CN111157978B - 超宽带雷达收发器及其运作方法 - Google Patents

超宽带雷达收发器及其运作方法 Download PDF

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Abstract

一种超宽带雷达收发器及其运作方法。超宽带雷达收发器包括接收模组。接收模组包括I/Q信号产生电路、第一感测电路以及第二感测电路。I/Q信号产生电路接收M个连续回波信号，并据以产生M个同相信号及M个正交相位信号，其中M为大于1的整数。第一感测电路耦接I/Q信号产生电路以接收M个连续同相信号，用以对M个连续同相信号进行积分处理以及模拟数字转换以产生第一数字数据。第二感测电路耦接I/Q信号产生电路以接收M个连续正交相位信号，用以对M个连续正交相位信号进行积分处理以及模拟数字转换以产生第二数字数据。

Description

超宽带雷达收发器及其运作方法
技术领域
本发明是有关于一种雷达技术，且特别是有关于一种超宽带雷达收发器及其运作方法。
背景技术
超宽带雷达具有极大带宽的特点，其可借由发送脉冲信号并接收回波信号来侦测短距离的对象。由于超宽带雷达所发送的脉冲信号及所接收的回波信号的脉波宽度极小，致使回波信号难以被数字化以进行后续的数字信号处理。一般的作法是，可于超宽带雷达中设置极高速的模拟数字转换器以将回波信号数字化。然而，极高速的模拟数字转换器不仅耗电，更会增加超宽带雷达的硬件成本。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种超宽带雷达收发器及其运作方法，可有效降低回波信号的数字化的困难度。
本发明的超宽带雷达收发器用以侦测特定距离范围内的空间信息。超宽带雷达收发器包括接收模组。接收模组用以接收M个连续回波信号，并据以分别产生第一数字数据及第二数字数据，其中M为大于1的整数。接收模组包括I/Q信号产生电路、第一感测电路以及第二感测电路。I/Q信号产生电路用以根据M个连续回波信号产生M个连续同相信号及M个连续正交相位信号。第一感测电路耦接I/Q信号产生电路以接收M个连续同相信号，用以对M个连续同相信号进行累积处理以及模拟数字转换以产生第一数字数据。第二感测电路耦接I/Q信号产生电路以接收M个连续正交相位信号，用以对M个连续正交相位信号进行积分处理以及模拟数字转换以产生第二数字数据。第一感测电路包括第一积分电路、第一低通滤波电路以及第一模拟数字转换电路。第一积分电路用以对M个连续同相信号进行积分处理而分别产生M个连续第一积分信号。第一低通滤波电路耦接第一积分电路以接收M个连续第一积分信号，且对M个连续第一积分信号进行低通滤波及信号累积以产生一第一滤波信号。第一模拟数字转换电路耦接第一低通滤波电路以接收第一滤波信号，且对第一滤波信号进行模拟数字转换以产生第一数字数据。第二感测电路包括第二积分电路、第二低通滤波电路以及第二模拟数字转换电路。第二积分电路用以对M个连续正交相位信号进行积分处理而分别产生M个连续第二积分信号。第二低通滤波电路耦接第二积分电路以接收M个连续第二积分信号，且对M个连续第二积分信号进行低通滤波及信号累积以产生第二滤波信号。第二模拟数字转换电路耦接第二低通滤波电路以接收第二滤波信号，且对第二滤波信号进行模拟数字转换以产生第二数字数据。第一数字数据及第二数字数据与上述空间信息有关。
本发明的超宽带雷达收发器的运作方法用以侦测特定距离范围内的空间信息。此运作方法包括以下步骤。接收M个连续回波信号，且根据M个连续回波信号产生M个连续同相信号及M个连续正交相位信号。对M个连续同相信号进行积分处理而分别产生M个连续第一积分信号，且对M个连续正交相位信号进行积分处理而分别产生M个连续第二积分信号。对M个连续第一积分信号进行低通滤波及信号累积处理以产生第一滤波信号，且对M个连续第二积分信号进行低通滤波及信号累积以产生第二滤波信号。对第一滤波信号进行模拟数字转换以产生第一数字数据，且对第二滤波信号进行模拟数字转换以产生第二数字数据，其中M为大于1的整数。第一数字数据及第二数字数据与上述空间信息有关。
为让本发明的上述特征能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本发明一实施例所绘示的超宽带雷达收发器的侦测示意图。
图2是依照本发明一实施例所绘示的超宽带雷达收发器的电路模块示意图。
图3A是依照本发明一实施例所绘示的第一感测电路的电路模块示意图。
图3B是依照本发明一实施例所绘示的第二感测电路的电路模块示意图。
图3C是依照本发明一实施例所绘示的第一积分电路及第二积分电路的电路架构示意图。
图4A是依照本发明另一实施例所绘示的超宽带雷达收发器的电路模块示意图。
图4B是依照本发明一实施例所绘示的图4A的超宽带雷达收发器的细节电路示意图。
图5是依照本发明一实施例所绘示的超宽带雷达收发器的侦测运作示意图。
图6是依照本发明一实施例所绘示的超宽带雷达收发器对一距离处的连续两次感测运作的信号时序示意图。
图7是依照本发明一实施例所绘示的超宽带雷达收发器的管线化运作的示意图。
图8是依照本发明另一实施例所绘示的超宽带雷达收发器的管线化运作的示意图。
图9是依照本发明一实施例所绘示的超宽带雷达收发器的运作方法的步骤流程示意图。
【符号说明】
100、100’：超宽带雷达收发器
120：天线模组
121：天线
123：切换电路
140：发射模组
141：脉宽信号产生电路
143：混频电路
1431：上变频混频器
1433：功率放大器
160、160’：接收模组
161：第一感测电路
1611：第一积分电路
1615：第一低通滤波电路
1619：第一模拟数字转换电路
162：第二感测电路
1621：第二积分电路
1625：第二低通滤波电路
1629：第二模拟数字转换电路
163：I/Q信号产生电路
1631：低噪声放大器电
1633：下变频混频器
164：控制器
180：本地振荡器
900：特定距离范围
C1、CH：电容器
CHS：保持控制信号
CIS：积分控制信号
CRS：重置控制信号
CW：载波信号
CW’：正交载波信号
DAI、DAI_1～DAI_K：第一数字数据
DAQ、DAQ_1～DAQ_K：第二数字数据
DR_1～DR_K：距离处
GND：接地电压端
MX1：第一混频器
MX2：第二混频器
OP：运算放大器
PSH：移相器
PWS：脉宽信号
R1、RK：距离
S910、S920、S930、S940：步骤
SC_11～SC_1M、SC_21～SC_2M、SC_K1～SC_KM：感测运作
SH0-I：第一积分信号
SH0-Q：第二积分信号
SH1-I：第一滤波信号
SH1-Q：第二滤波信号
SI、SI1、SI2：同相信号
SQ、SQ1、SQ2：正交相位信号
SRX：回波信号
STX、STX1、STX2：脉冲信号
SW1、SW2、SW3：开关
T11～T15、T21～T25、T31：时间点
TD1：第一时间长度
TRST：重置时间区间
TRW：预设时间区间
TX、RX、INTG_11～INTG_1M、LPF_11～LPF1M、ADC_1、INTG_21～INTG_2M、LPF_21～LPF2M、ADC_2：阶段
Vref：参考电压
具体实施方式
为了使本发明的内容可以被更容易明了，以下特举实施例做为本发明确实能够据以实施的范例。另外，凡可能之处，在附图及实施方式中使用相同标号的组件/构件，是代表相同或类似部件。
图1是依照本发明一实施例所绘示的超宽带雷达收发器的侦测示意图，图2是依照本发明一实施例所绘示的超宽带雷达收发器的电路模块示意图。请合并参照图1及图2，超宽带雷达收发器100可用以侦测一特定距离范围900内的空间信息，例如图1所示的自距离处DR_1至距离处DR_K之间的空间信息，其中超宽带雷达收发器100至距离处DR_1的距离为R1，且超宽带雷达收发器100至距离处DR_K的距离为RK。超宽带雷达收发器100可对特定距离范围900内的每一距离处DR_1～DR_K执行连续多次感测运作，以取得对应于各距离处DR_1～DR_K的第一数字数据及第二数字数据。第一数字数据及第二数字数据与上述空间信息有关。
超宽带雷达收发器100可包括接收模组160，但本发明并不以此为限。接收模组160用以接收M个连续回波信号SRX，并据以分别产生第一数字数据DAI及第二数字数据DAQ，其中M为大于1的整数。详细来说，接收模组160包括I/Q信号产生电路163、第一感测电路161以及第二感测电路162。I/Q信号产生电路163用以根据上述M个连续回波信号SRX产生M个连续同相(in-phase)信号SI及M个连续正交相位(quadrature-phase)信号SQ。第一感测电路161耦接I/Q信号产生电路163以接收M个连续同相信号SI，且用以对M个连续同相信号SI进行积分处理以及模拟数字转换以产生第一数字数据DAI。第二感测电路162耦接I/Q信号产生电路163以接收M个连续正交相位信号SQ，且用以对M个连续正交相位信号SQ进行积分处理以及模拟数字转换以产生第二数字数据DAQ。在本发明一实施例中，"连续"并非不可间断，只要在一段足够时间内连续即可。
在本发明的一实施例中，M个连续回波信号SRX可例如是超宽带雷达收发器100所发射的M个连续脉冲信号STX分别于空间中变化后的M个连续信号。例如，M个连续脉冲信号STX分别被空间中的一物体OBJ反射后而产生M个连续回波信号SRX，而空间信息例如可为物体OBJ的位移量，但本发明不限于此。在本发明的另一实施例中，M个连续回波信号SRX可例如是另一超宽带雷达收发器所发射的M连续个脉冲信号分别于空间中变化后的M个连续信号，其中上述空间包括特定距离范围900。
在本发明的一实施例中，I/Q信号产生电路163可包括低噪声放大器(Low NoiseAmplifier，LNA)电路以及下变频混频器(down-conversion mixer)(未绘示)。低噪声放大器电路可用于放大回波信号SRX。下变频混频器可执行频率变换，以将放大后的回波信号变换为低频率的同相信号SI及正交相位信号SQ。稍后会再详细说明。
图3A是依照本发明一实施例所绘示的第一感测电路的电路模块示意图。如图3A所示，第一感测电路161包括第一积分电路1611、第一低通滤波电路1615以及第一模拟数字转换电路1619。第一积分电路1611用以对M个连续同相信号SI进行积分处理而分别产生M个连续第一积分信号SH0-I。第一低通滤波电路1615耦接该第一积分电路1611以接收M个连续第一积分信号SH0-I，且对M个连续第一积分信号SH0-I进行低通滤波及信号累积以产生第一滤波信号SH1-I。第一模拟数字转换电路1619耦接第一低通滤波电路1615以接收第一滤波信号SH1-I，且对第一滤波信号SH1-I进行模拟数字转换以产生第一数字数据DAI。
图3B是依照本发明一实施例所绘示的第二感测电路的电路模块示意图。如图3B所示，第二感测电路162包括第二积分电路1621、第二低通滤波电路1625以及第二模拟数字转换电路1629。第二积分电路1621用以对M个连续正交相位信号SQ进行积分处理而分别产生M个连续第二积分信号SH0-Q。第二低通滤波电路1625耦接第二积分电路1621以接收M个连续第二积分信号SH0-Q，且对M个连续第二积分信号SH0-Q进行低通滤波及信号累积以产生第二滤波信号SH1-Q。第二模拟数字转换电路1629耦接第二低通滤波电路1625以接收第二滤波信号SH1-Q，且对第二滤波信号SH1-Q进行模拟数字转换以产生第二数字数据DAQ。第一低通滤波电路1615与第二低通滤波电路1625例如为一主动或被动切换电容式(SwitchCapacitor)电路。
在本发明的一实施例中，第一积分电路1611以及第二积分电路1621可采用如图3C所示的积分电路来实现，但不限于此。请合并参照图3A～图3C。第一积分电路1611或第二积分电路1621包括开关SW1、SW2、SW3、电容器C1、CH以及运算放大器OP。运算放大器OP的非反相输入端接收参考电压Vref。开关SW1的第一端用以接收同相信号SI或正交相位信号SQ。开关SW1的第二端耦接运算放大器OP的反相输入端。开关SW1的控制端接收积分控制信号CIS。开关SW2的第一端耦接运算放大器OP的反相输入端。开关SW2的第二端耦接运算放大器OP的输出端。开关SW2的控制端接收重置控制信号CRS。电容器C1的第一端耦接运算放大器OP的反相输入端。电容器C1的第二端耦接运算放大器OP的输出端。开关SW3的第一端耦接运算放大器OP的输出端。开关SW3的第二端输出第一积分信号SH0-I或第二积分信号SH0-Q。开关SW3的控制端接收保持控制信号CHS。电容器CH的第一端耦接开关SW3的第二端。电容器CH的第二端耦接接地电压端GND。
在本发明的一实施例中，第一模拟数字转换电路1619及第二模拟数字转换电路1629可采用现有的模拟数字转换电路来实现，但不限于此。另外，关于第一低通滤波电路1615及第二低通滤波电路1625的实施方式稍后会再详细说明。
在本发明的一实施例中，第一积分电路1611及第二积分电路1621所分别积分的M个连续同相信号SI及M个连续正交相位信号SQ，乃是对应于图1所示的特定距离范围900内的其中一距离处，例如距离处DR_1。因此，根据对M个连续同相信号SI进行积分处理以及模拟数字转换后所得到的第一数字数据DAI，以及根据对M个连续正交相位信号SQ进行积分处理以及模拟数字转换后所得到的第二数字数据DAQ，即可侦测出距离处DR_1的空间信息，稍后会再详细说明。
值得一提的是，相较于采用极高速的模拟数字转换器直接对单一同相信号(或单一正交相位信号)进行模拟数字转换，本发明实施例是对M个连续同相信号SI进行积分、低通滤波及信号累积以及对M个连续正交相位信号SQ进行积分、低通滤波及信号累积之后，再由模拟数字转换器分别转换为第一数字数据DAI及第二数字数据DAQ，可有效降低回波信号数字化的困难度，减少因采用极高速的模拟数字转换器所导致的耗电以及成本，低通滤波的连续信号累积亦可降低提供模拟数字转换器的信号中的噪声。
图4A是依照本发明另一实施例所绘示的超宽带雷达收发器的电路模块示意图，图4B是依照本发明一实施例所绘示的图4A的超宽带雷达收发器的细节电路示意图。请合并参照图4A及图4B，超宽带雷达收发器100’可包括天线模组120、发射模组140、接收模组160’以及本地振荡器(Local Oscillator)180，但不限于此。
天线模组120可采用现有的各种类型的天线模组来实现。在本发明的一实施例中，如图4B所示，天线模组120可包括天线121以及切换电路123。切换电路123耦接发射模组140、接收模组160’以及天线121。切换电路123可被切换以将发射模组140或接收模组160’电性连接至天线121，致使发射模组140可透过天线121发送信号于一空间，或是接收模组160’可透过天线121自上述空间接收信号。
本地振荡器180用以产生载波信号CW。在本发明的一实施例中，本地振荡器180可采用现有的振荡电路来实现。
发射模组140耦接天线模组120，用以透过天线模组120依序地发送M个脉冲信号STX于一空间。在本发明的一实施例中，发射模组140包括脉宽信号产生电路141以及混频电路143。脉宽信号产生电路141用以产生脉宽信号PWS。混频电路143耦接脉宽信号产生电路141以接收脉宽信号PWS，且耦接本地振荡器180以接收载波信号CW。混频电路143根据载波信号CW对脉宽信号PWS进行升频，以产生M个脉冲信号STX。在本发明的一实施例中，脉宽信号产生电路141可采用现有的脉宽信号产生器来实现。
在本发明的一实施例中，如图4B所示，混频电路143可包括上变频混频器(up-conversion mixer)1431以及功率放大器(Power Amplifier，PA)1433。上变频混频器1431耦接脉宽信号产生电路141、本地振荡器180以及功率放大器1433。上变频混频器1431可根据载波信号CW对脉宽信号PWS进行升频以产生升频信号。功率放大器1433可对升频信号进行功率放大，以产生M个脉冲信号STX。
接收模组160’耦接天线模组120，用以透过天线模组120依序地接收M个连续脉冲信号STX分别于上述空间中变化后的M个连续回波信号SRX，并据以分别产生第一数字数据DAI及第二数字数据DAQ，其中M为大于1的整数。更进一步来说，接收模组160’包括I/Q信号产生电路163、第一感测电路161、第二感测电路162以及控制器164，其中第一感测电路161以及第二感测电路162分别类似于图2所示的接收模组160的第一感测电路161以及第二感测电路162，故可参酌上述的相关说明，在此不再赘述。
在本发明的一实施例中，如图4B所示，I/Q信号产生电路163可包括低噪声放大器电路1631以及下变频混频器1633。低噪声放大器电路1631可用于放大回波信号SRX。下变频混频器1633可执行频率变换，以将放大后的回波信号变换为低频率的同相信号SI及正交相位信号SQ。
更进一步来说，下变频混频器1633可包括第一混频器MX1、第二混频器MX2以及移相器(Phase Shifter)PSH。第一混频器MX1耦接低噪声放大器电路1631、本地振荡器180以及第一感测电路161。第一混频器MX1根据载波信号CW对放大后的回波信号进行频率变换，以将放大后的回波信号变换为低频率的同相信号SI。移相器PSH耦接本地振荡器180，用以将载波信号CW的相位位移90度，以产生正交载波信号CW’。第二混频器MX2耦接低噪声放大器电路1631、移相器PSH以及第二感测电路162。第二混频器MX2根据正交载波信号CW’对放大后的回波信号进行频率变换，以将放大后的回波信号变换为低频率的正交相位信号SQ。
控制器164耦接第一感测电路161及第二感测电路162，用以控制第一感测电路161及第二感测电路162中的任一者的运作。举例来说，控制器164可产生积分控制信号CIS、重置控制信号CRS以及保持控制信号CHS，以控制第一积分电路1611以及第二积分电路1621的运作。在本发明的一实施例中，控制器164可以是硬件、韧体或是储存在内存而由微控制器所加载执行的软件或机器可执行程序代码。若是采用硬件来实现，则控制器164可以是由单一整合电路芯片所达成，也可以由多个电路芯片所完成，但本发明并不以此为限制。上述多个电路芯片或单一整合电路芯片可采用专用集成电路(ASIC)或可程序化逻辑门阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑设备(CPLD)来实现。而上述内存可以是例如随机存取内存、只读存储器或是闪存等等。
图5是依照本发明一实施例所绘示的超宽带雷达收发器的侦测运作示意图。以下请合并参照图1、图4A及图5。超宽带雷达收发器100’可对距离处DR_1执行连续M次感测运作SC_11、SC_12、…、SC_1M，以取得对应于距离处DR_1的第一数字数据DAI_1及第二数字数据DAQ_1。超宽带雷达收发器100’可对距离处DR_2执行连续M次感测运作SC_21、SC_22、…、SC_2M，以取得对应于距离处DR_2的第一数字数据DAI_2及第二数字数据DAQ_2。依此类推，超宽带雷达收发器100’可对距离处DR_K执行连续M次感测运作SC_K1、SC_K2、…、SC_KM，以取得对应于距离处DR_K的第一数字数据DAI_K及第二数字数据DAQ_K。但本发明不限于此，在本发明的其他实施例中，对各距离处DR_1～DR_K执行的感测运作的次数也可不同，端视实际应用或设计需求而定。
以下将以对距离处DR_1的连续两次感测运作SC_11及SC_12为范例来进行说明，至于距离处DR_1的其他感测运作或是对其他距离处DR_2～DR_K的感测运作则可依以下说明而依此类推。图6是依照本发明一实施例所绘示的超宽带雷达收发器对距离处DR_1的连续两次感测运作SC_11及SC_12的信号时序示意图。以下请合并参照图1、图3A、图3B、图3C、图4A以及图6。首先，于时间点T11，超宽带雷达收发器100’开始执行感测运作SC_11，因此，发射模组140透过天线模组120开始发送M个脉冲信号STX中的第一个脉冲信号STX1。接着，I/Q信号产生电路163可根据所接收到的回波信号SRX产生同相信号SI及正交相位信号SQ。
在第一个脉冲信号STX1开始发送的第一时间长度TD1之后的预设时间区间TRW内(即时间点T12与T13之间)，控制器164控制第一积分电路1611及第二积分电路1621分别接收该预设时间区间TRW内的同相信号SI1(即M个同相信号SI其中的第一个同相信号)及正交相位信号SQ1(即M个正交相位信号SQ其中的第一个正交相位信号)。第一积分电路1611及第二积分电路1621分别对预设时间区间TRW内的同相信号SI1及正交相位信号SQ1进行积分(例如以积分控制信号CIS使开关SW1短路、以重置控制信号CRS使开关SW2开路、并以保持控制信号CHS使开关SW3开路)，以产生M个第一积分信号SH0-I其中的第一个第一积分信号及M个第二积分信号SH0-Q其中的第一个第二积分信号。在时间点T13与时间点T14之间，控制器164控制第一积分电路1611及第二积分电路1621保持上述第一个第一积分信号与上述第一个第二积分信号(例如以积分控制信号CIS使开关SW1开路、以重置控制信号CRS使开关SW2开路、并以保持控制信号CHS使开关SW3开路)。在时间点T14与时间点T15之间，控制器164控制第一积分电路1611及第二积分电路1621将上述第一个第一积分信号及上述第一个第二积分信号分别输出至第一低通滤波电路1615与第二低通滤波电路1625(例如以积分控制信号CIS使开关SW1开路、以重置控制信号CRS使开关SW2开路、并以保持控制信号CHS使开关SW3短路)，致使第一低通滤波电路1615对上述第一个第一积分信号进行滤波及累积，且第二低通滤波电路1625对上述第一个第二积分信号进行滤波及累积(如后所叙，此滤波及信号累积动作将对M连续个回波信号操作，最后的信号，可为电压或电流，输出模拟数字转换电路)。除此之外，在重置时间区间TRST(即时间点T14与时间点T21之间)，控制器164重置第一积分电路1611及第二积分电路1621。附带一提的是，完成低通滤波及信号累积的时间点T15可在时间点T21之前，或等于时间点T21，或在时间点T21之后，端视实际应用而定。
于时间点T21，超宽带雷达收发器100’开始执行感测运作SC_12，因此，发射模组140透过天线模组120开始发送M个脉冲信号STX中的第二个脉冲信号STX2。接着，I/Q信号产生电路163可根据所接收到的回波信号SRX产生同相信号SI及正交相位信号SQ。
在第二个脉冲信号STX2开始发送的第一时间长度TD1之后的预设时间区间TRW内(即时间点T22与T23之间)，控制器164控制第一积分电路1611及第二积分电路1621分别接收该预设时间区间TRW内的同相信号SI2(即M个同相信号SI其中的第二个同相信号)及正交相位信号SQ2(即M个正交相位信号SQ其中的第二个正交相位信号)。第一积分电路1611及第二积分电路1621分别对预设时间区间TRW内的同相信号SI2及正交相位信号SQ2进行积分，以产生M个第一积分信号SH0-I其中的第二个第一积分信号及M个第二积分信号SH0-Q其中的第二个第二积分信号。在时间点T23与时间点T24之间，控制器164控制第一积分电路1611及第二积分电路1621保持上述第二个第一积分信号与上述第二个第二积分信号。在时间点T24与时间点T25之间，控制器164控制第一积分电路1611及第二积分电路1621将上述第二个第一积分信号及上述第二个第二积分信号分别输出至第一低通滤波电路1615与第二低通滤波电路1625，致使第一低通滤波电路1615对上述第二个第一积分信号进行滤波及累积，且第二低通滤波电路1625对上述第二个第二积分信号进行滤波及累积。除此之外，在重置时间区间TRST(即时间点T24与时间点T31之间)，控制器164重置第一积分电路1611及第二积分电路1621。开关SW1、SW2、SW3的短路/开路状态，运作方法的细节，在前述关于感测运作SC_11的实施例中已有详细的说明，以下不多赘述。
可以理解的是，于感测运作SC_1M中，第一积分电路1611及第二积分电路1621可分别产生M个第一积分信号SH0-I其中的第M个第一积分信号及M个第二积分信号SH0-Q其中的第M个第二积分信号，并将上述第M个第一积分信号与上述第M个第二积分信号分别输出至第一低通滤波电路1615与第二低通滤波电路1625。
另外，控制器164可控制第一低通滤波电路1615将上述M个第一积分信号SH0-I依序累积以产生第一滤波信号SH1-I，且控制器164可控制第二低通滤波电路1625将上述M个第二积分信号SH0-Q依序累积以产生第二滤波信号SH1-Q。接着，控制器164可控制第一模拟数字转换电路1619对第一滤波信号SH1-I进行模拟数字转换以取得对应于距离处DR_1的第一数字数据DAI。类似地，控制器164可控制第二模拟数字转换电路1629对第二滤波信号SH1-Q进行模拟数字转换以取得对应于距离处DR_1的第二数字数据DAQ。
值得一提的是，于图6中，第一积分电路1611开始对同相信号SI1进行积分处理以及第二积分电路1621开始对正交相位信号SQ1进行积分处理的时间点T12(或T22)与超宽带雷达收发器100’至距离处DR_1的距离有关，其关系式如式(1)所示，其中R1为超宽带雷达收发器100’至距离处DR_1的距离，且C为雷达波的速度，亦即光速。
2×R1÷C＝TD1+(TRW÷2) 式(1)
可以理解的是，借由调整第一时间长度TD1，即可取得对应于不同距离处的第一积分信号与第二积分信号。换句话说，超宽带雷达收发器100’可根据不同的第一时间长度(TD1)而取得对应于特定距离范围900内的不同距离处的第一数字数据DAI及第二数字数据DAQ。
在本发明的一实施例中，图3A的第一低通滤波电路1615及图3B的第二低通滤波电路1625的每一者可为主动或被动切换电容式(Switch Capacitor)电路，例如是用被动切换电容实现的可编程离散时间低通滤波电路(programmable discrete-time low passfilter)，包括有限脉冲响应滤波器(Finite Impulse Response filter，FIR filter)。上述的可编程离散时间低通滤波电路可借由切换不同电容值控制对应的低通滤波带宽(bandwidth)。特别是，控制器164可根据第一时间长度TD1或感测运作的次数(即M值)调整第一低通滤波电路1615中的滤波带宽，以对M个第一积分信号SH0-I进行低通滤波及信号累积以产生第一滤波信号SH1-I。同样地，控制器164可根据第一时间长度TD1或感测运作的次数(即M值)调整第二低通滤波电路1625中的滤波带宽，以对M个第二积分信号SH0-Q进行低通滤波及信号累积以产生第二滤波信号SH1-Q。
更进一步来说，若第一时间长度TD1越长或感测运作的次数越多，则需要第一模拟数字转换电路1619及第二模拟数字转换电路1629执行模拟数字转换的频率越少，则控制器164可调整第一低通滤波电路1615的带宽至较窄的带宽来对M个第一积分信号SH0-I进行低通滤波及信号累积，且可调整第二低通滤波电路1625的带宽至较窄的带宽来对M个第二积分信号SH0-Q进行低通滤波及信号累积，以抑制混迭失真(alias)。相对地，若第一时间长度TD1越短或感测运作的次数越少，则需要第一模拟数字转换电路1619及第二模拟数字转换电路1629执行模拟数字转换的频率越多，则控制器164可调整第一低通滤波电路1615中的带宽至较宽的带宽来对M个第一积分信号SH0-I进行低通滤波及信号累积，且可调整第二低通滤波电路1625中的带宽至较宽的带宽来对M个第二积分信号SH0-Q进行低通滤波及信号累积。
在本发明的一实施例中，为了加快超宽带雷达收发器100’的运作速度及效率，控制器164可将图3A的第一积分电路1611与第一低通滤波电路1615的运作管线化(pipeline)，以及将图3B的第二积分电路1621与第二低通滤波电路1625的运作管线化。详细来说，当第一低通滤波电路1615对M个第一积分信号SH0-I其中的第L个第一积分信号进行低通滤波及信号累积，且第二低通滤波电路1625对M个第二积分信号SH0-Q其中的第L个第二积分信号进行低通滤波及信号累积时，第一积分电路1611对预设时间区间TRW内的M个同相信号SI中的第(L+1)个同相信号进行积分并对该M个第一积分信号(SH0-I)其中的第(L+1)个第一积分信号(SH0-I)进行保持，且第二积分电路1621对预设时间区间TRW内的M个正交相位信号SQ中的第(L+1)个正交相位信号进行积分并对该M个第二积分信号(SH0-Q)其中的第(L+1)个第二积分信号(SH0-Q)进行保持，其中L为大于1且小于M的整数。
举例来说，图7是依照本发明一实施例所绘示的超宽带雷达收发器的管线化运作的示意图。为了图式简洁起见，于图7所示的M次感测运作SC_11、SC_12、…、SC_1M中，阶段Tx表示图4A的发射模组140发送脉冲信号STX，且阶段Rx表示图4A的I/Q信号产生电路163接收对应的回波信号SRX并据以产生同相信号SI及正交相位信号SQ。另外，阶段INTG_11、INTG_12、INTG_13、…、INTG_1M分别表示M次感测运作SC_11、SC_12、…、SC_1M中第一积分电路1611及第二积分电路1621分别对同相信号SI及正交相位信号SQ进行积分与保持处理，阶段LPF_11、LPF_12、LPF_13、…、LPF_1M分别表示M次感测运作SC_11、SC_12、…、SC_1M中第一低通滤波电路1615及第二低通滤波电路1625执行低通滤波及信号累积，且阶段ADC_1表示第一模拟数字转换电路1619及第二模拟数字转换电路1629执行模拟数字转换运作以分别产生第一数字数据DAI_1及第二数字数据DAQ_1。
请合并参照图3A、图3B、图4A以及图7，当第一低通滤波电路1615对第一个第一积分信号进行低通滤波及信号累积，且第二低通滤波电路1625对第一个第二积分信号进行低通滤波及信号累积时(即如图7的阶段LPF_11所示)，发射模组140发送第二个脉冲信号STX，I/Q信号产生电路163接收对应于第二个脉冲信号STX的回波信号SRX并据以产生第二个同相信号SI及第二个正交相位信号SQ(即如图7的感测运作SC_12中的阶段Tx及Rx所示)，第一积分电路1611对预设时间区间TRW内的第二个同相信号SI进行积分并保持第二个第一积分信号SH0-I，且第二积分电路1621对预设时间区间TRW内的第二个正交相位信号SQ进行积分并保持第二个第二积分信号SH0-Q(即如图7的阶段INTG_12所示)。
在本发明的另一实施例中，为了加快超宽带雷达收发器100’的运作速度及效率，控制器164可将图5中相邻距离处的侦测运作管线化。图8是依照本发明另一实施例所绘示的超宽带雷达收发器的管线化运作的示意图。图8的阶段Tx、阶段Rx、阶段INTG_11、INTG_12、INTG_13、…、INTG_1M、阶段LPF_11、LPF_12、LPF_13、…、LPF_1M以及阶段ADC_1所表示的运作类似于图7，故可参酌上述图7的相关说明。另外，在图8的距离处DR_2的感测运作中，阶段INTG_21、INTG_22、INTG_23、…、INTG_2M分别表示M次感测运作SC_21、SC_22、…、SC_2M中第一积分电路1611及第二积分电路1621分别对同相信号SI及正交相位信号SQ进行积分与保持处理，阶段LPF_21、LPF_22、LPF_23、…、LPF_2M分别表示M次感测运作SC_21、SC_22、…、SC_2M中第一低通滤波电路1615及第二低通滤波电路1625执行滤波及信号累积，且阶段ADC_2表示第一模拟数字转换电路1619及第二模拟数字转换电路1629执行模拟数字转换运作以产生对应于距离处DR_2的第一数字数据DAI_2及第二数字数据DAQ_2。
请合并参照图3A、图3B、图4A以及图8，当第一低通滤波电路1615对第一距离处DR_1的最后一个第一积分信号进行信号累积，且第二低通滤波电路1625对第一距离处DR_1的最后一个第二积分信号进行信号累积时(即如图8的阶段LPF_1M所示)，发射模组140发送用以侦测第二距离处DR_2的第一个脉冲信号STX，I/Q信号产生电路163接收对应于第一个脉冲信号STX的回波信号SRX并据以产生第二距离处DR_2的第一个同相信号SI及第一个正交相位信号SQ(即如图8的感测运作SC_21中的阶段Tx及Rx所示)，第一积分电路1611对第二距离处DR_2的预设时间区间TRW内的第一个同相信号SI进行积分并对第二距离处DR_2的第一个第一积分信号SH0-I进行保持，且第二积分电路1621对第二距离处DR_2的预设时间区间TRW内的第一个正交相位信号SQ进行积分并对第二距离处DR_2的第一个第二积分信号SH0-Q进行保持(即如图8的阶段INTG_21所示)。
除此之外，当第一模拟数字转换电路1619对第一距离处DR_1的第一滤波信号SH1-I进行模拟数字转换，且第二模拟数字转换电路1629对第一距离处DR_1的第二滤波信号SH1-Q进行模拟数字转换时(即如图8的阶段ADC_1所示)，第一低通滤波电路1615对第二距离处DR_2的M个第一积分信号SH0-I其中的至少部份第一积分信号进行信号累积，且第二低通滤波电路1625对第二距离处DR_2的M个第二积分信号SH0-Q其中的至少部份第二积分信号SH0-Q进行信号累积(即如图8的阶段INTG_22及INTG_23所示)。
图9是依照本发明一实施例所绘示的超宽带雷达收发器的运作方法的步骤流程示意图，可应用于图2所示的超宽带雷达收发器100或图4A所示的超宽带雷达收发器100’，但不限于此。请合并参照图4A及图9，超宽带雷达收发器的运作方法包括以下步骤。首先，于步骤S910中，接收M个连续回波信号SRX，且根据M个连续回波信号SRX产生M个连续同相信号SI及M个连续正交相位信号SQ。接着，于步骤S920中，对M个连续同相信号SI进行积分处理而分别产生M个连续第一积分信号SH0-I，且对M个连续正交相位信号SQ进行积分处理而分别产生M个连续第二积分信号SH0-Q。然后，于步骤S930中，对M个连续第一积分信号SH0-I进行低通滤波及信号累积以产生第一滤波信号SH1-I，且对M个连续第二积分信号SH0-Q进行滤波及信号累积以产生第二滤波信号SH1-Q。之后，于步骤S940中，对第一滤波信号SH1-I进行模拟数字转换以产生第一数字数据DAI，且对第二滤波信号SH1-Q进行模拟数字转换以产生第二数字数据DAQ。关于本发明实施例的超宽带雷达收发器的运作方法的细节，在前述的实施例中已有详细的说明，以下不多赘述。
综上所述，在本发明实施例所提出的超宽带雷达收发器及其运作方法中，是对多个连续同相信号进行积分、低通滤波及信号累积以及对多个连续正交相位信号进行积分、低通滤波及信号累积之后，再由模拟数字转换器分别转换为第一数字数据及第二数字数据，可有效降低回波信号数字化的困难度，减少因采用极高速的模拟数字转换器所导致的耗电以及成本，亦可借由连续低通滤波及信号累积，抑制模拟数字转换器的信号中的噪声。除此之外，本发明实施例所提出的超宽带雷达收发器及其运作方法不仅将积分及保持运作与低通滤波及信号累积运作予以管线化，还可将相邻距离处的侦测运作管线化，可有效加快超宽带雷达收发器的运作速度及效率。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视申请权利要求范围所界定者为准。

Claims (16)

1.一种超宽带雷达收发器，用以侦测一特定距离范围内的空间信息，其特征在于，该超宽带雷达收发器包括：
一接收模组，用以接收M个连续回波信号，并据以分别产生一第一数字数据及一第二数字数据，其中M为大于1的整数，该接收模组包括：
一I/Q信号产生电路，用以根据该M个连续回波信号产生M个连续同相信号及M个连续正交相位信号；
一第一感测电路，耦接该I/Q信号产生电路以接收该M个连续同相信号，用以对该M个连续同相信号进行积分处理以及模拟数字转换以产生该第一数字数据；以及
一第二感测电路，耦接该I/Q信号产生电路以连续接收该M个连续正交相位信号，用以对该M个连续正交相位信号进行积分处理以及模拟数字转换以产生该第二数字数据；
其中该第一感测电路包括：
一第一积分电路，用以对该M个连续同相信号进行积分处理而分别产生M个连续第一积分信号；
一第一低通滤波电路，耦接该第一积分电路以接收该M个连续第一积分信号，且对该M个连续第一积分信号进行滤波及信号累积以产生一第一滤波信号；以及
一第一模拟数字转换电路，耦接该第一低通滤波电路以接收该第一滤波信号，且对该第一滤波信号进行模拟数字转换以产生该第一数字数据；
其中该第二感测电路包括：
一第二积分电路，用以对该M个连续正交相位信号进行积分处理而分别产生M个连续第二积分信号；
一第二低通滤波电路，耦接该第二积分电路以接收该M个连续第二积分信号，且对该M个连续第二积分信号进行滤波及信号累积以产生一第二滤波信号；以及
一第二模拟数字转换电路，耦接该第二低通滤波电路以接收该第二滤波信号，且对该第二滤波信号进行模拟数字转换以产生该第二数字数据；
其中，该第一数字数据及该第二数字数据与该空间信息有关；
其中该特定距离范围包括一第一距离处，且该第一积分电路开始对该M个连续同相信号进行积分处理的一时间点以及该第二积分电路开始对该M个连续正交相位信号进行积分处理的一时间点与该超宽带雷达收发器至该第一距离处的距离有关；
发射M个连续脉冲信号于一空间，在该M个连续脉冲信号其中的第N个脉冲信号开始发送的一第一时间长度之后的一预设时间区间内，当该第一低通滤波电路对该M个连续第一积分信号其中的第L个第一积分信号进行信号累积，且该第二低通滤波电路对该M个连续第二积分信号其中的第L个第二积分信号进行信号累积时，该第一积分电路对该预设时间区间内的该M个连续同相信号中的第(L+1)个同相信号进行积分并对该M个连续第一积分信号其中的第(L+1)个第一积分信号进行保持，且该第二积分电路对该预设时间区间内的该M个连续正交相位信号中的第(L+1)个正交相位信号进行积分并对该M个连续第二积分信号其中的第(L+1)个第二积分信号进行保持，其中L为大于1且小于M的整数。
2.如权利要求1所述的超宽带雷达收发器，其特征在于，其中该接收模组还包括：
一控制器，耦接该第一感测电路及该第二感测电路，用以控制该第一感测电路及该第二感测电路中的任一者的运作。
3.如权利要求2所述的超宽带雷达收发器，其特征在于，还包括：
一天线模组；以及
一发射模组，耦接该天线模组，用以透过该天线模组依序地发送该M个连续脉冲信号于一空间，
其中该接收模组耦接该天线模组，用以透过该天线模组依序地接收该M个连续脉冲信号分别于该空间中变化后的该M个连续回波信号。
4.如权利要求3所述的超宽带雷达收发器，其特征在于，其中：
该控制器控制该第一积分电路及该第二积分电路分别接收该预设时间区间内的该M个连续同相信号其中的第N个同相信号及该M个连续正交相位信号其中的第N个正交相位信号，且该第一积分电路及该第二积分电路分别对该预设时间区间内的该第N个同相信号及该第N个正交相位信号进行积分以产生该M个连续第一积分信号其中的第N个第一积分信号及该M个连续第二积分信号其中的第N个第二积分信号，分别对该第N个第一积分信号及该第N个第二积分信号进行保持，并将该第N个第一积分信号与该第N个第二积分信号分别输出至该第一低通滤波电路与该第二低通滤波电路，其中N为大于1且小于或等于M的整数；
该控制器控制该第一低通滤波电路将该M个连续第一积分信号依序累积以产生该第一滤波信号，且该控制器控制该第二低通滤波电路将该M个连续第二积分信号依序累积以产生该第二滤波信号。
5.如权利要求4所述的超宽带雷达收发器，其特征在于，其中在该预设时间区间之外，该控制器重置该第一积分电路及该第二积分电路。
6.如权利要求4所述的超宽带雷达收发器，其特征在于，其中该超宽带雷达收发器根据不同的该第一时间长度而取得对应于该特定距离范围内的不同距离处的该第一数字数据及该第二数字数据。
7.如权利要求1所述的超宽带雷达收发器，其特征在于，其中：
该特定距离范围包括第一距离处及第二距离处，当该第一低通滤波电路对该第一距离处的该M个连续第一积分信号其中的最后一个第一积分信号进行信号累积，且该第二低通滤波电路对该第一距离处的该M个连续第二积分信号其中的最后一个第二积分信号进行信号累积时，该第一积分电路对该第二距离处的该预设时间区间内的该M个连续同相信号中的第一个同相信号进行积分并对该第二距离处的该M个连续第一积分信号其中的第一个第一积分信号进行保持，且该第二积分电路对该第二距离处的该预设时间区间内的该M个连续正交相位信号中的第一个正交相位信号进行积分并对该第二距离处的该M个连续第二积分信号其中的第一个第二积分信号进行保持。
8.如权利要求7所述的超宽带雷达收发器，其特征在于，其中：
当该第一模拟数字转换电路对该第一距离处的该第一滤波信号进行模拟数字转换，且该第二模拟数字转换电路对该第一距离处的该第二滤波信号进行模拟数字转换时，该第一低通滤波电路对该第二距离处的该M个连续第一积分信号其中的至少部份第一积分信号进行信号累积，且该第二低通滤波电路对该第二距离处的该M个连续第二积分信号其中的至少部份第二积分信号进行信号累积。
9.如权利要求4所述的超宽带雷达收发器，其中该第一低通滤波电路及该第二低通滤波电路的任一者为一可编程离散时间低通滤波电路，其中该控制器根据该第一时间长度而调整该第一低通滤波电路的低通滤波带宽，以对该M个连续第一积分信号进行滤波及信号累积以产生该第一滤波信号，其中该控制器根据该第一时间长度而调整该第二低通滤波电路的低通滤波带宽，以对该M个连续第二积分信号进行滤波及信号累积以产生该第二滤波信号。
10.如权利要求3所述的超宽带雷达收发器，其特征在于，更包括：
一本地振荡器，耦接该I/Q信号产生电路，用以产生一载波信号，
其中该I/Q信号产生电路根据该载波信号对该M个连续回波信号进行降频，以产生该M个连续同相信号及该M个连续正交相位信号，
其中该发射模组包括：
一脉宽信号产生电路，用以产生一脉宽信号；以及
一混频电路，耦接该脉宽信号产生电路以接收该脉宽信号，且耦接该本地振荡器以接收该载波信号，其中混频电路根据该载波信号对该脉宽信号进行升频，
以产生该M个连续脉冲信号。
11.一种超宽带雷达收发器的运作方法，用以侦测一特定距离范围内的空间信息，其特征在于，该运作方法包括：
接收M个连续回波信号，且根据该M个连续回波信号产生M个连续同相信号及M个连续正交相位信号；
对该M个连续同相信号进行积分处理而分别产生M个连续第一积分信号，且对该M个连续正交相位信号进行积分处理而分别产生M个连续第二积分信号；
对该M个连续第一积分信号进行滤波及信号累积以产生一第一滤波信号，且对该M个连续第二积分信号进行滤波及信号累积以产生一第二滤波信号；以及
对该第一滤波信号进行模拟数字转换以产生一第一数字数据，且对该第二滤波信号进行模拟数字转换以产生一第二数字数据，其中M为大于1的整数；
其中，该第一数字数据及该第二数字数据与该空间信息有关；
其中该特定距离范围包括一第一距离处，且开始对该M个连续同相信号进行积分处理的一时间点以及开始对该M个连续正交相位信号进行积分处理的该时间点与该超宽带雷达收发器至该第一距离处的距离有关；发射M个连续脉冲信号于一空间，在该M个连续脉冲信号其中的第N个脉冲信号开始发送的一第一时间长度之后的一预设时间区间内，当对该M个连续第一积分信号其中的第L个第一积分信号进行信号累积，且对该M个连续第二积分信号其中的第L个第二积分信号进行信号累积时，对该预设时间区间内的该M个连续同相信号中的第(L+1)个同相信号进行积分并对该M个连续第一积分信号其中的第(L+1)个第一积分信号进行保持，且对该预设时间区间内的该M个连续正交相位信号中的第(L+1)个正交相位信号进行积分并对该M个连续第二积分信号其中的第(L+1)个第二积分信号进行保持，其中L为大于1且小于M的整数。
12.如权利要求11所述的超宽带雷达收发器的运作方法，其特征在于，其中所述接收M个连续回波信号的步骤包括：
依序地发送该M个连续脉冲信号于一空间；以及
依序地接收该M个连续脉冲信号分别于该空间中变化后的该M个连续回波信号。
13.如权利要求11所述的超宽带雷达收发器的运作方法，其特征在于，
其中所述对该M个连续同相信号进行积分处理而分别产生该M个连续第一积分信号的步骤包括：
取得该预设时间区间内的该M个连续同相信号其中的第N个同相信号；以及
对该预设时间区间内的该第N个同相信号进行积分以产生该M个连续第一积分信号其中的第N个第一积分信号，并保持该第N个第一积分信号，其中N为大于1且小于或等于M的整数，
其中所述对该M个连续正交相位信号进行积分处理而分别产生该M个连续第二积分信号的步骤包括：
在该M个连续脉冲信号其中的第N个脉冲信号开始发送的一第一时间长度之后的一预设时间区间内，取得该预设时间区间内的该M个连续正交相位信号其中的第N个正交相位信号；以及
对该预设时间区间内的该第N个正交相位信号进行积分以产生该M个连续第二积分信号其中的第N个第二积分信号，并保持该第N个第二积分信号。
14.如权利要求13所述的超宽带雷达收发器的运作方法，其特征在于，其中根据不同的该第一时间长度而取得对应于该特定距离范围内的不同距离处的该第一数字数据及该第二数字数据。
15.如权利要求12所述的超宽带雷达收发器的运作方法，其特征在于，其中：
该特定距离范围包括第一距离处及第二距离处，当对该第一距离处的该M个连续第一积分信号其中的最后一个第一积分信号进行信号累积，且对该第一距离处的该M个连续第二积分信号其中的最后一个第二积分信号进行信号累积时，对该第二距离处的该预设时间区间内的该M个连续同相信号中的第一个同相信号进行积分并对该第二距离处的该M个连续第一积分信号其中的第一个第一积分信号进行保持，且对该第二距离处的该预设时间区间内的该M个连续正交相位信号中的第一个正交相位信号进行积分并对该第二距离处的该M个连续第二积分信号其中的第一个第二积分信号进行保持。
16.如权利要求15所述的超宽带雷达收发器的运作方法，其特征在于，其中：
当对该第一距离处的该第一滤波信号进行模拟数字转换，且对该第一距离处的该第二滤波信号进行模拟数字转换时，对该第二距离处的该M个连续第一积分信号其中的至少部份第一积分信号进行信号累积，且对该第二距离处的该M个连续第二积分信号其中的至少部份第二积分信号进行信号累积。
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