CN114839608A - 具有空间测距校准能力的电子设备 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及具有空间测距校准能力的电子设备。一种电子设备可以包括雷达电路。控制电路可以使用多音调校准信号来校准该雷达电路。第一混频器可以将该校准信号上变频以供发射天线发射。去啁啾混频器可以将由该第一混频器输出的校准信号与由接收天线或环回路径接收的校准信号混频以产生基带多音调校准信号。该基带信号将与DC偏移频率间隙。这可以防止DC噪声或其他系统效应干扰该校准信号。控制电路可以在该雷达电路工作的无线电频率内扫描该第一混频器，以基于基带校准信号来估计该雷达电路的功率下降和相移。失真电路可以使在空间测距操作中使用的发射信号失真，以使该估计的功率下降和相移反相。

Description

具有空间测距校准能力的电子设备
本专利申请要求2021年1月15日提交的美国专利申请No.17/150,974的优先权，该专利申请据此全文以引用方式并入本文。
技术领域
本公开整体涉及电子设备，并且更具体地涉及具有无线电路的电子设备。
背景技术
电子设备常具备无线能力。具有无线能力的电子设备具有包括一个或多个天线的无线电路。无线电路有时用于执行空间测距操作，其中使用射频信号来估计电子设备与外部对象之间的距离。
提供准确估计该距离的无线电路可能是具有挑战性的。例如，无线电路通常会向射频信号引入不期望的功率下降和/或相移。如果不小心，则这些功率下降和相移会导致无线电路不准确地估计电子设备与外部对象之间的距离。
发明内容
电子设备可包括无线电路。无线电路可以包括空间测距电路和天线。在本文中作为示例描述的一个实施方案中，空间测距电路包括雷达电路，诸如频率调制的连续波(FMCW)雷达电路。天线可以包括用于雷达电路中的发射链的发射天线和用于雷达电路中的接收链的接收天线。发射链可以包括发射信号发生器(例如，啁啾发生器)、数模转换器(DAC)、第一混频器和信号分路器。接收链可以包括第二混频器(例如，去啁啾混频器)和测量电路。路径(例如，去啁啾路径)可以将信号分路器耦接到第二混频器。发射信号发生器可以生成由发射天线发射并由接收天线接收的发射信号(例如，啁啾信号)。可以处理接收信号中的多普勒偏移以估计或检测外部对象的速度。可以处理发射信号与接收信号之间的时间相关频率差以估计或检测设备与外部对象之间的距离。还可以估计接收信号的到达角。
如果不小心，则雷达电路的组件可能会对啁啾信号施加不期望的功率下降和相移，这会限制估计的位置和/或速度的准确性。控制电路可以校准雷达电路以减轻这些问题。在校准期间，DAC可以发射多音调校准信号。该多音调校准信号包括间隔开一定频率间隙的两个或更多个音调。第一混频器可以将多音调校准信号上变频，该多音调校准信号在第二混频器接收之前通过天线或环回路径发射。如果需要，附加混频器可以将多音调校准信号在通过天线或环回路径发射之前上变频到更高频率，并且附加混频器可以将通过环回路径或天线接收的多音调校准信号下变频。第二混频器可以将由第一混频器输出的多音调校准信号与在天线或环回路径上接收的多音调校准信号混频以产生基带多音调校准信号。该基带多音调校准信号将与DC偏移频率间隙。这可以防止DC噪声、LO泄漏或其他系统/过程噪声干扰基带多音调校准信号。
控制电路可以在雷达电路的不同工作频率内扫描第一混频器(或其中雷达电路包括附加混频器的实施方案中的附加混频器)，同时第二混频器继续生成基带多音调校准信号。测量电路可以测量基带多音调校准信号的幅度和相位。控制电路可以基于幅度和相位测量结果来估计雷达电路的功率下降和相移。然后，发射链中的失真电路诸如预失真电路可以对发射信号进行预失真以使雷达电路的功率下降和相移效应反相，从而确保能够在设备的使用寿命内获得准确的距离、位置和/或速度估计。
本公开的一个方面提供了用于使用发射信号对外部对象执行空间测距操作的无线通信电路。该无线电路可以包括数模转换器(DAC)，该DAC被配置为生成具有第一音调和与该第一音调间隔开频率间隙的第二音调的多音调校准信号。该无线电路可以包括第一混频器，该第一混频器被配置为将多音调校准信号从第一频带上变频到第二频带。该无线电路可以包括第二混频器，该第二混频器具有第一输入端，该第一输入端被配置为经由信号路径接收来自第一混频器的输出端的第二频带中的多音调校准信号，并且具有第二输入端，该第二输入端被配置为经由通信地耦接在第一混频器的输出端与第二输入端之间的中间电路接收第二频带中的多音调校准信号。该第二混频器可以被配置为生成基带多音调校准信号。该无线电路可以包括测量电路，该测量电路被配置为测量基带多音调校准信号的幅度。该无线电路可以包括控制电路，该控制电路被配置为基于由测量电路测量的幅度来估计中间电路的功率下降。该控制电路可以被配置为基于估计的功率下降来使发射信号失真。
本公开的一个方面提供了一种用于校准雷达电路的方法。该方法可以包括在雷达电路的发射链中利用数模转换器(DAC)，生成具有第一音调和与该第一音调间隔开小于20MHz的频率间隙的第二音调的多音调校准信号。该方法可以包括在发射链中利用第一混频器，将多音调校准信号从基带上变频到第一频带。该方法可以包括在发射链中利用第二混频器，将多音调校准信号从第一频带上变频到第二频带。该方法可以包括在雷达电路的接收链中利用第三混频器，将由第二混频器上变频的多音调校准信号从第二频带下变频到第一频带。该方法可以包括在接收链中利用去啁啾混频器，通过将由第一混频器上变频的多音调校准信号与由第三混频器下变频的多音调校准信号混频来生成基带多音调校准信号，该基带多音调校准信号与直流(DC)频率间隔开频率间隙。该方法可以包括利用控制电路，基于由去啁啾混频器生成的基带多音调校准信号来估计雷达电路的功率下降和相移。该方法可以包括在发射链中利用预失真电路，基于由控制电路估计的功率下降和相移对通过发射链发射的啁啾信号进行预失真。
本公开的一个方面提供了一种电子设备。该电子设备可以包括第一天线。该电子设备可以包括第二天线。该电子设备可以包括被配置为生成使用第一天线发射的发射信号的雷达电路。第二天线可以被配置为接收使用第一天线发射的发射信号的反射版本。该电子设备可以包括控制电路，该控制电路被配置为基于使用第二天线接收的发射信号的反射版本来执行空间测距操作。该电子设备可以包括雷达电路中的数模转换器(DAC)。该DAC可以被配置为生成使用第一天线发射的多音调校准信号。该多音调校准信号可以具有第一音调和与该第一音调间隔开小于20MHz的频率间隙的第二音调。该控制电路可以被配置为使用该多音调校准信号来估计雷达电路的功率下降。该控制电路可以被配置为基于估计的功率下降来使发射信号失真。
附图说明
图1是根据一些实施方案的具有校准的空间测距电路的例示性电子设备的功能框图。
图2是根据一些实施方案的使用多音调校准信号校准的例示性空间测距电路的电路图。
图3是根据一些实施方案的在使用多音调校准信号校准空间测距电路中涉及的例示性操作的流程图。
图4是根据一些实施方案的可用于估计空间测距电路的功率下降和/或相移的例示性多音调校准信号的频率图。
图5是根据一些实施方案的可以使用多音调校准信号估计的例示性功率下降的曲线图。
图6是示出根据一些实施方案的可如何使用例示性数字预失真电路来补偿空间测距电路的估计的功率下降和/或相移的图。
图7是根据一些实施方案的具有可以使用多音调校准信号来校准的至少第一混频器和第二混频器的例示性空间测距电路的图。
具体实施方式
图1的电子设备10可以是：计算设备，诸如膝上型计算机、台式计算机、包含嵌入式计算机的计算机监视器、平板电脑、蜂窝电话、媒体播放器或者其他手持式或便携式电子设备；较小的设备，诸如腕表设备、挂式设备、耳机或听筒设备、嵌入在眼镜中的设备；或者佩戴在用户头部上的其他装备；或者其他可佩戴式或微型设备、电视机、不包含嵌入式计算机的计算机显示器、游戏设备、导航设备、嵌入式系统(诸如其中具有显示器的电子装备安装在信息亭或汽车中的系统)、连接无线互联网的语音控制的扬声器、家庭娱乐设备、遥控设备、游戏控制器、外围用户输入设备、无线基站或接入点、实现这些设备中的两个或更多个设备的功能的装备；或者其他电子装备。
如图1中的功能框图所示，设备10可包括位于电子设备外壳诸如外壳12上或其内的部件。外壳12(有时可以称为壳体)可由塑料、玻璃、陶瓷、纤维复合材料、金属(例如，不锈钢、铝、金属合金等)、其他合适的材料、或这些材料的组合形成。在一些情况下，外壳12的部分或全部可由介电或其他低电导率材料(例如，玻璃、陶瓷、塑料、蓝宝石等)形成。在其他情况下，外壳12或构成外壳12的结构中的至少一些结构可由金属元件形成。
设备10可包括控制电路14。控制电路14可包括存储装置，诸如存储电路16。存储电路16可包括硬盘驱动器存储装置、非易失性存储器(例如，被配置为形成固态驱动器的闪存存储器或其他电可编程只读存储器)、易失性存储器(例如，静态随机存取存储器或动态随机存取存储器)等。存储电路16可包括集成在设备10内的存储装置和/或可移动存储介质。
控制电路14可包括处理电路，诸如处理电路18。处理电路18可用于控制设备10的操作。处理电路18可包括一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器、主机处理器、基带处理器集成电路、专用集成电路、中央处理单元(CPU)等。控制电路14可被配置为使用硬件(例如，专用硬件或电路)、固件和/或软件在设备10中执行操作。用于在设备10中执行操作的软件代码可以存储在存储电路16(例如，存储电路16可以包括存储软件代码的非暂态(有形)计算机可读存储介质)上。该软件代码可有时被称为程序指令、软件、数据、指令、或代码。存储在存储电路16上的软件代码可由处理电路18来执行。
控制电路14可用于运行设备10上的软件，诸如卫星导航应用程序、互联网浏览应用程序、互联网语音协议(VOIP)电话呼叫应用程序、电子邮件应用程序、媒体回放应用程序、操作系统功能等。为了支持与外部装备进行交互，控制电路14可用于实现通信协议。可使用控制电路14实现的通信协议包括：互联网协议、无线局域网(WLAN)协议(例如，IEEE802.11协议——有时称为
Figure BDA0003469565150000051
)、用于其他短距离无线通信链路的协议诸如
Figure BDA0003469565150000052
协议或其他无线个人区域网(WPAN)协议、IEEE 802.11ad协议(例如，超宽带协议)、蜂窝电话协议(例如，3G协议、4G(LTE)协议、5G协议等)、天线分集协议、卫星导航系统协议(例如，全球定位系统(GPS)协议、全球导航卫星系统(GLONASS)协议等)、基于天线的空间测距协议(例如，在毫米和厘米波频率下传送的信号的无线电探测与测距(RADAR)协议或其他期望的距离检测协议)或任何其他期望的通信协议。每种通信协议可与对应的无线电接入技术(RAT)相关联，该无线电接入技术指定用于实现该协议的物理连接方法。
设备10可包括输入-输出电路20。输入-输出电路20可包括输入-输出设备22。输入-输出设备22可用于允许将数据供应给设备10并且允许将数据从设备10提供给外部设备。输入-输出设备22可包括用户接口设备、数据端口设备和其他输入-输出部件。例如，输入-输出设备22可包括触摸传感器、显示器(例如，触敏显示器和/或力敏显示器)、发光部件诸如没有触摸传感器能力的显示器、按钮(机械、电容、光学等)、滚轮、触摸板、小键盘、键盘、麦克风、相机、按钮、扬声器、状态指示器、音频插孔和其他音频端口部件、数字数据端口设备、运动传感器(加速度计、陀螺仪和/或检测运动的罗盘)、电容传感器、接近传感器、磁传感器、力传感器(例如，耦接到显示器以检测施加到显示器的压力的力传感器)等。在一些配置中，键盘、耳机、显示器、指向设备诸如触控板、鼠标和操纵杆以及其他输入-输出设备可使用有线或无线连接耦接至设备10(例如，输入-输出设备22中的一些可为经由有线或无线链路耦接至设备10的主处理单元或其他部分的外围设备)。
输入-输出电路20可包括无线电路24以支持无线通信。无线电路24(在本文中有时称为无线通信电路24)可包括两个或更多个天线40。无线电路24还可包含基带处理器电路、收发器电路、放大器电路、滤波器电路、切换电路、射频传输线和/或用于使用天线40发射和/或接收射频信号的任何其他电路。
无线电路24可以在无线电频率(在本文中有时称为通信频带或简称为“带”)的对应频带内发射和/或接收射频信号。由无线电路24处理的频带可以包括无线局域网(WLAN)频带(例如，
Figure BDA0003469565150000061
(IEEE 802.11)或其他WLAN通信频带)诸如2.4GHz WLAN频带(例如，2400MHz至2480MHz)、5GHz WLAN频带(例如，5180MHz至5825MHz)、
Figure BDA0003469565150000062
6E频带(例如，5925MHz至7125MHz)和/或其他
Figure BDA0003469565150000063
频带(例如，1875MHz至5160MHz)；无线个人区域网(WPAN)频带诸如2.4GHz
Figure BDA0003469565150000064
频带或其他WPAN通信频带；蜂窝电话频带(例如，约600MHz至约5GHz的频带、3G频带、4G LTE频带、低于10GHz的5G新无线电频率范围1(FR1)频带、在20GHz和60GHz之间的5G新无线电频率范围2(FR2)频带等)；10GHz至300GHz之间的其他厘米或毫米波频带；近场通信频带(例如，13.56MHz)；卫星导航频带(例如，1565MHz至1610MHz的GPS频带、全球卫星导航系统(GLONASS)频带、北斗卫星导航系统(BDS)频带等)；在IEEE 802.15.4协议和/或其他超宽带通信协议下工作的超宽带(UWB)频带；在3GPP无线通信标准族下的通信频带；在IEEE 802.XX标准族下的通信频带，和/或任何其他期望的感兴趣的频带。
可使用任何期望的天线结构来形成天线40。例如，天线40可包括具有谐振元件的天线，该天线由环形天线结构、贴片天线结构、倒F形天线结构、隙缝天线结构、平面倒F形天线结构、螺旋形天线结构、单极子天线、偶极子、这些设计的混合等形成。可调节滤波器电路、切换电路、阻抗匹配电路和/或其它天线调谐部件以调节天线40随时间的频率响应和无线性能。
由天线40处理的射频信号可以用于在设备10与外部无线通信设备(例如，一个或多个其他设备诸如设备10)之间传送无线通信数据。无线通信数据可以由无线电路24双向或单向传送。无线通信数据可例如包括已编码到对应数据包中的数据，诸如与电话呼叫相关联的无线数据、流媒体内容、互联网浏览、与在设备10上运行的软件应用程序相关联的无线数据、电子邮件消息等。
无线电路24可以附加地或另选地使用天线40执行空间测距操作。在无线电路24既传送无线通信数据又执行空间测距操作的情况下，相同天线40中的一者或多者可以用于既传送无线通信数据又执行空间测距操作。在另一具体实施中，无线电路24可以包括仅传送无线通信数据的一组天线40和仅用于执行空间测距操作的一组天线40。
当执行空间测距操作时，天线40可以发射射频信号36。无线电路24可以在对应无线电频率频带(例如，包括大于约10GHz、大于约20GHz、小于10GHz等的频率的频带)中发射射频信号36。射频信号36可以从设备10外部的对象(诸如外部对象34)反射离开。外部物体34可以是例如地面、建筑物、墙壁、家具、天花板、人、身体部位、动物、车辆、景观或地理特征、障碍物或设备10外部的任何其他对象或实体。天线40可以接收反射的射频信号38。反射信号38可以是发射的射频信号36的反射版本，其已从外部对象34反射离开并返回设备10。
控制电路14可以处理发射的射频信号36和接收的反射信号38以检测或估计设备10与外部对象34之间的距离R。如果需要，控制电路14还可以处理发射信号和接收信号以识别外部对象34的两维或三维空间位置(方位)、外部对象34的速度和/或反射信号38的到达角。在本文中作为示例描述的一个实施方案中，无线电路24使用频率调制的连续波(FMCW)雷达方案执行空间测距操作。这仅仅是例示性的，并且通常可以使用其他雷达方案或空间测距方案(例如，OFDM雷达方案、FSCW雷达方案、相位编码雷达方案等)。
为了支持空间测距操作，无线电路24可以包括空间测距电路，诸如雷达电路26。在本文中有时作为示例描述的一个实施方案中，雷达电路26包括使用FMCW雷达方案执行空间测距的FMCW雷达电路。因此，雷达电路26在本文中有时可称为FMCW雷达电路26。雷达电路26可以使用一个或多个天线40来发射射频信号36(例如，如在FMCW雷达方案下的射频能量的连续波)。一个或多个天线40还可以接收反射信号38(例如，如在FMCW雷达方案下的射频能量的连续波)。雷达电路26可以处理射频信号36和反射信号38以识别/估计距离R、外部对象34的位置、外部对象34的速度和/或反射信号38的到达角。在其中雷达电路26使用FMCW雷达方案的实施方案中，可以检测和处理连续波信号中的多普勒偏移以识别外部对象34的速度，并且可以检测和处理射频信号36与反射信号38之间的时间相关频率差以识别距离R和/或外部对象34的位置。例如，使用连续波信号来估计距离R可以允许控制电路10可靠地区分外部对象34与其他背景或移动较慢的对象。
如图1所示，雷达电路26可以包括发射(TX)信号发生器电路，诸如发射信号发生器28。发射信号发生器28可以生成用于通过天线40发射的发射信号。在本文中作为示例描述的一些实施方案中，发射信号发生器28包括啁啾发生器，该啁啾发生器生成用于通过天线40发射的啁啾信号(例如，在其中雷达电路26使用FMCW雷达方案的实施方案中)。因此，发射信号发生器28在本文中有时可以称为啁啾发生器28。发射信号发生器28可以例如产生作为射频信号36的连续波发射的啁啾信号。例如，可以通过随时间以线性方式周期性地升高发射信号的频率来形成啁啾信号。雷达电路26还可以包括数模转换器(DAC)电路诸如DAC 32。DAC 32可以将发射信号(例如，啁啾信号)在由天线40发射之前(例如，在射频信号36中)从数字域转换到模拟域。雷达电路26还可以包括模数转换器(ADC)电路诸如ADC 42。ADC 42可以将信号从模拟域转换到数字域以供控制电路14进行后续处理。虽然为了清楚起见，在图1的示例中，控制电路14被示出为与无线电路24分开，但是无线电路24可包括处理电路和/或存储电路，该处理电路形成处理电路18的一部分，该存储电路形成控制电路14的存储电路16的一部分(例如，控制电路14的各部分可在无线电路24上实现)。
在实践中，无线电路24中的组件可能会向由天线40发射的射频信号引入频率相关功率下降和/或相移。例如，功率下降可能由电路、滤波器和/或电缆频率相关性以及天线40对频率的方向性/增益限制引起。当使用FMCW雷达方案时，频率相关功率下降套增加了基带(BB)频谱中的主靶瓣的宽度，这会降低雷达电路26的距离分辨率。此外，基带信号中的信噪比(SNR)可能会由于无线电路24中的离散和固定增益级而降低。因此，当执行空间测距操作时，可能期望能够避免或补偿由无线电路24引入的任何功率下降或相移。
为了补偿无线电路24在执行空间测距操作时引入的功率下降和相移，无线电路24可以估计或跟踪无线电路24在设备10的整个寿命期间的操作期间引入的功率下降和相移。DAC 32可以生成多音调校准信号，该多音调校准信号用于估计功率下降和相移。该多音调校准信号包括在频率空间中间隔开相对较小的间隙(在本文中有时称为频率间隙Δf)的两个或更多个音调。一旦已经估计了功率下降和/或相移，雷达电路26就可以使用失真电路30使由发射信号发生器28生成的发射信号(例如，啁啾信号)失真。失真电路30可以包括在发射信号由天线40发射之前对其进行预失真的预失真电路，并且/或者可以包括使接收信号失真的后失真电路。由失真电路30引入的失真可以用于使功率下降和相移的影响反相，从而确保雷达电路26可以继续产生对距离R、位置、速度和/或到达角的准确估计，即使功率下降或相移随时间而改变。失真电路30可以使用控制电路14上的硬件和/或软件、使用雷达电路26和/或控制电路14中的一个或多个处理器、使用雷达电路26上的数字逻辑(例如，独立的数字预失真电路块)、使用雷达电路26中的模拟电路(例如，独立的模拟预失真电路块)等来实现。失真电路可以包括例如乘法器、查找表、存储器和/或用于使输入信号失真以产生失真输出信号(例如，在其中失真电路30包括预失真电路的实施方案中的预失真输出信号)的任何其他期望组件。
图2是雷达电路26的电路图(例如，在其中雷达电路26在由天线40发射之前执行多次上变频的实施方案中)。如果需要，雷达电路26的组件可以安装到公共基板(例如，共享的刚性或柔性印刷电路板)或可以形成在公共集成电路(IC)或封装件上。如图2所示，雷达电路26可以包括发射链52(在本文中有时称为发射器链52、发射线路52或发射路径52)和接收链54(在本文中有时称为接收器链54、接收线路54或接收路径52)。
雷达电路26可以具有耦接到第一天线40诸如发射天线40TX(例如，发射天线40TX可以形成发射链52的一部分)的第一(发射)端口。雷达电路26可以具有耦接到第二天线40诸如接收天线40RX(例如，接收天线40RX可以形成接收链54的一部分)的第二(接收)端口。信号路径(诸如去啁啾路径48)可以将发射链52耦接到接收链54。
发射链52可以包括发射信号发生器28(例如，啁啾生成器)、DAC 32、第一混频器(诸如混频器56)、放大器电路(诸如放大器58和66)(例如，功率放大器)、信号分路器(诸如分路器62)和第二射频混频器(诸如混频器64)。接收链54可以包括ADC 42、相位和幅度测量电路88、滤波器电路(诸如低通滤波器(LPF)76)、第三混频器(诸如去啁啾混频器74)、第四混频器(诸如混频器72)和放大器电路(诸如放大器70)(例如，低噪声放大器(LNA))。
如图2所示，发射信号发生器28的输出端可以耦接到DAC 32的输入端(例如，发射信号发生器28可以由雷达电路26中的数字逻辑形成，并且可以在数字域中工作)。DAC 32的输出端可以耦接到混频器56的第一输入端(例如，通过I/Q信号路径)。混频器56可以具有从频带1本地振荡器(FB1LO)50接收本地振荡器(LO)信号的第二输入端。混频器56的输出端可以耦接到放大器58的输入端。放大器58的输出端可以耦接到分路器62的输入端。分路器62可以具有耦接到混频器64的第一输入端的第一输出端子。混频器64可以具有从频带2本地振荡器(FB2LO)46接收LO信号的第二输入端。混频器64的输出端可以耦接到放大器66的输入端。放大器66的输出端可以耦接到发射天线40TX(例如，通过一个或多个射频传输线)。
在接收链54中，放大器70的输入端可以耦接到接收天线40RX。放大器70的输出端可以耦接到混频器72的第一输入端。混频器72可以具有从FB2LO 46接收LO信号的第二输入端。混频器72的输出端可以耦接到去啁啾混频器74的第一输入端。去啁啾混频器74可以具有通过去啁啾路径48耦接到分路器62的第二输出端子的第二输入端。如果需要，可以在去啁啾路径48上插置放大器诸如放大器68。虽然为了清楚起见在图2的示例中未示出，但是去啁啾路径48还可以包括具有耦接到去啁啾混频器74的第一输出端子和第二输出端子的信号分路器，其中向第二输出端子施加了90度相位延迟(例如，因此去啁啾混频器74可以对I/Q信号进行操作)。去啁啾混频器74的输出端可以耦接到LPF 76的输入端(例如，通过I/Q信号路径)。LPF 76的输出可以耦接到相位和幅度测量电路88的输入端。相位和幅度测量电路88的输出端可以耦接到ADC 42的输入端。ADC 42的输出端可以通过数字输出路径78耦接到控制电路14(图1)。如果需要，可选的环回路径80可以将发射链52中的放大器66的输出端耦接到接收链54中的放大器70的输入端。如果需要，可以将射频耦接器和/或开关电路插置在环回路径80上。在天线40TX和40RX不用于校准的情况下，环回路径80可用于校准雷达电路26。
无线电路24中的传输线(例如，用于将混频器64耦接到发射天线40TX的射频传输线、用于将接收天线40RX耦接到混频器72的射频传输线等)可以包括同轴电缆、微带传输线、带状线传输线、边缘耦接的微带传输线、由这些类型的传输线的组合形成的传输线等。如果需要，可以将传输线中的一根或多根传输线集成到刚性和/或柔性印刷电路板中。
图2的示例仅为例示性的。通常，其他电路架构也可用于形成雷达电路26。混频器56和74可以是I/Q混频器。可以在雷达电路26中的其他位置处形成附加的滤波器、放大器、开关、延迟级、分路器和/或其他电路组件。例如，带通滤波器可以插置在放大器58与分路器62之间。如果需要，可以在其他位置或多个位置处形成相位和幅度测量电路88(例如，测量电路88可以耦接到ADC 42的输出端、ADC 42的输入端和/或LPF 76的输入端)。如果需要，可以省略混频器64和72和FB2LO 46。如果需要，去啁啾混频器74可以在数字域中工作(例如，ADC 42的输出端可以耦接到去啁啾混频器74的输入端，ADC 42可以在接收天线40RX与去啁啾混频器74的输入端之间的任何期望位置处插置在接收链54上等)。来自图1的失真电路30的数字预失真电路和/或模拟预失真电路可以在任何期望位置处插置在发射链52和/或接收链54上。除了用于执行雷达电路26的空间测距操作之外，如果需要，发射天线40TX和/或接收天线40RX还可以用于发射和/或接收无线通信数据(例如，使用为了清楚起见未在图2中示出的其他收发器电路和频域/时域多路复用电路)。雷达电路26可以例如形成发射器(诸如5G NR发射器)的一部分。
当执行空间测距操作时，发射信号发生器28可以生成数字发射信号(例如，数字啁啾信号)以供发射天线40TX后续发射(例如，使用射频能量的连续波)。DAC 32可以将数字发射信号转换为对应的模拟发射信号(例如，模拟啁啾信号)。DAC 32可以向混频器56提供模拟发射信号(例如，如I/Q信号)。混频器56可以使用FB1LO 50将模拟发射信号从基带上变频到第一频带FB1频带。
第一频带FB1可以处于比基带更高的频率且比由发射天线40TX发射的射频信号36更低的频率(例如，在其中执行多次上变频的图2的布置中)。作为一个示例，射频信号36可以在第二频带FB2诸如射频(RF)带中发射。频带FB2可以包括大于10GHz的频率(例如，约25GHz、大于20GHz、大于30GHz、大于50GHz等的RF带)和/或小于10GHz的频率的频率。频带FB1可以包括小于频带FB2的频率(例如，小于10GHz、小于5GHz等的频率)。频带FB1有时可以称为中频(IF)带。在其中省略了混频器64和72的实施方案中，频带FB1可以是高于基带的任何期望频带(例如，RF带)。
放大器58可以放大FB1发射信号(例如，FB1啁啾信号)以发射到分路器62。在频带FB1中而不是在较高频带FB2中分配发射信号可以用于使信号衰减最小化，因为信号被分配到设备10中相对远离DAC 32的位置，特别是当频带FB2处于相对高的频率时，否则会受到显著的信号衰减(例如，大于10GHz的频率)。分路器62可以将FB1发射信号发射到混频器64和去啁啾路径48(例如，分路器62可以在混频器64和去啁啾路径48之间分离FB1发射信号)。混频器64可以将FB1发射信号从频带FB1上变频到频带FB2以供发射天线40TX发射。放大器66可以放大FB2发射信号(例如，FB2啁啾信号)并且发射天线40TX可以发射FB2发射信号(例如，如射频信号36)。在其中省略了混频器64和72的实施方案中，发射天线40TX可以将FB1发射信号作为射频信号36发射。
接收天线40RX可以接收反射信号38(例如，由发射天线40TX发射但已从图1的外部对象34反射离开的FB2发射信号的反射版本)。在其中发射信号包括啁啾信号的示例中，反射信号38在本文中有时可称为反射啁啾信号。放大器70可以放大反射信号。混频器72可以将反射信号从频带FB2下变频到频带FB1以分配给去啁啾混频器74(例如，如FB1反射信号)。去啁啾路径48可以将FB1发射信号从分路器62传送到去啁啾混频器74。放大器68可以放大去啁啾路径48上的FB1发射信号(例如，以补偿与分路器62相关联的衰减)。去啁啾混频器74可以将通过去啁啾路径48接收的FB1发射信号与从混频器72接收的FB1反射信号混频以产生基带信号(例如，基带啁啾信号)。在其中省略了混频器64和72的实施方案中，去啁啾混频器74可以将通过去啁啾路径48接收的FB1发射信号与由接收天线40RX接收的FB1反射信号混频。去啁啾混频器74可以向LPF 76提供基带信号。LPF 76可以对基带信号进行低通滤波以去除噪声、谐波效应等。基带信号可以被传送到ADC 42(例如，通过相位和幅度测量电路88)。ADC 42可以将基带信号转换为数字信号(例如，数字啁啾信号)。控制电路14可以处理基带信号以估计距离R、外部对象34的位置和/或外部对象34的速度(图1)。
在实践中，发射天线40TX、接收天线40RX、传输线、滤波器电路(其通常不能支持完整FMCW带宽)以及发射链52和接收链54中的其他组件可能会向雷达电路26引入不期望的功率下降和/或相移。例如，沿着虚线路径82的组件可能会向提供到去啁啾混频器74的信号引入功率下降和/或相移，这可以通过复合权重值k1和k3来表征。类似地，沿着虚线路径84的组件(或在环回路径80而不是天线40TX和40RX用于校准的情况下的虚线路径86)可能会向提供到去啁啾混频器74的信号引入功率下降和/或相移，这可以通过复合权重值k2和k4来表征。
如果不小心，则功率下降和相移可能会导致控制电路14生成对距离R、位置和/或速度的不准确估计。此外，功率下降和相移的量可以随时间变化。控制电路14和雷达电路26可以执行校准操作以估计功率下降和相移并补偿估计的功率下降和相移，即使功率下降和相移随时间变化，从而确保控制电路14可以在设备10的整个使用寿命期间准确地估计距离R和外部对象的位置/速度。
然而，在实践中，去啁啾路径48的存在、给定系统相对高的RF带宽(例如，3GHz至5GHz)在去啁啾之后系统相对低的RF带宽(例如，1MHz至10MHz)，以及在基带处存在DC/闪烁噪声或其他过程噪声(例如，LO泄漏)会使估计雷达电路26的功率下降和/或相移变得特别困难。为了减轻这些问题并且确保收集到对功率下降和相移的准确估计，可以使用多音调校准信号来校准雷达电路26。多音调校准信号可以包括在频率空间中间隔开相对小的频率间隙Δf的两个或更多个音调(例如，两个音调、三个音调、四个音调、五个音调、六个音调、多于六个音调等)。
如图2所示，在校准操作期间，DAC 32可以在基带频率下生成多音调校准信号mtone。发射信号发生器28可以避免在校准操作期间发射信号(例如，啁啾信号)。混频器56可以使用FB1LO 50将多音调校准信号mtone上变频到频带FB1。放大器58可以放大并发射多音调校准信号mtone。分路器62可以向混频器64提供多音调校准信号mtone。分路器62还可以通过去啁啾路径48向去啁啾混频器74提供多音调校准信号mtone。混频器64可以将多音调校准信号mtone上变频到频带FB2，放大器66可以放大多音调校准信号mtone，并且发射天线40TX可以发射多音调校准信号mtone。
接收天线40RX可以接收由发射天线40TX发射的多音调校准信号mtone(例如，在闭环路径中直接无线发射)。在另一具体实施中，环回路径80可用于将多音调校准信号mtone从放大器66的输出端传送到放大器70的输入端。在此示例中，发射天线40TX不用于发射多音调校准信号。放大器70可以放大使用接收天线40RX或环回路径80接收的多音调校准信号mtone。
混频器72可以使用FB2LO 46将接收的多音调校准信号mtone下变频到频带FB1。去啁啾混频器74可以将通过去啁啾路径48接收的频带FB1中的多音调校准信号mtone与从混频器72接收的频带FB1中的多音调校准信号mtone混频以产生基带多音调校准信号mtone'。LPF 76可以对基带多音调校准信号mtone'进行滤波以从该基带多音调校准信号中去除高频混频器产物。相位和幅度测量电路88可以测量基带多音调校准信号mtone'的幅度和/或相位，并且可以向ADC 42提供测量的幅度和/或相位值。ADC 42可以将幅度和/或相位值转换成数字数据dat。可以通过数字输出路径78将数字数据dat提供给控制电路14。控制电路14可以将数字数据dat存储在存储电路16处以供后续处理。此示例仅仅是例示性的，并且如果需要，相位和幅度测量电路88可以位于接收链54内的其他点或多个点处。
可以在不同频带FB2内扫描的同时(例如，在改变混频器64产生的多音调校准信号mtone的无线电频率时)重复此过程。这可用于产生对FMCW雷达电路26跨雷达电路26的工作(无线电)频率的功率下降和/或相移的完整估计。一旦已经表征了期望无线电频率中的每个无线电频率，失真电路30(图1)就可以使随后发射的发射信号(例如，啁啾信号)失真以使估计的(如使用多音调校准信号mtone估计的)功率下降和/或相移反相。然后可以使用失真的啁啾信号来产生对距离R、速度和/或位置的准确且可靠的估计。
图3是可以由雷达电路26和控制电路14在校准雷达电路26中执行的例示性操作的流程图(例如，在其中雷达电路26在由天线40发射之前执行多次上变频的实施方案中)。图3的操作可以在雷达电路26或设备10的制造、组装或测试期间执行(例如，在制造系统或工厂中)，并且/或者可以在终端用户对设备10的常规操作期间执行(例如，在设备10的使用寿命期间)。
在操作100处，DAC 32可以生成多音调校准信号mtone。DAC 32可以生成多音调校准信号，以使每个音调与一个或两个相邻音调(在频率上)间隔开选定的频率间隙Δf。频率间隙Δf可以足够大，以使每个音调在频率上不同，但又足够小以使每个音调经历大致相同的功率下降并且使得频率间隙Δf位于ADC 42的相对小的带宽内。作为示例，频率间隙Δf可以是20MHz、15MHz、10MHz、9MHz、8MHz、7MHz、6MHz、5MHz、4MHz、3MHz、2MHz、小于20MHz、小于15MHz、小于10MHz、小于7MHz、小于6MHz、小于5MHz、小于4MHz或其他值。
在操作102处，混频器56可以将多音调校准信号mtone从基带上变频到频带FB1。放大器58可以将频带FB1中的多音调校准信号mtone传递到分路器62。分路器62可以通过去啁啾路径48向去啁啾混频器74发射多音调校准信号mtone。分路器62还可以向混频器64发射多音调校准信号mtone。
在操作104处，控制电路14可以选择第一FB2频率(例如，第一RF带)以用于发射多音调校准信号mtone。该频率可以是在校准雷达电路时执行的在雷达电路26的工作无线电频率内的扫描中的第一频率。作为示例，该频率可以大于10GHz或20GHz或小于10GHz。
在操作106处，混频器64可以将多音调校准信号mtone从频带FB1上变频到选定的FB2频率(例如，使用FB2LO 46)。放大器66可以放大射频多音调校准信号mtone。发射天线40TX可以发射射频多音调校准信号mtone，并且接收天线40RX可以接收发射的射频多音调校准信号mtone。在时间上，发射天线同时发射射频多音调校准信号mtone中的音调中的每个音调，并且如果需要，以相同的极化发射。在另一具体实施中，射频多音调校准信号mtone可以通过环回路径80传送到接收链54，而不是由发射天线40TX发射。
在操作108处，去啁啾混频器74可以通过去啁啾路径48接收频带FB2中的多音调校准信号mtone。混频器72可以将通过接收天线40TX或环回路径80接收的射频多音调校准信号mtone下变频到频带FB1。去啁啾混频器74可以将通过去啁啾路径48接收的频带FB1中的多音调校准信号mtone与由混频器72产生的频带FB1中的多音调校准信号mtone混频以生成基带多音调校准信号mtone'。
在操作110处，LPF 76可以对基带多音调校准信号mtone'进行滤波以从该基带多音调校准信号中去除高频混频器产物。相位和幅度测量电路88可以测量基带多音调校准信号mtone'的幅度和/或相位。在使用单个音调进行校准的情况下，经去啁啾混频器74下变频后的该单个音调处于DC，并且受到来自DC噪声和其他LO泄漏的干扰。然而，在使用多音调校准信号mtone进行校准的情况下，基带多音调校准信号mtone'中的音调中的每个音调都与DC偏移了频率间隙Δf。这可用于防止基带处的DC/闪烁噪声或其他过程噪声(例如，LO泄漏)干扰基带多音调校准信号mtone'，从而允许获得比仅使用单个音调进行校准的情况更准确的功率下降和/或相移估计。ADC 42可以将幅度和相位值转换为对应的数字数据dat。控制电路14可以存储数字数据dat以供后续处理。
如果频率保持在用于估计功率下降和相移的FB2频率的扫描中，则处理可以进行到操作114，如路径112所示。在操作114处，控制电路14可以选择新的FB2频率以用于多音调校准信号mtone的下一次发射。然后处理可以循环回到操作106，如路径116所示，以继续针对扫描中的FB2频率中的每一者从基带多音调校准信号mtone收集幅度和/或相位值。这可以允许控制电路14收集FMCW雷达电路26的随频率(例如，跨雷达电路26的工作频率范围)变化的功率下降和/或相位的完整估计，以用于使随后发射的啁啾信号失真。
如果没有频率保持在用于估计功率下降和相移的FB2频率的扫描中，则处理可以经由路径118进行到操作120。在操作120处，控制电路14可以处理数字数据dat(例如，如在操作106至110的每次迭代时存储的)以估计由雷达电路26的组件引入的幅度和/或相移效应。幅度效应可以指示系统的功率下降。
在操作122处，雷达电路26可以恢复发射信号的发射以确定设备10与外部对象34之间的距离R(图1)。发射信号发生器28可以发射信号(例如，啁啾信号)。控制电路14可以使用失真电路30来使信号预失真和/或后失真。失真电路30(图1)可以基于估计的功率下降和/或相移效应(例如，如在操作120处识别的)来使信号失真。失真电路30可以包括在由DAC32转换之前对数字域中的啁啾信号进行预失真的数字预失真电路、在由DAC32转换之后对啁啾信号进行预失真的模拟预失真电路和/或使接收的信号失真的后失真电路。
在操作124处，发射天线40TX可以辐射发射信号。接收天线40RX可以接收已从外部对象34反射离开的发射信号的反射版本(例如，如图1的反射信号38)。在操作124处执行的失真可以是对估计的功率下降和/或相移效应的逆变换，以使在通过发射链52之后失真的啁啾信号由发射天线40TX发射并由接收天线40RX接收，就好像雷达电路26没有引入功率下降或相移一样。例如，失真电路30可以通过将发射信号与用于使估计的功率下降和/或相移反相的复数值以及系统中的任何I/Q不平衡进行复数相乘来执行失真。
如果需要，雷达电路26和控制电路14可以在接收到用户输入或应用指示设备10校准雷达电路26的调用时、在检测到设备10的操作条件的变化时、在检测到设备10的无线性能的恶化，或响应于任何其他期望的触发条件而周期性地(例如，在经过预先确定的时间段之后)重新校准雷达电路26(例如，通过循环回到操作100)。这可以允许雷达电路26继续在设备10的整个操作寿命期间继续生成对距离R、位置和速度的准确估计。在另一具体实施中，雷达电路26可以仅校准一次。
图4包括示出示例性多音调校准信号mtone如何可用于产生用于估计功率下降和/或相移的基带多音调校准信号mtone'的频率图。图4的示例示出了其中多音调校准信号mtone是具有间隔开频率间隙Δf的两个音调的双音调校准信号的最简单情况。该双音调校准信号有时也可称为双音调对或一对音调。此示例仅仅是例示性的，并且通常多音调校准信号mtone可以包括任何期望数量的两个或更多个音调，每个音调与一个或两个其他音调间隔开频率间隙Δf。
如图4的频率图126所示，DAC 32可以在第一频带B1(例如，基带)中生成多音调校准信号mtone。DAC 32可以使用音调发生器、合成器或其他数字电路/逻辑来生成多音调校准信号mtone。多音调校准信号mtone的这些音调间隔开频率间隙Δf。混频器56可以将多音调校准信号mtone上变频到第二频带B2(例如，在频带FB1中)，如箭头130所示。该信号可以提供给混频器64和去啁啾路径48。
混频器64可以将多音调校准信号mtone上变频到第三频带B3(例如，在频带FB2中)，如箭头132所示。频率间隙Δf在每次上变频后保持不变。频带B3中的多音调校准信号mtone可以由发射天线40TX或环回路径80发射。混频器72可以将多音调校准信号mtone从频带B3下变频回到频带B2。去啁啾混频器74可以将通过去啁啾路径48接收的频带B2中的多音调校准信号mtone与由混频器72下变频的频带B2中的多音调校准信号mtone混频，以恢复基带多音调校准信号mtone'，如箭头136所示。
如图4的频率图128所示，基带多音调校准信号mtone'具有幅度A1，该幅度由相位和幅度测量电路88测量并由ADC 42转换为数字数据dat中的数字值。然后可以使用FB2频率扫描中的下一无线电频率(例如，在图3的操作106至110的后续迭代期间)。这可以在频带B3中的另一频率产生多音调校准信号mtone，诸如由频率图126中的虚线箭头135表示的多音调校准信号mtone。由于系统的功率下降(例如，如功率下降134所示)，此多音调校准信号的幅度可能不同于先前发送的多音调校准信号的幅度。在由去啁啾混频器74混频之后，所得基带多音调校准信号mtone'可能具有幅度A2，如频率图128中的虚线箭头129所示。幅度A2可由相位和幅度测量电路88测量，并由ADC 42转换为数字数据dat中的数字值。
由于无线电路24的组件施加的频率相关功率下降，幅度A2小于幅度A1。这可以针对扫描中的每个FB2频率重复，以恢复如无线电路24表现出的对跨工作频率的功率下降134的完整估计。换句话说，雷达电路26可以沿频率轴使生成的多音调校准信号mtone的双音调偏移(例如，通过迭代图3的操作106至110)，同时保持恒定的频率间隙Δf，直到雷达电路26的工作频率范围被充分覆盖或以双音调采样。通常，每次迭代之间的无线电频率的偏移越精细，下降函数(例如，功率下降134)可以被估计得越精确。在其中雷达电路26仅执行单次上变频的实施方案中，可以在频带B2内执行对工作频率的扫描，而无需进一步上变频到频带B3(例如，雷达电路26可以跨不同的FB1频率发射多音调校准信号，其中在频带FB1内观察到功率下降134)。控制电路14可以处理存储在数字数据dat中的幅度以估计功率下降134。每个基带多音调校准信号mtone'的相位也可以根据需要估计，以识别由雷达电路26的组件施加的任何相移。
在仅使用单音调校准信号的情况下，所得基带音调将在频率图128中在DC下恢复，其中幅度/相位的任何测量结果都会受到DC噪声或LO泄漏的负面影响。然而，通过生成具有间隔开频率间隙Δf的两个或更多音调的多音调校准信号mtone，由去啁啾混频器74执行的混频操作的输出(基带多音调校准信号mtone')将在频率上与DC偏移频率间隙Δf。因此，可以选择频率间隙Δf，以使基带多音调校准信号mtone'不与任何DC噪声、LO泄漏或其他基带系统噪声重叠。与使用单音调校准信号的情况相比，这可以允许更准确地测量幅度(例如，幅度A1、A2等)并因此收集功率下降，从而允许随时间推移获得对距离R、位置和速度的准确估计。
图5是示出可以由雷达电路26和控制电路14根据基带多音调校准信号mtone'的幅度估计以用于对啁啾信号进行预失真的潜在功率下降的三个示例的曲线图。如图5所示，曲线CA示出了可以由雷达电路26和控制电路14估计的线性功率下降。曲线CC示出了可以由雷达电路26和控制电路14估计的抛物线功率下降。曲线CB示出了可以由雷达电路26和控制电路14估计的线性和抛物线功率下降的组合。曲线CA、CB和CC上的每个点可以对应于在发射多音调校准信号mtone中使用的无线电频率扫描中的相应无线电频率。诸如与曲线CA相关联的线性功率下降通常与电缆的下降效应相关联。诸如与曲线CC相关联的抛物线功率下降通常与天线40TX和40RX的下降效应相关联。诸如与曲线CB相关联的线性和抛物线功率下降的组合可以表示例如电缆和天线40TX和40RX的下降效应的组合。这些示例仅仅是例示性的，并且在实践中，估计的功率下降可以具有其他形状。
在多音调校准信号mtone是双音调校准信号(例如，如图4所示)的最简单情况下，该双音调对可以使用例如等式1表示为复音调。
Figure BDA0003469565150000201
在等式1中，ω是角频率，Δ是以角频率为单位的频率间隙Δf，“*”是复共轭运算符，“●”是点积运算符，t是时间，并且j是-1的平方根。通过执行图3的操作，控制电路14可以估计由雷达电路26引入的功率下降和/或相移效应，并且因此可以估计复权重值k1和k2。然后可以使用复权重值k1和k2来形成用于对啁啾信号进行预失真的值(例如，啁啾信号可以乘以值诸如
Figure BDA0003469565150000202
以对啁啾信号进行预失真，从而使由雷达电路26的组件施加的后续功率下降和相移效应反相)。
在发射链52的基带中，双音调校准信号可以由一个复音调或由四个对称复音调组成的两个实音调表示，如等式2所给出的。
cos(ωt)+cos((1+Δ)ωt)＝0.5((e-jωt+ejωt)+(e-j(1+Δ)ωt+ej(1+Δ)ωt))(2)
在FB2(例如，RF)域中，复音调对是频率相关衰减的，其中混频器路径由表达式3表示，并且天线路径由表达式4表示。
((k1e-jωt+k3ejωt)+(k1e-j(1+Δ)ωt+k3ej(1+Δ)ωt))* (3)
(k2e-jωt+k4ejωt)+(k2e-j(1+Δ)ωt+k4ej(1+Δ)ωt) (4)
在接收链54的基带中，在通过去啁啾混频器74混频之后(在本文中有时称为去啁啾的过程)，生成了若干混频产物。该≈1GHz的±n·ω混频产物被LPF 76衰减。可以评估小于20MHz(例如≈1MHz)的±n·ω混频产物以估计功率下降。更一般地，可以使用表达5对一个复音调建模，可以使用表达6对两个复音调建模，并且可以使用表达7对四个复音调(例如，两个实音调)建模。
Figure BDA0003469565150000203
Figure BDA0003469565150000211
Figure BDA0003469565150000212
在表达式6和7中，“T”是转置运算符，并且n是整数指数。表达式6表示了五个方程，其中这些方程中的两个方程与其他三个方程线性相关。同时估计两个感兴趣的参数
Figure BDA0003469565150000213
(低频)和
Figure BDA0003469565150000214
(高频)。可以在下降估计之前执行IQ-不平衡校正。使用两个实音调可以允许以比使用两个复音调更低的制造成本来产生雷达电路26。然而，当使用两个复音调时，可以分别校准这两条路径，而当使用两个实音调时，不可以分别校准这两条路径。为了支持生成两个复音调，用于产生多音调校准信号mtone的sin/cos表的大小可以是原来的两倍或者可以半速率运行，其中例如在I/Q中对信号进行插值，并使用复混频以到达适当的频带。
由失真电路30执行的失真可以在数字域中或模拟域中执行。图6是示出失真电路30如何可以包括数字域中的预失真电路的一个示例的图。如图6所示，DAC 32的输入端可以耦接到数字电路140。数字电路140可以包括发射信号发生器28和预失真电路146(例如，失真电路30可以包括数字预失真(DPD)电路诸如预失真电路146)。预失真电路146的输入端可以耦接到发射信号发生器28的输出端。预失真电路146的输出端可以耦接到DAC32的输入端。DAC 32可以具有耦接到混频器56的输出端142(图2)。预失真电路146可以具有控制路径144，该控制路径从控制电路14接收控制信号ctrl。
发射信号发生器28可以生成发射信号(例如，啁啾信号)。预失真电路146可以将发射信号乘以用于对发射信号进行预失真的值，以使发射信号中的预失真将抵消估计的功率下降、相移和/或雷达电路26的组件所施加的任何I/Q不平衡。控制信号ctrl可以包括由预失真电路146使用以对啁啾信号进行预失真的值。随着估计的电力下降和/或相移随时间变化，控制信号ctrl可以改变由预失真电路146使用以对发射信号进行预失真的值。DAC 32可以将预失真的发射信号从数字域转换到模拟域。图6的示例仅为例示性的。可以使用其他预失真方案或架构。预失真电路146可以另选地在模拟域中实现。失真电路30可以附加地或另选地包括对接收的信号进行操作以补偿功率下降和相移的后失真电路。
以这种方式，即使接收链54不支持完整射频带宽，设备10也可以针对雷达电路26的完整射频带宽执行功率下降估计。同时，不需要直接访问射频信号来执行功率下降估计。这可以用于减少接收链带宽，从而降低系统中的电流消耗。使用多音调校准信号mtone的校准雷达电路26可以允许设备10将基带偏移频率(例如，经由选择频率间隙Δf)选择为系统相关的理想音调位置，以使基带多音调校准信号mtone'不受系统损伤、LO噪声等的影响。可以在设备10的最终生产测试和/或设备10的使用寿命期间执行功率下降估计和补偿，以使下降补偿适应设备10中的任何潜在老化影响。此外，在设备10的整个生命周期内的下降跟踪和补偿可用于检查设备10的操作中的变化，诸如外壳或盖子附接到设备10的情况，从而允许设备10相应地调整系统配置(例如，增益设置、背景消除等)。
其中雷达电路26执行多次上变频的图2至图4的示例仅仅是一个例示性具体实施，示出了可以如何使用多音调校准信号mtone来校准雷达电路26。通常，雷达电路26可以执行任何期望数量的一次或多次上变频，并且可以包括任何期望数量的两个或更多个混频器。图7是雷达电路26在其中雷达电路26执行至少一次上变频并且包括至少两个混频器的示例中的电路图。
如图7所示，雷达电路26可以包括第一混频器，诸如耦接到DAC 32的输出端的混频器150(例如，通过I/Q路径)、信号分路器诸如具有耦接到混频器150的输出端的输入端的分路器154、第二混频器诸如具有通过信号(例如，去啁啾)路径158耦接到分路器154的第一输出端的第一输入端的混频器152(例如，去啁啾混频器)、以及耦接在分路器154的第二输出端与混频器152的第二输入端之间的电路156(例如，一个或多个线路下降)。其他电路组件(诸如放大器、滤波器、ADC(例如，图2的ADC 42))或其他组件可以插置在雷达电路26内的任何期望位置处。电路156可以包括雷达电路26的向雷达电路26引入功率下降和相移的其他部分(例如，天线、环回路径、传输线、放大器、滤波器等)。例如，在雷达电路26执行如图2所示的多次上变频的实施方案中，电路156可以包括混频器64和72、放大器66和70以及天线40TX和40RX。电路156在本文中有时可以称为中间电路。
在空间测距操作期间，DAC 32可以将使用发射信号发生器28(图2)生成的发射信号(例如，啁啾信号)传递到混频器150。混频器150可以使用LO 160将发射信号上变频到更高的频率，诸如图2的频带FB1或频带FB2中的频率(例如，LO 160可以包括图2的FB1LO 50或FB2LO 46)。分路器154可以将上变频的发射信号通过信号路径158传递到混频器152并传递到电路156。电路156可以发射上变频的发射信号(例如，如图1的射频信号36)并且可以接收对应的反射信号(例如，图1的反射信号38)。电路156可以将接收的反射信号传递到混频器152。混频器152可以将接收信号与通过信号路径158接收的发射信号混频以在输出路径162处产生对应的基带信号。控制电路14(图1)可以处理基带信号和发射信号以识别外部对象34的距离R、位置和/或速度。
在校准期间，DAC 32可以发射多音调校准信号mtone。混频器150可以对多音调校准信号进行上变频。分路器154可以将上变频的多音调校准信号通过信号路径158发射到混频器152并发射到电路156。电路156可以发射上变频的多音调校准信号(例如，在空中的闭环中或通过环回路径)，然后在混频器152处接收该信号。混频器152可以将通过信号路径158接收的上变频的多音调校准信号与从电路156接收的上变频的多音调校准信号混频以产生基带多音调校准信号mtone'。控制电路14可以重复这个过程，同时在不同频率(例如，雷达电路26的工作频率)内扫描混频器150。控制电路14可以使用由混频器152产生的基带多音调校准信号来估计电路156的功率下降和/或相移。控制电路14然后可以使用失真电路30(图1)使随后发射的信号失真以减轻电路156的功率下降和相移。换句话说，图7的雷达电路26可以根据图3的操作使用多音调校准信号mtone来校准(例如，在雷达电路26仅执行单次上变频的实施方案中，可以在图3的操作104处选择FB1频率而不是FB2频率，可以省略操作106处的上变频，可以在确定是沿路径112还是118前进时处理FB1频率，并且可以在操作114处选择新的FB1频率)。
以上结合图1至图7描述的方法和操作可由设备10的部件使用软件、固件和/或硬件(例如，专用电路或硬件)来执行。用于执行这些操作的软件代码可存储在非暂态计算机可读存储介质(例如，有形计算机可读存储介质)上，该非暂态计算机可读存储介质存储在设备10的部件中的一个或多个部件上(例如，图1的存储电路16)。该软件代码有时可被称为软件、数据、指令、程序指令或代码。非暂态计算机可读存储介质可包括驱动器、非易失性存储器诸如非易失性随机存取存储器(NVRAM)、可移动闪存驱动器或其他可移动介质、其他类型的随机存取存储器等。存储在非暂态计算机可读存储介质上的软件可由设备10的部件中的一个或多个部件上的处理电路(例如，图1的处理电路18等)来执行。处理电路可包括微处理器、中央处理单元(CPU)、具有处理电路的专用集成电路或其他处理电路。图2、图6和图7的组件可以使用硬件(例如，电路组件、数字逻辑门等)和/或使用软件来实现。
根据一个实施方案，提供了用于使用发射信号对外部对象执行空间测距操作的无线通信电路，该无线通信电路包括：数模转换器(DAC)，该DAC被配置为生成具有第一音调和与该第一音调间隔开频率间隙的第二音调的多音调校准信号；第一混频器，该第一混频器被配置为将多音调校准信号从第一频带上变频到第二频带；第二混频器，该第二混频器具有第一输入端，该第一输入端被配置为经由信号路径接收来自第一混频器的输出端的第二频带中的多音调校准信号，并且具有第二输入端，该第二输入端被配置为经由通信地耦接在第一混频器的输出端与第二输入端之间的中间电路接收第二频带中的多音调校准信号，该第二混频器被配置为生成基带多音调校准信号；测量电路，该测量电路被配置为测量基带多音调校准信号的幅度，以及控制电路，该控制电路被配置为基于由测量电路测量的幅度来估计中间电路的功率下降并且基于估计的功率下降来使发射信号失真。
根据另一实施方案，发射信号包括啁啾信号，并且信号路径包括去啁啾路径，无线电路包括啁啾发生器，该啁啾发生器被配置为生成啁啾信号以供发射天线发射，第一混频器被配置为将啁啾信号上变频到第二频带，第二混频器的第一输入端被配置为经由去啁啾路径接收第二频带中的啁啾信号，并且第二输入端被配置为经由接收天线接收啁啾信号的反射版本。
根据另一实施方案，无线通信电路包括信号分路器，该信号分路器具有耦接到第一混频器的输出端的输入端、耦接到中间电路的第一输出端以及通过信号路径耦接到第二混频器的第一输入端的第二输出端。
根据另一实施方案，中间电路包括第三混频器，该第三混频器通信地耦接到信号分路器的第一输出端并且被配置为将多音调校准信号从第二频带上变频到第三频带；和第四混频器，该第四混频器通信地耦接到第二输入端并且被配置为将多音调校准信号从第三频带下变频到第二频带。
根据另一实施方案，第一频带包括基带频率，第二频带包括大于基带频率且小于10GHz的频率，并且第三频带包括大于第二频带的频率。
根据另一实施方案，第二频带包括大于20GHz的频率。
根据另一实施方案，中间电路包括发射天线，该发射天线通信地耦接到第三混频器的输出端并且被配置为在第三频带中发射多音调校准信号；和接收天线，该接收天线通信地耦接到第四混频器的输入端并且被配置为在第三频带中接收由发射天线发射的多音调校准信号。
根据另一实施方案，中间电路包括通信地耦接在第三混频器的输出端与第四混频器的输入端之间的环回路径，该环回路径被配置为在第三频带中传送多音调校准信号。
根据另一实施方案，失真电路包括通信地耦接到DAC的输入端的数字预失真电路。
根据另一实施方案，测量电路被配置为测量基带多音调校准信号的相位，控制电路被配置为基于由测量电路测量的相位估计中间电路的相移，并且控制电路被配置为基于由测量电路估计的相移来使发射信号失真。
根据另一实施方案，控制电路被配置为控制第一混频器在多个无线电频率内扫描，第二混频器被配置为针对该多个无线电频率中的无线电频率中的每一者生成基带多音调校准信号，测量电路被配置为针对该多个无线电频率中的无线电频率中的每一者测量基带多音调校准信号的幅度，并且控制电路被配置为估计跨该多个无线电频率中的无线电频率中的每一者的中间电路的功率下降。
根据另一实施方案，基带多音调校准信号与直流(DC)频率间隔开频率间隙，并且该频率间隙小于或等于20MHz。
根据一个实施方案，提供了一种用于校准雷达电路的方法，该方法包括；在雷达电路的发射链中利用数模转换器(DAC)，生成具有第一音调和与该第一音调间隔开小于20MHz的频率间隙的第二音调的多音调校准信号；在发射链中利用第一混频器，将多音调校准信号从基带上变频到第一频带；在发射链中利用第二混频器，将多音调校准信号从第一频带上变频到第二频带；在雷达电路的接收链中利用第三混频器，将由第二混频器上变频的多音调校准信号从第二频带下变频到第一频带；在接收链中利用去啁啾混频器，通过将由第一混频器上变频的多音调校准信号与由第三混频器下变频的多音调校准信号混频来生成基带多音调校准信号，该基带多音调校准信号与直流(DC)频率间隔开频率间隙；利用控制电路，基于由去啁啾混频器生成的基带多音调校准信号来估计雷达电路的功率下降和相移，以及在发射链中利用预失真电路，基于由控制电路估计的功率下降和相移对通过发射链发射的啁啾信号进行预失真。
根据另一实施方案，该方法包括：利用第二混频器，在多个无线电频率内扫描第二频带；利用第三混频器，针对该多个无线电频率中的无线电频率中的每一者将多音调校准信号下变频；利用去啁啾混频器，针对该多个无线电频率中的无线电频率中的每一者生成基带多音调校准信号，以及利用控制电路，基于由去啁啾混频器针对该多个无线电频率中的无线电频率中的每一者生成的基带多音调校准信号来估计雷达电路的功率下降。
根据另一实施方案，该方法包括利用低通滤波器，针对该多个无线电频率中的无线电频率中的每一者对基带多音调校准信号进行低通滤波；利用测量电路，针对该多个无线电频率中的无线电频率中的每一者测量基带多音调校准信号的幅度和相位；利用模数转换器(ADC)，将由测量电路测量的幅度和相位转换为数字数据；利用控制电路，存储数字数据，以及利用控制电路，基于存储的数字数据来估计功率下降。
根据另一实施方案，对啁啾信号进行预失真包括将啁啾信号乘以被选择用于在通过发射链发射啁啾信号时使由控制电路估计的功率下降反相的因子。
根据另一实施方案，该方法包括：利用发射链，使用发射天线在第二频带中发射多音调校准信号，以及利用第三混频器，使用接收天线在第二频带中接收多音调校准信号。
根据一个实施方案，提供了一种电子设备，该电子设备包括：第一天线；第二天线；雷达电路，该雷达电路被配置为生成使用第一天线发射的发射信号，该第二天线被配置为接收使用第一天线发射的发射信号的反射版本；控制电路，该控制电路被配置为基于使用第二天线接收的发射信号的反射版本来执行空间测距操作，以及雷达电路中的数模转换器(DAC)，该DAC被配置为生成使用第一天线发射的多音调校准信号，该多音调校准信号具有至少第一音调和与该第一音调间隔开小于20MHz的频率间隙的第二音调，该控制电路被配置为使用该多音调校准信号来估计雷达电路的功率下降，并且该控制电路被配置为基于估计的功率下降来使发射信号失真。
根据另一实施方案，该DAC被配置为将发射信号从数字域转换到模拟域。
根据另一实施方案，该多音调校准信号具有与第二音调间隔开频率间隙的第三音调以及与该第三音调间隔开频率间隙的第四音调。
前述内容仅为示例性的并且可对所述实施方案作出各种修改。前述实施方案可独立实施或可以任意组合实施。

Claims (20)

1.用于使用发射信号对外部对象执行空间测距操作的无线通信电路，所述无线通信电路包括：
数模转换器DAC，所述DAC被配置为生成具有第一音调和与所述第一音调间隔开频率间隙的第二音调的多音调校准信号；
第一混频器，所述第一混频器被配置为将所述多音调校准信号从第一频带上变频到第二频带；
第二混频器，所述第二混频器具有第一输入端，所述第一输入端被配置为经由信号路径接收来自所述第一混频器的输出端的所述第二频带中的所述多音调校准信号，并且具有第二输入端，所述第二输入端被配置为经由通信地耦接在所述第一混频器的所述输出端与所述第二输入端之间的中间电路接收所述第二频带中的所述多音调校准信号，其中所述第二混频器被配置为生成基带多音调校准信号；
测量电路，所述测量电路被配置为测量所述基带多音调校准信号的幅度；和
控制电路，所述控制电路被配置为基于由所述测量电路测量的所述幅度来估计所述中间电路的功率下降以及
基于所述估计的功率下降来使所述发射信号失真。
2.根据权利要求1所述的无线通信电路，其中所述发射信号包括啁啾信号，并且所述信号路径包括去啁啾路径，所述无线电路还包括：
啁啾发生器，所述啁啾发生器被配置为生成所述啁啾信号以供发射天线发射，其中所述第一混频器被配置为将所述啁啾信号上变频到所述第二频带，所述第二混频器的所述第一输入端被配置为经由所述去啁啾路径接收所述第二频带中的所述啁啾信号，并且所述第二输入端被配置为经由接收天线接收所述啁啾信号的反射版本。
3.根据权利要求1所述的无线通信电路，还包括：
信号分路器，所述信号分路器具有耦接到所述第一混频器的所述输出端的输入端、耦接到所述中间电路的第一输出端以及通过所述信号路径耦接到所述第二混频器的所述第一输入端的第二输出端。
4.根据权利要求3所述的无线通信电路，其中所述中间电路包括：
第三混频器，所述第三混频器通信地耦接到所述信号分路器的所述第一输出端并且被配置为将所述多音调校准信号从所述第二频带上变频到第三频带；和
第四混频器，所述第四混频器通信地耦接到所述第二输入端并且被配置为将所述多音调校准信号从所述第三频带下变频到所述第二频带。
5.根据权利要求4所述的无线通信电路，其中所述第一频带包括基带频率，所述第二频带包括大于所述基带频率且小于10GHz的频率，并且所述第三频带包括大于所述第二频带的频率。
6.根据权利要求5所述的无线通信电路，其中所述第二频带包括大于20GHz的频率。
7.根据权利要求4所述的无线通信电路，其中所述中间电路包括：
发射天线，所述发射天线通信地耦接到所述第三混频器的输出端并且被配置为在所述第三频带中发射所述多音调校准信号；和
接收天线，所述接收天线通信地耦接到所述第四混频器的输入端并且被配置为在所述第三频带中接收由所述发射天线发射的所述多音调校准信号。
8.根据权利要求4所述的无线通信电路，其中所述中间电路包括通信地耦接在所述第三混频器的输出端与所述第四混频器的输入端之间的环回路径，所述环回路径被配置为在所述第三频带中传送所述多音调校准信号。
9.根据权利要求1所述的无线通信电路，其中所述失真电路包括通信地耦接到所述DAC的输入端的数字预失真电路。
10.根据权利要求1所述的无线通信电路，其中所述测量电路被配置为测量所述基带多音调校准信号的相位，所述控制电路被配置为基于由所述测量电路测量的所述相位来估计所述中间电路的相移，并且所述控制电路被配置为基于由所述测量电路估计的所述相移来使所述发射信号失真。
11.根据权利要求1所述的无线通信电路，其中所述控制电路被配置为控制所述第一混频器在多个无线电频率内扫描，所述第二混频器被配置为针对所述多个无线电频率中的所述无线电频率中的每一者生成所述基带多音调校准信号，所述测量电路被配置为针对所述多个无线电频率中的所述无线电频率中的每一者测量所述基带多音调校准信号的所述幅度，并且所述控制电路被配置为估计跨所述多个无线电频率中的所述无线电频率中的每一者的所述中间电路的所述功率下降。
12.根据权利要求1所述的无线通信电路，其中所述基带多音调校准信号与直流DC频率间隔开所述频率间隙，并且所述频率间隙小于或等于20MHz。
13.一种用于校准雷达电路的方法，所述方法包括：
在所述雷达电路的发射链中利用数模转换器DAC，生成具有第一音调和与所述第一音调间隔开小于20MHz的频率间隙的第二音调的多音调校准信号；
在所述发射链中利用第一混频器，将所述多音调校准信号从基带上变频到第一频带；
在所述发射链中利用第二混频器，将所述多音调校准信号从所述第一频带上变频到第二频带；
在所述雷达电路的接收链中利用第三混频器，将由所述第二混频器上变频的所述多音调校准信号从所述第二频带下变频到所述第一频带；
在所述接收链中利用去啁啾混频器，通过将由所述第一混频器上变频的所述多音调校准信号与由所述第三混频器下变频的所述多音调校准信号混频来生成基带多音调校准信号，所述基带多音调校准信号与直流DC频率间隔开所述频率间隙；
利用控制电路，基于由所述去啁啾混频器生成的所述基带多音调校准信号来估计所述雷达电路的功率下降和相移；以及
在所述发射链中利用预失真电路，基于由所述控制电路估计的所述功率下降和相移来对通过所述发射链发射的啁啾信号进行预失真。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：
利用所述第二混频器，在多个无线电频率内扫描所述第二频带；
利用所述第三混频器，针对所述多个无线电频率中的所述无线电频率中的每一者将所述多音调校准信号下变频；
利用所述去啁啾混频器，针对所述多个无线电频率中的所述无线电频率中的每一者生成所述基带多音调校准信号；以及
利用所述控制电路，基于由所述去啁啾混频器针对所述多个无线电频率中的所述无线电频率中的每一者生成的所述基带多音调校准信号来估计所述雷达电路的所述功率下降。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
利用低通滤波器，针对所述多个无线电频率中的所述无线电频率中的每一者对所述基带多音调校准信号进行低通滤波；
利用测量电路，针对所述多个无线电频率中的所述无线电频率中的每一者测量所述基带多音调校准信号的幅度和相位；
利用模数转换器ADC，将由所述测量电路测量的所述幅度和所述相位转换为数字数据；
利用所述控制电路，存储所述数字数据；以及
利用所述控制电路，基于所述存储的数字数据来估计所述功率下降。
16.根据权利要求13所述的方法，其中对所述啁啾信号进行预失真包括将所述啁啾信号乘以被选择用于在通过所述发射链发射所述啁啾信号时使由所述控制电路估计的所述功率下降反相的因子。
17.根据权利要求13所述的方法，还包括：
利用所述发射链，使用发射天线在所述第二频带中发射所述多音调校准信号；以及
利用所述第三混频器，使用接收天线在所述第二频带中接收所述多音调校准信号。
18.一种电子设备，所述电子设备包括：
第一天线；
第二天线；
雷达电路，所述雷达电路被配置为生成使用所述第一天线发射的发射信号，所述第二天线被配置为接收使用所述第一天线发射的所述发射信号的反射版本；
控制电路，所述控制电路被配置为基于使用所述第二天线接收的所述发射信号的所述反射版本来执行空间测距操作；和
所述雷达电路中的数模转换器DAC，其中所述DAC被配置为生成使用所述第一天线发射的多音调校准信号，所述多音调校准信号具有至少第一音调和与所述第一音调间隔开小于20MHz的频率间隙的第二音调，所述控制电路被配置为使用所述多音调校准信号来估计所述雷达电路的功率下降，并且所述控制电路被配置为基于所述估计的功率下降来使所述发射信号失真。
19.根据权利要求18所述的电子设备，其中所述DAC被配置为将所述发射信号从数字域转换到模拟域。
20.根据权利要求18所述的电子设备，其中所述多音调校准信号具有与所述第二音调间隔开所述频率间隙的第三音调以及与所述第三音调间隔开所述频率间隙的第四音调。
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