CN108139463B - 集成高频电路、雷达传感器和运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于雷达传感器的集成高频电路，所述集成高频电路具有：时钟输入端，其构造用于接收在所述集成高频电路外部产生的时钟信号；本地振荡器，其构造用于产生本地高频信号；高频输入端，其构造用于接收在所述集成高频电路外部产生的外部高频信号；切换开关，其与所述本地振荡器并且与所述高频输入端耦合并且构造成为了产生雷达信号而在所述本地高频信号与所述外部高频信号之间进行切换。本发明还公开一种相应的雷达传感器以及一种相应的运行方法。

Description

集成高频电路、雷达传感器和运行方法
技术领域
本发明涉及一种用于雷达传感器的集成高频电路、一种相应的雷达传感器以及一种相应的运行方法。
背景技术
目前雷达传感器被使用在众多应用中。例如将工作在76GHz至81GHz之间的频率范围内的雷达传感器使用在车辆中，以用于进行对象识别或障碍物识别。
对于用于汽车领域的雷达传感器，在此实现越来越复杂的传感器装置，以便例如增加发送信道和接收信道的数量。
为了限制出于可靠性和功率损耗原因所需的高频模块(MMIC)的尺寸，当前通过使用更多专用的(dediziert)附加MMIC来实现发送信道和接收信道的数量的增加。
一种增加信道数量的可能性是对MMIC进行级联。在此，既为了进行同步而将主MMIC的时钟，也为了高频相干性而将本地振荡器的信号传递到级联的MMIC。与此同时，两个MMIC都在相同的频率上进行发送，所述频率由主MMIC预给定。
发明内容
本发明公开一种用于雷达传感器的集成高频电路、一种雷达传感器以及一种相应的运行方法。
因此设置：
用于雷达传感器的集成高频电路具有：时钟输入端，其构造用于接收在集成高频电路外部产生的时钟信号；本地振荡器，其构造用于产生本地高频信号；高频输入端，其构造用于接收在集成高频电路外部产生的高频信号；切换开关，其与本地振荡器并且与高频输入端耦合，并且构造成为了产生雷达信号而分别在本地高频信号与外部高频信号之间进行切换。
还设置：
雷达传感器具有：至少两个级联的根据本发明的高频电路、控制装置，该控制装置设置用于操控高频电路的切换开关。
最后设置：
用于用于雷达传感器的集成高频电路的运行方法具有以下步骤：接收在集成高频电路外部产生的时钟信号、产生本地高频信号、接收在集成高频电路外部产生的外部高频信号、为了产生雷达信号而在本地高频信号与外部高频信号之间进行切换。
因此，根据本发明的雷达传感器具有两个独立的高频电路，所述两个高频电路能够完全独立地工作，然而在需要时也能够在频率方面彼此耦合。
为此，根据本发明的集成高频电路可以在外部高频信号与本地高频信号之间进行切换。例如可以在生产中无论如何需要的频率定心(Frequenzzentrierung)的范畴内如此调整在硬件方面相同的高频电路或它们的本地振荡器，使得它们具有不同的中心频率。
因此例如可以使用相同的高频电路，其中第一个在76GHz至79.5GHz的频率范围内工作，并且第二个在77.5GHz至81GHz的频率范围内工作。因此，由76GHz至81GHz覆盖了例如通常可供车辆雷达传感器使用的整个5GHz的频率范围。在此，例如可以将第一高频电路用于远距离范围，并且将第二高频电路用于近距离范围。
在此，“远距离范围”可以理解为从雷达传感器出发直至250m的距离。在此，“近距离范围”可以表示从雷达传感器出发大约直至25m的距离。
然而同时，根据本发明的高频电路也可以实现在本地的经调整的振荡器与高频输入端之间进行切换。因此，通过切换所使用的高频信号，可以将相同的高频电路用于不同的频率范围。
在一种实施方式中，集成高频电路可以具有时钟输出端，该时钟输出端构造用于输出基于时钟信号(Taktsignal)的时钟(Takt)。这可以实现多个高频电路的级联。例如可以在高频电路中借助石英振荡器由石英信号、即由一种形式的时钟信号产生时钟。替代地，可以由外部石英振荡器提供已经作为时钟的时钟信号。第一高频电路例如可以通过其时钟输入端与外部石英连接。通过时钟输出端，第一高频电路可以将石英的时钟信号传递到第二高频电路上。可以利用时钟信号到第二高频电路上的传输来对级联高频电路进行时间同步。
在一种实施方式中，集成高频电路可以具有高频输出端，该高频输出端构造用于输出本地高频信号。因此在两个高频电路级联的情况下，也可以传递一个高频电路的高频信号。在第一高频电路中，例如可以保持不使用该高频输入端，或将其用于另一目的。如果保持不使用该高频输入端，则例如可以将其接地，以便避免干扰。第一高频电路可以将在该高频电路中本地产生的高频信号通过高频输出端传递到第二高频电路上。
在第二高频电路中，该第二高频电路——如上面已经阐述的那样——可以被调整到与第一高频电路不同的频率范围，现在可以通过切换开关选择：应该将哪个信号用于产生雷达信号。
因此，第二高频电路既可以用于覆盖自身的频率范围，也可以用于在与第一高频电路相同的频率范围内工作。
如果在单个的雷达传感器中使用两个这样的高频电路，则这两个高频电路因此例如可以分别工作在自身的频带中，并且例如可以同时在76GHz至79.5GHz的情况下监控远距离范围，并且在77.5GHz至81GHz的情况下监控近距离范围。因此可以充分利用整个5GHz的带宽。与此相反，传统雷达传感器中的传统的信号源不能在满足对有效距离、温度变化过程以及制造波动(Fertigungsschwankungen)的要求的同时完全覆盖5GHz的范围。因此，目前通常针对相应的应用领域(近距离/远距离)研发个体化的雷达传感器。
如果对两个高频电路中的一个进行切换，使得该高频电路使用另一高频电路的高频信号，则可以在重叠的频率范围内相干地
Figure GDA0003508491300000031
分析处理两个高频电路的信息。例如还可以在发送模式中使用MIMO方法，其中，提供了双倍数量的发送信道和接收信道。
如上所述，两个级联的高频电路中的第一个的高频输入端可以保持不使用。替代地，然而也可以将该高频输入端与第二高频电路的高频输入端耦合。因此，也可以将在第二高频电路内部产生的本地高频信号用作两个高频电路的基础。
此外，现在可以独立地在方位角模式和仰角模式中运行所述高频电路，以便执行对碾压性
Figure GDA0003508491300000041
和钻撞性(Unterfahrbarkeit)的分类。为此例如可以将仰角功能(由天线所决定地以较低功率工作)置于较高的频带中。
在一种实施方式中，集成高频电路可以具有配置接口，该配置接口与切换开关耦合，并且构造用于接收切换信号并且相应地操控切换开关。所述配置接口例如可以构造成由雷达传感器的控制装置等所操控的数字接口。因此，对于上级控制机构(Steuerinstanz)来说，可以根据需要对单个高频电路的功能进行匹配。
在一种实施方式中，雷达传感器可以具有两个级联的高频电路，其中，第一高频电路构造用于在76GHz至79.5GHz的频率范围内工作，并且第二高频电路构造用于在77.5GHz至81GHz的频率范围内工作。
如果有意义，上述构型和扩展方案可以任意相互组合。本发明的其他可能的构型、扩展方案以及实施方式也包括在上文中或下文中关于实施例所描述的本发明的特征的未详细提及的组合。在此，作为对本发明的相应的基本形式的改善或补充，本领域技术人员尤其还将添加单个方面。
附图说明
以下根据在附图的示意图中说明的实施例进一步阐述本发明。在此，附图示出：
图1示出根据本发明的集成高频电路的一种实施方式的方框图；
图2示出根据本发明的集成高频电路的另一实施方式的方框图；
图3示出根据本发明的雷达传感器的一种实施方式的方框图；
图4示出根据本发明的方法的另一实施方式的流程图。
在所有附图中，除非另有说明，相同或功能相同的元件和设备设有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出根据本发明的集成高频电路1-1的一种实施方式的方框图。
高频电路1-1具有时钟输入端3-1，该时钟输入端接收在集成高频电路1-1外部产生的时钟信号4。如果使用外部石英振荡器，则概念“时钟信号4”可以理解为实际的时钟15。替代地，然而也可以仅将石英作为谐振构件进行连接，该谐振构件与集成在高频电路1-1中的石英振荡器一起构成振荡回路。因此，这样才在高频电路1-1中产生真正的时钟15。时钟15(参见图3)还用于与其他高频电路的同步(例如参见图3)。未示出时钟15在高频电路1-1中的进一步分布。通过该进一步分布将时钟15分布到那些需要时基来产生和调制雷达信号10-1的模块。这些模块例如可以是高频电路1-1中的控制器、高频电路1-1中的产生基带信号的D/A转换器或高频电路1-1的PLL。
高频电路1-1还具有本地振荡器5-1，该本地振荡器产生本地高频信号6-1。本地振荡器5-1和高频输入端7-1与切换开关9-1耦合。
通过高频输入端7-1，可以将在集成高频电路1-1外部产生的外部高频信号8-1提供给高频电路1-1。为此，切换开关9-1用于，为了产生和分析处理一个或多个雷达信号10-1而在本地高频信号6-1与外部高频信号8-1之间进行切换。在图1中，在切换开关9-1后面示出信号分配器21-1，其代表在产生一个或多个雷达信号10-1情况下起作用的所有元件，该信号分配器将高频信号6-1或8-1传递到高频电路1-1中的相应的元件上。信号分配器21-1例如可以将由切换开关9-1输出的高频信号6-1、8-1分配到高频电路1-1的发送信道上。还可以将高频信号6-1、8-1作为参考信号输出到高频电路1-1的接收器或混频器。最后，信号分配器21-1也可以产生混频器测试信号，该混频器测试信号可以在接收器中用于传播时间模拟、即用于测试接收器。
通过切换开关9-1，可以在高频电路1-1中选择，将哪个高频信号6-1、8-1用于产生雷达信号10-1。如果以与内部高频信号6-1不同的频率提供外部高频信号8-1，则因此可以通过所述切换非常简单地选择高频电路1-1所工作的频带。
图2示出根据本发明的集成高频电路1-2的另一实施方式的方框图。
图2的高频电路1-2基于图1的高频电路1-1，并且还具有时钟输出端11-1，通过该时钟输出端可以将时钟15传递到另一高频电路上，高频电路1-2例如通过时钟输入端3-2由石英振荡器接收该时钟，或在内部借助外部的石英自身产生该时钟。还设有高频输出端12-1，通过该高频输出端可以将由切换开关9-2输出的高频信号6-2、8-2同样地例如传递到另一高频电路上。最后设有配置接口13-1，通过该配置接口可以操控切换开关9-2。
因此，图2的高频电路1-2可以实现，既接收和传递时钟15，也接收和传递高频信号6-2、8-2。因此借助该配置能够特别简单地实现多个高频电路1-2的级联。在此，可以通过适当的操控在高频电路1-2中的每个中选择：相应的高频电路1-2使用哪个高频信号6-2、8-2用于信号产生和信号分析处理，并且用于传递，。
图3示出根据本发明的雷达传感器2的一种实施方式的方框图，该雷达传感器使用对多个高频电路1-3、1-4进行级联的可能性。
雷达传感器2具有第一高频电路1-3，该第一高频电路具有时钟输入端3-3，该时钟输入端从石英20获得时钟信号4。替代地，高频电路1-3可以从外部石英振荡器接收呈时钟15形式的时钟信号4。将时钟信号4提供给时钟预备装置22-1，该时钟预备装置既预备用于高频电路1-3的时钟15，也预备(aufbereiten)用于传递到高频电路1-4的时钟。为此，高频电路1-3具有时钟输出端11-2，该时钟输出端与高频电路1-4的时钟输入端3-4耦合。时钟预备装置22-1例如可以具有由石英所需的石英振荡器，并且可以如上面所提到的那样对用于控制器、D/A转换器或高频电路1-3中的其他模块的时钟进行预备。也可以将所述时钟传递到雷达传感器2的控制装置14或通信接口(未单独示出)。这种通信接口例如可以是FlexRay或以太网控制器。
在高频电路1-3上未示出高频输入端，因为该高频输入端未被使用。在高频电路1-3中，仅使用本地振荡器5-3来产生高频信号6-3，该高频信号在高频电路1-3中用于产生和分析处理雷达信号。同时，将高频信号6-3通过高频输出端12-2传递到高频电路1-4的高频输入端7-3上。因为在高频电路1-3中，仅使用内部的高频信号6-3，所以为清楚起见也未示出配置接口。然而可以理解，所述配置接口可以用于其他任务并且存在于高频电路1-3中。
因此，高频电路1-4从高频电路1-3既获得时钟信号4，也获得高频信号6-3。高频电路1-4除了具有输入端3-4、7-3，也具有时钟预备装置22-2。还设有本地振荡器5-4和切换开关9-3。在此，高频电路1-3与1-4的示图中的差别仅用于说明不同的配置。然而实际上，可以使用两个相同的高频电路。通过配置接口13-2，雷达传感器2的控制装置14可以选择：第二高频电路1-4基于高频信号6-3还是基于其自身的高频信号6-4来产生和分析处理雷达信号。
对于车辆中的应用例如可以设置，第一高频信号6-3处于76GHz至79.5GHz的频率范围内。第二高频信号5-4可以处于77.5GHz至81GHz的频率范围内。因此，只要将不同的频带分配给近距离范围和远距离范围，那么就可以借助雷达传感器2例如既检测远距离范围，也检测近距离范围。
雷达传感器2既可以在不同的频率范围内独立地分析处理雷达信号，也可以在重叠的频率范围内相干地分析处理率两个高频电路1-3、1-4的信息。如果高频信号仅来自唯一的高频源，则所述相干分析处理是尤其有利的。然而尽管如此，也可以附加地在发送运行中例如使用MIMO方法，其中，如果高频电路1-3、1-4使用相同的频率范围，或使用由唯一源所导出的高频信号5-3，则有双倍数量的发送信道和接收信道可供使用。
例如如果如此调节开关9-3，使得该开关输出高频信号5-4，则两个高频电路1-3、1-4具有相干的时钟。然而，高频信号是不相干的。这些配置尤其适用于显然不会重叠的独立的频率范围。在此，所述分析处理仅分别在高频电路1-3、1-4内部实现。即高频电路1-3、1-4同时、时钟同步地工作，但在独立的频率范围内仅将分别由它们自身产生的发送信号混合在基带中。
如果如此调节高频电路1-4中的开关9-3，使得该开关输出施加在高频输入端7-3上的信号，则例如可以禁用振荡器5-4。则整个系统、即两个高频电路1-3、1-4借助由唯一振荡器导出的相干时钟和高频相干的线路输出(LO)信号工作。因此，高频电路1-3、1-4具有共同的频率范围。因此，可以在两个高频电路1-3、1-4上进行分析处理，例如高频电路1-3可以进行发送，并且高频电路1-4可以进行接收。即高频电路1-3、1-4同时地、时钟同步地并且高频相干地工作，从而将它们自身产生的以及由另一高频电路1-3、1-4产生的发送信号混合到基带中。
在图3中未示出、但同样可以实现的是，同时将高频电路1-4的高频输出端与高频电路1-3的高频输入端耦合。因此，对于两个高频电路1-3、1-4都可以选择振荡器5-3或5-4的频率。
图4示出用于用于雷达传感器2的集成高频电路1-1至1-4的根据本发明的运行方法的一种实施方式的流程图。
所述方法设置，接收S1在集成高频电路1-1至1-4外部产生的时钟信号4。此外，产生S2本地高频信号6-1至6-4。在步骤S3中，产生在集成高频电路1-1至1-4外部产生的外部高频信号8-1至8-3。最后，为了产生雷达信号10-1、10-2，在本地高频信号6-1至6-4与外部高频信号8-1至8-3之间进行切换。
在此，所接收的时钟信号4用于在时间上控制或同步雷达传感器2中的或各个高频电路1-1至1-4中的进程。为了同步多个高频电路1-1至1-4，也可以由高频电路1-1至1-4中的一个输出基于时钟信号4的时钟15。
如果雷达传感器2中的高频电路1-1至1-4中的两个或多个使用相同的频率范围来产生和分析处理雷达信号，则也可以由高频电路1-1至1-4将本地高频信号6-1至6-4输出到其他高频电路1-1至1-4上。
最后，可以相应于所接收的切换信号进行在本地高频信号6-1至6-4与外部高频信号8-1至8-3之间的切换，该切换信号例如可以由雷达传感器的控制装置14提供。
尽管以上已经借助优选实施例描述本发明，但是本发明不限于此，而是可以以各种方式和方法被修改。本发明尤其可以以各种各样的方式被改变或修改，而不偏离本发明的核心。

Claims (7)

1.一种雷达传感器(2)，所述雷达传感器具有至少两个级联的高频电路(1-1至1-4)并且具有控制装置(14)，
其中，所述至少两个级联的高频电路中的每个高频电路具有：
时钟输入端(3-1至3-4)，其构造用于接收在所述级联的高频电路(1-1至1-4)外部产生的时钟信号(4)，
本地振荡器(5-1至5-4)，其构造用于产生本地高频信号(6-1至6-4)，
高频输入端(7-1至7-3)，其构造用于接收在所述级联的高频电路(1-1至1-4)外部产生的外部高频信号(8-1至8-3)，
切换开关(9-1至9-3)，其与所述本地振荡器(5-1至5-4)并且与所述高频输入端(7-1至7-3)耦合，并且构造成为了产生雷达信号(10-1，10-2)而在所述本地高频信号(6-1至6-4)与所述外部高频信号(8-1至8-3)之间进行切换，
其中，所述控制装置(14)设置用于操控所述高频电路(1-1至1-4)的切换开关(9-1至9-3)，
其中，所述至少两个级联的高频电路(1-1至1-4)构造成在不同的频率范围中工作，
其中，所述至少两个级联的高频电路(1-1至1-4)还分别具有时钟输出端(11-1，11-2)，所述时钟输出端构造用于输出基于所述时钟信号(4)的时钟(15)。
2.根据权利要求1所述的雷达传感器(2)，其中，所述至少两个级联的高频电路(1-1至1-4)还分别具有高频输出端(12-1，12-2)，所述高频输出端构造用于输出所述本地高频信号(6-1至6-4)和/或输出由所述切换开关(9-1至9-3)输出的信号。
3.根据上述权利要求中任一项所述的雷达传感器(2)，其中，所述至少两个级联的高频电路(1-1至1-4)还分别具有配置接口(13-1，13-2)，所述配置接口与所述切换开关(9-1至9-3)耦合，并且构造用于接收切换信号并且相应于所述切换信号操控所述切换开关(9-1至9-3)。
4.根据上述权利要求中任一项所述的雷达传感器(2)，其中，所述雷达传感器(2)具有两个级联的高频电路(1-1至1-4)，其中，所述至少两个级联的高频电路(1-1至1-4)中的第一高频电路(1-1至1-4)构造用于在76GHz至79.5GHz的频率范围内工作，所述至少两个级联的高频电路(1-1至1-4)中的第二高频电路(1-1至1-4)构造用于在77.5GHz至81GHz的频率范围内工作。
5.一种用于雷达传感器(2)的运行方法，所述雷达传感器(2)具有至少两个级联的高频电路(1-1至1-4)，
其中，所述运行方法对于每个高频电路(1-1至1-4)具有以下步骤：
接收(S1)在所述级联的高频电路(1-1至1-4)外部产生的时钟信号(4)，
在所述高频电路(1-1至1-4)中产生(S2)本地高频信号(6-1至6-4)，
接收(S3)在所述级联的高频电路(1-1至1-4)外部产生的外部高频信号(8-1至8-3)，
为了产生雷达信号(10-1，10-2)，相应于由所述雷达传感器的控制装置(14)提供的切换信号，在所述本地高频信号(6-1至6-4)与所述外部高频信号(8-1至8-3)之间进行切换(S4)，其中，所述级联的高频电路(1-1至1-4)在不同的频率范围中工作，
从所述高频电路(1-1至1-4)尤其对于另一高频电路(1-1至1-4)输出基于所述时钟信号(4)的时钟(15)。
6.根据上述权利要求5所述的方法，所述方法具有：
输出所述本地高频信号(6-1至6-4)。
7.根据上述权利要求5至6中任一项所述的方法，其中，相应于所接收的切换信号进行所述本地高频信号(6-1至6-4)与所述外部高频信号(8-1至8-3)之间的切换。
CN201680056676.XA 2015-09-28 2016-08-01 集成高频电路、雷达传感器和运行方法 Active CN108139463B (zh)

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