CN106574967B - 在雷达中用于使振荡器信号同步的回送技术 - Google Patents
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Abstract
在用于估计障碍物的位置及速度的雷达设备(100)的所描述实例中,所述雷达设备(100)包含从属雷达芯片(152)。主雷达芯片(102)耦合到所述从属雷达芯片(152)。所述主雷达芯片(102)包含产生发射信号的本机振荡器(104)。所述从属雷达芯片(152)在第一路径(114)上接收所述发射信号且在第二路径(116)上将所述发射信号发送回到所述主雷达芯片(102)。延迟检测电路(108)耦合到所述本机振荡器(104)且在所述第二路径(116)上从所述从属雷达芯片(152)接收所述发射信号并从所述本机振荡器(104)接收所述发射信号。所述延迟检测电路(108)根据在所述第二路径(116)上从所述从属雷达芯片(152)所接收的所述发射信号及根据从所述本机振荡器(104)所接收的所述发射信号而估计路由延迟。
Description
技术领域
本发明一般来说涉及雷达设备,且更特定来说涉及缓解雷达中的本机振荡器信号的路由延迟。
背景技术
雷达在工业及汽车应用中的使用迅速地演进。雷达在许多应用中用于检测目标物件,例如飞机、军事目标、车辆及行人。雷达适用于与车辆相关联的若干个应用中,例如碰撞警告、盲点警告、变道辅助、停车辅助及后碰撞警告。脉冲雷达及FMCW(频率调制连续波)雷达主要用于此类应用中。
在雷达系统中,本机振荡器产生发射信号。所述发射信号由一或多个发射单元放大及发射。在FMCW雷达中,发射信号的频率随时间线性地变化。举例来说,发射信号的频率在100微秒内以恒定速率从77GHz增加到81GHz。此发射信号称为斜坡信号或线性调频(chirp)信号。障碍物散射发射信号。经散射信号由雷达系统中的一或多个接收单元接收。
通过对所发射信号与所接收经散射信号进行混频而获得的信号称为频差(beat)信号。频差信号由模/数转换器(ADC)取样且由数字信号处理器处理以估计障碍物的距离及速度。频差信号的频率与障碍物的范围(距离)成比例。针对移动障碍物,频差信号的相位跨越由雷达系统发射的斜坡信号而变化。来自一或多个接收单元的频差信号的频率及相位由数字信号处理器分析以估计障碍物的位置及速度。
来自本机振荡器的发射信号被提供到可位于一个或多个芯片及/或半导体装置上的一或多个发射单元及一或多个接收器单元。所述一或多个发射或接收单元可位于距本机振荡器不同距离处,此诱导从本机振荡器到每一发射或接收单元的发射信号的不同路由延迟。并且,在一或多个发射单元或接收单元处从本机振荡器接收的发射信号的相位可不同。此导致对障碍物的位置及速度估计中的误差。雷达系统(其中本机振荡器、一或多个发射单元及一或多个接收单元位于单个芯片上)具有高功率消耗、高热耗散而且还需要大的区域。
发明内容
在所描述实例中,雷达设备包含从属雷达芯片。主雷达芯片耦合到所述从属雷达芯片。所述主雷达芯片包含产生发射信号的本机振荡器。所述从属雷达芯片在第一路径上接收所述发射信号且在第二路径上将所述发射信号发送回到所述主雷达芯片。延迟检测电路耦合到所述本机振荡器,且在所述第二路径上从所述从属雷达芯片接收所述发射信号并从所述本机振荡器接收所述发射信号。所述延迟检测电路根据在所述第二路径上从所述从属雷达芯片所接收的所述发射信号及根据从所述本机振荡器所接收的所述发射信号而估计路由延迟。
附图说明
图1图解说明根据一实施例的雷达设备。
图2(a)图解说明根据一实施例的延迟检测电路。
图2(b)图解说明根据另一实施例的延迟检测电路。
图3图解说明根据又一实施例的雷达设备。
图4图解说明根据再一实施例的接收单元。
图5图解说明根据再一实施例的发射单元。
图6图解说明根据再一实施例的本机振荡器。
图7图解说明根据再一实施例的雷达设备。
具体实施方式
图1图解说明根据一实施例的雷达设备100。雷达设备100包含主雷达芯片102及从属雷达芯片152。主雷达芯片102包含本机振荡器104。多路复用器106耦合到本机振荡器104。收发器单元110耦合到多路复用器106。收发器单元110中的每一收发器单元包含发射单元及接收单元中的至少一者。在一个实例中,收发器单元110中的收发器单元包含一或多个发射单元。在另一实例中,收发器单元110中的收发器单元包含一或多个接收单元。在又一实例中,收发器单元110中的收发器单元包含一或多个发射单元及一或多个接收单元。延迟检测电路108耦合到本机振荡器104。
从属雷达芯片152包含本机振荡器154。多路复用器156耦合到本机振荡器154。收发器单元160耦合到多路复用器156。收发器单元160中的每一收发器单元包含发射单元及接收单元中的至少一者。在一个实例中,收发器单元160中的收发器单元包含一或多个发射单元。在另一实例中,收发器单元160中的收发器单元包含一或多个接收单元。在又一实例中,收发器单元160中的收发器单元包含一或多个发射单元及一或多个接收单元。
延迟检测电路158耦合到本机振荡器154。在一实施例中,雷达设备100包含多个雷达芯片,且所述雷达芯片中的一或多者配置为主雷达芯片,且所述雷达芯片中的一或多者配置为从属雷达芯片。
如雷达设备100中所图解说明,在一个实例中,主雷达芯片102与从属雷达芯片152在连接上类似(例如,主雷达芯片102与从属雷达芯片152完全相同)。因此,芯片制造商需要制造仅一类芯片,且用户可在相应设计中根据用途而将这些芯片编程。在另一实例中,主雷达芯片102与从属雷达芯片152并不完全相同,且可含有不同数目个收发器单元。并且,本机振荡器可仅存在于主雷达芯片102中。
在又一实例中,用户通过以下方式而将一个芯片编程为主雷达芯片且将雷达设备100上的其余芯片编程为从属雷达芯片:激活主雷达芯片上的本机振荡器且撤销激活从属雷达芯片上的本机振荡器并相应地配置多路复用器选择信号。在一个版本中,主雷达芯片102中的收发器单元110及本机振荡器104集成于单个芯片上。类似地,从属雷达芯片152中的收发器单元160及本机振荡器154集成于单个芯片上。
因此,在例如雷达设备100的架构等架构中,将收发器单元分成位于两个芯片上(例如,位于主雷达芯片102及从属雷达芯片152上)。此减小每一芯片所需的总区域且还减小每一芯片的功率消耗及热耗散,因此产生较低芯片成本及较低雷达设备100成本。雷达设备100可进一步包含常规组件。
参考图1,雷达设备100以正常模式及校准模式操作且可以多个其它模式操作。然而,为了易于理解及描述的简洁,此处仅描述正常模式及校准模式。在正常模式中,雷达设备100检测周围障碍物的位置及速度。
在校准模式中,主雷达芯片102中的本机振荡器104产生发射信号。主雷达芯片102中的多路复用器106从本机振荡器104接收发射信号。多路复用器106在第一路径114上将发射信号发送到从属雷达芯片152。多路复用器106还将发射信号提供到主雷达芯片102中的收发器单元110。
从属雷达芯片152在第一路径114上从主雷达芯片102接收发射信号。多路复用器156在第一路径114上从主雷达芯片102接收发射信号。多路复用器156在第二路径116上将发射信号发送回到主雷达芯片102。多路复用器156还将发射信号提供到从属雷达芯片152中的收发器单元160。
从主雷达芯片102中的多路复用器106到从属雷达芯片152中的多路复用器156的路径是第一路径114,且从从属雷达芯片152中的多路复用器156到主雷达芯片102中的多路复用器106的路径是第二路径。在一实例中,从主雷达芯片102中的多路复用器106到从属雷达芯片152中的多路复用器156或延迟检测电路158的路径是第一路径114,且从从属雷达芯片152中的多路复用器156到主雷达芯片102中的多路复用器106或延迟检测电路108的路径是第二路径。
在一个版本中,第一路径114的长度等于第二路径116的长度。在另一版本中,第一路径114的长度及第二路径116的长度的值预存储于主雷达芯片102的存储装置中且由延迟检测电路108用于进一步计算。在又一版本中,从属雷达芯片152中的延迟检测电路158及本机振荡器154被撤销激活。
在一实例中,多路复用器106通过输出缓冲器将发射信号发送到从属雷达芯片152。输出缓冲器放大发射信号以补偿在发射信号从主雷达芯片102穿越到从属雷达芯片152时由发射信号导致的路由损耗。在另一实例中,多路复用器156通过输入缓冲器从主雷达芯片102接收发射信号。输入缓冲器放大发射信号以补偿在发射信号从主雷达芯片102穿越到从属雷达芯片152时由发射信号导致的路由损耗。
在一个实例中,由主雷达芯片102在第一路径114及第二路径116上发送及接收的发射信号的频率等于本机振荡器104的频率。本机振荡器104的频率是(但不必限于)以下范围中的一者:76GHz到81GHz或18GHz到24GHz。在一个实例中,本机振荡器104的频率取决于雷达设备100的操作频带。
在另一实例中,由主雷达芯片102在第一路径114上发送的发射信号的频率及由从属雷达芯片152在第二路径116上发送的发射信号的频率被除以整数因数。举例来说,所述整数因数是(但未必限于)2、3及20中的一者。分频器电路用于产生分频信号。频率划分是有利的,这是因为其在发射信号于印刷电路板中路由期间提供功率损耗减少。
由主雷达芯片102在第二路径116上接收的发射信号及由从属雷达芯片152在第一路径114上接收的发射信号被乘以同一整数因数以匹配来自本机振荡器104的发射信号的频率。倍频器电路(例如相位锁定环路、频率锁定环路及自混频器)用于上文所提及的频率倍增。
主雷达芯片102中的延迟检测电路108在第二路径116上从从属雷达芯片152接收发射信号。延迟检测电路108还从本机振荡器104接收发射信号。延迟检测电路108根据在第二路径116上从从属雷达芯片所接收的发射信号及根据从本机振荡器104所接收的发射信号而估计路由延迟。延迟检测电路108在信号路径120上将路由延迟提供到雷达设备100中的处理装置。
路由延迟是所述发射信号在第一路径114上从多路复用器106到所述多路复用器156及在第二路径116上从多路复用器156返回到多路复用器106所花费的时间。在一个实例中,来自本机振荡器104的发射信号的相位与在第二路径116上从从属雷达芯片152接收的发射信号的相位相等。在一实例中,处理装置是雷达设备100中的数字信号处理器(DSP)。在另一实例中,处理装置是收发器单元110中的至少一个收发器单元中的DSP。处理装置在估计多个障碍物的位置及速度期间使用路由延迟。
延迟检测电路的操作在描述中稍后结合图2(a)及2(b)来解释。在一个版本中,雷达设备100在本机振荡器104未产生用于正常模式的信号时以校准模式工作。在另一版本中,在于正常模式中运作期间,本机振荡器104在经定义时间间隔内是闲置的,其中使雷达设备100以校准模式工作。在又一版本中,联合正常模式运用校准模式,使得本机振荡器104功能有益于正常操作模式及校准操作模式两者。
图2(a)图解说明根据一实施例的延迟检测电路200。延迟检测电路200在连接及操作上类似于图1的延迟检测电路108。借助于雷达设备100来解释延迟检测电路200。延迟检测电路200包含混频器202。混频器202在第二路径116上从从属雷达芯片152接收发射信号204。混频器202还从本机振荡器206接收发射信号。本机振荡器206在连接及操作上类似于图1的本机振荡器104。调节器208耦合到混频器202。
调节器208放大混频器202的输出且对所述输出进行滤波以产生经滤波信号。经滤波信号被提供到ADC(模/数转换器)210以进行取样。经滤波信号由ADC 210转换为数字信号。延迟检测电路200将数字信号从ADC 210提供到数字信号处理器(DSP)212。
DSP 212在校准模式期间处理数字信号且估计路由延迟。DSP 212在正常模式期间使用路由延迟来估计多个障碍物的位置及速度。在一个实例中,DSP 212是为延迟检测电路200的一部分的数字硬件电路。在另一实例中,DSP 212是雷达设备100中的收发器单元110中的收发器单元的一部分。
在一个实例中,当在校准模式中时,由本机振荡器206产生的发射信号表示为(T):
T=cos(2π.Fc.t) (1)
其中Fc是本机振荡器206的频率,且t表示时间。如果第一路径114的长度及第二路径116的长度是d,那么在第二路径116上从从属雷达芯片152接收的发射信号204表示为(T_ret):
混频器202将T与T_ret相乘。当混频器202是实数混频器时,混频器202将T与T_ret相乘。当混频器202是复数混频器时,混频器202将T_ret与虚数T(Tc)及实数T(Tr)相乘。
实数T(Tr)及虚数T(Tc)给出为:
Tr=cos(2π.Fc.t) (3)
其中表示虚数T(Tc)相对于实数T(Tr)的相移。实数T(Tr)及虚数T(Tc)统称为复数信号T。复数信号T是混频器202的输出。术语虚数、实数及复数是从通信、信号处理、算数及三角学领域启发,且表示其间具有90度相位差的正弦曲线。混频器202的输出在调节器208中经低通滤波以获得经滤波信号(Tf):
经滤波信号(Tf)在ADC 210中经取样以产生数字信号。DSP 212处理数字信号以测量数字信号的相位(φ)。
数字信号的相位(φ)(由方程式(6)给出)接着由DSP 212用于使用方程式(7)来估计从主雷达芯片102到从属雷达芯片152的发射信号的路由延迟(Dy)。
发射信号的路由延迟(Dy)是d/c,其给出为:
Dy表示从主雷达芯片102到从属雷达芯片152的发射信号的路由延迟。路由延迟(Dy)还包含在发射信号从主雷达芯片102到从属雷达芯片152的路由中由电路组件(例如(但不限于)发射信号在主雷达芯片102到从属雷达芯片152之间的路径中的多路复用器、输入缓冲器及输出缓冲器)导致的延迟。
在以上方程式中,k是正整数,例如0、1、2及3。在一个实例中,基于雷达设备的设计而知晓路由延迟(Dy)的近似值。当知晓路由延迟(Dy)一定介于与之间、与之间、与之间及与之间...时,k的值分别被选择为0、1、2、3、...。因此,在使用上文所描述过程来准确地估计路由延迟(Dy)之前,知晓k的近似值。路由延迟(Dy)的范围并非有用的,但通常可基于雷达设备的设计而获得。以上过程帮助将路由延迟(Dy)精细化为准确值。路由延迟(Dy)的此准确值由雷达设备100用于在其正常操作模式中估计一障碍物或多个障碍物的位置及速度。
在一个实例中,基于雷达设备100的应用而选择频率Fc。在另一实例中,为实现雷达设备100上的高效路由而选择频率Fc。在一个应用中,频率Fc介于从18GHz到24GHz的范围内,而在另一应用中,频率Fc介于从76GHz到81GHz的范围内。在额外实例中,d从1cm到20cm变化。在又一实例中,在发射信号从主雷达芯片102到从属雷达芯片152的路由中由电路组件(例如但不限于发射信号在主雷达芯片102到从属雷达芯片152之间的路径中的多路复用器、输入缓冲器及输出缓冲器)导致的延迟被转换为等效长度以用于估计d。此外,c(其表示电磁波的速度)从l×108m/s到3×108m/s变化,这取决于用于雷达设备100的PCB或芯片材料。
在另一实施例中,由本机振荡器206产生的发射信号包含各自具有给出为Fc1及Fc2的不同频率的两个信号。所述两个信号相继在两次尝试中发射,且在每次尝试中由延迟检测电路200执行类似于先前实施例中所论述的处理的处理。两个频率Fc1与Fc2的差由B表示。DSP 212测量从ADC 210获得的两个数字信号的相位,且相位值表示为:
在找出这些相位值之后,DSP 212使用所述相位值来找出发射信号的路由延迟(Dy)为:
Dy表示从主雷达芯片102到从属雷达芯片152的发射信号的路由延迟。路由延迟(Dy)还包含在发射信号从主雷达芯片102到从属雷达芯片152的路由中由电路组件(例如(但不限于)发射信号从主雷达芯片102到从属雷达芯片152之间的路径中的多路复用器、输入缓冲器及输出缓冲器)导致的延迟。
在以上方程式中,k是正整数,例如0、1、2及3。在一个实例中,基于雷达设备的设计而知晓路由延迟(Dy)的近似值。当知晓路由延迟(Dy)一定介于与之间、与之间、与之间、与之间...时,k的值分别被选择为0、1、2、3、...。因此,在使用上文所描述过程来准确地估计路由延迟(Dy)之前,知晓k的近似值。路由延迟(Dy)的范围并非有用的,但通常可基于雷达设备的设计而获得。以上过程帮助将路由延迟(Dy)精细化为准确值。路由延迟(Dy)的此准确值由雷达设备100用于在其正常操作模式中估计一障碍物或多个障碍物的位置及速度。
在一个实例中,基于雷达设备100的应用而选择频率Fc1及Fc2。在另一实例中,为实现雷达设备100上的高效路由而选择频率Fc1及Fc2。在一个应用中,频率Fc1及Fc2介于从18GHz到24GHz的范围内,而在另一应用中,频率Fc1及Fc2介于从76GHz到81GHz的范围内。在额外实例中,d从1cm到20cm变化。在又一实例中,在发射信号从主雷达芯片102到从属雷达芯片152的路由中由电路组件(例如但不限于发射信号在主雷达芯片102到从属雷达芯片152之间的路径中的多路复用器、输入缓冲器及输出缓冲器)导致的延迟被转换为等效长度以用于估计d。
此外,c(其表示电磁波的速度)从l×108m/s到3×108m/s变化,这取决于用于雷达设备100的PCB或芯片材料。在一个版本中,基于雷达设备100中的主雷达芯片102到从属雷达芯片152之间的最大所预期路由延迟(Dy)而选择B,且将k设定为0。在另一版本中,B介于从100MHz到4GHz的范围内,且适当地设定k。
在额外实施例中,由本机振荡器206产生的发射信号是斜坡信号。斜坡信号的频率是时间的函数且给出为Fc(t),其中t表示时间。斜坡信号具有开始频率Fc0及斜率S。斜坡信号表示为:
Fc(t)=Fc0+S×t (11)
因此,由本机振荡器206产生的发射信号表示为(T):
T=cos(2π.Fc(t).t) (12)
当第一路径114的长度及第二路径116的长度是d时,在第二路径116上从从属雷达芯片152接收的发射信号204表示为(T_ret):
混频器202将T与T_ret相乘。混频器202的输出在调节器208中经低通滤波以获得经滤波信号(Tf):
经滤波信号(Tf)在ADC 210中经取样以产生提供到DSP 212的数字信号。DSP 212处理数字信号以测量所述信号的频率(Fr)。举例来说,对所述数字信号执行快速傅里叶变换,且对应于FFT的最大绝对值的频率是所述信号的频率(Fr)。DSP 212使用所述信号的所测量频率(Fr)来估计从主雷达芯片102到从属雷达芯片152的发射信号的路由延迟(Dy)。所述信号的所述频率(Fr)及d有如下关系:
DSP 212使用以下方程式估计发射信号的路由延迟(Dy)的值:
Dy表示从主雷达芯片102到从属雷达芯片152的发射信号的路由延迟。路由延迟(Dy)还包含在发射信号从主雷达芯片102到从属雷达芯片152的路由中由电路组件(例如(但不限于)发射信号在主雷达芯片102到从属雷达芯片152之间的路径中的多路复用器、输入缓冲器及输出缓冲器)导致的延迟。路由延迟(Dy)由雷达设备100用于在其正常操作模式下估计一障碍物或多个障碍物的位置及速度。
在一个实例中,基于雷达设备100的应用而选择频率Fc0。在另一实例中,为实现雷达设备100上的高效路由而选择频率Fc0。在一个应用中,频率Fc0介于从18GHz到24GHz的范围内,而在另一应用中,频率Fc0介于从76GHz到81GHz的范围内。在额外实例中,d从1cm到20cm变化。在又一实例中,在发射信号从主雷达芯片102到从属雷达芯片152的路由中由电路组件(例如但不限于发射信号在主雷达芯片102到从属雷达芯片152之间的路径中的多路复用器、输入缓冲器及输出缓冲器)导致的延迟被转换为等效长度以用于估计d。
此外,c(其表示电磁波的速度)从1×108m/s到3×108m/s变化,这取决于用于雷达设备100的PCB或芯片材料。在一个版本中,基于需要由雷达设备100检测的最远障碍物而选择斜率S。在另一版本中,斜率S介于1MHz/微秒到200MHz/微秒范围内。
图2(b)图解说明根据另一实施例的延迟检测电路250。延迟检测电路250在连接及操作上类似于图1的延迟检测电路108。借助于雷达设备100解释延迟检测电路250。延迟检测电路250包含混频器252。混频器252在第二路径116上从从属雷达芯片152接收发射信号254。混频器252耦合到移相器257,且移相器257耦合到本机振荡器256。本机振荡器256在操作上类似于图1的本机振荡器104。混频器252通过移相器257从本机振荡器256接收发射信号。
调节器258耦合到混频器252。调节器258放大混频器的输出且对所述输出进行滤波以产生经滤波信号。经滤波信号被提供到ADC(模/数转换器)260以供取样。经滤波信号由ADC 260转换为数字信号。延迟检测电路250将数字信号从ADC 260提供到数字信号处理器(DSP)262。
DSP 262在校准模式期间处理数字信号且估计路由延迟。DSP 262在正常模式期间使用路由延迟来估计多个障碍物的范围及速度。在一个实例中,DSP 262是数字硬件电路且是延迟检测电路250的一部分。在另一实例中,DSP 262是雷达设备100中的收发器单元中的收发器单元的一部分。
在图2(b)的延迟检测电路250的操作中,移相器257在从本机振荡器256接收的发射信号中引入相移。在一实例中,移相器引入0°的相移以产生第一发射信号且引入180°的相移以产生第二发射信号。第一发射信号及第二发射信号是在不同时刻产生。
混频器252及调节器258的输出是分别对应于第一发射信号及第二发射信号的第一经滤波信号及第二经滤波信号。这些第一及第二经滤波信号由ADC 260取样以分别获得第一数字信号及第二数字信号。第一数字信号与第二数字信号的差在DSP 262中用于估计从主雷达芯片102到从属雷达芯片152的发射信号的路由延迟。
路由延迟的值由雷达用于估计一障碍物或多个障碍物的位置及速度。第一经滤波信号与第二经滤波信号的差消除雷达设备100中的任何DC偏移的不利影响。雷达设备100中延迟检测电路200或延迟检测电路250的使用估计在主雷达芯片102中产生且穿越到从属雷达芯片152并往回返回到主雷达芯片102的发射信号的路由延迟。
路由延迟由雷达设备100用于更佳地估计一障碍物或多个障碍物的位置及速度。此在多个雷达芯片存在于雷达设备100中时甚至更重要。上文所论述的一或多个实施例用于估计由雷达芯片中的收发器单元发出的信号之间的路由延迟。在另一实施例中,在两次尝试中使用0度及90度相移选择。两次尝试的处理类似于复数混频器实施例,但两次尝试具有使用实数混频器及模拟硬件的单个而不是两个实例的优点。
在又一实施例中,移相器257引入随时间以已知样式变化的相移。举例来说,在移相器257中引入正相位样式ψ,且在从ADC 260获得的数据由DSP 262进一步处理之前对所述数据引入负相位-ψ。所述处理类似于复数混频器实施例。此消除延迟检测电路250的混频器252中的任何非线性的不利影响。其还消除任何DC偏移及延迟检测电路250中的本机振荡器256与混频器252之间的非所要电磁耦合。
在另一实施例中,移相器257引入经定义相移,所述相移接着随时间以恒定速率增加或减小,从而导致频移。在一个实例中,经定义相移是phase0且频移是Fshift。类似地,在从ADC 260获得的数据由DSP 262进一步处理之前对所述数据引入经定义相位-phase0及对应频移-Fshift。所述处理类似于复数混频器实施例。此消除延迟检测电路250的混频器252中的任何非线性的不利影响。其还消除任何DC偏移及延迟检测电路250中的本机振荡器256与混频器252之间的非所要电磁耦合。作为实例,phase0是介于0度与360度之间的相位,且Fshift是频率1MHz。
图3图解说明根据又一实施例的雷达设备300。雷达设备300包含主雷达芯片302及从属雷达芯片352。主雷达芯片302包含本机振荡器304。多路复用器306耦合到本机振荡器304。收发器单元310耦合到多路复用器306。
收发器单元310中的每一收发器单元包含发射单元及接收单元中的至少一者。在一个实例中,收发器单元310中的收发器单元包含一或多个发射单元。在另一实例中,收发器单元310中的收发器单元包含一或多个接收单元。在又一实例中,收发器单元310中的收发器单元包含一或多个发射单元及一或多个接收单元。
外部路径316耦合到多路复用器306。在一个版本中,外部路径316是含有雷达设备300的PCB(印刷电路板)的一部分。从属雷达芯片352包含本机振荡器354。多路复用器356耦合到本机振荡器354。收发器单元360耦合到多路复用器356。在一个实例中,从属雷达芯片352中的本机振荡器354被撤销激活。
收发器单元360中的每一收发器单元包含发射单元及接收单元中的至少一者。在一个实例中,收发器单元360中的收发器单元包含一或多个发射单元。在另一实例中,收发器单元360中的收发器单元包含一或多个接收单元。在又一实例中,收发器单元360中的收发器单元包含一或多个发射单元及一或多个接收单元。
在一实施例中,雷达设备300包含多个雷达芯片,且所述雷达芯片中的一或多者配置为主雷达芯片,且所述雷达芯片中的一或多者配置为从属雷达芯片。如雷达设备300中所图解说明,主雷达芯片302与从属雷达芯片352在连接上类似(例如,主雷达芯片302与从属雷达芯片352完全相同)。这是有利的,因为芯片制造商仅需要制造一类芯片,且用户可在相应设计中根据用途而将这些芯片编程。
在另一实例中,主雷达芯片302与从属雷达芯片352并不完全相同,且可含有不同数目个收发器单元。并且,本机振荡器可仅存在于主雷达芯片302。在又一实例中,用户通过以下方式而将一个芯片编程为主雷达芯片且将雷达设备300上的其余芯片编程为从属雷达芯片:激活主雷达芯片上的本机振荡器且撤销激活从属雷达芯片上的本机振荡器。在一实施例中,主雷达芯片302中的收发器单元310及本机振荡器304集成于单个芯片上。
类似地,从属雷达芯片352中的收发器单元360及本机振荡器354集成于单个芯片上。因此,雷达设备300的架构是有利的,因为收发器单元被分成位于两个芯片上(例如,位于主雷达芯片302及从属雷达芯片352上)。此减小每一芯片所需的总区域且还减小每一芯片的功率消耗及热耗散,因此产生较低芯片成本及较低雷达设备300成本。雷达设备300可进一步包含常规组件。
在图3的雷达设备300的操作中,主雷达芯片302中的本机振荡器304产生发射信号。在一实例中,当雷达设备仅含有一个芯片时,本机振荡器304耦合到收发器单元310且因此将发射信号直接提供到收发器单元310。主雷达芯片302中的多路复用器306从本机振荡器304接收发射信号。
多路复用器306在第一路径314上将发射信号发送到从属雷达芯片352。多路复用器306将发射信号提供到外部路径316。外部路径316从主雷达芯片302接收发射信号且将发射信号提供回到主雷达芯片302。多路复用器306还将从外部路径316接收的发射信号提供到收发器单元310。
从属雷达芯片352在第一路径314上从主雷达芯片302接收发射信号。多路复用器356在第一路径314上从主雷达芯片302接收发射信号。多路复用器356将在第一路径314上接收的发射信号提供到从属雷达芯片352中的收发器单元360。
从主雷达芯片302中的多路复用器306到从属雷达芯片352中的多路复用器356的路径是第一路径314。在一个实例中,外部路径316的长度等于第一路径314的长度。第一路径314上的路由延迟等于外部路径316上的路由延迟,因此第一路径314上在发射信号从多路复用器306发出并到达多路复用器356时的时间延迟等于外部路径316上在发射信号从多路复用器306发出并返回到达多路复用器306时的时间延迟。
因此,提供到主雷达芯片302中的收发器单元310的信号与提供到从属雷达芯片352中的收发器单元360的信号相同,这是因为两个信号的信号传播延迟相同。因此,主雷达芯片302及从属雷达芯片352中的收发器单元使用相同信号来估计一障碍物或多个障碍物的位置及速度,因此从本机振荡器304到雷达设备300中的所有收发器单元的发射信号是时间同步的。为了更佳清晰,借助于两个雷达芯片而解释以上实施例。所述实施例在多个雷达芯片存在于雷达设备300中时是适用的。
在又一实施例中,当存在一个主雷达芯片及多个从属雷达芯片时,耦合到主雷达芯片的外部路径的长度等于从主雷达芯片到从属雷达芯片中的每一从属雷达芯片的第一路径的长度。在一实施例中,雷达设备100呈星形布置的形式,其中主雷达芯片位于圆形的中心中,且从属雷达芯片位于圆形的圆周上。
各种实施例旨在实现从本机振荡器304到收发器单元(310及360)中的每一收发器单元的相等路由延迟。此提供由收发器单元中的每一收发器单元发射及接收的时间同步信号。通过使用(但不限于)延迟电路、缓冲器及路由导线长度中的一者而使路由延迟基本上相等。这些方案确保从本机振荡器304到收发器单元中的每一者的路由延迟基本上相等。路由延迟匹配的程度受印刷电路板设计及电路导线放置拥塞限制。
在一实例中,多路复用器306通过输出缓冲器将发射信号发送到从属雷达芯片352。输出缓冲器放大发射信号以补偿在发射信号从主雷达芯片302穿越到从属雷达芯片352时由发射信号导致的路由损耗。在另一实例中,多路复用器356通过输入缓冲器从主雷达芯片302接收发射信号。输入缓冲器放大发射信号以补偿在发射信号从主雷达芯片302穿越到从属雷达芯片352时由发射信号导致的路由损耗。
在又一实例中,由主雷达芯片302在第一路径314及第二路径316上发送及接收的发射信号的频率等于本机振荡器304的频率。本机振荡器304的频率是(但不必限于)以下范围中的一者:76GHz到81GHz或18GHz到24GHz。在一个实例中,本机振荡器304的频率取决于雷达设备300的操作频带。
在又一实例中,由主雷达芯片302在第一路径314上发送的发射信号的频率及由从属雷达芯片352在第二路径316上发送的发射信号的频率被除以整数因数。举例来说,所述整数因数是(但未必限于)2、3及20中的一者。分频器电路用于产生分频信号。频率划分是有利的,这是因为其在发射信号于印刷电路板中路由期间提供功率损耗减少。
由主雷达芯片302在第二路径316上接收的发射信号及由从属雷达芯片352在第一路径314上接收的发射信号被乘以同一整数因数以匹配来自本机振荡器304的发射信号的频率。倍频器电路(例如相位锁定环路、频率锁定环路及自混频器)用于上文所提及的频率倍增。
图4图解说明根据再一实施例的接收单元400。接收单元400是收发器单元110、收发器单元160、收发器单元310或收发器单元360中的任一者中的接收单元。接收单元400包含接收天线单元402。低噪声放大器(LNA)404耦合到接收天线单元402。混频器406耦合到LNA 404且还接收发射信号408。
在一个实例中,倍增器接收发射信号408且将发射信号408提供到混频器406。发射信号408类似于由本机振荡器104产生的发射信号或由本机振荡器304产生的发射信号。在一实例中,在雷达设备100或雷达设备300中,混频器406分别耦合到多路复用器106或多路复用器306且接收由相应多路复用器提供的发射信号。
在另一实例中,在雷达设备100或雷达设备300中,倍增器从多路复用器106或多路复用器306接收发射信号408。调节器410耦合到混频器406。ADC 412耦合到调节器410。在一实施例中,调节器不存在于接收单元400中,且ADC 412耦合到混频器406。数字信号处理器(DSP)414耦合到ADC 412。接收单元400可进一步包含常规组件。
在图4的接收单元400的操作中,雷达设备(例如,雷达设备100)中的发射单元发射发射信号408。发射信号408由障碍物散射以产生经散射信号。接收天线单元402接收经散射信号。LNA 404放大经散射信号。在一实例中,当倍增器接收到发射信号408时,倍增器经配置以产生输出信号,所述输出信号是发射信号408的频率的整数倍。在一个版本中,所述整数是(但未必限于)1、2、3及4中的一者。
在又一实例中,倍增器接收发射信号408且产生从发射信号408的频率的偏移。在一个版本中,所述偏移是介于从-100MHz到+100MHz的范围内的频率。倍增器的输出信号被提供到混频器406。混频器406对来自LNA 404的所放大经散射信号及所述输出信号进行混频以产生中频(IF)信号。在一个版本中,混频器406将来自LNA 404的所放大经散射信号及发射信号408相乘以产生中频(IF)信号。
调节器410经配置以放大从混频器406接收的IF信号且对IF信号进行滤波。在一个实例中,调节器410放大IF信号或对IF信号进行滤波。ADC 412从调节器410接收IF信号且对IF信号进行取样以产生经取样数据。数字信号处理器414从ADC 412接收经取样数据且估计障碍物的位置及速度。在另一实例中,在雷达设备100中,DSP 414耦合到延迟检测电路108。DSP 414从ADC 412接收经取样数据且从延迟检测电路108接收路由延迟。DSP 414从经取样数据及路由延迟估计障碍物的位置及速度。
图5图解说明根据再一实施例的发射单元500。发射单元500是收发器单元110、收发器单元160、收发器单元310或收发器单元360中的任一者中的发射单元。发射单元500包含接收发射信号502的调节器504。发射信号502类似于由本机振荡器104产生的发射信号或由本机振荡器304产生的发射信号。
功率放大器506耦合到调节器504。在一实施例中,发射单元500不包含调节器504且功率放大器506接收发射信号502。在一实例中,在雷达设备100或雷达设备300中,功率放大器506分别耦合到多路复用器106或多路复用器306且接收发射信号502。发射天线单元508耦合到功率放大器506。发射单元500可进一步包含常规组件。
在图5的发射单元500的操作中,调节器504经配置以执行发射信号502的相移频率倍增及放大中的至少一者。在一实例中,调节器504经配置以产生输出信号,所述输出信号是发射信号502的频率的整数倍。在一个版本中,所述整数是(但未必限于)1、2、3及4中的一者。
在另一实例中,调节器504接收发射信号502且产生从发射信号502的频率的偏移。在一个版本中,所述偏移是介于从-100MHz到+100MHz的范围内的频率。功率放大器506从调节器504接收发射信号502且放大发射信号502。发射天线单元508发射从功率放大器506接收的发射信号502。所述发射信号由障碍物散射以产生经散射信号。
图6图解说明根据再一实施例的本机振荡器600。本机振荡器600类似于本机振荡器104或本机振荡器304。本机振荡器包含接收控制信号604的控制器602。振荡器606耦合到控制器602。振荡器的输出作为反馈提供到控制器602。调节器608耦合到振荡器606。所述调节器产生发射信号610。发射信号610类似于由本机振荡器104产生的发射信号或由本机振荡器304产生的发射信号。本机振荡器600可进一步包含常规组件。
在图6的本机振荡器600的操作中,在一个实例中,本机振荡器600是闭环PLL(相位锁定环路)或闭环FLL(频率锁定环路)。在另一实例中,本机振荡器600是开环VCO(电压控制式振荡器)或开环DCO(数字控制式振荡器)。振荡器606产生作为反馈提供到控制器602的发射信号610。
控制信号604是提供到控制器602的参考信号。控制器602参考控制信号604调制作为反馈从振荡器606接收的发射信号610。调节器608经配置以执行发射信号610的相移、倍增及放大中的至少一者。在一实例中,发射信号610被提供到雷达设备100中的多路复用器106或雷达设备300中的多路复用器306。
图7图解说明根据再一实施例的雷达设备700。雷达设备700包含主雷达芯片702。主雷达芯片702包含本机振荡器704。多路复用器706耦合到本机振荡器704。发射单元710耦合到本机振荡器704。接收单元712耦合到多路复用器706。外部路径708耦合到多路复用器706。在一个实例中,外部路径708是含有雷达设备700的PCB(印刷电路板)的一部分。
在一个实施例中,雷达设备700包含多个雷达芯片,并且所述雷达芯片中的一或多者配置为主雷达芯片且所述雷达芯片中的一或多者配置为从属雷达芯片。在另一实施例中,主雷达芯片702中的发射单元710、接收单元712及本机振荡器704集成于单个芯片上。在一实例中,雷达设备700与车辆成一体。雷达设备700可进一步包含常规组件。
在图7的雷达设备700的操作中,主雷达芯片702中的本机振荡器704产生发射信号。主雷达芯片702中的多路复用器706从本机振荡器704接收发射信号。多路复用器706将发射信号提供到外部路径708。外部路径708从主雷达芯片702接收发射信号且将发射信号提供回到主雷达芯片702。多路复用器706将从外部路径708接收的发射信号提供到接收单元712。
外部路径708上的路由延迟等于在发射信号由发射单元710中的发射单元发射时的时刻与在所接收信号由接收单元712中的接收单元接收时的时刻之间的时间差。在实例中,发射信号可从发射单元电磁耦合到接收单元。由接收单元接收的经电磁耦合信号可具有非常高的信号强度。
发射信号由已知障碍物反射以产生所接收信号。在一个实例中,已知障碍物是车辆的主体,例如车辆的保险杠。当雷达设备700与车辆成一体时,车辆的保险杠充当强反射器。
因此,由发射单元发射的发射信号将由车辆的保险杠反射以产生所接收信号,所述所接收信号在经定义延迟之后由接收单元接收。经定义延迟是在发射信号由发射单元发射时的时刻与在所接收信号由接收单元接收时的时刻之间的时间差。由于雷达设备700中的天线单元(发射天线单元及接收天线单元两者)的位置是固定的而且雷达设备相对于车辆的保险杠的位置是固定的,因此经定义延迟对于车辆的设计者或雷达设备700的设计者来说是已知的。
因此,外部路径708上的路由延迟被设计为等于经定义延迟。外部路径708的长度经设计使得其实现经定义延迟。在一个版本中,外部路径708的长度经设计使得其实现等于经定义延迟的延迟。在另一版本中,路由延迟与经定义延迟的匹配受(但不限于)以下各项中的至少一者限制:发射天线与接收天线之间的距离,车辆的保险杠与雷达设备700之间的距离,印刷电路板设计及电路导线放置拥塞。
因此,当从外部路径708接收的发射信号被提供到接收单元中的接收单元中的混频器时,混频器对从多路复用器706接收的发射信号及来自已知障碍物的所接收信号进行混频。此消去接收单元中由于所接收信号引起的相位噪声,且因此使得能够更好地检测一障碍物或多个障碍物的位置及速度。
接收单元中的混频器从发射信号的相位噪声减去所接收信号的相位噪声,且此减法消去发射信号相位噪声。提供到外部路径708的经定义延迟导致所接收信号与发射信号的较高相关性,且因此改善雷达设备700的性能。实施例还在多个雷达芯片存在于雷达设备700中时是适用的。实施例可任选地通过使用在来自外部路径708的发射信号与来自本机振荡器704的发射信号之间进行选择的多路复用器706来启用或停用。
在一个实例中,经定义延迟从0纳秒到10纳秒变化。经定义延迟取决于雷达芯片及使用这些雷达芯片的各种车辆。为补偿此延迟,需要将非常大的电路集成于雷达设备700中。此将过度地增加雷达设备700的大小及总成本。因此,例如外部路径708的外部路径提供用于补偿经定义延迟的可行解决方案。
所述解决方案对于雷达芯片制造商来说是有利的,这是因为其可在不考虑其中使用雷达芯片的应用及/或车辆的情况下制造雷达芯片。基于应用,雷达芯片制造商可稍后设计印刷电路板上的外部路径708。在一个实例中,雷达芯片制造使用输入及输出缓冲器来提供必要延迟。
在一个版本中,来自本机振荡器704的发射信号在外部路径708上发送且由接收单元712接收。本机振荡器704的频率是(但未必限于)以下范围中的一者:76GHz到81GHz或18GHz到24GHz。在一个实例中,本机振荡器704的频率取决于雷达设备700的操作频带。
在另一实例中,由雷达设备700在外部路径上发送的本机振荡器的频率被除以整数因数。举例来说,所述整数因数是(但未必限于)2、3及20中的一者。分频器电路用于产生分频信号。频率划分是有利的,这是因为其在发射信号于印刷电路板中路由期间提供功率损耗减少。
由雷达设备在外部路径708上接收的发射信号被乘以相同整数因数以匹配来自本机振荡器104的发射信号的频率。倍频器电路(例如相位锁定环路、频率锁定环路及自混频器)用于上文所提及的频率倍增。
修改在所描述实施例中为可能的,且其它实施例在权利要求书的范围内为可能的。
Claims (19)
1.一种雷达设备,其包括:
从属雷达芯片;
主雷达芯片,其耦合到所述从属雷达芯片,所述主雷达芯片包含:本机振荡器,其经配置以产生发射信号,其中所述从属雷达芯片经配置以在第一路径上接收所述发射信号且经配置以在第二路径上将所述发射信号发送回到所述主雷达芯片;以及延迟检测电路,其耦合到所述本机振荡器且经配置以在所述第二路径上从所述从属雷达芯片接收所述发射信号并从所述本机振荡器接收所述发射信号,所述延迟检测电路经配置以根据在所述第二路径上从所述从属雷达芯片所接收的所述发射信号及从根据从所述本机振荡器所接收的所述发射信号而估计路由延迟。
2.根据权利要求1所述的雷达设备,其中所述主雷达芯片进一步包含:多路复用器,其耦合到所述本机振荡器且经配置以从所述本机振荡器接收所述发射信号并经配置以在所述第一路径上将所述发射信号发送到所述从属雷达芯片;以及一或多个收发器单元,其耦合到所述多路复用器,其中所述多路复用器经配置以将所述发射信号提供到所述一或多个收发器单元。
3.根据权利要求2所述的雷达设备,其中所述从属雷达芯片包含:多路复用器,其耦合到本机振荡器,所述多路复用器经配置以在所述第一路径上接收所述发射信号且经配置以在所述第二路径上发送所述发射信号;延迟检测电路,其耦合到所述多路复用器及所述本机振荡器;以及一或多个收发器单元,其耦合到所述多路复用器,其中所述多路复用器经配置以将所述发射信号提供到所述一或多个收发器单元。
4.根据权利要求3所述的雷达设备,其中从所述主雷达芯片中的所述多路复用器到所述从属雷达芯片中的所述多路复用器的路径是所述第一路径,且从所述从属雷达芯片中的所述多路复用器到所述主雷达芯片中的所述多路复用器的路径是所述第二路径。
5.根据权利要求3所述的雷达设备,其中所述收发器单元包含发射单元及接收单元中的至少一者。
6.根据权利要求5所述的雷达设备,其中所述发射单元包含:功率放大器,其耦合到所述多路复用器且经配置以放大所述发射信号;以及发射天线单元,其耦合到所述功率放大器且经配置以发射从所述功率放大器接收的所述发射信号,其中所述发射信号由障碍物散射以产生经散射信号。
7.根据权利要求6所述的雷达设备,其中所述接收单元包含:接收天线单元,其经配置以接收所述经散射信号;低噪声放大器LNA,其耦合到所述接收天线单元且经配置以放大所述经散射信号;混频器,其耦合到所述LNA及所述多路复用器,所述混频器经配置以对所述经散射信号及所述发射信号进行混频以产生IF(中频)信号;ADC(模/数转换器),其耦合到所述混频器且经配置以对所述IF信号进行取样以产生经取样数据;以及数字信号处理器DSP,其耦合到所述主雷达芯片中的所述ADC及所述延迟检测电路,所述DSP经配置以根据所述经取样数据及所述路由延迟而估计障碍物的位置及速度。
8.根据权利要求1所述的雷达设备,其进一步包括雷达芯片,所述雷达芯片中的一或多者被配置为主雷达芯片,且所述雷达芯片中的一或多者被配置为从属雷达芯片。
9.一种雷达设备,其包括:
从属雷达芯片;
主雷达芯片,其耦合到所述从属雷达芯片,所述主雷达芯片包含经配置以产生发射信号的本机振荡器,其中所述从属雷达芯片经配置以在第一路径上从所述主雷达芯片接收所述发射信号;以及
外部路径,其耦合到所述主雷达芯片且经配置以从所述主雷达芯片接收所述发射信号并将所述发射信号提供回到所述主雷达芯片,其中所述第一路径的路由延迟等于所述外部路径上的路由延迟。
10.根据权利要求9所述的雷达设备,其中所述主雷达芯片包含:多路复用器,其耦合到所述本机振荡器且经配置以从所述本机振荡器接收所述发射信号并经配置以在所述第一路径上将所述发射信号发送到所述从属雷达芯片,所述多路复用器经配置以从所述外部路径接收所述发射信号;以及一或多个收发器单元,其耦合到所述多路复用器,其中所述多路复用器经配置以将从所述外部路径接收的所述发射信号提供到所述一或多个收发器单元。
11.根据权利要求10所述的雷达设备,其中所述从属雷达芯片包含:多路复用器,其耦合到本机振荡器,所述多路复用器经配置以在所述第一路径上接收所述发射信号;以及一或多个收发器单元,其耦合到所述多路复用器,其中所述多路复用器经配置以将在所述第一路径上接收的所述发射信号提供到所述一或多个收发器单元。
12.根据权利要求11所述的雷达设备,其中从所述主雷达芯片中的所述多路复用器到所述从属雷达芯片中的所述多路复用器的路径是所述第一路径。
13.根据权利要求11所述的雷达设备,其中所述收发器单元包含发射单元及接收单元中的至少一者。
14.根据权利要求13所述的雷达设备,其中所述发射单元包含:功率放大器,其耦合到所述多路复用器且经配置以放大所述发射信号;及发射天线单元,其耦合到所述功率放大器且经配置以发射从所述功率放大器接收的所述发射信号,其中所述发射信号由障碍物散射以产生经散射信号。
15.根据权利要求14所述的雷达设备,其中所述接收单元包含:接收天线单元,其经配置以接收所述经散射信号;低噪声放大器LNA,其耦合到所述接收天线单元且经配置以放大所述经散射信号;混频器,其耦合到所述LNA及所述多路复用器,所述混频器经配置以对所述经散射信号及所述发射信号进行混频以产生IF(中频)信号;ADC(模/数转换器),其耦合到所述混频器且经配置以对所述IF信号进行取样以产生经取样数据;以及数字信号处理器DSP,其耦合到所述ADC且经配置以根据所述经取样数据而估计障碍物的位置及速度。
16.一种雷达设备,其包括:
雷达芯片,每一雷达芯片包含集成于所述雷达芯片上的一或多个收发器单元及本机振荡器,其中所述雷达芯片中的至少一者被配置为主雷达芯片且所述雷达芯片中的至少一者被配置为从属雷达芯片,所述主雷达芯片耦合到所述从属雷达芯片,所述主雷达芯片包含:本机振荡器,其经配置以产生发射信号,其中所述从属雷达芯片经配置以在第一路径上接收所述发射信号且经配置以在第二路径上将所述发射信号发送回到所述主雷达芯片;以及延迟检测电路,其耦合到所述本机振荡器且经配置以在所述第二路径上从所述从属雷达芯片接收所述发射信号并从所述本机振荡器接收所述发射信号,所述延迟检测电路经配置以根据在所述第二路径上从所述从属雷达芯片所接收的所述发射信号及根据从所述本机振荡器所接收的所述发射信号而估计路由延迟。
17.一种雷达设备,其包括主雷达芯片,所述主雷达芯片包含:
本机振荡器,其经配置以产生发射信号;
发射单元,其耦合到所述本机振荡器且经配置以从所述本机振荡器接收所述发射信号;
多路复用器,其耦合到所述本机振荡器,且经配置以从所述本机振荡器接收所述发射信号,且经配置以在外部路径上发送所述发射信号并从所述外部路径接收所述发射信号;以及
接收单元,其耦合到所述多路复用器,其中所述多路复用器经配置以将从所述外部路径接收的所述发射信号提供到所述接收单元,
其中所述外部路径上的路由延迟等于在所述发射信号由所述发射单元中的发射单元发射时的时刻与在所接收信号由所述接收单元中的接收单元接收时的时刻之间的时间差。
18.根据权利要求17所述的雷达设备,其中所述发射信号由已知障碍物反射以产生所述所接收信号。
19.根据权利要求17所述的雷达设备,其中所述发射信号从所述发射单元电磁耦合到所述接收单元以产生所述所接收信号。
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