CN109302200A - 用于确定时间延迟的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种设备，包括：收发器；第一天线，所述第一天线通过天线电路连接到所述收发器以实现阻抗匹配和滤波中的一个或多个；第二天线，所述第二天线绕过所述天线电路连接到所述收发器；校准装置，所述校准装置被配置成基于以下中的至少一个来确定由至少所述第一天线和所述天线电路引入的时间延迟：由所述收发器从所述第一天线发送且由所述收发器通过所述第二天线接收的信号；和由所述收发器从所述第二天线发送且由所述收发器通过所述第一天线接收的信号。

Description

用于确定时间延迟的设备和方法

技术领域

本公开涉及一种用于确定可归因于天线和其相关联天线电路的时间延迟的设备。其还涉及一种相关联方法和包括所述设备的装置。

背景技术

测距包括在第一装置与远程第二装置之间发送和接收信号以及确定信号在装置之间的飞行时间。信号在第一装置与第二装置之间的飞行时间可用于产生装置之间的距离。飞行时间的精确度对于精确确定装置之间的距离、被称为“测距”可具重要性。由计时器测量的时间可包括实际飞行时间、由计时器测量的第二装置处的处理延迟、第一装置处的处理延迟以及由天线和其相关联电路引入的延迟的函数。处理延迟可由电路测量或以其它方式确定且可因此被加以考量。然而，由天线和其电路引入的延迟可更加难以加以考量。此外，天线延迟可能由于制造差异或例如寿命和温度等因素而随用途或随装置变化。

发明内容

根据本公开的第一方面，提供一种设备，包括：

收发器；

第一天线，所述第一天线通过天线电路连接到收发器以实现阻抗匹配和滤波中的一个或多个；

第二天线，所述第二天线绕过天线电路连接到收发器；

校准装置，所述校准装置被配置成基于以下中的至少一个来确定由至少第一天线和所述天线电路引入的时间延迟：

由收发器从第一天线发送且由收发器通过第二天线接收的信号；和

由收发器从第二天线发送且由收发器通过第一天线接收的信号。

在一个或多个实施例中，第二天线包括以下中的一个或多个；

i)金属迹线，所述金属迹线形成在连接到设备的基板上；

ii)集成电路封装的集成电路封装端，设备形成在所述集成电路封装中；

iii)设备的寄生天线。

在一个或多个实施例中，设备包括切换布置，所述切换布置被配置成提供以下中的一个或两个：

i)来自收发器的用于提供所述信号的发射器元件的连接，所述连接可切换来连接到第一天线或连接到第二天线；

ii)到收发器的用于接收所述信号的接收器元件的连接，所述连接可切换来连接到第一天线或连接到第二天线。

在一个或多个实施例中，设备被配置成提供校准模式和标准操作模式；

其中，在校准模式期间，切换布置被配置成将发射器元件和接收器元件中的一个连接到第二天线；且

其中，在标准操作模式期间，切换布置被配置成将发射器元件和接收器元件中的一个连接到第一天线。

在一个或多个实施例中，设备被配置成提供校准模式和标准操作模式，且在校准模式中，校准装置被配置成确定时间延迟，且在标准操作模式中，设备被配置成部分地使用由校准装置确定的时间延迟来对在设备与至少一个远程装置之间发送的信号进行飞行时间确定。

在一个或多个实施例中，设备的收发器包括超宽带收发器。

在一个或多个实施例中，校准装置被配置成确定以下时间中的一个或多个时的时间延迟：

i)设备启动时；

ii)周期性地；

iii)响应于在从所述第一天线发送测距信号之前发送用于测距的消息的需求。

在一个或多个实施例中，校准装置被配置成基于从第一和第二天线中的一个发送的信号与通过第一和第二天线中的另一个接收的信号的互相关来确定互相关函数，基于对互相关函数中的初始峰值之后的峰值的识别来确定时间延迟。

在一个或多个实施例中，时间延迟包括由至少第一天线、所述天线电路和设备的模拟信号处理组件引入的时间延迟。

根据本公开的第二方面，提供一种校准设备以对由至少第一天线和所述第一天线的天线电路引入的时间延迟加以考量的方法，其中设备包括：收发器；通过所述天线电路连接到收发器的所述第一天线，其被配置成实现阻抗匹配和滤波中的一个或多个；第二天线，所述第二天线绕过所述天线电路连接到收发器，所述方法包括：

基于以下中的至少一个来确定所述时间延迟：

由收发器从第一天线发送且由收发器通过第二天线接收的信号；和

由收发器从第二天线发送且由收发器通过第一天线接收的信号。

在一个或多个实施例中，确定所述时间延迟包括对由收发器发送的信号和由收发器接收的信号进行互相关。

在一个或多个实施例中，所述方法包括在所述确定步骤之前切换到校准模式的步骤，在所述校准模式中，收发器的发射器元件被配置成从第一和第二天线中的一个发送所述信号且接收器元件被配置成从第一和第二天线中的另一个接收由发射器元件发送的所述信号。

在一个或多个实施例中，切换到所述校准模式包括从标准操作模式切换，在所述标准操作模式中，收发器被配置成既通过第一天线发送信号，又通过第一天线接收信号。

在一个或多个实施例中，所述方法包括以下步骤：实现从第一天线发送测距信号以及从远程装置接收响应于所述测距信号发送的信号，设备被配置成部分地使用所确定的时间延迟来确定所述测距信号的飞行时间和对所述测距信号的响应。

根据本公开的第三方面，提供一种包括第一方面的设备的装置，所述装置包括以下中的一个：汽车钥匙挂扣；车辆，所述车辆包括有一部分是由所述设备形成的出入控制系统；和出入控制系统。

虽然本发明容许各种修改和替代形式，但是已经借助于例子在图式中示出其特殊性且将进行详细描述。然而，应理解，超出所描述的特定实施例的其它实施例也是可能的。也涵盖落入所附权利要求书的精神和范围内的所有修改、等效物和替代实施例。

以上论述并不意图呈现在当前或将来权利要求集的范围内的每个示例实施例或每个实施方案。图和之后的详细描述还举例说明各种示例实施例。结合附图且考虑以下详细描述可更全面地理解各种示例实施例。

附图说明

现将仅借助于例子参考附图描述一个或多个实施例，在附图中：

图1示出飞行时间确定的例子；

图2示出设备的第一示例实施例；

图3示出设备的第二示例实施例；

图4示出包括所述设备的装置的示例实施例；

图5示出示例互相关函数；且

图6示出流程图，所述流程图示出方法的示例实施例。

具体实施方式

参考图1，测距包括在第一装置101与远程第二装置102之间发送和接收信号以及确定信号在装置101、102之间的飞行时间。图1示出第一信号通过天线104从第一装置101的发射器元件103的发射。箭头105指示计时器106基于第一信号发射的启动，标记为“质询”。第二装置102的接收器元件107通过天线108接收所述信号。第二装置102可发送响应信号且可花费时间来处理所接收的质询信号以及生成响应信号。计时器110示出由第二装置102引入的处理延迟，所述处理延迟可包括在响应消息中。第二装置102的发射器元件111通过天线108发送响应信号。第一装置101的接收器元件112接收所述响应信号且箭头113指示计时器106的停止。

信号在第一装置101与第二装置102之间的飞行时间可用于产生装置101、102之间的距离。飞行时间的精确度对于精确确定装置101、102之间的距离、被称为“测距”可具重要性。由计时器106测量的时间可包括实际飞行时间、由计时器110测量的第二装置102处的处理延迟、第一装置101处的处理延迟以及由天线104、108和其相关联电路引入的延迟的函数。

处理延迟可由电路(未示出)测量或以其它方式确定且可因此被加以考量。然而，由天线和其电路引入的延迟可更加难以加以考量。此外，天线延迟可能由于制造差异或例如寿命和温度等因素而随用途或随装置变化。

图2示出示例设备200，包括收发器201、第一天线202和第二天线203。第一天线202通过天线电路204连接到收发器201。天线电路204可实现对从收发器201发送到第一天线202的信号的滤波或对在由收发器201接收之前由第一天线接收的信号的滤波。天线电路可以是可替换的是或另外实现阻抗匹配。应了解，取决于收发器的应用和/或任何发射/接收要求或限制，天线电路204可提供其它功能性。由于信号必须穿过天线电路204，因此天线电路204和第一天线202可能会向花费来发射和/或接收信号的时间引入延迟。如关于图1所论述，可能重要的是特别是在设备200被配置成通过飞行时间确定进行测距时对时间延迟加以考量。

第二天线203连接到收发器201但不通过天线电路204连接。在一个或多个例子中，第二天线203与收发器之间的连接缺少阻抗匹配网络。在一个或多个例子中，第二天线203与收发器之间的连接缺少用以实现信号滤波的电路。

设备200包括校准装置205，所述校准装置205被配置成基于以下中的至少一个来确定由至少第一天线202和所述天线电路204引入的时间延迟：

由设备200从第一天线202发送且由设备200通过第二天线203接收的信号；和

由设备200从第二天线203发送且由设备200通过第一天线202接收的信号。

第一天线202可包括当校准装置不会确定时间延迟时使用的设备200的预设天线。因此，在标准操作模式期间，第一天线202可由收发器201使用且第二天线可不使用，而在校准模式期间，第一天线202和第二天线203都可由校准装置205使用。

第一天线202可选自行波天线、单极锥天线、蝶形天线、Vivaldi天线、印刷单极天线或喇叭天线。

第二天线203可仅用于校准。因此，第二天线203与第一天线202相比可具有不同类型、大小或形状。此外，由于第二天线203可仅用于从第一天线202(所述第一天线202也是设备的部分且因此在附近)接收信号或发送信号以用于由第一天线202接收，因此所述第二天线203既无需具有高增益也不要求特别高效。

在一个或多个例子中，且如图4中所示出，第二天线203包括金属迹线400，所述金属迹线400形成在连接到收发器201的基板401上。图4示出形成于安装在基板401上的集成电路封装402内的收发器201。在此例子中，基板401包括印刷电路板(PCB)。集成电路封装402的引脚或输出垫(未示出)可实现收发器201与金属迹线400之间的连接。

在一个或多个例子中，第二天线203可仅仅包括集成电路封装402的集成电路封装端(未示出)(即，不含金属迹线400)。已知电路的导电部分在4到9GHz下充当天线且辐射信号。可采用所述导电部分而不是提供专用导电结构来充当天线，集成电路封装402的端、引脚或支脚可提供第二天线203。

一般来说，第二天线203可被认为是设备200的“寄生天线”，使得设备200的并未被专门设计成天线的部分可包括第二天线203。

往回转向图2，在此例子中，收发器201包括用于将一个或多个信号提供到天线202、203的发射器元件206和用于从天线202、203接收一个或多个信号的接收器元件207。发射器元件206和接收器元件207可分别实现数模转换和模数转换、信号调制/解调以及信号的任何其它模拟域处理。收发器201可包括用于供由发射器元件206调制和由接收器元件207解调使用和/或同步目的和/或校准装置205对时间延迟的测量的时钟脉冲振荡的本地振荡器208。

发射器元件206和接收器元件207可从数字基带处理元件210接收信号，所述数字基带处理元件210可视需要实现对有待发送的信号和通过天线202、203接收的信号的数字处理。

在此例子中，校准装置205被示出为数字基带处理元件210的部分且其因此在数字域中操作。然而，在其它例子中，校准装置205可与数字基带处理元件210分离且可在模拟、数字或混合信号域中操作。

图2示出切换布置211的第一例子。在此例子中，发射器元件206被配置成始终使用第一天线202发射。因此，在标准操作模式中，用于由一个或多个远程装置接收的信号将由第一天线202而不是第二天线203发射。此外，在校准模式中，出于校准目的所发送的任何信号也将由第一天线202发送。

切换布置211实现对到设备的接收器元件207的连接的控制，所述切换布置211可切换来将所述接收器元件207连接到第一天线202或连接到第二天线203。图2示出切换布置在实现第二天线203与接收器元件207之间的连接的位置中的切换212。

因此，在此例子中，在校准模式期间，切换布置211被配置成将接收器元件207连接到第二天线203，且在标准操作模式期间，切换布置211被配置成将接收器元件207连接到第一天线202。

在校准模式中，校准装置205可实现发射器元件206使用第一天线202发送信号，所述信号在此处被称为校准信号。因此，校准信号将包括由至少天线电路204引入的时间延迟。由于切换布置211将接收器元件207连接到第二天线203，因此校准信号由接收器元件207通过所述第二天线203接收。

由天线202和天线电路引入的时间延迟接着可基于发送与接收校准信号之间的时间来确定。第一天线202相对于第二天线203的位置在此例子中是固定的。因此，可减去校准信号的时间跨越空间的传播时间，从而产生可能是由于天线电路经受任何其它已知时间延迟的操作所致的时间延迟。所确定的时间延迟可接着当在标准操作模式中进行飞行时间确定时被加以考量。

图3示出切换布置311的第二例子。图3的剩余部分类似于图2且已经使用相同参考标号。

在此例子中，接收器元件207被配置成始终使用第一天线202接收信号。因此，在标准操作模式中，从一个或多个远程装置接收的信号将由接收器元件207通过第一天线202而不是第二天线203接收。此外，在校准模式中，对于此例子，出于校准目的接收的任何信号也将通过第一天线202接收。

切换布置311实现对从设备的发射器元件206的连接的控制，所述切换布置311可切换来将所述发射器元件206连接到第一天线202或连接到第二天线203。图3示出切换布置在实现发射器元件206与第二天线203之间的连接的位置中的切换312。

因此，在此例子中，在校准模式期间，切换布置311被配置成将发射器元件206连接到第二天线203，且在标准操作模式期间，切换布置311被配置成将发射器元件206连接到第一天线202。

在校准模式中，校准装置205可实现发射器元件206使用第二天线203发送信号，所述信号在此处被称为校准信号。校准信号由接收器元件207通过第一天线202接收。因此，当由第一天线202接收时，信号将包括由至少天线电路204引入的延迟。

如前所述，由天线202和天线电路引入的时间延迟接着可基于发送与接收校准信号之间的时间来确定。在此例子中，第一天线202相对于第二天线203的位置如在前一例子中是固定的。

图2和3示出例子，其中发射器元件206和接收器元件207中的一个是可切换的，使得信号取决于操作模式而被第一天线202或第二天线203发射/接收。应了解，不同切换布置可为可能的，且例如发射器元件和接收器元件两者可能够在两个天线之间切换。在一个或多个例子中，可提供另外的天线，所述另外的天线可能够切换以出于确定由天线电路引入的时间延迟的目的。

设备200、300可被配置成确定各种时刻的时间延迟。举例来说，设备200、300可进入校准模式且校准装置205可被配置成确定设备200、300启动时的时间延迟。因此，响应于电力被提供到设备，校准装置205可被配置成确定时间延迟。在其它例子中，校准装置205可被配置成周期性地或根据预定义时间表来确定时间延迟。在一个或多个例子中，进行测距的需求可提示校准装置来确定时间延迟。因此，响应于用户致动或响应于从远程装置接收到信号，校准装置可在发送和/或接收消息以供飞行时间确定使用之前实现在第一天线202与第二天线203之间发送校准信号以用于确定时间延迟。接着在飞行时间确定时可对时间延迟加以考量。

校准装置205可使用任何合乎需要的方法来确定由天线202和天线电路204引入的时间延迟。举例来说，校准装置可将通过第一和第二天线中的一个发送校准信号与通过第一和第二天线202、203中的另一个接收校准信号之间的时间确定为函数，其中；

发送与接收校准信号之间的时间＝天线之间的飞行时间+发射器元件206的处理延迟+接收器元件207的处理延迟+“至少天线电路的时间延迟”。

第一与第二天线之间的距离可已知且因此天线之间的飞行时间也可已知。发射器元件206和接收器元件207的处理延迟可已知或通过其它装置来确定。

在一个或多个例子中，至少天线电路的时间延迟可包括发射器元件206和接收器元件207的处理延迟。因此，在一些例子中，校准装置205可确定由天线电路和模拟/混合域组件206、207引入的时间延迟。

图5示出由校准装置205基于从第一天线202和第二天线203中的一个发送的信号与通过第一天线202和第二天线203中的另一个接收的信号的互相关而确定的互相关函数500。在一个或多个例子中，校准装置可被配置成确定这种互相关函数，从而确定可归因于天线/天线电路的时间延迟。

这种互相关函数500将通常具有多个峰值501、502，所述多个峰值501、502可使用任何峰值检测算法或阈值503来识别。第一峰值501可能是由于设备200、300内的串扰所致。第二峰值502可表示由校准信号花费的时间且可用于确定时间延迟。因此，校准装置可被配置成基于对互相关函数500中的初始峰值501之后的峰值502的识别来确定时间延迟。应了解，其它方法可用于确定发送与接收校准信号之间的可归因于由至少天线和天线电路引入的时间延迟的时间分量。

返回到图4，示出了装置403，包括设备200、300。设备的收发器可包括超宽带收发器。装置403一般来说可包括以下中的一个：汽车钥匙挂扣；车辆，所述车辆包括有一部分是由所述设备形成的出入控制系统；或出入控制系统等等。

图6包括流程图，所述流程图用以示出校准设备以对由至少第一天线和所述第一天线的天线电路引入的时间延迟加以考量的示例方法，其中设备包括：所述第一天线，其通过所述天线电路连接到设备以实现阻抗匹配和滤波中的一个或多个；第二天线，所述第二天线绕过所述天线电路连接到设备，所述方法包括：

基于以下中的至少一个来确定603所述时间延迟：

由设备从第一天线发送且由设备通过第二天线接收的信号；和

由设备从第二天线发送且由设备通过第一天线接收的信号。

所述方法可包括步骤603之前的实现例如从标准操作模式切换到校准模式的任选步骤601。所述方法可进一步包括实现602将校准信号从第一202和第二天线203中的一个发送到另一个的任选步骤。

除非明确陈述具体次序，否则可以任何次序执行上图中的指令和/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，且应在此详细描述提供的上下文内来进行理解。

在一些示例实施例中，上文描述的指令集/方法步骤实施为体现为可执行指令集的功能和软件指令，所述可执行指令集在计算机或以所述可执行指令编程和控制的机器上实现。此类指令被加载用于在处理器(例如一个或多个CPU)上执行。术语处理器包括微处理器、微控制器、处理器模块或子系统(包括一个或多个微处理器或微控制器)，或其它控制或计算装置。处理器可指代单个组件或多个组件。

在其它例子中，本文中所示出的指令集/方法以及与其相关联的数据和指令存储于相应存储装置中，所述相应存储装置被实施为一个或多个非暂态机器或计算机可读或计算机可用存储媒体。此类计算机可读或计算机可用存储媒体被视为物品(或制品)的部分。物品或制品可指代任何所制造的单个组件或多个组件。如本文中所定义的非暂态机器或计算机可用媒体不包括信号，但此类媒体可能够接收和处理来自信号和/或其它暂态媒体的信号。

本说明书中论述的材料的示例实施例可整体或部分地通过网络、计算机或基于数据的装置和/或服务实施。这些可包括云、互联网、内联网、移动装置、台式计算机、处理器、查找表、微控制器、消费者设备、基础架构，或其它启用装置和服务。如本文和权利要求书中可使用，提供以下非排他性定义。

在一个例子中，使本文中所论述的一个或多个指令或步骤自动化。术语自动的或自动地(和其类似变型)意味着使用计算机和/或机械/电气装置来控制设备、系统和/或过程的操作，而不需要人类干预、观测、努力和/或决策。

应了解，称为耦合的任何组件可直接或间接地耦合或连接。在间接耦合的状况下，可在据称将耦合的两个组件之间安置额外组件。

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。

Claims (10)

1.一种设备，其特征在于，包括：

收发器；

第一天线，所述第一天线通过天线电路连接到所述收发器以实现阻抗匹配和滤波中的一个或多个；

第二天线，所述第二天线绕过所述天线电路连接到所述收发器；

校准装置，所述校准装置被配置成基于以下中的至少一个来确定由至少所述第一天线和所述天线电路引入的时间延迟：

由所述收发器从所述第一天线发送且由所述收发器通过所述第二天线接收的信号；和

由所述收发器从所述第二天线发送且由所述收发器通过所述第一天线接收的信号。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第二天线包括以下中的一个或多个：

i)金属迹线，所述金属迹线形成在连接到所述设备的基板上；

ii)集成电路封装的集成电路封装端，所述设备形成在所述集成电路封装中；

iii)所述设备的寄生天线。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包括切换布置，所述切换布置被配置成提供以下中的一个或两个：

i)来自所述收发器的用于提供所述信号的发射器元件的连接，所述连接能够切换来连接到所述第一天线或连接到所述第二天线；

ii)到所述收发器的用于接收所述信号的接收器元件的连接，所述连接能够切换来连接到所述第一天线或连接到所述第二天线。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述设备被配置成提供校准模式和标准操作模式；

其中，在所述校准模式期间，所述切换布置被配置成将所述发射器元件和所述接收器元件中的一个连接到所述第二天线；且

其中，在所述标准操作模式期间，所述切换布置被配置成将所述发射器元件和所述接收器元件中的一个连接到所述第一天线。

5.根据在前的任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述设备被配置成提供校准模式和标准操作模式，且在所述校准模式中，所述校准装置被配置成确定所述时间延迟，且在所述标准操作模式中，所述设备被配置成部分地使用由所述校准装置确定的所述时间延迟来对在所述设备与至少一个远程装置之间发送的信号进行飞行时间确定。

6.根据在前的任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述设备的所述收发器包括超宽带收发器。

7.根据在前的任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述校准装置被配置成在以下时间中的一个或多个时间确定所述时间延迟：

i)所述设备启动时；

ii)周期性地；

iii)响应于在从所述第一天线发送测距信号之前发送用于测距的消息的需求。

8.根据在前的任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述校准装置被配置成基于从所述第一和第二天线中的一个发送的信号与通过所述第一和第二天线中的另一个接收的信号的互相关来确定互相关函数，所述时间延迟基于对所述互相关函数中的初始峰值之后的峰值的识别。

9.一种校准设备以对由至少第一天线和所述第一天线的天线电路引入的时间延迟加以考量的方法，其特征在于，所述设备包括：收发器；通过所述天线电路连接到所述收发器的所述第一天线，其被配置成实现阻抗匹配和滤波中的一个或多个；第二天线，所述第二天线绕过所述天线电路连接到所述收发器，所述方法包括：

基于以下中的至少一个来确定所述时间延迟：

由所述收发器从所述第一天线发送且由所述收发器通过所述第二天线接收的信号；和

由所述收发器从所述第二天线发送且由所述收发器通过第一天线接收的信号。

10.一种包括根据权利要求1到8中任一项所述的设备的装置，其特征在于，所述装置包括以下中的一个：汽车钥匙挂扣；车辆，所述车辆包括有一部分是由所述设备形成的出入控制系统；和出入控制系统。