CN108123759A - 接收器测试 - Google Patents

Abstract

描述了接收器和测试方法。一种接收器包括多个接收器信道，所述接收器信道各自包括用于从天线接收信号的放大器和所述放大器下游的混频器。测试信号产生电路被配置成产生测试信号。信号路径连接所述测试信号产生电路与每一接收器信道，并在所述放大器与混频器之间的耦合件处耦合到每一接收器信道。来自所述测试信号产生电路的测试信号能够被注入到所述放大器下游的所述接收器信道的部分。可替换的是，所述测试信号能够被注入到整个接收器信道中。所述接收器和方法可用于例如雷达系统和无线电系统等无线系统中。

Description

接收器测试

技术领域

本说明书涉及测试接收器，且具体地说，涉及测试无线接收器系统的接收器信道。

背景技术

具有多个天线的无线接收器系统众所周知，且具有广泛范围的应用。举例来说，一些无线电接收器和一些雷达接收器出于各种原因而具有多个天线。除了确定检测到的目标的距离以外，较精密的雷达系统还可确定检测到的目标的方向。

举例来说，一些雷达系统可使用数个接收器信道上的数字波束成形以为检测到的目标提供到达角度信息。为了增大角度准确性和分辨率，可增大天线孔径，同时不应降低角度视野。组合这些竞争要求的一个方式是在模拟或数字电子域中使用电子波束成形和波束转向技术。此类电子技术可比机械操控的实施方案优选，因为机械操控的实施方案更昂贵且更容易在产品的使用寿命期间出故障。

在数字接收器波束成形中，可使用多个接收器信道，所述接收器信道各自包括完整的接收链，即从接收器天线向下直到数字输出信号。可在无线系统的装配期间测量不同接收器信道中的初始相位和振幅差，且可接着通过无线系统的数字信号处理阶段进行的合适数据处理来「校准」这些差。

然而，如果接收器振幅和/或相位响应在产品的使用寿命期间发生变化，那么初始校准系数将不再准确，从而致使无线系统的角度测量性能降低。

另外，对于用于具有功能安全要求的应用的无线系统，任何性能退化都必须被系统检测到。在检测到性能已足够降低之后，可向系统的终端用户通知问题，且解决方案可落实到位。这可以是包括接收器信道的传感器、再校准进程等的替代物。

因此，用于测量无线系统的接收器信道的振幅和相位响应的变化的可靠技术将是有益的。

发明内容

根据本公开的第一方面，提供一种用于无线系统的接收器，其包括：多个接收器信道，每一接收器信道包括用于从相应天线接收信号的放大器和布置于所述放大器下游的混频器，且其中每一放大器具有用于接收用以关闭或开启所述放大器的控制信号的输入；测试信号产生电路，所述测试信号产生电路被配置成产生测试信号；信号路径，所述信号路径连接所述测试信号产生电路与所述多个接收器信道中的每一接收器信道，且其中所述信号路径在相应放大器与相应混频器之间的耦合件处耦合到每一接收器信道，以使得来自所述测试信号产生电路的测试信号可在关闭接收器信道的放大器时针对所述多个接收器信道中的每一个而被注入到所述放大器下游的所述接收器信道的部分。

在关闭所述放大器时在每一接收器信道的所述混频器的所述输入处注入测试信号可有助于提高每一接收器信道中的信号的振幅和/或相位测量的可靠性。

在一个或多个实施例中，所述信号路径在相应放大器上游的另一耦合件处耦合到每一接收器信道，以使得来自所述测试信号产生电路的测试信号可在开启接收器信道的放大器时针对所述多个接收器信道中的每一个而被注入到整个接收器信道。

在一个或多个实施例中，所述信号路径可包括耦合到所述接收器信道中的每一个的第一传输线。

在一个或多个实施例中，所述第一传输线可包括多个切换器，且其中可为所述多个接收器信道中的每一相应接收器信道提供所述多个切换器中的相应一个，且其中每一切换器可被布置成将所述第一传输线选择性地连接到所述耦合件或所述另一耦合件。

在一个或多个实施例中，所述信号路径可另外包括耦合到所述接收器信道中的每一个的第二传输线，且其中所述第一传输线可包括用于每一接收器信道的所述另一耦合件，且所述第二传输线可包括用于每一接收器的所述耦合件。

在一个或多个实施例中，所述测试信号产生电路可包括可连接到所述第一传输线的第一输出和/或可连接到所述第二传输线的第二输出。

在一个或多个实施例中，所述测试信号产生电路可被配置成产生单边带调制测试信号。

在一个或多个实施例中，所述测试信号产生电路可包括单边带调制器和同相正交直接数字频率合成器。

根据本公开的第二方面，提供一种包括集成电路的封装，其中所述集成电路被配置成提供所述第一方面的接收器，并还提供所述接收器的任何优选特征。

在一个或多个实施例中，所述封装可以是无线电接收器集成电路。所述无线电接收器可以是毫米波长无线电接收器。

在一个或多个实施例中，所述封装可以是雷达传感器集成电路。

根据本公开的第三方面，提供一种包括所述第一方面的接收器或所述第二方面的封装的无线系统。所述无线系统可以是无线电系统或雷达系统。

在一个或多个实施例中，所述雷达系统可以是汽车雷达系统。

根据本公开的第四方面，提供一种测试包括多个接收器信道的接收器的方法，每一接收器信道包括用于从相应天线接收信号的放大器和布置于所述放大器下游的混频器，所述方法包括针对每一接收器信道而：关闭接收器信道中的放大器；在关闭所述放大器时将测试信号注入到所述放大器与所述混频器之间的接收器信道中；以及测量沿所述接收器信道向下传输的信号的振幅和相位。

在一个或多个实施例中，所述方法可另外包括针对每一接收器信道而：开启所述接收器信道中的所述放大器；在开启所述放大器时将另一测试信号注入到所述放大器上游的接收器信道中；以及确定沿所述接收器信道向下传输的信号的振幅和相位。

第一方面所述的特征还可以是用于第四方面的对应特征。

附图说明

现将仅借助于例子且参看附图详细描述本发明的实施例，在附图中：

图1示出无线系统的第一示例接收器部分的示意性框图；

图2示出说明图1中示出的无线系统的接收器部分的操作的第一示例方法的示意性过程流程图；

图3示出无线系统的第二示例接收器部分的示意性框图；且

图4示出说明图3中示出的无线系统的第二示例接收器部分的操作的第二示例方法的示意性过程流程图。

除非另外指示，否则不同图式中的类似项共享相同附图标记。

具体实施方式

将在下文描述用于可靠地测试无线系统的接收器信道或链的设备和方法。以下描述将用于雷达系统的雷达接收器用作特定例子。然而，相同方法可应用于包括多个接收器天线信道或链的无线系统的任何类型的接收器，无线系统例如各种无线电系统，包括毫米波无线电系统。在下文中，将使用汽车雷达系统的示例系统，但应了解，所述方法可应用于其它雷达系统且还可大体上应用于其它无线系统。而且，以下描述将在呈集成电路形式的雷达传感器的上下文中，但应了解，所述方法还可应用于无线接收器的其它具体实施方案。

参看图1，示出了无线系统100的第一示例部分的示意性框图。无线系统100的部分包括多个接收器信道RX1到RXN。应了解，虽然在图1中仅示出两个接收器信道，但是还可提供更大数目个接收器信道，如由点115指示。

每一接收器信道具有大体上相同的构造。第一接收器信道110(RX1)附接到第一接收器天线111。接收器信道或链110包括可由控制信号114开启或关闭的低噪声放大器112。低噪声放大器112连接到混频器116的第一输入，混频器116的第二输入被布置成接收本地振荡器信号118。中频信号从混频器116输出到滤波器120，滤波器120可以是带通滤波器。滤波器120的输出连接到可变增益放大器112，可变增益放大器112的输出连接到将数字信号126输出到系统的剩余部分的模数转换器124。

如将由本领域的技术人员所了解，取决于无线系统的应用领域，例如作为无线电系统或雷达系统，通常提供各种其它组件，包括用于对从接收器信道接收到的数字数据执行各种数据处理操作的一个或多个数据处理装置。具体地说，数据处理装置可被合适的软件配置成控制无线系统的总体操作，并执行对接收器信道的初始测试和对每一接收器信道中的信号的振幅和相位的后续测量，以允许在产品的持续使用期间进一步校准接收器信道。而且，天线111、132可被调适成适合于希望它们检测到的电磁信号的属性，例如波长、极化、调制等。

可在基带数字处理器中使用快速傅里叶变换(FFT)来俘获并处理用于每一RX信道的接收数据的阵列，以使用由测试信号产生150提供的共同测试信号来获得每一RX信道上的降频转换IF信号的相位和振幅信息。接着在基频处理器单元中比较每一信道上的振幅和相位的计算值与在每一信道上的行末测量中获得的参考值。大于关于行末参考值的给定值的偏离可接着由传感器数字处理器单元标记为对于系统控制器来说不安全的情形。

多个接收器信道中的每一个具有大体上相同的构造。举例来说，第n个接收器信道RXN、130以类似方式连接到接收器天线131，接收器天线131又连接到同样可由控制信号134开启或关闭的低噪声放大器132。低噪声放大器132的输出连接到混频器136的输入，所述输入也接收第二输入138上的本地振荡器信号。混频器136的中频输出传递到带通滤波器140，带通滤波器140的输出传递到可变增益放大器142，可变增益放大器142的输出传递到模数转换器144，从而产生传递到系统的数据处理组件的输出数字数据146。

还提供了测试信号产生电路150。测试信号产生电路150产生单边带(SSB)测试信号，且围绕SSB调制器和同相/正交直接数字频率合成器(I/Q DDFS)建构。DDFS可例如由可编程分频器的级联实施，可编程分频器被布置成将所要同相(I)和正交(Q)信号输出到正交混频器158、160。可通过改变分频器的分频比来变更测试信号的频率。

更具体地说，测试电路150具有用于例如在26GHz下接收雷达系统的本地振荡器信号的第一输入152。倍频器块154将本地振荡器信号的频率增加了3倍，并连接到被配置成在其相应输出信号之间引入90°相移的相移元件156。第一输出信号供应给第一混频器158，且相对于第一信号移位了90°的第二输出信号输出到第二混频器160。同相/正交直接数字频率合成器(I/Q DDFS)162在输入处接收系统时钟信号164，并在对应输出上输出同相和正交信号。I/Q DDFS 162的输出供应给多路复用器或切换装置166，多路复用器或切换装置166从I/Q DDFS 162接收同相(I)和正交(Q)信号作为第一输入，并从外部源接收第一同相正弦波信号168和第二正交正弦波信号169作为第二输入。可在多路复用器166处通过SPI选择位来选择I/Q DDFS 162的两个输出或两个外部正弦波信号168和169。I/Q DDFS 162的输出是可在使用寿命测试期间使用的大体上为方形的波，而在雷达IC的最终测试期间使用正弦波输入168和169，以获得接收器路径110、130的线性评估。因此，切换装置166可用于在最终测试阶段期间将同相(I)和正交(Q)正弦波168和169供应给混频器158和160，且接着稍后切换装置166可用于在BIST期间向混频器158和160供应I和Q信号，而不是从DDFS 162供应。

同相信号I被供应给第一混频器158，且正交信号Q被供应给第二混频器160。

测试信号产生电路150还包括第一可变增益放大器170，第一可变增益放大器170可由控制信号172开启或关闭，且其输入接收第一混频器158与第二混频器160的组合输出。类似地，提供第二可变增益放大器174且其可由控制信号176控制以开启或关闭，且也可在其输入处接收第一混频器158与第二混频器160的组合输出。

测试信号产生器电路150还包括串行外围接口178，测试信号产生电路150可经由串行外围接口总线通过串行外围接口178与雷达系统的其它部分通信。

第一传输线180连接到测试信号产生电路150的第一输出，且在天线连接线处在相应低噪声放大器112、132之前耦合到接收器信道110、130中的每一个。传输线180在182、184处按弱耦合电平，例如大约-26dB的S21，以电容方式耦合。

提供第二传输线190，且其连接到测试信号产生器电路150的第二输出并耦合到接收器信道110、130中的每一个。第二传输线190在混频器输入处耦合到低噪声放大器下游的接收器信道且在混频器之前。同样，第二传输线在192、194处按弱耦合电平，例如大约负26dB的S21，以电容方式耦合。第一和第二传输线提供信号路径，测试信号可通过信号路径注入到接收器信道中的每一个中且在接收器信道110、130中的每一个中的相同位置处。

因此，测试信号产生器电路150可产生测试信号，并具有由两个可切换放大器170、174朝向接收器信道110驱动到两个单独分布传输线的两个单独输出。第一测试信号在低噪声放大器的前方耦合到天线连接线，且在混频器输入处，第二测试信号耦合于低噪声放大器与混频器116、136之间。测试信号产生电路150为雷达接收器100提供内置自测试(BIST)功能性，如下文更详细描述。

现将另外参看图2描述图1中所说明的设备100的操作方法。图2示出说明图1中所说明的接收器设备100的操作方法200的流程图。

任何天线反射信号或外部干扰可干扰敏感接收器相位测量。因此，在202处，通过确证控制信号114、134来在接收器信道中的每一个中关闭低噪声放大器112、132。通过确证控制信号172来关闭可变增益放大器170，且通过确证控制信号176来开启可变增益放大器174。因此，在204处，通过传输线190从测试信号产生器电路150传输测试信号，且将测试信号注入到低噪声放大器112、134下游的接收器链中，且在输入处注入到混频器116、136。测量沿接收器信道110、130的剩余部分向下传输的测试信号的相位和振幅，且可接着基于所传输测试信号而通过基带信号处理器确定接收器信道110、130中的相位差和振幅差。当切断低噪声放大器112、132时，这些放大器朝向天线提供反向隔离，且因此减少或消除由天线反射或其它外部干扰源产生的信号。而且，测试信号直接注入于混频器116、136的输入中。

在206处，通过确证控制信号114、134来开启每一接收器信道中的低噪声放大器112、132。通过确证控制信号176来关闭可变增益放大器174，且通过确证控制信号172来开启可变增益放大器170。控制测试信号产生电路150以在208处输出测试信号，所述测试信号具有类似于在204处使用的属性的属性(但可能具有如由放大器170的增益和控制信号172控制的不同的振幅)，这允许在低噪声放大器112、132开启且在208处在每一接收器信道的输入182、184处应用测试信号时能够测试完整的接收器路径的功能性。测量沿每一个整个接收器信道向下传输的测试信号的相位和振幅，且可确定任何相位和/或振幅差。

由传输线180供应到LNA 112、132的输入的测试信号有效地具有相对于应用于混频器116、136的第二输入的信号118、138的频率偏移。输入到混频器116、136的信号118、138与本地振荡器信号152相同。混频器116、136的相应输出信号的频率等于由I/Q DDFS信号产生器162经由可切换多路复用器166应用于混频器158和160的信号的频率。混频器116、136的相应输出信号随后由相应ADC 124、144数字化并传送到系统的基带信号处理器。基带信号处理器接着对由ADC 124、144供应的数据点集合执行快速傅里叶变换(FFT)信号分析。当来自传输线180的应用于所有RX信道110、130的测试信号具有一致的振幅和相位关系时，对若干RX信道的连续FFT分析应在产品使用寿命期间提供一致且稳定的结果。否则，基带信号处理器可产生标记或其它错误消息或信号，以指示对初始经校准振幅和相位响应或预计振幅和相位响应的偏离。

另外，同一单个测试信号用以测试所有接收器信道110、130，并且因此在测试网络中未引入具有相位误差的随机来源。仅有系统性相位和可能的某一振幅的误差会由于传输线长度差而出现，传输线长度差归因于接收器信道中的每一个的不同耦合位置192、194。

因此，可更准确地使用此方法以在接收器的使用寿命期间评估不同接收器信道路径之间的增益和振幅匹配或失配。在向终端用户提供接收器系统之前，可使用导频测试信号来确定不同接收器信道的初始系统性相位和振幅误差。接着，在系统的使用寿命期间，测试信号产生电路150可由系统用作BIST电路以评估每一接收器信道的增益和相位特性的任何改变。

应了解，在其它实施例中，可在步骤202和204之前执行步骤206和208。

图3示出大体上类似于图1中示出的第一例子100的无线系统的第二示例接收器部分300的示意性框图。许多部分类似，且以类似方式编号。

然而，测试信号产生电路350存在一些差异，并且用以将测试信号分布到多个接收器信道110、130的信号路径也存在一些差异。

测试信号产生器电路350仅包括可由控制信号354开启或关闭的单个可变增益放大器352。放大器352在正常系统操作期间关闭且在BIST自测试操作期间开启。

测试信号路径由连接到测试信号产生电路350的输出的单个传输线360提供，且被布置成将测试信号分布到多个接收器信道110、130。信号传输线360与相关联于每一接收器信道110、130的相应切换装置362、364通信。每一切换装置362、364包括耦合于低噪声放大器366、368上游且分别耦合到混频器370、372的输入的相应第一和第二传输线片段。

因此，系统大体上类似于图1中示出的系统，除了切换装置362、364用以经由单个传输线将来自测试信号产生电路350的测试信号选择性地切换到低噪声放大器的上游侧或切换到每一接收器信道110、130的混频器的输入。

此实施方案比在图1中从硬件视角示出的实施方案更紧凑。然而，切换器362、364可引入系统性差异，从而导致测量不准确性，并且因此可能不如图1中示出的实施方案优选，但相比于其它方法仍具有明显的益处。因此，图3中示出的实施方案300可以是更适当的，其中实施方案的大小是比测量准确性更重要的因素。

图3中示出的设备的操作方法由图4中示出的流程图说明。操作方法400大体上类似于图2中所说明的操作方法200。

在402处，通过确证控制信号114、134来关闭低噪声放大器112、132。如果需要，那么操作切换器362、364以切换到第一配置，从而将传输线360连接到耦合件370、372来将测试信号直接注入到每一接收器信道的混频器116、136的输入。接着操作404测试信号产生器电路350以经由传输线360输出测试信号，测试信号在相应混频器116、136的输入处且沿着每一接收器信道的其余部分被注入到每一接收器信道110、130中。在404处通过基带信号处理器测量并确定沿每一接收器信道的其余部分向下传输的测试信号的相位和振幅。

因此，类似于第一操作方法，切断低噪声放大器提供朝向天线的反向隔离，从而有助于通过减少或消除任何天线反射信号或其它外部干扰源来提高相位测量的准确性。

在406处，开启每一接收器信道110、130中的低噪声放大器112、132。操作切换器362、364以切换到第二配置，在第二配置中经由共同单个传输线360使用测试信号产生器电路350的放大器352来将测试信号传输408到接收器信道中的每一个，且在408处通过基带信号处理器测量并确定沿全部每一个接收器信道向下传输的测试信号的相位和振幅。

类似于图2中所说明的方法，在其它实施例中，可在步骤402和404之前执行方法400的步骤406和408。

上文所描述的设备及方法可有助于解决可在使用用于评估多个接收器信道的性能的其它方法的情况下发生的数个问题。

如果测试信号直接耦合到接收器信道中的也耦合到天线的RF输入节点，那么天线端口处的任何不完全匹配条件将使来自天线的测试信号反射回到混频器中。因此，测试信号将不再准确，而是实际上成为预期测试信号与测试信号的反射分量的组合。所得测试信号将会是具有振幅误差和相位误差的组合信号，所述误差将降低测量准确性，并且因此降低接收器信道测量的置信水平。

而且，测试信号可从天线「渗漏」到环境中，且将由任何天线罩反射回去，或将由于接收器天线之间的有限接收器隔离性而耦合到其它接收器天线端口，有限接收器隔离性通常可为约30dB。因此，由于其它接收器端口，每一接收器端口将接收数个不合需要的信号，从而进一步降低接收器信道振幅测量和相位测量的准确性。

另外，在接收器信道测量期间，如果天线在测试信号注入期间直接耦合到混频器，那么外部雷达或所传输无线电信号的其它来源可变成测量干扰的来源。此效应还可扰乱测量并引起检测算法中的误报。举例来说，相位或振幅偏离可被标记，但误差将归因于外部干扰信号而非接收器信道的问题。

因此，本文中所描述的接收器信道测试电路和方法可提供在无线系统中测量接收器信道的振幅和相位性能的更可靠方式。

在一些实施例中，可以封装中的集成电路的形式提供具有在图1和3中说明的内置自测试(BIST)的接收器。具体地说，接收器可提供为可尤其适用于例如汽车雷达系统等RF雷达系统中的雷达传感器集成电路。

在本说明书中，已经依据选定的细节集合而呈现示例实施例。然而，本领域的普通技术人员将理解，可以实践包括这些细节的不同选定集合的许多其它示例实施例。希望所附权利要求书涵盖所有可能的示例实施例。

除非明确陈述具体次序，否则可按任何次序执行任何指令和/或流程图步骤。而且，本领域的技术人员将认识到，虽然已经论述一个示例指令集/方法，但是在本说明书中的材料可以多种方式组合从而还产生其它例子，并且应在此详细描述提供的上下文内来进行理解。

虽然本公开允许各种修改和替代形式，但它的特殊性已在附图中通过例子示出并详细地描述。然而，应理解，超出所描述特定实施例的其它实施例也是可能的。属于所附权利要求书的范围内的所有修改、等效物和替代实施例也涵盖其中。

Claims (10)

1.一种用于无线系统的接收器(100、300)，其特征在于，包括：

多个接收器信道(110、130)，每一接收器信道包括用于从相应天线(111、131)接收信号的放大器(112、132)和布置于所述放大器下游的混频器(116、136)，且其中每一放大器具有用于接收用以开启或关闭所述放大器的控制信号(114、134)的输入；

测试信号产生电路(150、350)，所述测试信号产生电路被配置成产生测试信号；

信号路径，所述信号路径连接所述测试信号产生电路与所述多个接收器信道中的每一接收器信道，且其中所述信号路径在相应放大器与相应混频器之间的耦合件(182、194、370、372)处耦合到每一接收器信道，以使得来自所述测试信号产生电路的测试信号能够在关闭接收器信道的所述放大器时针对所述多个接收器信道中的每一个而被注入到所述放大器下游的所述接收器信道的部分。

2.根据权利要求1所述的用于无线系统的接收器(100、300)，其特征在于，所述信号路径在相应放大器上游的另一耦合件(184、182、366、368)处耦合到每一接收器信道，以使得来自所述测试信号产生电路(150、350)的测试信号能够在开启接收器信道的所述放大器时针对所述多个接收器信道中的每一个而被注入到整个接收器信道。

3.根据权利要求1或2所述的用于无线系统的接收器(100、300)，其特征在于，所述信号路径包括耦合到所述接收器信道中的每一个的第一传输线(180、360)。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的用于无线系统的接收器(300)，其特征在于，所述第一传输线(360)包括多个切换器(362、364)，且其中为所述多个接收器信道中的每一相应接收器信道提供所述多个切换器中的相应一个，且其中每一切换器被布置成将所述第一传输线(360)选择性地连接到所述耦合件(370、372)或所述另一耦合件(366、368)。

5.根据权利要求3所述的用于无线系统的接收器(100)，其特征在于，所述信号路径进一步包括耦合到所述接收器信道中的每一个的第二传输线(190)，且其中所述第一传输线(180)包括用于每一接收器信道的所述另一耦合件(182、184)，且所述第二传输线(190)包括用于每一接收器的所述耦合件(192、194)。

6.根据权利要求5所述的用于无线系统的接收器(100)，其特征在于，所述测试信号产生电路(150)包括连接到所述第一传输线的第一输出和连接到所述第二传输线的第二输出。

7.根据在前的任一项权利要求所述的用于无线系统的接收器(100、300)，其特征在于，所述测试信号产生电路(150、350)被配置成产生单边带调制测试信号。

8.一种包括集成电路的封装，其特征在于，所述集成电路被配置成提供根据权利要求1到7中任一项所述的接收器(100、300)。

9.一种无线系统，其特征在于，包括根据权利要求1到7中任一项所述的接收器或根据权利要求8所述的封装。

10.一种测试包括多个接收器信道的接收器的方法(200、400)，其特征在于，每一接收器信道包括用于从相应天线接收信号的放大器和布置于所述放大器下游的混频器，所述方法包括针对每一接收器信道而：

关闭接收器信道中的所述放大器(202、402)；

在关闭所述放大器时将测试信号注入到所述放大器与所述混频器之间的接收器信道中(204、404)；以及

确定沿所述接收器信道向下传输的信号的振幅和相位。