CN110037677A - 用于测量生命信号的装置和系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于测量生命信号的装置和系统。该系统包括：设置在电路板上的毫米波雷达传感器；多个天线，其耦接至毫米波雷达传感器并设置在电路板上；以及处理电路，其耦接至毫米波雷达传感器并设置在电路板上。该处理电路被配置成基于来自毫米波雷达传感器的输出而确定生命信号信息。

Description

用于测量生命信号的装置和系统
技术领域
本发明一般涉及使用毫米波雷达传感器进行生命信号感测的系统和方法。
背景技术
由于诸如硅锗(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的快速发展，毫米波频率范围中的应用在过去几年中获得了显著的关注。高速双极和金属氧化物半导体(MOS)晶体管的可用性导致对用于60GHz、77GHz和80GHz以及超过100GHz的毫米波应用的集成电路的需求不断增长。这样的应用包括例如机动车辆雷达系统和多吉比特通信系统。
在一些雷达系统中，通过发射调频信号，接收调频信号的反射，以及基于调频信号的发射和接收之间的时间延迟和/或频率差确定距离，来确定雷达与目标之间的距离。因此，一些雷达系统包括发射RF信号的发射天线、接收RF的接收天线、以及用于产生发射信号和接收RF信号的相关RF电路。在一些情况下，可以使用多个天线来利用相控阵技术实现定向波束。具有多个芯片集的MIMO配置也可用于执行相干和非相干信号处理。
发明内容
一种系统，包括：设置在电路板上的毫米波雷达传感器；多个天线，其耦接至毫米波雷达传感器并设置在电路板上；以及处理电路，其耦接至毫米波雷达传感器并设置在电路板上。处理电路被配置成基于来自毫米波雷达传感器的输出而确定生命信号信息。
附图说明
为了更全面地理解本发明及其优点，现在参考以下结合附图的描述，其中：
图1A示出了根据实施方式的生命信号测量系统；并且图1B、图1C和图1D示出了结合根据实施方式的生命信号测量系统的智能手表、胸带和智能电话；
图2A示出了根据实施方式的毫米波雷达传感器的框图；图2B和图2C示出了根据实施方式的毫米波雷达传感器电路的平面图；并且图2D示出了根据实施方式的生命信号感测方法的框图；
图3A、图3B、图3C、图3D和图3E示出了根据本发明实施方式的雷达传感器电路板；
图4A和图4B示出了使用晶圆级封装构造所实现的根据实施方式的雷达传感器；
图5示出了根据实施方式的基于毫米波的生命信号检测方法的流程图；
图6示出了根据实施方式的心率检测处理的框图；
图7A和图7B示出了根据实施方式的置信度确定算法的框图；
图8示出了根据实施方式的自校准数据流方法的框图；
图9示出了根据实施方式的用于校准根据实施方式的可调自适应滤波器的方法；
图10A示出了根据实施方式的自校准过程流程的框图；并且图10B示出了相应的根据实施方式的运行时过程流程；
图11示出了根据实施方式的动脉/静脉检测方法的框图；以及
图12示出了可用于实现根据实施方式的生命信号检测系统的各部分的处理系统的框图。
除非另外指出，否则不同附图中的相应的附图号码和符号通常指代相应的部分。附图被绘制成清楚地说明优选实施方式的有关方面，并且不一定按比例绘制。为了更清楚地说明某些实施方式，指示相同结构、材料或工艺步骤的变化的字母可以在附图号码之后。
具体实施方式
下面详细讨论目前优选实施方式的实现和使用。然而，应该理解，本发明提供了可以在各种特定背景下体现的许多适用的发明构思。所讨论的特定实施方式仅说明实现和使用本发明的特定方式，而并不限制本发明的范围。
将关于使用毫米波雷达传感器进行生命信号感测的特定背景、系统和方法的优选实施方式来描述本发明。本发明还可以适用于其他基于RF的系统和应用，该系统和应用基于对象的运动来检测和识别一个或更多个对象的存在。
在本发明的实施方式中，基于毫米波的雷达传感器被用于测量诸如脉搏率的生命信号信息。这样的基于毫米波的雷达传感器可以安装到智能电话、手表、胸带或其他装置。在各种实施方式中，通过使用高响应“距离门(range gate)”测量来确定相关的生命信号，该高响应“距离门”测量可以例如通过对来自基于毫米波的雷达传感器的下变频调频连续波(FMCW)测量的快速傅里叶变换(FFT)来被确定。然后对这些距离门测量进行滤波，以确定相关的生命信号。可以自适应地校准这样的滤波，以补偿基于毫米波的雷达传感器与被测量的主体之间的物理耦合的不规则性。在一些实施方式中，通过跟踪高响应距离门中的移位并将来自多个距离门的测量拼接在一起来补偿基于毫米波的雷达传感器相对于被测量的主体的运动，以形成生命信号测量的基础。
根据实施方式的生命信号感测系统的优点可以包括在存在基于毫米波的雷达传感器与被测量的主体之间的相对运动的情况下执行准确的生命信号测量的能力。这样的优点尤其与其中在运动中的人——例如正在锻炼的人——身上测量心跳的生命感测应用相关。
图1A示出了基于雷达的生命信号测量系统100的框图。如所示，基于雷达的生命信号测量系统100包括毫米波雷达传感器102、以及控制毫米波雷达传感器102的工作并且对毫米波雷达传感器102产生的数据执行各种雷达信号处理操作的处理器104。在工作期间，毫米波雷达传感器102发射由对象106反射的毫米波RF信号。虽然对象106被描绘为人手，但应该理解，对象106可以是要从中测量生命信号的任何主体。反射信号由毫米波雷达传感器102接收，被转换成数字表示，并由处理器104处理，以确定例如由对象106产生的生命信号，例如脉搏率。该处理的结果产生指示测量的生命信号的各种数据(由信号DATA表示)。
图1B、图1C和图1D示出了示例性生命信号感测配置。例如，图1B示出了包括毫米波雷达传感器112的手表110的后视图和侧视图。如所示，毫米波雷达传感器112包括一个发射天线Tx和两个接收天线Rx1和Rx2。或者，可以使用其他天线配置。在工作期间，毫米波雷达传感器112将毫米波雷达信号发射至用户的手腕，并基于反射的RF信号确定例如心率。
图1C示出了包括毫米波雷达传感器122的胸带120的各种视图。在工作期间，毫米波雷达传感器112将毫米波雷达信号发射至用户124的胸部并通过分析从用户124的胸部反射的雷达信号来确定用户124的心率。
图1D示出了其上安装有毫米波雷达传感器132的智能电话130的后视图。如所示，毫米波雷达传感器132包括一个发射天线Tx和一个接收天线Rx。或者，可以使用其他天线配置。在工作期间，毫米波雷达传感器132将毫米波雷达信号发射至智能手机130的后部所面向的主体的任何部分，并且基于反射的RF信号确定例如心率。可以通过软件应用程序或图形用户界面134在130的屏幕上显示生命信号测量的结果。
应当理解，分别在图1B、图1C和图1D中示出的手表110、胸带120和智能手机130仅是采用基于毫米波雷达的生命信号感测的许多可能的实施方式的系统配置的三个特定实施方式示例。
图2A示出了毫米波雷达传感器系统200的框图，该毫米波雷达传感器系统200可用于在各种公开的实施方式中实现毫米波雷达传感器电路。毫米波雷达传感器系统200包括毫米波雷达传感器电路202和处理电路204。根据实施方式的毫米波雷达传感器电路可以例如使用对对象106执行测量的二维毫米波相阵列雷达来被实现。毫米波相阵列雷达发射和接收20GHz至122GHz范围内的信号。也可以使用该范围之外的频率。在一些实施方式中，毫米波雷达传感器电路202作为具有多个发射和接收信道的调频连续波(FMCW)雷达传感器来工作。或者，可以使用其他类型的雷达系统，例如脉冲雷达、连续波(CW)雷达、调频连续波(FMCW)雷达和非线性调频(NLFM)雷达，以实现毫米波雷达传感器电路202。
毫米波雷达传感器电路202发射和接收用于确定对象106的生命信号的无线电信号。例如，毫米波雷达传感器电路202发射入射的RF信号201并接收来自对象106的作为入射的RF信号的反射的RF信号203。接收的反射RF信号203由毫米波雷达传感器电路202下变频以确定拍频信号。这些拍频信号可用于确定诸如对象106的位置和运动之类的信息。在FMCW雷达的特定示例中，拍频与毫米波雷达传感器电路202和被感测对象之间的距离成比例。
在各种实施方式中，毫米波雷达传感器电路202被配置成经由发射天线212向对象106发射入射的RF信号201，并经由接收天线214从对象106接收反射的RF信号203。毫米波雷达传感器电路202包括耦接至发射天线212的发射器前端电路208和耦接至接收天线214的接收器前端电路210。
在工作期间，发射器前端电路208可以根据工作的阶段、利用波束成形同时地或单独地向对象106发射RF信号。虽然在图2A中描绘了两个发射器前端电路208，但应当理解，毫米波雷达传感器电路202可以包括少于或多于两个发射器前端电路208。因此，在各种实施方式中，发射器的数量可以扩展到n×m。每个发射器前端电路208包括被配置成产生入射的RF信号的电路。这样的电路可以包括例如RF振荡器、上变频混频器、RF放大器、可变增益放大器、滤波器、变压器、功率分配器和其他类型的电路。
接收器前端电路210接收并处理来自对象106的反射的RF信号。如图2A所示，接收器前端电路210被配置成耦接至可以被配置为例如2×2天线阵列的四个接收天线214。在替选实施方式中，接收器前端电路210可以被配置成耦接至多于或少于四个天线，其中根据特定实施方式及其规范，所得到的天线阵列具有各种n×m维度。接收器前端电路210可以包括例如RF振荡器、上变频混频器、RF放大器、可变增益放大器、滤波器、变压器、功率组合器和其他类型的电路。
雷达电路系统206提供要被发射至发射器前端电路208的信号，从接收器前端电路210接收信号，并且可以配置成控制毫米波雷达传感器电路202的工作。在一些实施方式中，雷达电路系统206包括但不限于频率合成电路、上变频和下变频电路、可变增益放大器、模数转换器、数模转换器、基带信号的数字信号处理电路、偏置发生电路和电压调节器。
雷达电路206可以从处理电路204接收基带雷达信号，并基于所接收的基带信号控制RF振荡器的频率。在一些实施方式中，该接收的基带信号可以表示要发射的FMCW频率啁啾。雷达电路206可以通过将与接收的基带信号成比例的信号施加至锁相环的频率控制输入端来调整RF振荡器的频率。或者，可以使用一个或更多个混频器对从处理电路系统204接收的基带信号进行上变频。雷达电路系统206可以经由数字总线(例如，USB总线)发射和数字化基带信号，经由模拟信号路径发射和接收模拟信号，和/或向处理电路204发射模拟和数字信号的组合和/或接收来自处理电路204的模拟和数字信号的组合。
处理电路204获取由雷达电路206提供的基带信号，并格式化所获取的基带信号以传输至根据实施方式的信号处理单元。例如，这些获取的基带信号可以表示拍频。在一些实施方式中，处理电路204包括用于将数据传输至占用检测系统内的其他部件的总线接口(未示出)。可选地，处理电路204还可以执行由根据实施方式的占用检测系统所使用的信号处理步骤，例如快速傅里叶变换(FFT)、短时傅立叶变换(STFT)、宏多普勒分析、微多普勒分析、生命体征分析、对象分类、机器学习等。除了处理所获取的基带信号之外，处理电路204还可以控制毫米波雷达传感器电路202的各方面，例如控制毫米波雷达传感器电路202产生的传输。
可以以各种方式划分毫米波雷达传感器系统200的各种部件。例如，毫米波雷达传感器电路202可以在一个或更多个RF集成电路(RFIC)上被实现，天线212和214可以设置在电路板上，并且处理电路204可以使用设置在一个或更多个集成电路/半导体基板上的处理器、微处理器、数字信号处理器和/或定制逻辑电路来被实现。处理电路204可以包括如下处理器：该处理器执行存储在非暂态计算机可读存储介质例如存储器中的可执行程序中的指令，以执行处理电路204的各功能。然而，在一些实施方式中，处理电路204的全部或部分功能可以包含其上设置有毫米波雷达传感器电路202的同一集成电路/半导体基板上。
在一些实施方式中，毫米波雷达传感器电路202的一些或所有部分可以在包括发射天线212、接收天线214、发射器前端电路208、接收器前端电路210和/或雷达电路206的封装中被实现。在一些实施方式中，毫米波雷达传感器电路202可以被实现为设置在电路板上的一个或更多个集成电路，并且发射天线212和接收天线214可以在电路板上与集成电路相邻地被实现。在一些实施方式中，发射器前端电路208、接收器前端电路210和雷达电路206形成在同一雷达前端集成电路(IC)管芯上。发射天线212和接收天线214可以是雷达前端IC管芯的一部分，或者可以被实现为设置在雷达前端IC管芯上方或设置成与雷达前端IC管芯相邻的单独天线。雷达前端IC管芯还可以包括导电层，例如再分布层(RDL)，用于布线和/或用于实现毫米波雷达传感器电路202的各种无源或有源装置。在一个实施方式中，可以使用雷达前端IC管芯的RDL来实现发射天线212和接收天线21。
图2B示出了可用于实现毫米波雷达传感器电路202的毫米波雷达传感器电路220的平面图。如所示，毫米波雷达传感器电路220被实现为RFIC 224，RFIC 224耦接至被实现为设置在基板222上或基板222内的贴片天线的发射天线212和接收天线214。在一些实施方式中，基板222可以使用其上设置有毫米波雷达传感器电路202的电路板来被实现，并且在该电路板上使用电路板的导电层实现发射天线212和接收天线214。或者，基板222表示其上设置有一个或更多个RDL并且在其上使用一个或更多个RDL上的导电层来实现发射天线212和接收天线214的晶圆基板。
图2C示出了毫米波雷达传感器电路232的平面图，毫米波雷达传感器电路232包括耦接至设置在基板236上的RFIC 234的发射天线阵列212和接收天线阵列214。在各种实施方式中，发射天线212可以形成m个天线的阵列，而接收天线214可以形成n个天线的阵列。m个发射天线212中的每个耦接至RFIC 234上的相应引脚，并耦接至RFIC 234内的相应发射电路；n个接收天线214中的每个耦接至RFIC 234上的相应引脚，并且耦接至RFIC 234内的相应接收电路。在各种实施方式中，发射天线阵列212和接收天线阵列214可以被实现为均匀阵列或任何维度的线性阵列。应当理解，图2B和图2C的实现仅是可以实现根据实施方式的毫米波雷达传感器电路的许多方式的两个示例。
图2D示出了执行生命信号测量的方法250，该方法可以结合根据实施方式的毫米波雷达传感器电路来被使用，例如上面参考图2A、图2B和
图2C描述的毫米波雷达传感器电路202、220或232。在步骤252中，毫米波传感器电路执行一组雷达测量，例如FMCW雷达测量。在步骤254中，对拍频形式的这些测量的基带表示进行FFT。这样的FFT可以称为“距离FFT(range FFT)”，因为得到的FFT的每个筐(bin)表示由特定范围或距离处的对象反射的能量。在替选实施方式中，除了FFT之外还可以使用其他变换，例如离散余弦变换(DCT)、短时分数傅里叶变换(STFrFT)、z变换或本领域中已知的其他变换类型。在步骤256中，确定最高幅度FFT筐或“距离门”。这些高响应距离门表示至毫米波雷达传感器范围内的最大对象的距离。因此，在被监视对象是人体的包括动脉的部分或身体的由于血液流动而移动的各部分的各种实施方式中，这些高响应距离门的运动可以包括与被监视对象的心率相关的信息。在一些实施方式中，确定高响应距离门包括确定第一组距离门测量中的哪些距离门具有与平均幅度相比更高的峰均比或更高的幅度。例如，在一些实施方式中，峰均比大于1.3和/或幅度是平均幅度的两倍。或者，可以使用不同的峰均比和幅度。
在步骤258中，将校正滤波器应用于高响应距离门。该校正滤波器可以提供均衡和/或补偿毫米波雷达传感器与目标之间的物理耦合中的损耗或失真。在一些实施方式中，该校正滤波器是自适应滤波器，例如根据特定用例校准的自适应有限脉冲响应(FIR)滤波器。例如，校正滤波器可以被校准以校正安装在智能手表或腕带中的毫米波雷达传感器与用户的手腕之间的耦合。可校准另一校正滤波器以校正安装在胸带中的毫米波雷达传感器与用户胸部之间的耦合。可以校准校正滤波器以校正毫米波雷达传感器与其他安装或使用场景之间的耦合。在一些实施方式中，如下面将描述的，可以在生命信号感测装置的制造期间和/或在生命信号感测装置的用户校准期间使用自适应算法校准该校正滤波器。在一些实施方式中，可以基于在步骤252中执行的一组雷达测量来自动检测特定用例(例如，腕带、胸带等)，并且基于特定用例选择适用的校正滤波器(或校正滤波系数)。在步骤260中，通过生命信号滤波器进一步滤波校正滤波器的输出，以提取诸如心跳信号的生命信号信息。
图3A至图3E示出了可用于实现如下雷达传感器的各种实施方式的基板构造的侧视图，该雷达传感器用于基于根据实施方式的毫米波雷达的生命信号感测系统，例如图1A、图1B、图1C和图1D中分别所示的雷达传感器110、112、122和132。根据一个实施方式，图3A示出了雷达传感器电路板300的侧视图，其包括三个导电层M1、M2和M3以及两个层压层302和304。如所示，导电层M1用作天线层并且用于实现发射天线TX1和接收天线RX1和RX2。导电层M2例如用作接地平面，而导电层M3用于与焊球312接触。在所示实施方式中，RF和基带集成电路308、数字信号处理器(DSP)集成电路306和存储器集成电路310被嵌入层压层304内。可以使用现有技术中已知的嵌入工艺将集成电路308和310嵌入层压板中。例如，嵌入过程可以包括在叠层中制作空腔并将集成电路放置在其中。该过程还可以包括在嵌入集成电路之后使基板生长。RF和基带集成电路308与天线Tx1、Rx1和Rx2之间的接触利用通孔314实现。在替选实施方式中，层压层302和304可以以不同方式实现。例如，层302和304可以使用低温共烧陶瓷(LTCC)基板来实现。
在各种实施方式中，RF和基带集成电路308包括毫米波雷达传感器的RF和模拟部件，包括RF/雷达前端、各种频率生成电路例如一个或更多个振荡器和锁相环(PLLS)、上变频和下变频电路、基带电路和各种支持电路。RF和基带集成电路308还可以包括模数转换器，其以原始数据的形式将从接收的雷达信号导出的模拟信号转换到数字域。
DSP集成电路306耦接至RF和基带集成电路308，并且被配置成接收由RF和基带集成电路308产生的原始数据。在各种实施方式中，DSP集成电路306被配置成执行下述实施方式的生命信号分析和机器学习功能。DSP集成电路306还可以被配置成执行支持根据实施方式的雷达系统的工作的校准、自适应滤波和信号处理算法。DSP集成电路306可以使用数字信号处理电路系统和/或本领域已知的其他处理电路系统来实现。DSP集成电路306还使得能够在雷达系统内执行各种计算密集型算法，这减少了与外部应用处理器交换的数据的计算负荷和数量。
存储器集成电路310可以包括其上存储有配置数据和中间计算数据的易失性和/或非易失性存储器。在一些实施方式中，存储器集成电路310可以被配置成存储数天、数月或数年的生命信号数据，以支持由DSP集成电路306实现的各种机器学习算法。此外，可以使用存储在存储器电路310中的数据生成统计数据。除了支持DSP集成电路306的工作之外，存储器集成电路310还可以帮助支持针对外部应用处理器的数据存储。
在一些实施方式中，导电层M1、M2和M3可以由已经层压到层压层的金属箔、金属层或金属化物形成。在一个实施方式中，导电层包括铜(Cu)。在一些实施方式中，导电层包括其他导电材料，例如银(Ag)和铝(Al)。在一些实施方式中，导电层可以包括不同的导电材料。
层压层可以将导电层分开并为雷达传感器电路板300提供结构支撑。在各种实施方式中，层压层使用绝缘材料实现。例如，可以使用低损耗高频材料，例如编织玻璃增强烃陶瓷和/或聚四氟乙烯(PTFE)。在一些实施方式中，层压层包含预浸渍的复合材料(PPG)。层压层中的一个或更多个可以是在一个或两个表面上用覆铜层制造的商业层压材料。在一些实施方式中，所有层压材料层可以包括相同的绝缘体材料，而在其他实施方式中，可以使用不同的绝缘材料实现不同的层压材料层。
可用于在雷达传感器电路板300中形成导电层和层压层的一种类型的层压材料是覆铜层压板。覆铜层压材料片可以制为单面或双面覆铜片。在制造过程中，铜片可以放置在层压材料的一侧或两侧上。然后可以施加一些热和压力的组合以促进铜片与层压材料的附接。
例如，层压层表面上的导电层可以是电沉积(ED)箔或轧制箔。通过使箔片反复进入辊来均匀地减小箔片的厚度，可以制造轧制的箔片。ED箔可以更硬并且具有不同的晶粒组织。相反，轧制箔可以是平滑和柔性的。在一些情况下，由于表面粗糙度降低，轧制箔在RF应用中可能是有利的。
一个或更多个通孔314将第一导电层M1和第二导电层M2和/或RF和基带集成电路连接。例如，在将层压层302附接至层压层304之前，可以形成一个或更多个通孔314，作为从层压层302的后侧表面上的第二导电层M2穿过层压层302至层压层302的相对表面的穿孔基板通路(TSV)。可以使通孔314在相对表面处露出，使得在将层压层302附接至层压层304时与第三导电层M3电接触。
图3B示出了雷达传感器电路板320的侧视图，其包括三个导电层M1、M2、M3和M4以及两个层压层302和304。导电层M1用作天线层以实现发射天线TX1和接收天线RX1。导电层M2例如用作接地平面和/或互连层，并且导电层M3用作互连层。导电层M4用于与焊球312接触。在所示实施方式中，RF和基带集成电路308、数字信号处理器集成电路306和存储器集成电路310安装在层压层304的底表面上。RF和基带集成电路308与天线Tx1和Rx1之间的接触使用通孔322进行。可以使用本领域已知的板上芯片方法将集成电路306和308和310附接至层压层304。
图3C示出了雷达传感器电路板330的侧视图，该雷达传感器电路板330使用具有四个导电层M1、M2、M3和M4以及三个层压层302、304和332的四层层压结构。附加的层压层332可以使用与上述层压层302和304类似的材料以类似的方式构造。在图3C的实施方式中，导电层M1、M2和层压层302和304用于实现天线堆叠。在一个实施方式中，天线堆叠、导电层M4用作接地平面，导电层M3用作馈电线，导电层M2用作接地平面，并且导电层M1用作贴片天线。导电层M3可以包括将馈电线的能量耦合至导电层M1的贴片天线的槽。层压层302限定天线的带宽，并且可以选择层压层304和332以匹配M3中的馈电线。在一些实施方式中，选择层压层304和332以提供最佳匹配。如所示，RF和基带集成电路308、数字信号处理器集成电路306和存储器集成电路310安装在层压层332的底表面上。RF和基带集成电路308与天线的馈电线之间的接触使用通孔322进行。
图3D示出了雷达传感器电路板340的侧视图，该雷达传感器电路板340使用三个导电层M1、M2和M3和两个层压层302和304以及管芯到管芯堆叠。如所示，RF和基带集成电路308堆叠在层压层304内的DSP集成电路306和存储器集成电路310的顶部上。RF和基带集成电路308与发射天线Tx1和接收天线Rx1之间的接触使用通孔322进行。
图3E示出了雷达传感器电路板350的侧视图，该雷达传感器电路板350使用三个导电层M1、M2和M3以及两个层压层302和304以及多层芯片堆叠。如所示，RF和基带集成电路308安装在层压层304的底表面上。存储器集成电路310和DSP集成电路306设置在层压层304的顶表面内。RF和基带集成电路308与发射天线Tx1和接收天线Rx1之间的接触使用通孔322进行。
图4A示出了根据实施方式的RF系统/天线封装400的截面图。在针对嵌入式晶圆级球栅阵列(eWLB)封装的特定实施方式中，RF系统/天线封装400包括模制材料层402和设置在模制材料之下的再分布层(RDL)404。在一些实施方式中，模制材料层402由模制和层压材料构成，并且厚度在约200μm和600μm之间，并且RDL 404由诸如铜的导电材料构成，并且厚度在约5μm和约15μm之间。如所示，集成电路管芯306、308和310以单层设置在模制材料402内的腔内。接收贴片天线Rx、发射贴片天线Tx位于eWLB封装的扇出(fan out)区域中，并且集成电路管芯306、308和310之间的连接在(RDL)404的第一表面处的第一金属层M1中实现。在实施方式中，RF系统/天线封装400还可以包括用于布线和/或用于封装基板内的各种无源装置的实现的导电层。例如，在RDL404的与第一级金属M1相对的一侧上的第二级金属M2用于与焊球312接触。应当理解，本文详述的特定尺寸仅是示例。在本发明的替选实施方式中，可以使用其他尺寸。在本发明的另外的替选实施方式中，也可以使用其他封装类型，例如BGA或高级薄小无铅(Advanced Thin Small Leadless ATSPL)封装。
图4B示出了根据实施方式的雷达传感器400的平面图。如所示，天线Rx和Tx被实现为金属层M1中的贴片天线。应当理解，图4B中所示的实施方式仅是可以布置各种部件的许多可能方式的一个示例。在替选实施方式中，RF和基带集成电路308、存储器集成电路310、DSP集成电路306、发射天线Tx和接收天线Rx可以以不同方式布置。
应当理解，图3A至图3E以及图4A和图4B中所示的雷达传感器电路板示例仅是用于实现根据实施方式的雷达传感器电路板的许多可能配置中的几个。例如，虽然图3B至图3E和图4A和图4B各自示出了单个发射天线和信号接收天线，但是在替选实施方式中，可以根据雷达系统的特定要求而实现不同数量的接收和发射天线。在一些实施方式中，可以增加发射和/或接收信道和天线的数量，以实现波束操纵。通过使用波束操纵，雷达波束可以指向特定方向。这可以用于例如将雷达波束引向细脉和动脉，以执行更准确和精确的生命信号测量。
图5示出了基于毫米波的生命信号检测的实施方式方法500的流程图。在步骤502中，在采样窗口上收集基带FMCW雷达数据。在一些实施方式中，该窗口的长度在约3秒至5秒之间，然而，可以使用其他窗口长度。下变频的FMCW雷达数据可以是数字化时间样本的形式，该数字化时间样本形成具有与毫米波雷达传感器和检测到的对象之间的距离成比例的瞬时频率的周期信号。在步骤504中，从加窗的FMCW数据中提取具有高响应的距离门。在各种实施方式中，这可以通过对FMCW数据进行FFT或其他变换并确定哪些频率筐具有最高响应来实现。由于每个频率表示“距离门”或确定的距离，因此最高响应距离门响应表示要测量其生命信号的用户的距离。在仅跟踪一个目标的多数可穿戴装置的情况下，可能存在单个高响应距离门或表示从毫米波雷达传感器到最近的目标的距离的一组高响应距离门。由于毫米波雷达传感器与用户之间的相对运动，这些高响应距离门可能随时间移位。因此，在一些实施方式中，如下面进一步详细描述的，高响应距离门的标识随时间被跟踪。
一旦在步骤504中提取了高响应距离门，就可以分析由这些高响应距离门表示的运动以确定诸如心率的生命信号。例如，在步骤512中，对高响应距离门信号进行带通滤波以提取心跳信号。在一些实施方式中，心脏带通滤波器的带宽可以在约0.8Hz至约3.33Hz之间。根据特定实施方式及其规范，也可以使用这些范围之外的带宽。在步骤514中，将识别出的未检测到信号的距离门标识为静态非人类对象，并且在步骤516中，从步骤512的滤波操作导出心率。在一些实施方式中，也可以如下所述导出心率的置信度。
图6示出了根据一个实施方式的心率检测处理框图600。如所示，块602确定最大值距离门并在慢时间内提供这些最大值距离门的标识。在一些实施方式中，对每个FMCW啁啾进行距离FFT，并且针对每个啁啾确定最大值距离门。随着时间的推移，当毫米波雷达传感器与用户之间的相对距离由于用户的跳动的心脏引起的运动而来回移动时，最大值距离门可以根据检测到的心跳而移位。心跳信号滤波器604(其可以是执行图5中的步骤512的滤波步骤的带通滤波器)提供提取的心跳信号。平滑滤波器606进一步对心跳信号进行滤波，并且心率估计块608根据平滑的心跳信号确定心率。在一些实施方式中，平滑滤波器606由Savitzky-Golay滤波器实现，该滤波器基本上执行k点回归。或者，可以使用其他平滑滤波器。在一些实施方式中，块608通过测量心跳的时间段来确定心率。或者，可以使用确定周期信号的频率的其他方法。
置信度指示器块610使用下述方法确定估计的心跳的置信度。在一个实施方式中，置信度指示器块610通过确定提取的距离门的幅度带的持续时间并确定时间窗长度在幅度带内的时间百分比来提供估计的心率的置信度。例如，确定置信度可以包括确定所确定的高响应距离门的峰均比在预定范围内的时间百分比。在一个示例中，幅度带被取为特定距离门或一组距离门的归一化平均值的约0.8和1.2之间。如果对于时间窗口的95％，距离门或距离门组的归一化幅度在0.8到1.2的幅度范围内，则将置信度的90％分配给心跳测量。如果在时间窗口的75％内归一化幅度在幅度范围内，则分配70％置信度，以及如果在时间窗口的55％内归一化幅度在幅度带内，则分配50％置信度。应当理解，归一化幅度带和各种置信度的数值只是可以使用的许多可能的归一化幅度带和置信度定义之一。在替选实施方式中，可以分配其他值。在各种实施方式中，可以例如使用DSP或其他处理器来实现图6中所示的所有块。
图7A和图7B示出了两个示例性置信度确定算法方法。图7A示出了第一实施方式的方法700。如所示，在步骤704中，在短时间窗口中针对一组FMCW数据702确定最大距离门值。在一个示例中，比上述3秒至5秒时间窗口窄的该短时间窗口可以为大约500μs长。或者，可以使用其他窗口时间长度。在步骤706中，例如通过确定特定距离门的幅度在如上所述的归一化幅度带内的时间百分比来确定每个距离门的一致性。在步骤710中，确定距离门值是否一致。例如可以通过将特定距离门的幅度在归一化幅度内的时间百分比与预定阈值比较来进行该确定。例如，可以将百分比与95％的预定阈值进行比较。或者，可以使用其他百分比阈值。
如果步骤710确定特定距离门值是一致的，则在步骤708中将来自3秒至5秒时间窗口的附加数据附加到短时间窗口数据，并分析下一组短时间窗口数据702。因此，在各种实施方式中，可以将来自短时间窗口的几秒数据拼接在一起以形成更长的生命信号数据用于分析。在一些实施方式中，来自相邻距离门的数据连同高响应距离门可以被拼接在一起以形成一组修改的距离门数据。通过以这样的方式将数据拼接在一起，可以补偿例如最大值距离门的移位所例示的长期运动。因此，在一些实施方式中，可以将与生命信号测量相关的距离门信息与不相关的距离门信息分离，并且丢弃不相关的距离门信息。
如果步骤710确定特定距离门值是一致的，则如果在步骤714中确定的数据组之间可以保持相位连续性，则在步骤708中将来自3秒至5秒时间窗口的附加数据附加到短时间窗口数据。在各种实施方式中，可以例如通过从第二波形段的开头添加或减去多个样本以及通过从第一波形段的末端减去或添加相应数量的样本直到达到相位连续性为止，来保持相位连续性。在一些实施方式中，零可以附加到第一波形段的末端和/或附加到第二波形段的开头。通过以这样的方式保持相位连续性，可以减少由于相位不连续引起的频谱再生，从而允许更准确的生命信号测量。
在一些实施方式中，相位连续性确定如下：
其中是平均成对相位距离，θj和θk是相对相位，以及d(θj，θk)表示欧几里德距离(平方距离)或曼哈顿距离(绝对距离)。在一些实施方式中，当小于预定的相位连续性阈值时，认为存在相位连续性。在一些实施方式中，该预定相位连续性阈值可以在约0.01rad/sec(弧度/秒)至约0.5rad/sec之间。或者，取决于特定实施方式及其规范，可以使用该范围之外的其他阈值。一旦在步骤708中将数据从多个短时间窗口拼接在一起，就在步骤716中对所得到的拼接在一起的数据进行滤波，以根据本文描述的实施方式提取生命信号。
图7B示出了根据另一实施方式的其中确定整个3秒至4秒数据窗口的置信度测量的置信度确定算法方法730。然而，在方法730中，可以在整个3秒至4秒的加窗数据732的过程中使用相同组的距离门。
如所示，在步骤734中，在长时间窗口例如3秒至4秒时间窗口中确定一组FMCW数据732的最大距离门值。或者，可以使用其他时间窗口长度。在步骤736中，例如通过确定特定距离门的幅度在如上所述的归一化幅度带内的时间百分比来确定每个距离门的一致性。在步骤716中，根据本文描述的实施方式对距离门数据进行滤波以提取生命信号，并且在步骤738中，生成对应于使用上述置信度指示技术所评估的特定长窗口数据732的置信度/值。
在各种实施方式中，图7B中所示的方法730在实现时比图7A中所示的方法700消耗更少的功率。在一些实施方式中，图7A中所示的方法700和图7B中所示的方法730二者可以在同一系统内执行。例如，图7B中所示的方法730可以在低功率下和低功率条件下执行，或者在毫米波雷达传感器与被测量目标之间存在非常小的移动的情况下执行。在一些实施方式中，低功率条件可以包括低电池条件。在移动很少的情况下，不太需要在3秒至4秒的长数据窗口中将来自不同距离门的数据拼接在一起，这是因为在较长的时间段内相同的距离门提供生命信号数据。在替选实施方式中，来自相同距离筐的数据可以在多个数据窗口上拼接在一起。
在一些实施方式中，在步骤738期间产生的置信度可用于确定是否继续使用图7B的方法730或是否转换到图7A的方法700。例如，如果置信度小于预定阈值和/或对于超过预定数量的样本(例如，长时间窗口数据、短时间窗口数据或其子组)置信度小于预定阈值，则系统可以转换到图7A中所示的方法700，以通过将来自不同距离门的数据拼接在一起来增加系统的检测性能。
图8示出了可用于优化特定物理生命传感器实现例如腕带、臂带、胸带等的生命多普勒滤波器的根据实施方式的自校准数据流方法800。在步骤802中，从毫米波数据传感器捕获数据。捕获数据可以包括例如从耦接至毫米波数据传感器的数据总线接收数字数据。在步骤804中，执行干扰减轻。这包括对接收的雷达传感器数据进行预白化，以减轻天线相关性和彩色杂波响应。在步骤806中，在准备从每个传感器接收的传感器数据的距离FFT时执行距离加窗和零填充。在该步骤中，窗函数被应用于所接收的雷达数据，随后是零填充以提高沿距离轴的精度。在步骤808中，对由加窗和零填充距离数据上的每个传感器和/或每个传感器的每个天线接收的数据执行距离FFT。在步骤810中，通过评估由步骤808的距离FFT产生的每个FFT筐的幅度并确定每个啁啾的最大FFT筐，来确定最大距离门。
在步骤812中，将所确定的最大确定距离门的频率响应与参考信号814相关联。在各种实施方式中，参考信号814是对应于特定用途或耦合配置情况例如腕带、臂带和/或在雷达传感器与目标之间的其他耦合场景的已存储参考信号。在一些实施方式中，这些已存储参考信号可以包括已存储参考生命信号，例如参考心跳信号。在一些实施方式中，参考心跳信号是标准的FDA批准的60beats/min(跳/分钟)的心跳信号。
在一个实施方式中，来自所选距离筐的慢时间数据与对应于从手臂、胸部或手腕发出的预期响应的参考信号相关。选择具有最高相关性的响应，并更新相应的生命多普勒滤波器和相应的生命多普勒滤波器变换。由于雷达传感器与被监测的主体的特定部分之间的不同耦合和EM散射特性，因此使用不同的滤波器和变换。例如，雷达传感器与用户手臂之间的耦合不同于雷达传感器与用户胸部之间的耦合。
在步骤816中，基于在步骤812中计算的相关频率响应来确定用于多普勒滤波器和多普勒变换的滤波函数。可以使用非线性函数来实现根据实施方式的多普勒滤波器和多普勒变换。在一些实施方式中，方法800在工厂校准流期间被执行。在各种实施方式中，用于生命多普勒滤波器和生命多普勒滤波器变换的滤波器设置可用于补偿由于物理雷达传感器耦接至目标的方式而导致的信号损失。
图9示出了校准根据实施方式的可调节自适应滤波器的方法900的实施方式。在一个实施方式中，自适应算法910被用于调整心跳信号自适应滤波器904，使得心跳信号自适应滤波器904的输出与参考心脏信号/值908之间的误差被最小化或减小。换句话说，心跳信号自适应滤波器被校准以具有与特定用例(例如，腕带、臂带、胸带等)的参考心脏信号值908类似的信号特性。例如，可以调整心跳信号自适应滤波器以在针对特定用例生成距离门慢时间数据902的情况下产生可测量的心跳信号。心跳信号自适应滤波器904还可以称为校正滤波器，其被配置成针对毫米波雷达传感器耦接至生物目标的方式来校正距离门数据。距离门慢时间数据902表示从针对特定用例校准的系统捕获的FMCW数据。在一些实施方式中，心跳信号自适应滤波器904被用于补偿所接收的雷达数据由于反向散射而经历的非线性变换。此外，在一些实施方式中，可以对人类对象执行根据实施方式的校准过程。
在一些实施方式中，参考心脏信号/值908表示基于正常心跳的模板心跳信号。该模板心跳信号可以由已批准的医疗组织基于临床批准的测量结果来生成。参考心脏信号/值908可以表示例如每分钟约72次心跳的正常心跳。或者，可以使用其他心率。在一些实施方式中，方法900可以在基于根据实施方式的毫米波雷达的生命信号感测系统的工厂校准期间执行，和/或可以在基于毫米波雷达的生命信号感测系统的性能随时间劣化或者无法获得可比结果的条件的情况下、在使用期间被周期性执行。
在一些实施方式中，自适应算法910可以包括例如最小均方算法、滤波器随机梯度算法、下降算法或本领域中已知的其他自适应算法。例如，根据实施方式，由最小均方算法使用的基于最小二乘的成本函数可以表示为：
其中d(i)、y(i)分别是参考心跳信号和参考信号，α(i)是定义LMS成本函数的预定义系数。在一些实施方式中，心跳信号自适应滤波器904结合自适应算法可以根据以下自适应滤波器更新规则操作：
wi(n+1)＝wi(n)+μ(n)g1(JLMS(n))g2(y(n-i)),
其中wi(n)是指在LMS的第n次迭代时自适应滤波器的第i个系数。上述等式是滤波器权重更新等式，μ(n)是也可以独立于迭代的步长，g1(.)和g2(.)是基于LMS类型的一些函数。对于实例batc-LMS，g1(.)是导数w.r.t.y(i)并且g2(.)是身份函数。对于sign-RMS，g2(.)是符号函数等。
在一些实施方式中，可选的变换函数906可用于减少自适应滤波器收敛或降低计算复杂度。变换函数可表示为：
y(n)＝f(W(n),y(n-1),…y(1))，
其中f(.)定义了作为输入数据{y(n-1)，...y(1)}和内核W(n)的函数的变换。在各种实施方式中，变换函数906可用于在滤波器适合绝对心跳、同时忽略心脏信号中的其他频率分量的细微差别时最大化FFT操作。在一些实施方式中，可以使用DCT变换来使用较少数量的系数表示心跳信号，从而降低滤波器的计算复杂度并减少其收敛时间。
图10A示出了自校准过程流程1000，图10B示出了根据本发明实施方式的相应的运行时间过程流程1030。图10A和图10B的过程流程可用于根据任何实施方式的基于毫米波的生命信号感测系统。
在图10A所示的自校准过程流程1010期间，对使用根据实施方式的毫米波雷达传感器(例如上述那些)所捕获的雷达模数转换器(ADC)数据1010执行距离FFT 1012。关于下面的图11描述的动脉/静脉检测算法确定由心跳信号滤波器1014进行滤波的心跳信号。可以例如使用带通滤波器来实现心跳信号滤波器1014以提取经滤波的心跳信号。平滑滤波器1016对心跳信号滤波器1014的输出进行平滑，并且心跳估计块1016根据平滑的心跳信号确定心率。可以例如使用基本上实现15点回归的15阶Savitzky-Golay滤波器实现平滑滤波器1016。或者，可以使用其他滤波器类型。
在一些实施方式中，心跳估计块1016通过测量心跳的时间段来确定心率。或者，可以使用确定周期信号的频率的其他方法。置信度指示器1020使用上述置信度确定方法确定估计心跳的置信度。在一些实施方式中，所确定的置信度可以用于选择由心率估计块1018使用的算法。例如，当置信度指示器1020指示高置信度时，心率估计块1018可以使用低复杂度算法以节省功率。
在自校准过程1002期间，误差确定块1008通过确定参考信号1004与由心跳估计块1016确定的估计心率之间的差异来产生误差信号。在一些实施方式中，误差确定块1008可以通过从心率估计块1018的输出减去参考信号1004来被实现。在各种实施方式中，自适应算法1006更新心跳信号滤波器1014的滤波系数，以减少由误差确定块1008确定的误差信号。自适应算法1006与参考信号1004和心跳信号滤波器1014结合的操作可以以与上面参考图9描述的校准方法类似的方式进行。在一些实施方式中，可以使用自校准过程1002来导出针对各种用例的多组系数。例如，可以针对腕带导出心跳信号1014的第一组滤波系数，可以针对臂带导出第二组滤波系数，可以针对胸带导出第三组滤波系数等。
在自校准期间，用户可以以适用的方式(例如，腕带、臂带、胸带等)将毫米波雷达传感器附接至他或她的身体并启动自校准过程。因此，在自校准过程期间获取的每组雷达ADC数据1010表示针对特定用例导出的FMCW数据。一旦完成一个或更多个自校准过程，心跳信号滤波器1014的各组滤波系数就可以被存储在存储器中，以稍后在工作期间取回。
图10B示出了对应的运行时间过程流程1030，其表示根据实施方式的生命信号检测系统在正常工作期间可以使用的过程流程。距离FFT 1012、动脉/静脉检测1014、心跳信号滤波器1014、平滑滤波器1016、心率估计块1018和置信度指示器1020如上文关于图10A所描述的那样操作。然而，在工作期间，滤波系数选择块1032自适应地检测由雷达ADC数据1010最佳表示的用例。例如，滤波系数选择块1032可以确定用户是使用腕带、臂带还是胸带，并且加载在图10A所示的自校准过程流程1010期间导出的相应系数。在一个示例中，滤波系数选择块1032可以包括图8所示的块812、816、818和820的功能。
在各种实施方式中，滤波系数选择块基于监测场景的信号路径特性和被监测的主体的特定部分来确定系数组。在如上面参考图10A所述的自校准期间首先选择一组初始系数。这些系数可以如上文参考图9所述自适应地更新。一旦导出用于不同用例的系数，则识别出特定用例用于如上面关于图8的块816所描述的操作，并且选择对应于所选用例的系数作为滤波系数。例如，如果滤波系数选择块1032确定在毫米波雷达传感器通过腕带或腕表耦接至用户手腕的系统中获得雷达ADC数据1010，则将适用的系数加载到心跳信号滤波器1014中。另一方面，如果滤波系数选择块1032确定在毫米波雷达传感器通过胸带耦接至用户胸部的系统中获得雷达ADC数据1010，则将适用于胸带的系数加载到心跳信号滤波器1014中。
图11示出了在动脉/静脉检测方法1014之前和之后发生的其他处理步骤背景下的根据实施方式的动脉/静脉检测方法1014的框图。如所示，距离FFT块1012执行雷达ADC数据1010的距离FFT。在距离FFT上执行目标距离检测，并且由监测雷达慢时间块1104监测目标距离检测块1102的输出。在一些实施方式中，目标距离选择块1102提取具有最高响应的距离门，并且监测雷达慢时间块1104通过沿检测到的距离筐存储慢雷达数据，来监测所提取的距离门。
动脉/静脉检测块1014通过将心率生命多普勒滤波器1106应用于提取的距离门的值来确定提取的距离门是否代表动脉或静脉。在一些实施方式中，生命多普勒滤波器1106包括0.6Hz至3Hz的低带宽滤波。使用平滑滤波器1108对心率微多普勒滤波器1106的输出进行平滑，并且生命多普勒检测块1110对平滑滤波器1108的输出进行滤波，以检测心跳信号是否存在。在一些实施方式中，生命多普勒检测块1110被实现为阈值检测器，以区分有效的生命信号和噪声。
生命多普勒检测块1110将平滑滤波器1108的输出与预定阈值进行比较。在一些实施方式中，预定阈值可以比噪声基底高约3dB。然而，在替选实施方式中，可以使用其他阈值。如果生命多普勒检测块1110的输出超过预定阈值，则认为检测到潜在动脉/静脉，并且该组检测到的距离筐由心率估计管线1114处理。
现在参考图12，根据本发明的实施方式提供了处理系统1200的框图。处理系统1200描绘了通用平台以及可用于实现实施方式的生命信号感测系统的各部分和/或与根据实施方式的生命信号感测系统对接的外部计算机或处理装置的一般部件和功能。处理系统1200可以包括例如中央处理单元(CPU)1202、存储器1204和连接至总线1208的大容量存储装置1206，总线1208被配置成执行上述过程。如果期望或需要，处理系统1200还可以包括视频适配器1210，以提供至本地显示器1212和输入-输出(I/O)适配器1214的连接，以为一个或更多个输入/输出装置616例如鼠标、键盘、打印机、磁带驱动器、CD驱动器等提供输入/输出接口。
处理系统1200还包括网络接口1218，其可以使用被配置成耦接至用于与网络1220通信的诸如以太网线缆、USB接口等和/或无线/蜂窝链路的有线链路的网络适配器来实现。网络接口1218还可以包括用于无线通信的合适的接收器和发射器。应注意，处理系统1200可以包括其他部件。例如，处理系统1200可以包括电源、线缆、主板、可移动存储介质、壳体等。尽管未示出，但这些其他部件被认为是处理系统1200的一部分。
这里概述了本发明的示例实施方式。从本文中提交的说明书和权利要求的全部内容也可以理解其他实施方式。
示例1.一种用于测量生命信号的装置，包括：包含第一绝缘体材料的第一电路板层；设置在第一电路板层上的第一集成电路，第一集成电路包括毫米波雷达传感器和被配置成提供数字化基带雷达信号的数字接口；耦接至第一集成电路并设置在第一电路板层上的第二集成电路，第二集成电路包括被配置成基于数字化基带雷达信号确定生命信号信息的数字信号处理器(DSP)；包括第二绝缘体材料的第二电路板层，第二电路板层具有设置在第一电路板层的第一表面之上的第一表面；发射天线，其设置在第二电路板层上并耦接至第一集成电路；以及接收天线，其设置在第二电路板层上并耦接至第一集成电路。
示例2.根据示例1的装置，其中，第一绝缘体材料与第二绝缘体材料相同。
示例3.根据示例1或2的装置，还包括设置在第一电路板层上并耦接至第二集成电路的第三集成电路，其中，第三集成电路包括存储器。
示例4.根据示例1至3中的一个的装置，其中，第一集成电路设置在第一电路板层的与第一表面相对的第二表面上。
示例5.根据示例4的装置，其中，第二集成电路设置在第一电路板层的与第一电路板层的第一表面相对的第二表面上。
示例6.根据示例4的装置，其中，第二集成电路设置在第一电路板层的第一表面内。
示例7.根据示例4至6中的一个的装置，其中，发射天线和接收天线包括设置在第二电路板层的与第二电路板层的第一表面相对的第二表面上的导电材料；发射天线经由延伸穿过第一电路板层和第二电路板层的第一通孔耦接至第一集成电路；以及接收天线通过延伸穿过第一电路板层和第二电路板层的第二通孔耦接至第一集成电路。
示例8.根据示例4至7中的一个的装置，还包括接地平面，该接地平面具有设置在第一电路板层与第二电路板层之间的导电层。
示例9.根据示例4至7中的一个的装置，还包括设置在第一电路板层与第二电路板层之间的第三电路板层。
示例10.根据示例1或2中的一个的装置，其中，第一集成电路堆叠在第二集成电路的顶部上；第一集成电路嵌入第一电路板层的第一表面内；以及第二集成电路嵌入第一电路板层的与第一电路板层的第一表面相对的第二表面内。
示例11.根据示例10所述的装置，还包括紧邻第二集成电路设置的第三集成电路，其中，第一集成电路还堆叠在第三集成电路的顶部上，第一集成电路的第一表面的第一部分与第二集成电路的第一表面相邻，第一集成电路的第一表面的第二部分与第三集成电路的第一表面相邻，以及第三集成电路包括存储器。
示例12.根据示例10和11中的一个的装置，其中，发射天线和接收天线包括设置在第二电路板层的与第二电路板层的第一表面相对的第二表面上的导电材料；发射天线经由延伸穿过第二电路板层的第一通孔耦接至第一集成电路；以及接收天线经由延伸穿过第二电路板层的第二通孔耦接至第一集成电路。
示例13.一种用于测量生命信号的装置，包括：包含绝缘材料的再分布层；具有设置在再分布层的第一侧上的第一表面的第一集成电路，第一集成电路包括毫米波雷达传感器和被配置成提供数字化基带雷达信号的数字接口；具有设置在再分布层的第一侧上的第一表面并耦接至第一集成电路的第二集成电路，第二集成电路包括被配置成基于数字化基带雷达信号确定生命信号信息的数字信号处理器DSP；发射天线，其设置在再分布层中，并经由再分布层的第一导电层耦接至第一集成电路；接收天线，其设置在再分布层中，并经由再分布层的第一导电层耦接至第一集成电路；以及模制材料，其设置在第一集成电路的第二侧、第二集成电路的第二侧和再分布层的第一侧之上。
示例14.根据示例13的装置，其中，发射天线和接收天线被实现在第一导电层中；并且第一导电层设置在再分布层的第一表面处。
示例15.根据示例13或14中的一个的装置，其中，再分布层、第一集成电路、第二集成电路、发射天线、接收天线和模制材料形成嵌入式晶圆级球栅阵列(eWLB)封装。
示例16.根据示例15的装置，其中，发射天线和接收天线设置在eWLB封装的扇出区域中。
示例17.一种系统，包括：被配置成由人穿戴的可穿戴对象；和安装在可穿戴对象上的毫米波雷达系统，该毫米波雷达系统包括：电路板、设置在电路板上的毫米波雷达传感器、耦接至毫米波雷达传感器并在所述电路板上设置成与毫米波雷达传感器相邻的多个天线、以及耦接至毫米波雷达传感器并设置在电路板上的处理电路，其中，该处理电路被配置成基于来自毫米波雷达传感器的输出而确定人的生命信号信息。
示例18.根据示例17的系统，其中，可穿戴对象包括腕带。
示例19.根据示例17的系统，其中，可穿戴对象包括胸带。
示例20.根据示例17至19中的一个的系统，其中，生命信号信息包括心率。
示例21.根据示例17至20中的一个的系统，其中，处理电路还被配置成指示毫米波雷达传感器执行第一组雷达测量以产生第一组雷达数据；根据第一组雷达数据而确定第一组距离门测量；根据第一组距离门测量而确定高响应距离门；在慢时间内将校正滤波器应用于所确定的高响应距离门以产生经校正的距离门数据，校正滤波器被配置成针对毫米波雷达传感器经由可穿戴对象耦接至人的方式而进行校正；以及将生命信号滤波器应用于所校正的距离门数据，以确定该人的生命信号信息。
尽管已经参考说明性实施方式描述了本发明，但是该描述并不旨在以限制意义来解释。参考说明书，本领域技术人员将清楚说明性实施方式的各种修改和组合以及本发明的其他实施方式。因此，所附权利要求旨在涵盖任何这样的修改或实施方式。

Claims (21)

1.一种用于测量生命信号的装置，所述装置包括：
包含第一绝缘体材料的第一电路板层；
设置在所述第一电路板层上的第一集成电路，所述第一集成电路包括毫米波雷达传感器和被配置成提供数字化基带雷达信号的数字接口；
耦接至所述第一集成电路并设置在所述第一电路板层上的第二集成电路，所述第二集成电路包括被配置成基于所述数字化基带雷达信号而确定生命信号信息的数字信号处理器；
包含第二绝缘体材料的第二电路板层，所述第二电路板层具有设置在所述第一电路板层的第一表面之上的第一表面；
发射天线，其设置在所述第二电路板层上并耦接至所述第一集成电路；以及
接收天线，其设置在所述第二电路板层上并耦接至所述第一集成电路。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一绝缘体材料与所述第二绝缘体材料相同。
3.根据权利要求1所述的装置，还包括第三集成电路，所述第三集成电路设置在所述第一电路板层上并且耦接至所述第二集成电路，其中，所述第三集成电路包括存储器。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一集成电路设置在所述第一电路板层的与所述第一电路板层的第一表面相对的第二表面上。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述第二集成电路设置在所述第一电路板层的与所述第一电路板层的第一表面相对的第二表面上。
6.根据权利要求4所述的装置，其中，所述第二集成电路设置在所述第一电路板层的第一表面内。
7.根据权利要求4所述的装置，其中：
所述发射天线和所述接收天线包含导电材料，所述导电材料设置在所述第二电路板层的与所述第二电路板层的第一表面相对的第二表面上；
所述发射天线经由延伸穿过所述第一电路板层和所述第二电路板层的第一通孔耦接至所述第一集成电路；以及
所述接收天线经由延伸穿过所述第一电路板层和所述第二电路板层的第二通孔耦接至所述第一集成电路。
8.根据权利要求4所述的装置，还包括接地平面，所述接地平面包括设置在所述第一电路板层与所述第二电路板层之间的导电层。
9.根据权利要求4所述的装置，还包括设置在所述第一电路板层与所述第二电路板层之间的第三电路板层。
10.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述第一集成电路被堆叠在所述第二集成电路的顶部上；
所述第一集成电路被嵌入所述第一电路板层的第一表面内；以及
所述第二集成电路被嵌入所述第一电路板层的与所述第一电路板层的第一表面相对的第二表面内。
11.根据权利要求10所述的装置，还包括紧邻所述第二集成电路设置的第三集成电路，其中，所述第一集成电路还被堆叠在所述第三集成电路的顶部上，所述第一集成电路的第一表面的第一部分与所述第二集成电路的第一表面相邻，所述第一集成电路的第一表面的第二部分与所述第三集成电路的第一表面相邻，并且所述第三集成电路包括存储器。
12.根据权利要求10所述的装置，其中：
所述发射天线和所述接收天线包含导电材料，所述导电材料设置在所述第二电路板层的与所述第二电路板层的第一表面相对的第二表面上；
所述发射天线经由延伸穿过所述第二电路板层的第一通孔耦接至所述第一集成电路；以及
所述接收天线经由延伸穿过所述第二电路板层的第二通孔耦接至所述第一集成电路。
13.一种用于测量生命信号的装置，所述装置包括：
包含绝缘材料的再分布层；
具有设置在所述再分布层的第一侧上的第一表面的第一集成电路，所述第一集成电路包括毫米波雷达传感器和被配置成提供数字化基带雷达信号的数字接口；
具有设置在所述再分布层的第一侧上的第一表面并耦接至所述第一集成电路的第二集成电路，所述第二集成电路包括被配置成基于所述数字化基带雷达信号而确定生命信号信息的数字信号处理器；
发射天线，其设置在所述再分布层中，并经由所述再分布层的第一导电层耦接至所述第一集成电路；
接收天线，其设置在所述再分布层中，并经由所述再分布层的第一导电层耦接至所述第一集成电路；以及
模制材料，其设置在所述第一集成电路的第二侧、所述第二集成电路的第二侧和所述再分布层的第一侧之上。
14.根据权利要求13所述的装置，其中：
所述发射天线和所述接收天线被实现在所述第一导电层中；以及
所述第一导电层设置在所述再分布层的第一侧处。
15.根据权利要求13所述的装置，其中，所述再分布层、所述第一集成电路、所述第二集成电路、所述发射天线、所述接收天线和所述模制材料形成嵌入式晶圆级球栅阵列eWLB封装。
16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述发射天线和所述接收天线设置在所述eWLB封装的扇出区域中。
17.一种用于测量生命信号的系统，包括：
被配置成由人穿戴的可穿戴对象；和
安装在所述可穿戴对象上的毫米波雷达系统，所述毫米波雷达系统包括：电路板；设置在所述电路板上的毫米波雷达传感器；多个天线，所述多个天线耦接至所述毫米波雷达传感器并设置成在所述电路板上与所述毫米波雷达传感器相邻；以及处理电路，所述处理电路耦接至所述毫米波雷达传感器并设置在所述电路板上，所述处理电路被配置成基于来自所述毫米波雷达传感器的输出而确定所述人的生命信号信息。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述可穿戴对象包括腕带。
19.根据权利要求17所述的系统，其中，所述可穿戴对象包括胸带。
20.根据权利要求17所述的系统，其中，所述生命信号信息包括心率。
21.根据权利要求17所述的系统，其中，所述处理电路还被配置成：
指示所述毫米波雷达传感器执行第一组雷达测量，以产生第一组雷达数据；
根据所述第一组雷达数据而确定第一组距离门测量；
根据所述第一组距离门测量而确定高响应距离门；
在慢时间内将校正滤波器应用于所确定的高响应距离门以产生经校正的距离门数据，所述校正滤波器被配置成针对所述毫米波雷达传感器经由所述可穿戴对象耦接至所述人的方式进行校正；以及
将生命信号滤波器应用于所述经校正的距离门数据，以确定所述人的生命信号信息。
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