CN105717503A - 用于雷达的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例涉及用于雷达的系统和方法。根据实施例，一种操作雷达系统的方法包括从主机接收雷达配置数据，以及在接收雷达配置数据之后从主机接收开始指令。雷达配置数据包括啁啾参数和帧序列设置。在接收开始指令之后，利用啁啾参数配置频率生成电路，并且以预选的速率触发雷达帧。

Description

用于雷达的系统和方法

本申请要求2014年12月23日提交的美国临时申请第62/096421号的权益、2015年08月06日提交的美国临时申请第62/201895号的权益、2015年09月22日提交的美国临时申请第62/222058号的权益，其整体内容通过引用并入本文。

相关申请的交叉引用

本专利申请进一步涉及以下共同待决的以及共同转让的美国专利申请：2015年11月30日提交的、申请号为14/954,395、题目为“RFSystemwithanRFICandAntennaSystem”(代理人案号2014P52192US01)和2015年11月30日提交的、申请号为14/954,198、题目为“RFSystemwithanRFICandAntennaSystem”(代理人案号2015P50800US01)，这些申请整体内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及一种电子设备，并且更具体地涉及用于雷达的系统和方法。

背景技术

由于在诸如硅锗(SiGe)和精细几何形状互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺的低成本半导体技术上的快速进步，在过去的几年中，毫米波频率区域系统中的应用获得了重大关注。高速双极型晶体管和金属氧化物半导体(MOS)晶体管的可用性导致了对60GHz、77GHz和80GHz还有超过100GHz的mm波应用的集成电路的需求增长。这种应用包括例如汽车雷达系统和多千兆位通信系统。

在一些雷达系统中，雷达和对象之间的距离通过发射频率调制信号、接收频率调制信号的反射以及基于频率调制信号的发射和接收之间的时间延迟和/或频率差异确定距离。因此，一些雷达系统包括用于发射RF信号的发射天线、用于接收RF的接收天线以及用于生成发射信号和接收RF信号的相关联的RF电路。在一些情况下，使用相控阵列技术，多天线可以用于实施定向波束。

发明内容

根据实施例，一种操作雷达系统的方法包括从主机接收雷达配置数据，以及在接收雷达配置数据之后从主机接收开始指令。雷达配置数据包括啁啾参数和帧序列设置。在接收开始指令之后，利用啁啾参数配置频率生成电路，并且以预选的速率触发雷达帧。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考结合附图的以下描述，其中：

图1包括实施例雷达系统；

图2，其包括图2a-图2c，图示了实施例RF系统/天线封装和对应的电路板；

图3图示了实施例RF系统/天线封装的平面图；

图4，其包括图4a、图4b和图4c，图示了进一步的实施例RF系统/天线封装和对应的电路板；

图5图示了由实施例贴片天线系统生成的天线图案；

图6，其包括图6a和图6b，图示了实施例射频集成电路(RFIC)的示意图和布局；

图7图示了实施例雷达系统的框图；

图8，其包括图8a、图8b、图8c和图8d，提供了图示频率调制连续波(FMCW)雷达系统的操作的示图；

图9，其包括图9a、图9b、图9c和图9d，图示了实施例雷达系统的框图和实施例天线配置；

图10，其包括图10a、图10b、图10c和图10d，图示了各种实施例雷达系统的电路板；

图11图示了实施例雷达控制器的框图；

图12图示了实施例自动触发操作模式的流程图；

图13图示了实施例手动触发操作模式的流程图；以及

图14图示了实施例处理系统的框图。

除非另有指示，不同附图中的对应附图标记一般指代对应的部分。为了清楚地图示优选的实施例的相关方面而绘制附图，并且附图不一定成比例。为了更加清楚地图示某些实施例，指示相同结构、材料或过程步骤的变化的字母可以跟随附图号。

具体实施方式

在下文中详细地讨论目前的优选实施例的制作和使用。然而，应当理解本发明提供了可以在众多特定情境中实施的许多可应用的发明构思。所讨论的具体的实施例仅仅说明制作和使用本发明的特定方式并不限制本发明的范围。

将在用于雷达系统的系统和方法的特定情境中结合优选实施例描述本发明，这种雷达系统诸如用于相机感测系统和便携式消费设备的雷达系统。本发明还可以被应用于其他系统和应用，诸如通用雷达系统和无线通信系统。

在本发明的实施例中，包括RF电路和天线的高频RF系统在单个球栅阵列(BGA)封装中实施。RF系统包括具有在芯片的第一边缘上的接收接口和在芯片的相邻或相对边缘上的发射接口的集成电路。多元件贴片天线被布置在与芯片的第一边缘相邻的封装的表面上并且在芯片的第一边缘处耦合到多个接收通道接口。相似地，用于发射信号的贴片天线被布置在与发射接口相邻的芯片的相邻边缘或相对边缘上的封装的再分布层上。在一个实施例中，至少一个发射通道可以被用于选择性地发射入射雷达信号或数据信号。在本发明的其他实施例中，集成电路可以被直接安装在与布置在电路板上的多元件贴片天线相邻的电路板上。

为了在发射天线和接收天线之间提供隔离，接地壁被布置在与第一边缘相邻的封装中。该接地壁可以使用在再分布层中的接地层和/或通过使用接地的焊球的阵列实施。此外，可以使用伪(dummy)焊球向在扇出区域中的封装(特别是在与贴片天线相邻的封装的区域中)提供机械稳定性。

在实施例中，在雷达系统中广泛使用的波束赋形概念可以用于向RF信号的发射和接收赋予波束控制和方向性。这种实施例可以被应用到例如汽车雷达、相机系统、便携式系统、可穿戴设备、TV机、平板电脑和其他应用。例如，在相机系统中，雷达系统可以用于确定到拍摄物体的距离以便确定焦距和曝光设置。该距离可以使用具有在大约2GHz和8GHz之间的带宽(例如7GHz带宽)的实施例60GHz雷达系统可以精确地并且高精度地确定。这种距离信息可以用于将雷达测距数据与相机数据合并的智能感测系统。

实施例波束赋形概念还可以被用于实施手势识别系统。过去，使用光学相机、压力传感器、PAL和其他设备实施手势识别系统。通过使用实施例雷达系统，手势识别系统在方便地隐藏在由塑料或其他坚固的材料组成的不透明覆盖物之后的同时，还可以执行精确的距离测量。

图1图示了根据本发明的实施例的雷达系统100。如图所示，雷达收发器设备102被配置成经由发射天线120a和/或发射天线120b向物体132发射入射的RF信号以及经由包括接收天线122a-122d的天线阵列接收反射的RF信号。雷达收发器设备102包括耦合到接收天线122a-122d的接收器前端112、耦合到发射天线120a的第一发射器前端104和耦合到发射天线120b的第二发射器前端110。雷达电路106提供将要被发射到第一发射器前端104和第二发射器前端110的信号并且接收和/或处理由接收器前端112接收的信号。

在实施例中，经由通过开关109代表的电路，到第二发射器前端110的输入可以在雷达电路106的输出和通信电路108的输出之间选择。当第二发射器前端110从雷达电路106接收输入时，可以使用第一发射器前端104和第二发射器前端110两者以构建全息雷达。另一方面，当第二发射器前端110从通信电路108接收它的输入时，第一发射器前端104向发射天线102a提供雷达信号并且第二发射器前端110向发射天线120b提供通信信号。该通信信号可以是载波调制信号。在一个示例中，第二发射器前端110可以向卫星雷达设备130发射包含数据的双极相移键控(BPSK)调制信号。在一些实施例中，雷达收发器102和卫星雷达设备130之间的数据链路可以用于协调雷达收发器设备102和卫星雷达设备130之间的RF发射和接收以实施相控阵列波束控制。在一些实施例中，卫星雷达设备130还可以能够进行数据发射，并且雷达收发器设备102可以被配置成经由天线122a-122d从卫星雷达设备130接收数据。

在实施例中，雷达收发器设备102或雷达收发器设备102的包含第一发射器前端104、第二发射器前端110、接收器前端112以及发射天线120a和120b和接收天线122a-122d的部分可以在封装中实施。图2a图示了球栅阵列(BGA)封装的横截面，该球栅阵列(BGA)封装包括雷达电路106和用于实施天线120a、120b和122a-122d的贴片天线208。在备选的实施例中，除贴片天线之外可以使用其他天线元件，例如可以使用八木天线从封装芯片和天线模块的侧面提供感测。如图所示，封装的芯片和天线模块202经由焊球210耦合到电路板204。

在实施例以及本文公开的其他实施例中，雷达系统100的操作的频率在大约57GHz和大约66GHz之间。备选地，实施例系统还可以在该范围以外的频率处操作。

图2b图示了封装的芯片和天线模块202的平面图。如图所示，RF芯片206布置在封装再分布层220上并且具有布置在RF芯片206的第一边缘上的接收器前端112、耦合到与RF芯片206的第一边缘相邻的第二边缘的第一发射器前端104和耦合到也与雷达电路106的第一边缘相邻的第三边缘的第二发射器前端110。备选地，发射器电路还可以耦合到与RF芯片206的第一边缘相对的第四边缘。

接收贴片天线222被定位在与RF芯片206的第一边缘相同的一侧上，但是被接地壁212分离，接地壁212在接收贴片天线222和RF芯片206之间以及在接收贴片天线222和发射贴片天线214和贴片天线216之间提供隔离。可以例如使用接地的焊球210g和/或经由封装再分布层220内的接地的导电层实施接地壁212。如图所示，发射贴片天线214耦合到第一发射器前端104并且布置成与RF芯片206的与第一发射器前端104相同的边缘相邻。相似地，发射贴片天线216耦合到第一发射前端104并且被布置成与RF芯片206的与第一发射器前端104相同的边缘相邻。

伪焊球210d被布置在与接收贴片天线222相邻的封装的扇出区域中并且向封装的芯片和天线模块202提供机械稳定性。相似地，当封装的芯片和天线模块202被安装并焊接到印刷电路板(PCB)上时，角部焊球210c向封装提供机械稳定性以及向封装再分布层220的角部提供支撑。在一些实施例中，伪焊球210d和角部焊球210c减弱向RF芯片206提供电连接的连接焊球210r上的机械应力，因此允许封装再分布层220承受各种机械应力，诸如重复的温度循环。

图2c图示了实施例雷达收发器设备250，雷达收发器设备250包括布置在再分布层或基板253上的RF芯片251。发射接收贴片天线252和接收贴片天线254和接收贴片天线256被耦合到RF芯片251并且在z方向上具有辐射图案270。此外，发射接收八木天线252和接收八木天线258和接收八木天线260被耦合到RF芯片251并且在y方向上具有辐射图案272。在一些实施例中，接收贴片天线254和接收贴片天线256和八木天线258和八木天线260组合形成“半球”辐射图案274。

图3图示了根据本发明的另一实施例的封装基板300。如图所示，RF芯片304被布置在封装基板300上并且分别经由发射电路TX1和发射电路TX2被耦合到发射贴片天线310a和发射贴片天线310b。包括接收贴片天线308a-308d的接收贴片天线306被耦合到在RF芯片304上的接收电路RX1、RX2、RX3和RX4。如图所示，封装基板300的布局通过几何地将天线间隔开并且经由接地壁314将天线隔离而在接收贴片天线306与发射贴片天线310a和发射贴片天线310b之间提供隔离。在实施例中，使用接地焊球的阵列来实施接地壁314。

除向RF芯片304提供电连接的焊球316以外，与接收贴片天线系统306相邻布置的伪焊球312和角部伪焊球318向封装提供机械稳定性，以及向封装基板300焊接到的板提供附加的机械连接和对准能力。在一个实施例中，封装基板300的物理尺寸是大约14mm乘以14mm。备选地，封装基板300可以是不同的尺寸。

在实施例中，接收贴片天线306包括以正方形配置布置的正方形贴片天线308a、308b、308c和308d，它们的中心以由RF系统发射的信号频率的波长λ的某些倍数或分数x分隔开。在一些实施例中，x在大约1/2和大约2/3之间。备选地，x可以在该范围以外。在备选的实施例中，取决于具体系统的规格，可以使用多于或少于四个贴片天线来实施接收贴片天线系统306。

图4a图示了布置在电路板424上的实施例RF系统/天线封装420的横截面图。在涉及嵌入式晶圆级球栅阵列(eWLB)封装的特定实施例中，RF系统/天线封装420包括大约450μm厚的模制材料层402和大约20μm厚的被布置在模制材料层下方的低温度系数(LTC)层404。使用7.5μm的再分布层(RDL)406实施各种贴片天线。在实施例中，包括各种发射电路和接收电路的RF芯片410被布置在模制材料402内的腔内。在一些实施例中，RF系统/天线封装420可以包括用于布线和/或用于在封装的基板中实施各种无源器件的附加的导电层。在本发明的备选实施例中，还可以使用诸如BGA或先进薄小型无引线ATSPL封装的其他封装类型。

在实施例中，RF系统/天线封装420经由焊球408被安装到电路板424上。可以使用布置在铜接地层414上的FR4材料412实施电路板424。备选地，可以使用诸如RogersPCB材料的其他材料。在一些实施例中，电路板424可以包括本领域已知的附加导电层和绝缘层。在一些实施方式中，FR4材料412可以是大约165μm厚并且铜接地层414可以是大约35μm厚，然而可以使用其他厚度。在实施例中，RF系统/天线封装420的底部部分与电路板424的顶部部分被间隔开大约250μm，以便在天线贴片和铜接地层414之间提供足够大的间隙。这种间隔可以通过使铜接地层414作为电路板424的底层进一步地增加。

图4b图示了布置在电路板424上的RF系统/天线封装420的剖面三维图。RF系统/天线封装420的容纳芯片410的部分被表示为区域422以示出芯片410相对于RF系统/天线封装420的剩余部分的相对位置。图4c图示了经由焊球408被安装在电路板424上的RF系统/天线封装420的横截面图。

应当理解，用于RF系统/天线封装420的各种层和RF系统/天线封装被布置于其上的板的各种示例物理尺寸和各种材料仅仅是特定的示例。在本发明的备选实施例中，对各种层可以使用其他物理尺寸和合适的材料。

图5图示了示出图3中所示的实施例四元件接收天线系统306的天线图案500的三维绘图。如图所示，天线图案500具有朝向z方向的主波瓣和与X轴和Y轴交叉的侧波瓣。在实施例中，每个侧波瓣对应于四个接收贴片天线中的每个。应当理解，根据备选实施例的贴片天线可以具有不同的天线图案。

图6a图示了可以被用于实施上文描述的各种实施例中的RF芯片的实施例RFIC600。在实施例中，RFIC600包括沿着RFIC600的上边缘布置的四个接收通道和分别在RFIC600的左侧和右侧布置的两个发射通道。如图所示，相应的接收通道中的每个接收通道包括相应的变压器602和混频器604，混频器将在管脚RF_RX1、RF_RX2、RF_RX3和RF_RX4处接收的相应的RF信号下转换到在线路IF1、IF2、IF3和IF4处的中频。第一发射通道包括变压器624和向管脚RF_TX1p和RF_TX1n提供信号的功率放大器622，并且第二发射通道包括变压器618和混频器616。在实施例中，混频器616被激活以便使用在管脚BPSK处引入的双极相移键控(BPSK)数据调制载波。因此，混频器616可以起BPSK调制器的作用。在一个特定的示例中，使用混频器616支持大约100MB的数据速率。在备选实施例中，可以以其他数据速率以及使用其他调制方案调制数据。当混频器616未被激活时，例如在第二发射通道提供入射雷达信号的时间段期间，由本振(LO)缓冲器612提供的信号被提供到输出管脚RF_TX2p和RF_TX2n。

第一发射通道和第二发射通道可以进一步包括相应的功率传感器626和功率传感器620以测量发射功率，可以使用本领域已知的功率感测电路和系统实施功率传感器626和功率传感器620。这种功率传感器可以包括但不限于二极管检测器和对数功率检测器。功率传感器626和功率传感器620的输出以及温度传感器630的输出经由多路复用器在外部管脚处是可选的。在一些实施例中，可以使用数模转换器614调整第一发射通道和第二发射通道的输出幅度。可以基于由功率传感器620和功率传感器626测量的功率做出这种对输出幅度的调整。

在实施例中，耦合到各种混频器和发射器的LO信号具有在大约57GHz和大约66GHz之间的频率，然而，取决于特定的实施例及其规格，也可以使用该范围以外的频率。如图所示，使用VCO636生成LO信号并且在被功率分配器608分配之间被LO缓冲器628首先缓冲。如图所示，使用3路Wilkinson功率分配器，然而在其他实施例中Wilkinson功率分配器可以将LO信号分成比三路更多或更少的输出。而且，可以使用本领域已知的其他功率分配器电路、系统拓扑。在实施例中，使用外部锁相环(PLL)电路(未示出)经由管脚Vtune调谐VCO636的频率。功率分配器608的输出被耦合到LO缓冲器606、610和612的输出。

分频器632可以用于向外部PLL电路提供经分频的输出。在一个特定实施例中，分频器632的分频比可以在16和8192之间选择。备选地，取决于特定的应用及其规格，可以使用其他分频比。在进一步的备选实施例中，诸如鉴相器和电荷泵的其余的PLL部件也可以被布置在RFIC600上。

在实施例中，可以经由串行外设接口(SPI)638数字地控制RFIC600的各种模式和功能。备选地，可以使用诸如I2C接口MIPI/RFFE的其他接口。

图6b图示了与在图6a中所示的示意图对应的RFIC600的示例布局。在实施例中，RFIC600以SiGe工艺实施。备选地，可以使用其他工艺实施RFIC600。

图7图示了使用实施例构思的实施例基于雷达的手势识别系统700。如图所示，雷达收发器设备702被配置成经由发射天线720a和/或发射天线720b向做手势的手732发射入射RF信号并且经由包括接收天线722a-722d的天线阵列接收反射的RF信号。雷达收发器设备702包括耦合到接收天线722a-722d的接收器前端712、耦合到发射天线720a的第一发射器前端704和耦合到发射天线120b的第二发射前端710。雷达电路706向第一发射器前端704和第二发射器前端710提供将要被发射的信号并且经由接收器前端712接收信号。处理电路708处理所接收的信号以及控制由第一发射器前端704和第二发射器前端710产生的发射。在一些实施例中，基于雷达的手势识别系统700被实施成具有两个发射通道和四个接收通道的频率调制连续波(FMCW)雷达传感器以实现数字波束赋形全息雷达，使得在天线之前的视场(FOV)中的每个对象的相对速度、距离和相位被测量。

在操作期间，可以通过雷达收发器设备702和/或耦合到雷达收发器设备702的其他处理电路检测手732的位置和手势。例如，雷达收发器设备702可以被耦合到计算机系统、电器或其他设备，并且所检测的手势可以被用作到计算机系统或各种设备的输入。例如，两个手指相互轻击可以被解释成“按钮按下”或者旋转大拇指和手指的手势可以被解释成转动转盘。

与本文描述的其他实施例相似，可以在封装中实施雷达收发器设备702或雷达收发器设备702的包含第一发射器前端704、第二收发器前端710、接收器前端712以及发射天线720a和720b和接收天线722a-722d的部分。在一些实施例中，雷达收发器设备702可以被实施成布置在电路板上的一个或多个集成电路，并且可以在与集成电路相邻的电路板上实施发射天线720a和720b和接收天线722a-722d。

图8a-图8d图示了FMCW雷达的基本操作。图8a图示了包括处理器802、发射电路804、发射天线808、接收电路806和接收天线810的FMCW雷达系统800的简化图。在操作期间，发射电路804发射具有可变频率的RF信号，该RF信号被近处的对象812和远处的对象814反射。反射的RF能量被天线810和接收电路806接收，并且接收的信号由处理器802处理，该处理器执行本领域已知的各种对象分类算法。

图8b图示了FMCW系统的波形图。信号822代表通过发射电路804发射的雷达信号的频率，信号824代表被近处的对象812反射的信号的频率以及信号826代表被远处的对象814反射的信号。从发射信号的发射到被近处的对象812反射的信号的接收的延迟是t_a并且从发射的信号到被远处的对象814反射的信号的接收的延迟是t_b。在接收上的这些延迟引起发射的信号和接收的信号之间的频率偏移。在各种实施例中，发射的信号与接收的信号混频以产生代表发射的信号和接收的信号之间在频率上的差异的中频信号。如图所示，从发射的信号822到接收的由近处的对象812反射的信号824在频率上的差异是IF_1a并且从发射的信号822到接收的由远处的对象814反射的信号826在频率上的差异是IF_1b。如图所示，FMCW雷达系统的带宽BW与最大发射信号和最小发射信号之间的差异相关。

如图所示，在图8c中，FMCW系统的分辨率与上文提到的系统的带宽BW相关。特别地，范围分辨率可以被表达成：

$\mathrm{\Δ}R=\frac{c}{2BW}=\frac{c}{2\mathrm{\Δ}f}---\left(1\right)$

其中c是光速并且Δf是斜坡(ramped)频率的最小频率和最大频率之间的差异。在实施例中，可以被区分的两个接近的对象之间的最小距离是ΔR。如在图8d中所示，可以通过实施例FMCW系统识别的最小距离和最大距离分别是50cm和5m。

图9a图示了实施例雷达系统900的框图，实施例雷达系统900可以例如在实施例手势识别系统中使用。如图所示，雷达系统900包括耦合到基带处理电路901的RF前端902。雷达系统900的接收路径包括接收天线922a-922d、RF前端902内的接收信号路径、带通滤波器912和基带处理电路901内的将带通滤波器912的输出数字化的四通道模数转换器(ADC)。该数字化的接收信号可以被基带处理电路901内的FFT核924和各种其他数字信号处理元件进一步处理。

发射路径包括可以在雷达系统900的各种元件之间共享的时钟生成电路。在一个实施例中，使用锁相环(PLL)电路910生成扫频信号以控制RF前端902内的板上VCO。如图所示，PLL910参照晶体振荡器908，晶体振荡器908经由时钟分频器914也向基带处理电路901提供时钟。在备选实施例中，在基带处理电路901内实施的软件PLL经由数模转换器(DAC)916和低通滤波器和/或积分器906控制RF前端902内的板上VCO的频率。分离的电压调节器932、934、936可以被用于分别向RF前端902、基带处理电路901内的模拟电路和基带处理电路901内的数字电路提供经调节的电源电压。

在实施例中，可以使用本文描述的封装的RF系统/天线封装实施RF前端902。例如，根据图6a和图6b的实施例的RFIC可以被布置在实施例封装的天线内或者可以被安装在具有贴片天线的电路板上。

在实施例中，雷达系统900使用快速啁啾扫描视场(FOV)。例如，雷达系统900的频率生成电路可以被配置成在125us内扫过7GHz。备选地，可以使用其他频率范围和扫频时间。通过使用相对较快的啁啾(还可以被称为压缩的脉冲)，可以产生较低的峰值功率，这使得更加容易满足在频率上的各种发射屏蔽要求。而且，通过使用扫频信号，在一些实施例中未使用尖峰脉冲生成器。

如上文提到的，雷达系统900可以利用PLL910，在一些实施例中PLL910可以被实施成分数NPLL。在一个示例中，分数NPLL使用64GHzVCO和接着的产生大约4GHz的输出频率的具有16的分频比的分频器来实施。在一些实施例中，可以以与在图6a中所示的RFIC600相似的方式在RF前端电路902内实施VCO和分频器，并且在PLL910内实施相位-频率检测器(PFD)、电荷泵和回路滤波器。备选地，考虑到例如在分数模式中的PLL的最小分频比、PLL回路带宽、将带内相位噪声降低并且将杂散移到高频的最高PFD频率、在斜坡变化期间的频率分辨率以及低噪声小体积高频晶体振荡器的可用性，可以选择其他的VCO频率和分频比。在解释的实施例中，晶体振荡器908产生80MHz的频率，然而在其他实施例中可以使用其他晶体振荡频率。

在其他实施例中，可以使用软件PLL。如图所示，软件PLL具有回路，该回路包括RF前端电路902(包括VCO和分频器)、对RF前端902的分频器的输出采样的ADC922、应用用于调谐频率线性化的算法的微控制器、DAC916和低通滤波器和/或对RF前端电路902内的VCO提供调谐电压的积分器906。在一些实施例中，RF系统900可以被配置成具有PLL910和利用DAC916和低通滤波器和/或积分器906的软件PLL两者以便选择任意一个用于操作。

在晶体振荡器908产生在80MHz处具有大约2ps的RMS抖动的时钟的实施例中，可以选择预定标器的分频比使得与信号相关联的抖动比与晶体振荡器908相关联的抖动大一个数量级。像这样，对ADC922采样的抖动对性能的影响较低。在一些情况下，预定标器的分频比被选择成足够大以确保输出频率落入ADC的带宽内。在一个实施例中，使用了8172的分频比使得预定标器的输出频率在7MHz的范围内。在一些实施例中，ADC922的采样率可以被选择成使得RF前端902的输出频率是欠采样的。例如，在实施例中，以大约2Msps的采样率采样7MHz的输出。备选地，取决于特定实施例及其规格，可以使用其他的分频比、输出频率和采样频率。

在实施例中，在RF前端902的中频(IF)输出和ADC922之间耦合可变增益放大器(VGA)921以便缩放IF信号的增益使得IF信号的完整的动态范围与ADC922的满标输入相对应。可以在ADC之前耦合带通滤波器912以便防止混叠(aliasing)和/或将IF信号的频率内容限制到感兴趣的扫描范围。例如，在一个实施例中，带通滤波器912具有大约8KHz的最小频率和大约250KHz的最大频率以便将频率内容限制到感兴趣的扫描范围，诸如5cm到1m。备选地，可以使用其他带宽以便于其他扫描范围。

在实施例中，可以使用本领域已知的电源电路和系统实施电压调节器932、934和936。例如，可以使用低电压降(LDO)调节器为各种部件提供大约3.3V的DC电压。在一些实施例中，可以使用电荷泵提供更高的本地电压。例如，在利用具有更高调谐电压的VCO的实施例中，可以使用电荷泵将3.3V的电源电压上转换到5V以便使用VCO的完整的调谐范围。应当理解，3.3V和5V仅仅是解释性的示例并且在其他实施例系统中可以生成其他电压。

在实施例中，基带处理电路901可以进一步包括通用串行总线(USB)接口918以便促进与实施例雷达系统900的通信。例如，可以使用USB接口918设置雷达系统900的状态并且接收测量的数据。可以使用本领域已知的USB接口电路实施USB接口918。基带处理电路901还可以包括串行外设接口(SPI)920以便经由SPI接口904控制RF前端902以及控制诸如VGA921和PLL910的其他系统部件。基带处理电路901中还可以包括查找表(LUT)917以便快速地确定RF前端902的各种天线配置。

在一个示例中，通过具有与根据上文等式(1)的大约2cm的范围分辨率相对应的大约7GHz的调制带宽，雷达系统900可以被配置成具有大约50cm的最大范围R_max。因此，50cm的最大检测范围R_max与25个距离门相对应。

在实施例中，最小IF频率和最大IF频率可以被表示为：

${\mathrm{IF}}_{\min }=\frac{BW}{\mathrm{\τ}}\frac{2\mathrm{\Δ}R}{c}---\left(2\right)$

${\mathrm{IF}}_{\max }=\frac{BW}{\mathrm{\τ}}\frac{2R_{\max }}{c},---\left(3\right).$

根据上面的等式(2)和等式(3)，对于7GHz的带宽和τ＝125μs的扫描时间，最小IF频率IF_min是大约8KHz并且最大IF频率IF_max是大约200KHz。在一些实施例中，选择最小IF频率IF_min以便将接收的信号的频率内容移到接收的IF输出的1/f噪声角频率之上。在一些情况下，更低的1/f噪声角频率与更低的频率斜坡相对应。因此，诸如SiGe双极型晶体管的具有更低的1/f噪声角频率的设备可以与具有更低的带宽的实施例RF系统兼容。相反地，诸如CMOS的具有更高的1/f噪声角频率的技术可以使用更快的斜坡和更高的带宽支撑。

在本示例中，2Ms/s的采样率可以被用于ADC922，该采样率提供10x的过采样率以避免混叠。而且，IF频率IF_min和最大IF频率IF_max可以被用于成形(shape)在ADC922前面的带通滤波器912。

在发射侧，可以使用具有大约0.5V和大约5.5V之间的调谐范围以及大约1GHz/V的最小增益K_vco的VCO实施7GHz带宽。可以使用DAC916和电平移位器产生调谐电压。在一个实施例中，使用在5Ms/s处操作的两个12位DAC为VCO提供调谐电压。在5Ms/s处，125μs的频率扫描对应于大约625个点，或者将要被存储在用于两个12位的DAC的微控制器的LUT中的大约1.25kB。在这些假设下，两个相邻频点之间的频率步长是大约5.6MHz。在一个实施例中，对积分器906使用大约130ns的时间常数。

在进一步的示例中，通过具有与根据上文等式(1)的大约2cm的范围精度相对应的大约7GHz的调制带宽，雷达系统900可以被配置成具有大约5m的最大范围R_max。因此，5m的最大检测范围R_max与250个距离门相对应。

根据上面的等式(2)和等式(3)，对于7GHz的带宽和τ＝250μs的扫描时间，最小IF频率IF_min是大约4KHz并且最大IF频率IF_max是大约1MHz。在一个示例中，大约2Ms/s和大约2.4Ms/s之间的采样率可以被用于ADC922，该采样率是2x和2.4x之间的过采样率以避免混叠。

在发射侧，可以使用具有大约0.5V和大约5.5V之间的调谐范围以及大约1GHz/V的最小增益K_vco的VCO实施7GHz带宽，其中如在前一个示例中通过在5Ms/s处操作的两个12位DAC提供调谐电压。备选地，可以使用低于7GHz的带宽。例如，在一些实施例中，可以使用2GHz和8GHz之间的带宽。备选地，取决于特定的系统及其规格，还可以使用该范围以外的带宽。在5Ms/s处，250μs的频率扫描对应于大约1250个点或者将要被存储在用于两个12位的DAC的微控制器的LUT中的大约2.5kB。在这些假设下，两个相邻频点之间的频率步长是大约2.8MHz。在一个实施例中，对积分器906使用大约250ns的时间常数。

应当理解上文描述的各种参数仅仅是可以应用到实施例雷达系统的几个参数的示例。在备选的实施例中，可以使用其他带宽、调谐范围、IF频率、采样率、位分辨率、扫描时间以及LUT宽度。

图9b图示了实施例雷达系统950的框图，示出了可以实施图9a的系统的一种方式。如图所示，雷达系统950包括耦合到微控制器集成电路(IC)954的RF前端952。RF前端952包括收发器电路958，收发器电路958包括四个接收通道Rx1-Rx4和两个发射通道Tx1和Tx2。备选地，收发器电路958可以包括更多或更少的发射通道和/或接收通道。可以在信号集成电路上或使用多个集成电路和/或分立电路实施收发器电路958。

微控制器集成电路包括ADC电路960，ADC电路960将收发器958的IF输出从模拟域转换到数字域。ADC电路960的数字输出可以被直接路由到USB接口966或者可以被路由到数字处理块962。在备选的实施例中，可以使用诸如低压差分信号(LVDS)或移动产业处理器接口(MIPI)的其他类型的并行接口或串行接口实施USB接口966。

在一些实施例中，低电压降调节器956向RF前端952和微控制器集成电路954提供电源电压。在各种实施例中，可以使用通用或专用集成电路实施微控制器集成电路954。

在操作期间，收发器电路958从软件PLL965接收时序基准以便生成用于从发射通道TX1和TX2发射的变频的信号。该变频的信号可以是斜坡的正弦波或用于雷达发射的其他合适的信号。在实施例中，时序基准可以是用于RF前端952内的VCO(未示出)的控制电压。

在一些实施例中，微控制器集成电路954可以被用于控制RF前端、在收发器电路958和ADC电路960之间耦合的VGA(未示出)、软件PLL965。备选地，VGA可以被布置在外部电路上或者RF前端952上。在各种实施例中，微控制器集成电路954还可以被配置成控制布置在系统板上的其他电路，该系统板容纳实施例雷达系统的其他部件。

可以使用通用集成电路实施或者可以使用专用集成电路实施微控制器集成电路954。在各种实施例中，微控制器集成电路954可以包括存储在诸如闪存的可编程非易失性存储器中的固件。该固件可以被用于，例如，在操作期间配置雷达系统950并且可以被用于实现生成雷达系统950的原始数据的功能。

在实施例中，收发器电路958被耦合到天线阵列并且被配置成使用本领域已知的相控阵列技术提供定向波束。例如，可以将各种延迟应用到接收通道RX1到RX4的接收。接收角θ基于每个接收通道之间的相对延迟、接收的信号的波长λ和天线元件之间的距离d。在一些实施例中，微控制器集成电路954包括耦合到软件PLL的FMCW生成器，该FMCW生成器实施本文描述的各种实施例FMCW方案的频率的生成。

图9c图示了可以在各种实施例RF系统中使用的软件PLL970的框图。软件PLL包括高频部分972、基带部分971和外部低通滤波器986。在各种实施例中，可以在诸如图9a中所示的RF前端902的前端集成电路上实施高频部分972并且可以在诸如基带处理电路901的基带电路上实施基带部分971。在操作期间，VCO974提供具有根据输入电压Vtune设置的频率的本振输出信号LO。使用分频器976将本振信号LO分频以产生分频的信号DivOut，该分频的信号DivOut经由ADC978数字化。可以通过使用在图9a中所示的ADC921实施ADC978的功能，例如，通过对采样进行时分复用或者使用分离的模数转换器实施ADC978的功能。快速傅里叶变换(FFT)980取出数字化的分频器输出并且使用查找表982将FFT的输出映射到将要被DAC984产生的控制电压。可以对来自DAC984的输出的热噪声和量化噪声使用低通滤波器986以便确保良好的相位噪声性能。在各种实施例中，可以使用本领域已知的数字信号处理硬件和软件实施FFT980。

在利用软件PLL的一个实施例中，对60GHzVCO的相位噪声做出以下假设：

PNssb10kHz＝-50dBc/Hz；

PNssb100kHz＝-80dBc/Hz；

PNssb1MHz＝-100dBc/Hz；以及

PNssb10MHz＝-120dBc/Hz。

如在图9d中所示，可以通过在分开的时间从发射天线T1和发射天线T2发射雷达信号来实施合成的接收通道。例如，在第一时间段期间，经过天线T1而不经过天线T2发射第一雷达信号，并且通过天线元件R1、R2、R3和R4捕获得到的反射信号以形成第一组接收信号。在第二时间段期间，经过天线T2而不经过天线T1发射第二雷达信号，并且通过天线元件R1、R2、R3和R4捕获得到的反射信号以形成第二组接收信号。因为天线T1和天线T2之间的空间差异，所以可以将第一组接收信号和第二组接收信号组合以产生被实施例雷达系统感测和检测的各种对象的空间信息。

图10图示了实施例雷达系统的电路板1000，其中发射贴片天线1002和1004以及接收贴片天线1006被布置在该电路板上。在一些实施例中，可以使用诸如Rogers3003系列PCB材料的低ε_r的PCB材料实施电路板1000。在电路板1000上还示出的是RF前端IC1022、PLLIC1010、用来支持PLLIC1010的积分器IC1008、VGA1012、微控制器1014和低电压降电压调节器1016、1018和1020。在使用贴片天线的实施例中，层堆叠的接地平面可以被优化以便覆盖整个调制带宽。在各种实施例中，天线层和PCB上的接地之间的距离是几百微米，实现向天线元件提供足够的带宽和增益的间隙。为了实现这种间隙，可以将接地平面放置在PCB的第二层上。一些实施例电路板可以在RF前端IC1022下方和微控制器周围包括盲孔以便将热传导到PCB的较低的层，在较低的层中诸如铝的导电层被用于散发由雷达电路生成的热量。

图10b图示了实施例雷达系统的电路板1050，其中所有的贴片天线被嵌入在容纳RF前端的封装1030内。图10c图示了电路板1050的倾斜视图和横截面图，在电路板1050上布置了封装1054。在实施例中，封装1054包括RF前端IC1052以及各种贴片天线。这种实施例可以应用上文关于图2、图3和图4的实施例所描述的原理。

图10d图示了与图10b的实施例对应的裸电路板。如图所示，RF前端IC被布置在其上的着陆(landing)区域包括在FR4材料的第一层下面的接地平面、以及热通孔。

图11图示了实施例系统的控制架构1100的框图。在实施例中，可以使用本领域已知的微控制器、微处理器和其他控制电路实施控制架构。可以使用保存在诸如非易失性存储器的非瞬态计算机可读介质上或者当系统上电时，可以被装载到易失性存储器中的软件或固件来对控制架构进行编程。

雷达系统1104负责整体的流程控制和所有固件模块的协调，并且帧定序器1108被用于处理啁啾以及提供实时的数据后处理。天线控制器1112被用于使能接收天线和发射天线并且为实施例雷达系统内的模拟电路和RF电路提供功率控制。啁啾生成器1110被配置成控制硬件PLL芯片和/或可以被配置用于针对软件啁啾生成的DAC数据。

通信协议1102提供与主机计算机的交互并且可以被配置成格式化消息数据以及检查数据完整性，并且对象检测算法1106为后处理采样的IF数据提供数字信号处理(DSP)功能并且可以被配置成监测对象和手势。前端芯片驱动器1114与前端配置寄存器对接并且设置将要经过SPI接口与前端配置寄存器通信的SPI数据。在实施例中，PLL芯片驱动器1113与PLL芯片配置寄存器对接以及设置将要经过SPI接口通信到PLL芯片的数据。SPI驱动器1120处理低级别的外设寄存器设置以经过SPI接口发送数据，并且ADC驱动器1122针对ADC处理低级别外设寄存器设置以及针对ADC设置直接存储器访问(DMA)。DAC驱动器1118针对DAC处理低级别外设寄存器设置，并且计时器驱动器1124针对实时处理以定义的时间间隔生成信号。计时器驱动器1124还可以针对ADC生成采样时钟。USB/VCOM块1116处理低级别USB外设寄存器设置并且实施USB通信栈。

在各种实施例中，控制架构1100可以以自动触发模式或以手动触发模式控制实施例雷达系统。在自动触发模式中，控制器设置构建帧的啁啾的序列并且在固定的用户定义的时间间隔处理该帧。在操作期间，将原始数据发送到外部主机电脑和/或处理原始数据以检测对象和手势，在这种情况下，将处理的对象和手势数据发送到外部主机电脑。天线设置的再配置可以在帧的啁啾之间发生。

在实施例中，帧定序器当从外部主机计算机接收到开始指令时开始操作并且继续操作直到从外部主机计算机接收停止指令。在一些实施例中，帧定序器在给定数目的帧之后自动停止。为了省电，控制器可以在帧之间部分地关闭RF电路。

图12图示了实施例自动触发操作模式的流程图1200。沿着线1202、线1204和线1206的方框指示在每个步骤中的数据的流动。在线1202上的方框代表由通信协议块1102执行的活动，并且在线1204上的方框代表由诸如雷达系统1104、帧定序器1108、天线控制器1112和啁啾生成器1110的控制块执行的活动。在线1206上的框代表由各种低级别驱动器执行的活动。

在步骤1210，外部计算机发送ADC和啁啾参数。参数定义ADC的操作，诸如采样率并且定义将要被发射的频率斜坡的特性。在步骤1212，雷达系统1104利用给定参数配置ADC。在步骤1214，外部计算机发送帧序列设置到帧定序器1108，以及在步骤1216，雷达系统1104利用定义发射的频率斜坡的啁啾序列设置帧定序器1108。

在步骤1218，从外部计算机接收开始指令。一旦接收了该开始指令，雷达系统在步骤1220中就将RF电路上电，在步骤1222中利用目前的啁啾设置配置啁啾生成器1110或硬件PLL以及在步骤1224中启动帧定序器1108。帧定序器1108以期望的速率触发帧直到系统停止(步骤1226)。

在实施例中，帧定序器1108根据步骤1228到步骤1242触发帧。在步骤1228，帧定序器1108触发帧。在步骤1230中，针对下一个啁啾使能接收天线和发射天线，在步骤1232中，帧定序器1108针对IF采样数据设置DMA通道。在步骤1234中，帧定序器1108触发啁啾生成器1110以产生频率斜坡。接下来，在步骤1236中帧定序器1108开始ADC采样。当啁啾完成时，帧定序器1108将采样的数据发送到外部计算机(步骤1238)，以及帧的下一个啁啾被处理(步骤1240)。在一些实施例中，在步骤1242中，帧定序器1108将天线关闭以省电。当在步骤1244中从外部计算机接收停止指令时，在步骤1246中雷达系统将RF电路断电。

在手动触发模式的实施例中，在从外部主机计算机接收开始指令之后将模拟RF电路上电。然而，在一些实施例中，RF电路不断地上电。在从外部主机计算机接收到指令时，啁啾被触发，并且在啁啾完成之后，采样的IF数据被发送到外部主机计算机。在一个实施例中，不对采样的数据施加处理。可以通过发送具有新设置的开始指令在任意时刻改变天线设置。在一些实施例中，可以在任意时刻改变啁啾设置。

图13图示了实施例手动触发操作模式的流程图1300。沿着线1302、线1304和线1306的方框指示在每个步骤中的数据流动。在线1302上的方框代表由通信协议块1102执行的活动，以及在线1304上的方框代表由诸如雷达系统1104、帧定序器1108、天线控制器1112和啁啾生成器1110的控制块执行的活动。在线1306上的方框代表由各种低级别的驱动器执行的活动。

在实施例中，在步骤1310中从外部计算机接收开始指令。当接收到该开始指令时，雷达系统1104将雷达系统内的RF电路上电(步骤1312)，利用目前啁啾设置配置啁啾生成器1110或硬件PLL(步骤1314)并且使能雷达系统内的接收天线和发射天线(步骤1316)。在步骤1318中，雷达系统1104针对采样的数据设置内部路由。

在步骤1320，从外部计算机接收ADC参数和啁啾参数，以及在步骤1322中，雷达系统1104利用接收的参数配置ADC。在步骤1324中，雷达系统1104利用新接收的啁啾设置配置啁啾生成器1110或硬件PLL。

当在步骤1326中从外部计算机接收触发指令时，雷达系统1104针对IF采样数据设置DMA通道(步骤1328)，在步骤1330中触发啁啾生成器1110以生成频率斜坡，并且开始ADC采样(步骤1332)。当啁啾或频率斜坡完成时，在步骤1334中雷达系统1104将采样的数据发送到外部计算机。当从外部计算机接收到停止指令时(步骤1336)，雷达系统1104将雷达系统中的RF电路断电(步骤1338)。

现在参考图14，提供了根据本发明的实施例的处理系统1400的框图。处理系统1400描绘了可以用于实施实施例雷达系统的部分和/或对接到实施例雷达系统的外部计算机或处理设备的通用平台和通用部件和功能。处理系统1400可以包括，例如，被配置成执行上文讨论的过程的连接到总线1408的中央处理单元(CPU)1402、存储器1404和大容量存储设备1406。如果期望或需要，处理系统1400可以进一步包括提供到本地显示器1412的连接的视频适配器1410和向诸如鼠标、键盘、打印机、磁带驱动、CD驱动等的一个或多个输入/输出设备1416提供输入/输出接口的输入/输出(I/O)适配器1414。

处理系统1400还可以包括网络接口1418，其可以使用被配置成耦合到诸如以太网线、USB接口等的有线链接和/或耦合到用于与网络1420通信的无线/蜂窝网络链接的网络适配器实施网络接口1418。网络接口1418还可以包括用于无线通信的合适的接收器和发射器。应当注意，处理器系统1400还可以包括其他部件。例如，处理系统1400可以包括电源、线缆、主板、可移除存储介质、机箱等。虽然未示出这些其他部件，但是它们被认为是处理系统1400的一部分。

在这里将总结本发明的实施例。还可以从这里提交的说明书和权利要求的整体理解其他实施例。一个总体的方面包括封装的射频(RF)电路，该封装的射频电路具有布置在封装基板上的射频集成电路(RFIC)、布置在与RFIC的第一边缘相邻的封装基板上的接收天线系统、布置在与RFIC的第二边缘相邻的封装基板上并且电耦合到RFIC的第一发射端口的第一发射天线、布置在与RFIC相邻的封装基板上并且电连接到RFIC的第一多个焊球、布置在与接收天线系统相邻的封装基板上的电浮置的第二多个焊球以及布置在RFIC和接收天线系统之间的封装基板上的接地壁。RFIC包括耦合到在RFIC的第一边缘处的接收端口的多个接收器电路和耦合到与第一边缘不同的RFIC的第二边缘处的第一发射端口的第一发射电路，并且接收天线系统包括多个接收天线元件，多个接收天线元件均电耦合到对应的接收端口。

实施方式可以包括一个或多个以下特征。封装的RF电路，其中：RFIC进一步包括耦合到在与第一边缘不同并且与第二边缘不同的RFIC的第三边缘处的第二发射端口的第二发射电路，并且RF电路进一步包括布置在与RFIC的第三边缘相邻的封装基板上并且电耦合到RFIC的第二发射端口的第二发射天线。在一些实施例中，第二发射电路包括在未调制的载波和调制的载波之间可选的输入。RFIC可以进一步包括耦合到第二发射电路的双极相移键控(BPSK)调制器。

在实施例中，第二边缘和第三边缘均与第一边缘相邻。多个接收天线元件中的每个天线元件可以包括贴片天线；并且第一发射天线可以包括贴片天线。在一些实施例中，接收天线系统包括正好四个接收天线元件。接地壁可以包括在接收天线系统和RFIC之间布置的多个接地的焊球。在一些实施方式中，封装的RF电路是球栅阵列(BGA)封装。

另一总体的方面包括一种系统，该系统包括：封装的射频(RF)电路，该封装的射频电路具有布置在封装基板上的射频集成电路(RFIC)和经由第一多个焊球、第二多个焊球和接地的焊球耦合到封装的射频(RF)电路的电路板。RFIC包括耦合到在RFIC的第一边缘处的接收端口的多个接收器电路和耦合到在与第一边缘不同的RFIC的第二边缘处的第一发射端口的第一发射电路。RFIC进一步包括布置在与RFIC的第一边缘相邻的封装基板上的包括均耦合到对应的接收端口的多个接收贴片天线元件的接收贴片天线系统；布置在与RFIC的第二边缘相邻的封装基板上并且电耦合到RFIC的第一发射端口的第一发射贴片天线；布置在与RFIC的第二边缘相邻的封装基板上并且电耦合到RFIC的第二发射端口的第二发射贴片天线；布置在与RFIC相邻的封装基板上并且电连接到RFIC的第一多个焊球；布置在与接收贴片天线系统相邻的封装基板上的第二多个焊球，其中第二多个焊球是电浮置的；以及布置在RFIC和接收贴片天线系统之间的封装基板上的接地壁，其中接地壁包括接地的焊球。封装的射频(RF)电路还包括经由第一多个焊球、第二多个焊球和接地的焊球耦合到封装的射频(RF)电路的电路板。

实施方式可以包括一个或多个以下特征。所述系统，其中电路板包括FR4层和接地平面，其中接地平面被布置在电路板的与封装的射频(RF)电路相对的侧上。在一些实施例中，接收贴片天线系统包括正好四个接收贴片天线元件。在一些实施方式中，封装的RF电路包括球栅阵列(BGA)封装。

进一步的总体的方面包括一种系统，该系统包括电路板；布置在电路板上的射频集成电路(RFIC)，RFIC包括耦合到在RFIC的第一边缘处的接收端口的多个接收器电路和耦合到在与第一边缘不同的RFIC的第二边缘处的第一发射端口的第一发射电路；布置在与RFIC的第一边缘相邻的电路板上的接收贴片天线系统，接收贴片天线系统包括均电耦合到对应接收端口的多个接收贴片天线元件；布置在与RFIC的第二边缘相邻的电路板上并且电耦合到RFIC的第一发射端口的第一发射贴片天线；布置在与RFIC的第二边缘相邻的电路板上并且电耦合到RFIC的第二发射端口的第二发射贴片天线；布置在与RFIC相邻的电路板上并且电连接到RFIC的第一多个焊球；布置在与接收贴片天线系统相邻的电路板上的第二多个焊球，其中第二多个焊球是电浮置的；以及布置在RFIC和接收贴片天线系统之间的封装基板上的接地壁，其中接地壁包括接地的焊球。

实施方式可以包括一个或多个以下特征。所述系统，其中电路板包括FR4层和接地平面，其中接地平面被布置电路板的与RFIC相对的侧上。所述系统，其中接收贴片天线系统包括正好四个接收贴片天线元件。所述系统，其中RFIC包括频率调制连续波(FMCW)雷达前端。该系统进一步包括耦合到RFIC的基带手势识别电路。所述系统，其中基带手势识别电路包括：耦合到RFIC的中频接收输出的多个模数转换器(ADC)和耦合到多个ADC的中频处理器。

另一总体的方面包括一种雷达系统，包括：多个接收天线；多个发射天线；包括耦合到多个接收天线的多个接收电路和耦合到多个发射天线的多个发射电路的雷达前端电路；具有耦合到多个发射电路的输出的振荡器；和耦合到多个接收电路的输出以及振荡器的控制输入的雷达处理电路。

实施方式可以包括一个或多个以下特征。所述雷达系统，其中雷达处理电路包括耦合到振荡器的控制输入的锁相环。在一些实施例中，锁相环包括耦合到振荡器和雷达处理电路的模拟锁相环。锁相环可以包括软件PLL，该软件PLL具有数模转换器和在数模转换器的输出和振荡器的控制输入之间耦合的积分器。

在一些实施例中，雷达处理电路包括耦合到振荡器的控制输入的频率调制连续波(FMCW)生成器。FMCW生成器可以被配置成产生2GHz和8GHz之间的调制带宽、6KHz和9KHz之间的最小中频(IF)以及150KHz和250KHz之间的最大IF。雷达系统可以进一步包括耦合到多个模数转换器的输出的数字信号处理器。在实施例中，数字信号处理器被配置成对多个模数转换器的输出中的每个输出执行加权的FFT并且将加权的FFT的结果相加以形成加权和。在进一步的实施例中，FMCW生成器被配置成产生2GHz和8GHz之间的调制带宽、3KHz和5KHz之间的最小中频(IF)以及800KHz和1.2MHz之间的最大IF。振荡器的中心频率可以被设置成在50GHz和70GHz之间。在一些实施例中，雷达系统进一步包括将输入耦合到多个接收电路的对应输出的多个模数转换器。

在各种实施例中，雷达系统可以进一步包括耦合到多个模数转换器的输出的数字接口。例如可以使用USB接口来实施数字接口。在实施例中，雷达处理电路被配置成在第一时间段激活多个发射电路中的第一个并且之后在第一时间段之后的第二时间段激活多个发射电路中的第二个。关于实施天线的方式，多个接收天线可以包括多个八木接收天线并且多个发射天线包括八木发射天线。在其他实施例中，多个接收天线包括多个贴片接收天线并且多个发射天线包括多个贴片发射天线。可以将多个贴片接收天线布置成与雷达前端电路相邻，使得多个贴片发射天线的第一部分被布置在雷达前端电路的第二边缘上并且多个贴片发射天线的第二部分被布置在雷达前端电路的第三边缘上。在一些实施例中，第二边缘与第一边缘相邻并且第三边缘与第一边缘相邻。

另一总体的方面包括一种操作雷达系统的方法，该方法包括：从主机接收包括啁啾参数和帧序列设置的雷达配置数据。该方法进一步包括在接收雷达配置数据之后从主机接收开始指令，以及在接收开始指令之后，利用啁啾参数配置频率生成电路、利用帧序列设置配置帧定序器并且以预选的速率触发雷达帧。

实施方式可以包括一个或多个以下特征。该方法进一步包括：从主机接收停止指令；以及在接收到停止指令时停止触发雷达帧。该方法可以进一步包括当接收到停止指令时将雷达系统的RF电路断电，并且可以进一步包括当接收到开始指令时将雷达系统的RF电路上电。在一些实施例中，触发雷达帧包括：触发频率生成电路以基于啁啾参数生成频率斜坡；从耦合到雷达系统的接收器的模数转换器接收采样；以及将接收的采样发送到主机。触发器触发雷达帧可以进一步包括：在雷达帧的开始处使能雷达系统的接收天线和发射天线；以及在雷达帧的结束处禁用雷达系统的接收天线和发射天线。

进一步的总体的方面包括一种操作雷达系统的方法，该方法包括：从主机接收包括啁啾参数的雷达配置数据。当接收到雷达配置数据时，利用啁啾参数配置频率生成电路；从主机接收触发指令；以及当接收到触发指令时，触发频率生成电路以基于啁啾参数执行频率斜坡，从雷达系统接收采样，并且将接收的采样发送到主机。

实施方式可以包括一个或多个以下特征。该方法进一步包括：从主机接收开始指令；当接收到开始指令时将雷达系统的RF电路上电，并且使能雷达系统的接收天线和发射天线；从主机接收停止指令；以及当接收到停止指令时将RF电路断电。该方法可以进一步包括：当接收到开始指令时，针对采样的数据配置内部路由。在一些实施例中，该方法进一步包括：当接收到触发指令时，启动耦合到雷达系统的接收器的模数转换器以开始采样。

进一步的方面包括一种雷达系统，该雷达系统具有配置成耦合到雷达硬件的处理器电路和耦合到处理器电路的非瞬态计算机可读介质。非瞬态计算机可读介质包括可执行程序，该程序指示处理器电路执行从主机接收包括啁啾参数和帧序列设置的雷达配置数据和在接收雷达配置数据之后从主机接收开始指令的步骤。在接收开始指令之后，可执行程序指示处理器电路利用啁啾参数配置频率生成电路、利用帧定序器设置配置帧定序器以及以预选的速率触发雷达帧。

实施方式可以包括一个或多个以下特征。所述雷达系统，其中可执行程序指示处理器电路执行以下进一步的步骤：从主机接收停止指令以及当接收到停止指令时停止触发雷达帧。可执行程序可以进一步指示处理器电路执行当接收到停止指令时将雷达系统的RF电路断电的进一步的步骤和/或执行当接收到开始指令时将雷达系统的RF电路上电的进一步的步骤。在一些实施例中，触发雷达帧的可执行程序指示步骤包括以下步骤：触发频率生成电路以基于啁啾参数生成频率斜坡；从耦合到雷达系统的接收器的模数转换器接收采样；以及将接收的采样发送到主机。在各种实施例中，触发雷达帧的可执行程序指示步骤进一步包括以下步骤：在雷达帧的开始处使能雷达系统的接收天线和发射天线；以及在雷达帧的结束处禁用雷达系统的接收天线和发射天线。在一些实施例中，雷达系统进一步包括雷达硬件，雷达硬件可以包括RF电路和频率生成电路。

另一总体的方面包括一种雷达系统，该雷达系统具有配置成耦合到雷达硬件的处理器电路和耦合到处理器电路的非瞬态计算机可读介质。非瞬态计算机可读介质包括可执行程序，该程序指示处理器电路执行以下步骤：从主机接收雷达配置数据，其中雷达配置数据包括啁啾参数；当接收到雷达配置数据时，利用啁啾参数配置频率生成电路；从主机接收触发指令；以及当接收到触发指令时，触发频率生成电路以基于啁啾参数执行频率斜坡，从雷达系统接收采样，并且将接收的采样发送到主机。

实施方式可以包括一个或多个以下特征。所述雷达系统，其中可执行程序指示处理器电路执行以下进一步的步骤：从主机接收开始指令；当接收到开始指令时，将雷达系统的RF电路上电并且使能雷达系统的接收天线和发射天线；从主机接收停止指令；当接收到停止指令时，将RF电路断电。可执行程序可以指示处理器电路执行以下进一步的步骤：当接收到开始指令时，针对采样的数据配置内部路由和/或当接收到触发指令时启动耦合到雷达系统的接收器的模数转换器以开始采样。在一些实施例中，雷达系统进一步包括雷达硬件。雷达硬件可以包括，例如，RF电路和频率生成电路。

本发明的实施例的优点包括在小型、有成本效益的封装中实施高频雷达系统的能力。利用伪焊球的实施例是有利的，因为它们是机械稳定的并且焊球自身经过许多温度循环保持它们的完整性。在一些实施例中，每个焊球可以被配置成承受大于500次的温度循环。

进一步的优点包括以小的形状因数提供精确的手势识别系统的能力。一些实施例的进一步的优点包括设计者不用担心高频转变设计来设计高频RF系统的能力。因此，实施例RF雷达系统的系统设计者可以专注在用于处理由实施例RF硬件产生的原始数据的算法的研发上。

尽管已经参考着解释性的实施例描述了本发明，但是该描述并不旨在被以限制的意义解释。对参考了本描述的本领域技术人员来说，各种修改和解释性的实施例的组合以及本发明的其他实施例将是显而易见的。

Claims (24)

1.一种操作雷达系统的方法，所述方法包括：

从主机接收雷达配置数据，所述雷达配置数据包括啁啾参数和帧序列设置；

在接收所述雷达配置数据之后从所述主机接收开始指令；以及

在接收所述开始指令之后，

利用所述啁啾参数配置频率生成电路，

利用所述帧定序器设置配置帧定序器，以及

以预选的速率触发雷达帧。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

从所述主机接收停止指令；以及

当接收到所述停止指令时，停止触发所述雷达帧。

3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括当接收到所述停止指令时，将所述雷达系统的RF电路断电。

4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括当接收到所述开始指令时，将所述雷达系统的RF电路上电。

5.根据权利要求1所述的方法，其中触发雷达帧包括：

触发频率生成电路以基于所述啁啾参数生成频率斜坡；

从耦合到所述雷达系统的接收器的模数转换器接收采样；以及

将接收的所述采样发送到所述主机。

6.根据权利要求5所述的方法，其中触发雷达帧进一步包括：

在所述雷达帧的开始处使能所述雷达系统的接收天线和发射天线；以及

在所述雷达帧的结束处禁用所述雷达系统的所述接收天线和所述发射天线。

7.一种操作雷达系统的方法，所述方法包括：

从主机接收雷达配置数据，所述雷达配置数据包括啁啾参数；

当接收到所述雷达配置数据时，利用所述啁啾参数配置频率生成电路；

从所述主机接收触发指令；以及

当接收到所述触发指令时，触发所述频率生成电路以基于所述啁啾参数执行频率斜坡，从所述雷达系统接收采样以及将接收的所述采样发送到所述主机。

8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：

从所述主机接收开始指令；

当接收到所述开始指令时，将所述雷达系统的RF电路上电并且使能所述雷达系统的接收天线和发射天线；

从所述主机接收停止指令；以及

当接收到所述停止指令时，将所述RF电路断电。

9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：当接收到所述开始指令时，针对采样的数据配置内部路由。

10.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：当接收到触发指令时，启动耦合到所述雷达系统的接收器的模数转换器以开始采样。

11.一种雷达系统，包括：

处理器电路，配置成耦合到雷达硬件；以及

非瞬态计算机可读介质，耦合到所述处理器电路，所述非瞬态计算机可读介质在其上包括可执行程序，其中所述可执行程序指示所述处理器电路执行以下步骤：

从主机接收雷达配置数据，所述雷达配置数据包括啁啾参数和帧序列设置；

在接收所述雷达配置数据之后从所述主机接收开始指令；以及

在接收所述开始指令之后，

利用所述啁啾参数配置频率生成电路，

利用所述帧定序器设置配置帧定序器，以及

以预选的速率触发雷达帧。

12.根据权利要求11所述的雷达系统，其中所述可执行程序指示所述处理器电路执行以下进一步的步骤：

从所述主机接收停止指令；以及

当接收到所述停止指令时，停止触发所述雷达帧。

13.根据权利要求12所述的雷达系统，其中所述可执行程序指示所述处理器电路执行以下进一步的步骤：当接收到所述停止指令时，将所述雷达系统的RF电路断电。

14.根据权利要求11所述的雷达系统，其中所述可执行程序指示所述处理器电路执行以下进一步的步骤：当接收到所述开始指令时，将所述雷达系统的RF电路上电。

15.根据权利要求11所述的雷达系统，其中触发所述雷达帧的所述可执行程序的指示步骤包括以下步骤：

触发频率生成电路以基于所述啁啾参数生成频率斜坡；

从耦合到所述雷达系统的接收器的模数转换器接收采样；以及

将接收的所述采样发送到主机。

16.根据权利要求15所述的雷达系统，其中触发所述雷达帧的所述可执行程序的指示步骤进一步包括以下步骤：

在所述雷达帧的开始处使能所述雷达系统的接收天线和发射天线；以及

在所述雷达帧的结束处禁用所述雷达系统的所述接收天线和所述发射天线。

17.根据权利要求11所述的雷达系统，进一步包括雷达硬件。

18.根据权利要求17所述的雷达系统，其中所述雷达硬件包括：

RF电路；以及

所述频率生成电路。

19.一种雷达系统，包括：

处理器电路，配置成耦合到雷达硬件；以及

非瞬态计算机可读介质，耦合到所述处理器电路，所述非瞬态计算机可读介质在其上包括可执行程序，其中所述可执行程序指示所述处理器电路执行以下步骤：

从主机接收雷达配置数据，所述雷达配置数据包括啁啾参数；

当接收到所述雷达配置数据时，利用所述啁啾参数配置频率生成电路；

从所述主机接收触发指令；以及

当接收到所述触发指令时，触发所述频率生成电路以基于所述啁啾参数执行频率斜坡，从所述雷达系统接收采样以及将接收的所述采样发送到所述主机。

20.根据权利要求19所述的雷达系统，其中所述可执行程序指示所述处理器电路执行以下进一步的步骤：

从所述主机接收开始指令；

当接收到所述开始指令时，将所述雷达系统的RF电路上电并且使能所述雷达系统的接收天线和发射天线；

从所述主机接收停止指令；以及

当接收到所述停止指令时，将所述RF电路断电。

21.根据权利要求20所述的雷达系统，其中所述可执行程序指示所述处理器电路执行以下进一步的步骤：当接收到所述开始指令时，针对采样的数据配置内部路由。

22.根据权利要求19所述的雷达系统，其中所述可执行程序指示所述处理器电路执行以下进一步的步骤：当接收到所述触发指令时，启动耦合到所述雷达系统的接收器的模数转换器以开始采样。

23.根据权利要求19所述的雷达系统，进一步包括雷达硬件。

24.根据权利要求23所述的雷达系统，其中所述雷达硬件包括：

RF电路；以及

所述频率生成电路。