信号491。频率扫描的起始点由定时引擎417确定。包括频率扫描信号在内的啁啾在三倍频器413中进行三倍频以产生三倍频信号494，通过一个或多个驱动放大器418放大，并经由天线输出连接器419相连的相应一个或多个发射天线(未示出)发射。在存在反射物体的情况下，接收部分中的一个或多个接收器接收反射雷达信号。反射雷达信号入射在经由天线输入连接器429连接到接收部420的一个或多个接收天线(未示出)上。将接收的信号通过相应的低噪放大器425放大，并且通过在混频器424中与三倍频的本地振荡器信号494混频来进行下变频。在相应的滤波器423中对下变频的信号进行滤波，并通过相应的模数转换器(ADC)422和相应的抽取器421转换为采样数字信号。通过从时钟发生器411提供的时钟信号492对一个或多个ADC 422进行时钟控制。通过定时引擎417提供的定时信号493控制至少采样窗口的起始的时间，即抽取器421中的操作窗口或采样周期。典型地，定时信号控制采样窗口的起始和结束，例如通过二进制信号，所述二进制信号在操作窗口的持续时间设置高位，而其他时间设置低位；在其他实施例中，定时信号可以是脉冲信号，所述脉冲信号指示采样窗口的起始、采样窗口的持续时间或者采样的数量是预先设置的或者“硬连线”在设备中。将采样数字信号输入到数字信号处理器431。数字信号处理器431具有相关联的程序存储器432和数据存储器433。数字信号处理器还可以连接至形成系统接口一部分的系统接口电路460，例如参考图1如上所述的连接区域网络总线。
到目前所描述的程度，雷达IC400与已知的雷达IC是类似的。尽管在雷达IC 400的情形中，所述雷达IC还包括形成数字接口的一部分的数字接口电路434。具体地，数字接口电路可以是高速数字接口，其在多芯片雷达系统的IC和一个或多个类似IC的数字信号处理器之间提供快速的数据交换。另外，根据实施例的雷达IC 400不限于使用全部或任意的本地产生的本地振荡器信号491、时钟信号492和定时信号493。为此目的，可以通过开关472将本地振荡器491与三倍频器413断开。类似地，时钟信号492可以通过开关479与ADC 422断开，并且定时信号493可以通过开关475与抽取器421断开。另外，三倍频的本地振荡器信号494可以通过相应的开关480与一个或多个驱动放大器418和相应的一个或多个发射天线断开。
当雷达IC 400不使用任何本地产生的本地振荡器信号491、时钟信号492和定时信号493时，则认为其操作在从属模式中；在这种模式中，其使用相应的外部产生的信号。为此目的，雷达IC包括本地振荡器输入481、时钟信号输入488和定时信号输入486，其可以通过开关471、478和476分别连接至混频器424、ADC 422和抽取器421。当在从属模式中操作时，通过开关472、479和475断开本地产生的LO信号491、时钟信号492和定时信号493。
当雷达IC 400使用其本地产生的本地振荡器信号491、时钟信号492和定时信号493时，则认为其操作在主模式中。熟悉多设备系统中的主从操作的本领域普通技术人员能够了解，当操作在主模式中时，雷达IC 400向系统中操作在从属模式中的全部其他雷达IC400提供雷达IC400自己的本地产生的本地振荡器信号491、时钟信号492和时钟定时信号493。为此目的，雷达IC包括可以分别通过开关473、477和474连接至本地振荡器信号491、时钟信号492和定时信号493的本地振荡器输出483、时钟输出487和定时输出484。此外，当操作在主模式中时，IC 400通过接通开关472、479和475来使用IC 400自己的LO信号491、时钟信号492和定时信号493。
图5示出了包括两个雷达IC 400、400’的多芯片雷达系统，其中一个(400)操作在主模式，另一个(400’)操作在从属模式中。示出了接口、输入和输出以及开关；它们具有针对主IC 400与图4中相同的参考数字，并且对于从属IC 400’则是包括主后缀(’)的相同参考数字。主IC 400通过接通开关472、479和475使用其自己的LO信号491、时钟信号492和定时信号493，并分别通过接通开关473、474来提供其LO信号483和起始采样信号484。从属IC400’分别通过接通开关471’和476’来使用外部LO信号(来自主IC 400)作为输入481’和外部起始采样信号(来自主IC 400)作为输入486’，并且通过关断开关472、479、475来断开并阻止使用其自己的LO信号491、时钟信号492和定时信号493。另外，主IC 400通过接通开关477来提供其时钟信号487作为输出，并且从属IC 400’通过接通开关478’来使用该时钟信号(从属IC 400’看来是外部提供的信号)作为输入488’。
在其他实施例中，IC 400不提供内部产生的本地振荡器信号、时钟信号和定时信号，而是由“服务芯片”向全部IC 400提供这些信号。在这些实施例中，IC操作在主模式还是从属模式可以仅依赖于其他因素，例如是否针对特定啁啾提供发射的雷达信号，或是将划分的反射信号的特定部分路由至导引至那个IC进行处理，而不是根据IC是否发起本地振荡器、时钟和定时信号。相比总体上更复杂的系统，这些实施例为每个单独IC 400简洁性上的改善作出了妥协或交换：具体地，在这些实施例中，每个IC 400不要求具有用于一个或更多本地振荡器、时钟和定时信号的发生器，但是这些系统要求一个独立的不同“服务芯片”，其专用于为全部的雷达IC 400提供这些信号。
回到图5和其中主IC产生本地振荡器信号、时钟信号和定时信号的系统，操作方法的示例可以如下：可以通过所示的两个或多个数字接口将多个雷达IC连接在一起。在启动期间或系统的设置阶段期间，向每个IC分配测量范围。附加地，建立通信。另外，如上文描述的，将一个雷达IC编程为或分配为用作在主模式中操作的主IC，而其他的IC用作在从属模式中操作的从属IC；主IC向系统中的从雷达IC提供其本地振荡器信号。为此，关断主IC开关471打开，并且接通开关472(图4中示出)和473。针对从属IC 400’，接通开关471并且关断开关472’(图4中示出)和开关473’。另外，通过接通开关477并且关断开关478，主IC共享ADC时钟信号。从属IC通过接通开关478’并且关断开关477’来使用外部时钟输入。通过关断从属IC的开关480’，断开全部从属IC 400’的发射天线。注意，在与只有单一发射天线的实施例相对应，图5中仅示出了单一的开关480’。可以理解，针对具有多个发射天线的实施例，可以存在一个以上的开关480’。并且，为了辅助读者理解原理，图5中没有示出驱动放大器。驱动放大器可以在开关480’的下游(如图4描述的)或者上游。通过确保主IC开关480接通，来接入主IC 400的发射天线。
为确保全部雷达IC在相同的时间间隔期间对接收的信号采样，主雷达IC产生数字信号。这种信号指示全部雷达IC应当开始采样的时刻，并且可选择地包括对采样窗口持续时间或要求的采样数量的指示。在起始时，雷达IC配置为使用外部起始采样信号或者内部起始采样信号。为此，仍如上文列出的，主IC开关473关断，并且开关474和475接通。对于从属IC，开关476’接通，并且开关474’和475’关断。系统中执行同步的点可以是以下任意的：在ADC自身中，在可选择的抽取器级中，或者在DSP中。在抽取器级或DSP中执行这点可以提供或实现更好地对抗瞬态效应的弹性。
如已经讨论的，实施例提供对计算和数据存储的分配。尽管能够通过将全部测量数据提供给单一的雷达IC来执行全部计算，在这种情形下，每个雷达IC都需要配备一个足够强大的DSP以在给定时间预算下支持大量的天线，这一般是无法实现的。相反，通过分配数据，由多个DSP分享计算。另外，通过将数据扩散到多个IC上，保持所要求的存储空间较低。
如已经讨论的，将数据划分为多个部分(也称为范围，或份额)以分配至多个其他雷达IC。典型地，部分的数量与连接在一起的雷达IC的数量相等。可以存在不同的选项来划分信号，使得接收信号在距离维度上划分，接收信号在相对径向速度维度上划分，或者接收信号在距离和速度维度上划分。一般地，相比于速度模糊性，仅在距离维度上的划分接收信号更加鲁棒。
图6示出了在图3所示的两个雷达IC之间共享数据的过程，以及所述过程中的后续步骤：每个雷达IC可以执行信号处理任务的一部分，以分别得出主IC和从属IC中减小的数据集645和655。以上任务一个方面是使用本领域技术人员熟悉技术的物体检测。由于检测过程之后空旷的空间(就是说，空间中不存在相关物体的区域)可以忽略，因而一般能获得显著减小的数据。在实施例中，如在655和665所示，通过雷达从属IC 400’将减小的数据集655发送给主IC 400，主IC 400进一步处理信号，例如执行物体追踪。每个雷达IC可以向主雷达IC发送参数列表(也称作物体列表)。该列表可以包括：相距物体的距离、相对径向速度、到达角(方位角和/或仰角)以及检测可靠性的度量(如信噪比等)
图7中示意性地示出了另一个实施例。在以上描述的示例中公开了一种使用多个雷达IC的接收天线的方法，该实施例扩展至使用多个雷达IC的发射天线：具体地，不仅使用主IC的发射天线，还使用从属IC的发射天线。已知通过使用一个以上的发射天线能够增大接收器阵列有效范围，因而该实施例可以提供大的有效天线阵列孔径。
该实施例总体上与以上描述的实施例类似，不同之处在于：完成频率斜升或啁啾后，针对随后的频率斜升集合，一个从属IC分配为临时的主IC，其他IC(包括之前作为主IC的IC)用作从属IC。这个集合可以仅是一个频率斜升，或者可以是一个以上的频率斜升。因此，使用该临时主IC的LO和发射天线。当物理发射天线相对于之前的主IC位移时，甚至可以进一步增大接收天线阵列的有效孔径。典型地，可以存在与全部从属雷达IC中的发射天线一样多的测量回合，并且可以按照任意顺序将从属IC选择作为主IC。然而，在这些实施例中数据量将容易增加超出可用的存储器。因此，一般地形成妥协，例如使用更少的频率啁啾。尽管如此，该概念是有用的，因为其一般能提供更高的角度分辨率。
再一次地要求数据交换阶段。在全部测量完成后执行该阶段，或者在优选的示例中，在第一次测量回合完成后开始数据交换。图7示出了针对每一测量的数据交换。图中利用两芯片系统示出了两个回合的测量。第一回合中，IC 710用作主IC(图中示为710m)，而IC720用作从属IC(示为720s)。该回合的数据交换与图3所示的相同。数据部分的编号与图3的相对应，但具有第四个数字“1”，表示测量的第一回合。因而，数据集7111a对应于数据集311a，并且是使用接收天线“a”的较近数据；数据集7221b对应于数据集322b，并且表示使用接收天线“b”从从属IC 720s接收的较远数据等等。对数据进行交换，使得在IC 720中收集较远数据，并且在IC 710中收集较近数据。
然而，后续还有第二回合的测量，其中IC交换功能：就是说，IC 710成为从属IC(710s)，而IC 720成为主IC(720m)。在这一测量回合中得到的数据在图中描述为标识符具有数字“2”。该数据也在设备之间分配，使得在IC 720中收集较远数据，并且在IC 710中收集较近数据。
对于这种两芯片系统，这表示最后的测量回合。如所示，对每个份额或子集的数据的处理可以推迟，直至完成测量为止，然后才处理数据，以产生输出数据765和775。由于IC当前用作从属IC，将输出数据765传输至当前用作主IC的IC 720，IC 720整理来自每个IC的分离的输出数据，并可以进一步地执行信号处理，如上文所描述的。在其他实施例中，在接收到第一次啁啾的返回信号后，就可以执行信号处理部分，而不推迟直至测量完全结束为止。
总的来说，因为来自不同测量的数据来源于不同的发射天线，因而增加了接收阵列的有效孔径。
图8示出了实施例，其中多芯片雷达系统包括两个可重新配置的IC，其中之一400配置为操作为主IC，而另一个400’配置为操作为从属IC，其中在印刷电路板(PCB)810上安装有彼此相邻的可重新配置IC。如所示，PCB包括用于发射天线阵列的接触焊盘820和用于接收天线阵列的接触焊盘830。两个IC通过高速数字接口434、434’相连，从而能够交换一部分下变频的反射信号。如所示，当在IC 400操作为主IC而IC 400’操作为从属IC的配置中操作时，用于主IC的“输入”开关471、476、478关断，而“输出”开关473、474、477接通；相反地，用于从属IC的“输入”开关471’、476’、478’接通，而“输出”开关473’、474’、477’关断。本领域技术人员理解图8的实施例可以容易地扩展至3个或更多的IC，并且与已知的多芯片雷达系统相反，每个IC 400、400’可以是相同的。本领域技术人员理解，在具有三个或更多IC的实施例中，两个以上的IC配置为操作为从属IC，高速数字接口可以包括开关机制，以边提供：能够在配置为操作为主IC和每个配置为操作为从属IC的IC之间传输数据。在这些实施例中，一个或多个配置为操作为从属IC的IC可以将从主IC接收的数据转发至另一从属IC。
本领域技术人员还理解，通过这种方式实施例可以实现在多个高度集成的雷达IC之间共享信息，增加到达角分辨率和/或接收信号的信噪比，从而通过将两个或更多相同的雷达IC组合来解决多个应用领域。可以缓解或克服以下任意一个或多个子问题：第一，通常雷达IC只能访问自己的天线信号，而为了增加到达角的分辨率，可以要求对全部天线信号的一致性处理。第二，对于存在的比单个IC中更多的天线，单个IC的处理能力无法支持多个天线的实时信号处理，因为处理强度相对较高。通过在多个IC上分配处理，任意单个IC的处理功耗可保持相对较低。第三，典型地，单个雷达IC只有足够的存储器来存储自己天线的测量数据。通过在IC之间分配数据，能够处理比存储在单个IC上的更多数据。第四，通常在不同雷达IC上的接收信号是不同步的，这是因为它们从不同的基准得到时钟信号。通过提供公共时钟信号(从作为主IC的IC之一得到，或者从单独的服务芯片得到)，可以解决这一问题。
此外，根据实施例提供的系统通过在高级驱动辅助系统(ADAS)中将全部的传感器功能分配在多个IC上，增加了雷达系统的可靠性。例如，如果一个IC的DSP发生故障，其还能够配置通过其他传感器之一在降低性能的情况下处理来自该IC的数据。为此目的，在具有N个相同雷达IC的实施例中，测量数据可以划分为N-1个部分，并分配至“好”的IC，也就是说，DSP没有发生故障的IC。
通过阅读本公开，其他的变化与修改对本领域技术人员来说是显而易见的。该变化和修改可以包括等同的车用雷达技术中已知的其他特征，其用于替换、增加已在此描述的特征。
根据实施例，在此公开：
一种用于雷达系统的多模IC，所述多模IC包括：接收器，适于接收反射的雷达信号，并使用本地振荡器信号将反射的雷达信号下变频为IF(中间频率)信号；ADC电路，适于以定时信号确定的周期采样IF信号，并从采样的IF信号产生数字信号；数字信号处理器，适于将数字信号划分为一个部分以及至少一个其他部分，还适于处理作为数字信号保留部分的部分以及其他数字信号的接收部分，以从保留部分和接收部分提供信息；以及接口电路，适于向其他IC发送数字信号的其他部分，并从其他IC接收其他数字信号的接收部分；其中多模IC可配置为操作为主模式和从属模式，并且还包括：发射器，适于在主模式中生成雷达信号并发射雷达信号；本地振荡器电路，适于在从属模式中输入本地振荡器信号；时钟信号电路，适于在从属模式中输入时钟信号；以及定时信号电路，适于在从属模式中输入定时信号。
在一些实施例中，本地振荡器电路适于在主模式中产生并输出本地振荡器信号；时钟信号电路适于在主模式中产生并输出时钟信号；以及定时信号电路适于在主模式中产生并输出定时信号。
尽管所附的权利要求涉及特征的具体组合，应当理解本发明公开的范围还包括这里明确或隐含地公开的或者一般化的任意的新特征或任意的新特征组合，无论其是否涉及在任意权利要求中要求的相同发明，也无论其是否缓解本发明的任意或全部相同的技术问题。
在不同实施例的上下文中描述的特征可以组合提供在一个实施例中。相反地，为简明而在一个实施例中描述的各特征也可以分开或在任意的子组合中提供。申请人在此提示，本申请在进行或源于其的进一步的申请的进行期间时，针对该特征和/或该特征的组合可能制定新的权利要求。为了完整性，声明术语“包括”不排除其他组件或步骤，术语“一个”不排除多个，单个的处理器或单用可以实施权利要求中列出的多个装置的功能，并且权利要求的引用标记不应解释为对权利要求的限制。

Claims (15)

1.一种多芯片雷达系统，包括多个可配置IC以及位于多个可配置IC之间的数字接口，每个可配置IC能够配置为主IC和从属IC，并且具有分配的测量范围；
其中每个可配置IC包括：
下变频器，适于将相应的反射雷达信号下变频；
ADC，适于针对公共采样窗口，将相应的下变频信号转换为相应的数字信号以累积相应的数字数据；
数字信号处理器，适于在多个测量范围之间划分相应的数字数据，所述数字信号处理器还适于：
从每个其他IC接收与该IC分配的测量范围相对应的数字数据，
向相应的其他IC发送与每个其他分配的测量范围相对应的数字数据，以及
在所述IC分配的测量范围内处理数字数据；
以及
发射器，适于发射雷达信号；
其中可配置IC之一配置为主IC并配置为发射雷达信号，并且每个其他可配置IC配置为从属IC；以及
其中每个可配置IC适于使用公共本地振荡器信号、公共时钟信号和公共定时信号来至少确定公共采样窗口的起始。
2.根据权利要求1所述的多芯片雷达系统，其中每个可配置IC还包括：
本地振荡器发生器，用于产生本地振荡器信号；
时钟发生器，用于产生时钟信号；以及
定时信号发生器，用于产生定时信号；
其中主IC的本地振荡器信号是公共本地振荡器信号，主IC产生的时钟信号是公共时钟信号，并且主IC的定时信号是公共定时信号。
3.根据权利要求2所述的多芯片雷达系统，其中每个可配置IC还包括：本地振荡器输入开关和本地振荡器输出开关、时钟输入开关和时钟输出开关、以及定时信号输入开关和定时信号输出开关，
其中主IC配置为输出公共本地振荡器信号、公共时钟信号和公共定时信号，以及
其中每个从属IC配置为输入公共本地振荡器信号、公共时钟信号和公共定时信号。
4.根据以上任一权利要求所述的多芯片雷达系统，配置为使得主IC发射导致雷达信号相应的反射雷达信号。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的多芯片雷达系统，其适于发射多个啁啾，并且还适于在两个连续的啁啾之间重新配置主IC成为从属IC并且重新配置从属IC成为主IC。
6.一种智能车用控制系统，包括以上任一权利要求的多芯片雷达系统，以及数据处理系统，配置为提供在电子刹车辅助系统、盲点探测系统、后方通过交通警报系统和巡航控制系统中至少之一上。
7.一种可配置IC，适于在如权利要求1所述的多芯片雷达系统中用作主IC和从属IC，并适于使用外部本地振荡器信号、外部公共时钟信号和外部公共定时信号来至少确定采样窗口的起始点。
8.一种可配置IC，适于在如权利要求2-5中任一项所述的多芯片雷达系统中用作主IC和从属IC。
9.一种操作包括多个可配置IC的多芯片雷达系统的方法，所述方法包括：
将可配置IC之一分配为主IC，并且将其余的可配置IC分配为从属IC；
为每个可配置IC分配测量范围；
操作每个可配置IC使用公共本地振荡器信号、公共时钟信号、公共定时信号来确定公共采样窗口；
主IC发射雷达信号；
每个可配置IC将相应的反射雷达信号下变频；
每个可配置IC针对公共采样窗口，通过ADC将相应的下变频信号转换为相应的数字信号以累积相应的数字数据；
每个可配置IC在多个测量范围之间划分相应的数字数据；
每个可配置IC从每个其他IC接收与该IC分配的测量范围相对应的数字数据；
每个可配置IC向相应的其他IC发送与每个其他分配的测量范围相对应的数字数据；
每个可配置IC处理在其分配的测量范围内的数字数据；以及
每个从属IC向主IC发送数字数据处理的相应结果。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括：主IC产生公共本地振荡器信号、公共时钟信号和公共定时信号。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中所述雷达信号是啁啾，所述方法还包括发射多个啁啾。
12.根据权利要求9或10所述的方法，还包括：在连续的啁啾之间重新配置主IC成为从属IC并且重新配置从属IC成为主IC。
13.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述测量范围涉及单一维度，并且通过快速傅里叶变换到所述维度中来实现多个测量范围之间划分相应数字数据。
14.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述测量范围涉及两个维度，并且通过二维快速傅里叶变换所述两个维度中来实现在多个测量范围之间划分相应数字数据。
15.根据权利要求10所述的方法，其中每个可配置IC包括至少两个发射天线或包括至少两个接收天线，并且所述方法还包括以下操作中的至少一个操作：选择主IC的发射天线以发射雷达信号，选择每个可配置IC的接收天线以接收相应的反射雷达信号。
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