CN204539116U - 单片微波集成电路、射频前端电路装置及雷达传感器设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型建议了单片微波集成电路、包含该单片微波集成电路和天线单元的射频前端电路装置、以及采用该射频前端电路装置的车载雷达传感器设备。其中所述单片微波集成电路中集成了微波功能模块和与之互连的模拟功能模块，所述模拟功能模块中至少具有数模转换、模拟信号放大、模数转换等功能中的一种或多种功能。通过将部分模拟信号处理功能集成到单片微波集成电路，解决了模拟信号因引线而产生的干扰问题，显著提升了车载雷达系统的整体性能，并降低了车载雷达系统的造价。

Description

单片微波集成电路、射频前端电路装置及雷达传感器设备

技术领域

本实用新型总体上涉及微波技术领域，具体来说，涉及单片微波集成电路、包含该单片微波集成电路和天线单元的射频前端电路装置、以及采用该射频前端电路装置的雷达传感器设备。其中所述单片微波集成电路包括微波功能模块和与之互连的模拟功能模块，所述模拟功能模块至少具有数模转换、模拟信号放大、模数转换等功能中的一种或多种功能。

背景技术

目前常见的毫米波车载雷达系统包括射频前端电路板(包含集成在射频前端电路板上的单片微波集成电路和天线单元)以及后端的基带电路板，用于容纳射频前端电路板和后端基带电路板的壳体，以及用于向车辆输出电信号的总线接口(CAN总线端口)。单片微波集成电路芯片通常包含用于生成微波信号的压控振荡器、用于对信号进行放大的功率放大器和对信号进行混频的混频器。

其中，压控振荡器的振荡频率由后端基带电路板输入的模拟信号进行控制，以产生调制微波信号。在某些系统中，压控振荡器的输出信号频率可能低于所指定的雷达工作频率，因此该输出信号需经过倍频器的倍频后，才能以所指定的雷达工作频率经由射频前端电路板上的发送天线单元向外发送。

发射的雷达微波信号被待探测目标反射后，被射频前端电路板上的接收天线单元接收，接收到的微波信号被送入混频器进行混频，被下变频为中频信号。该中频信号经过滤波(或者再经过放大器放大)后，被送入模数转换器(ADC)，经模数转换器转换成数字信号后，被送至后端基带电路板进行信号处理和分析。

在现有的车载毫米波雷达系统中，压控振荡器、功率放大器和混频器可以被集成在一个单片微波集成电路内，或者也可以分散在两个或三个单片微波集成电路内。由压控振荡器(或者再经倍频器倍频后)生产的微波信号可以被分成两路：一路经功率放大器放大后作为发送微波信号由发送天线单元向外辐射，另一路被输出给混频器，作为混频器的本地振荡信号(LO)。然而，现有的单片微波集成电路只能处理射频信号，其他模拟信号处理功能并没有被集成在单片微波集成 电路中，而是由另外安装在射频前端电路板或后端基带电路板上的独立的模拟芯片来完成。在后者的情况下，所述模拟芯片与微波集成电路芯片之间需要经过三级互连，即：1)单片微波集成电路与射频前端电路板之间的互连；2)射频前端电路板与后端基带电路板之间的互连；以及3)后端基带电路板与所述模拟芯片之间的互连。这种复杂的互连关系不仅增加了整体雷达系统的尺寸和造价，在多级引线上传播的模拟信号也容易受到干扰，从而降低整个雷达系统的性能。

发明人意识到，可以将通常位于后端模拟基带电路板上的一些模拟信号处理功能(如数模转换、模数转换、功率放大等功能)集成到单片微波集成电路中，从而将这些模拟信号处理功能移至单片微波集成电路内实现，这样能够解决模拟信号因引线而产生的干扰问题，显著提升雷达系统的整体性能，并且降低了雷达系统的尺寸和造价。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，对目前微波雷达系统使用的单片微波集成电路的功能模块进行改进，将更多的模拟信号处理功能集成到单片微波集成电路中，以解决上文中提到的信号干扰问题，同时降低雷达系统的尺寸和造价。

根据本实用新型的一个方面，上述任务通过具有下述特征的单片微波集成电路来实现：该单片微波集成电路具有微波功能模块，还具有与所述微波功能模块互连的模拟功能模块。

当所述单片微波集成电路发送雷达信号时，其微波功能模块至少包括用于生成发送微波信号的微波信号发生器，而模拟功能模块至少包括用于向微波信号发生器提供输入控制电压的数模转换器。所述微波信号发生器可包括压控振荡器，该压控振荡器基于数模转换器提供的输入控制电压生成微波信号。可选的是，所述微波信号发生器也可以进一步包括倍频器，用于对压控振荡器产生的微波信号进行倍频。

射频前端电路装置包含该单片微波集成电路以及与所述单片微波集成电路相连的发送天线单元，由所述单片微波集成电路向发送天线单元提供发送微波信号。

当所述单片微波集成电路接收雷达信号时，其微波功能模块至少包括用于对 接收微波信号进行混频的混频器，而模拟功能模块至少包括用于对混频器输出的中频信号进行采样的模数转换器。可选地，所述模拟功能模块还可以包括中频信号放大器，由混频器生成的中频信号经该中频信号放大器被放大后，再由模数转换器进行采样。

射频前端电路装置包含该单片微波集成电路以及与所述单片微波集成电路相连的接收天线单元，由接收天线单元向单片微波集成电路提供接收微波信号。可选的是，在该射频前端电路装置上可集成有滤波器，由混频器生成的中频信号可先经该滤波器滤波后，再被送入中频信号放大器进行放大。

可选的是，单片微波集成电路可同时进行雷达信号的发送和接收。在这种情况下，集成在单片微波集成电路上的微波功能模块内既包含微波信号发生器也包含混频器，而与微波功能模块互连的模拟功能模块既包含数模转换器也包含模数转换器。射频前端电路装置包含该单片微波集成电路以及与所述单片微波集成电路相连的发送天线单元和接收天线单元，其中单片微波集成电路的发送部分和接收部分分别与发送天线单元和接收天线单元相连。

根据本实用新型的一个方面，还建议了一种单片微波集成电路，其具有微波功能模块，所述微波功能模块包括用于生成发送微波信号的微波信号发生器和用于对接收微波信号进行混频的混频器，其中所述单片微波集成电路还具有与所述微波功能模块互连的模拟功能模块，其中所述模拟功能模块至少包括用于向所述微波信号发生器提供输入控制电压的数模转换器和用于对所述混频器输出的中频信号进行采样的模数转换器。

根据本实用新型的另一个方面，还建议了一种射频前端电路装置，其包括如上所述的单片微波集成电路，以及所述与单片微波集成电路相连的发送天线单元和/或接收天线单元，其中所述单片微波集成电路向所述发送天线单元提供发送微波信号，所述接收天线单元向所述单片微波集成电路提供接收微波信号。

可选的是，所述发送天线单元和/或接收天线单元被集成在一射频电路板上，所述单片微波集成电路被嵌入到该射频电路板上，并与所述发送天线单元和/或接收天线单元电连接。

根据本实用新型的另一个方面，还建议了一种雷达传感器设备，其包含具有上述特征的射频前端电路装置、用于驱动所述射频前端电路装置并对所述射频前 端电路装置输出的雷达信号进行数字信号处理的基带后端电路装置、所述用于封装所述射频前端电路装置和所述基带后端电路装置的壳体、以及用于向外部输出电信号的总线接口。

根据本实用新型的上述雷达传感器设备可以广泛应用在工业控制系统以及汽车上。

附图说明

图1示出了本申请所述雷达传感器设备的一个可选实施例的示意性功能框图。

图2中示意性地示出了根据本申请的雷达传感器设备的另一种可选实施方式。

图3中示意性地示出了根据本申请的雷达传感器设备的再一种可选实施方式。

具体实施方式

附图中示例性地示出了本申请的几种可能的实施方式，图中相同的附图标记表示相同的部件。

图1示出了本申请所述雷达传感器设备的一个可选实施例的示意性功能框图，其包括射频前端电路装置RB和基带后端电路装置BB，在图1中未示出雷达传感器设备的壳体。图1中的射频前端电路装置RB包括射频前端电路板1和设在该射频前端电路板1上的单片微波集成电路2。其中的射频前端电路板1可以由常用的射频电路板材料制成。单片微波集成电路2被组装到射频前端电路板1上，在该射频前端电路板1上还集成了发送天线单元TX和接收天线单元RX。图1中的基带后端电路装置BB中集成了微处理器MCU。在射频前端电路装置RB和基带后端电路装置BB之间通过传输线来传递信号，经微处理器MCU处理后的雷达电信号经由总线接口OUT向外输出。

在雷达传感器设备工作时，微处理器MCU生成的输入控制信号经由传输线被送至单片微波集成电路2内的数模转换器DAC，经数/模转换后产生输入控制电压Vo。由数模转换器DAC产生的输入控制电压Vo被提供给单片微波集成电 路2内的压控振荡器VCO，压控振荡器VCO基于该输入控制电压生成微波信号RF。所生成的微波信号Rf被分成两路，一路经射频功率放大器RfAMP放大后被送至射频前端电路板1上的发送天线单元TX，作为雷达发射信号被发射出去；另一路被送至单片微波集成电路2内的混频器MIX作为本振信号LO。可选的是，微波信号Rf可以先经过倍频后再被送入射频功率放大器RfAMP进行放大。

雷达发射信号被目标物体反射后，由接收天线单元RX接收，接收到的信号被送至单片微波集成电路2内的混频器MIX。混频器MIX对该接收信号和压控振荡器VCO所提供的本振信号LO进行下混频，生成中频信号IF。混频器MIX输出的中频信号IF被送至集成在射频前端电路板1上的模拟滤波器FLT，经滤波后被送回到单片微波集成电路2内的放大器AMF(其中放大器AMF的放大倍数可由微处理器MCU进行设置)。经过滤波和放大后的中频信号被送至单片微波集成电路1内的模数转换器ADC进行采样。采样后的信号经由传输线被送至集成在基带后端电路装置BB中的数字滤波器FFT，经数字滤波后被送至微处理器MCU进行数字信号处理。经数字信号处理后的电信号经由总线接口OUT向外输出。例如，在雷达传感器设备A被用作车载雷达的情况下，雷达信号经CAN总线接口被提供给车辆的控制系统，以实现与车辆行驶有关的应用。

图2中示意性地示出了根据本申请的雷达传感器设备的另一种可选实施方式。其中的射频前端电路装置RB上装有两片单片微波集成电路4和5，分别用于发送和接收。用于发送的单片微波集成电路4包括微波功能模块41和模拟功能模块42，其中的微波功能模块41包含压控振荡器200、倍频器201和射频功率放大器202；模拟功能模块42包括数模转换器209。用于接收的单片微波集成电路5包括微波功能模块51和模拟功能模块52，其中的微波功能模块51包含混频器204；模拟功能模块52包含模拟放大器207和模数转换器208。基带后端电路装置BB的实现与图1所示相同，在图2中没有详细示出。

图2所示雷达传感器设备的工作方式与图1所示实施例相近似，区别在于发送和接收分别通过两片单片微波集成电路4和5来实现。基带后端电路装置BB中的微控制器(图2中未示出)向单片微波集成电路4中的数模转换器209提供输入控制信号，以生成输入控制电压，压控振荡器200在输入控制电压的控制下生成两路微波信号：一路微波信号经由倍频器201的倍频和射频放大器202的放 大后，由发送天线单元203发射出去；另一路微波信号经倍频器201倍频后被送至一单片微波集成电路5中的混频器204作为本振信号。

由接收天线单元205接收到的雷达反射信号被送至单片微波集成电路5中的混频器204，与倍频器201输出的本振信号进行下混频，生成中频信号。该中频信号经由滤波器206滤波后，被送至模拟放大器207，经放大后由模数转换器208进行采样。采样数字化后的信号被送至基带后端电路装置BB进行数字滤波和数字信号处理。

图3中示意性地示出了根据本申请的雷达传感器设备的再一种可选实施方式。图3中的射频前端电路装置RB上装有三片单片微波集成电路6、7和8。与图2所示实施方式的区别在于，图3中的单片微波集成电路6包括微波功能模块61和模拟功能模块62，其中压控振荡器300被集成在微波功能模块61中，数模转换器309被集成在模拟功能模块62中；单片微波集成电路7仅包括微波功能模块71，其中集成了倍频器301和射频功率放大器302；单片微波集成电路8的构造与图2中的单片微波集成电路4相同，其中的微波功能模块81包含混频器304；模拟功能模块82包含功率放大器307和模数转换器308。基带后端电路装置BB的实现与图1所示相同，在图3中没有详细示出。

如图3所示，基带后端电路装置BB中的微控制器(图3中未示出)向单片微波集成电路6中的数模转换器309提供输入控制信号，以生成输入控制电压，压控振荡器300在输入控制电压的控制下生成两路微波信号：一路微波信号经由单片微波集成电路7中的倍频器301的倍频和射频功率放大器302的放大后，由发送天线单元303发射出去；另一路微波信号经倍频器301倍频后被送至单片微波集成电路8中的混频器304作为本振信号。

由接收天线单元305接收到的雷达反射信号被送至单片微波集成电路8中的混频器304，与倍频器301输出的本振信号进行混频，生成中频信号。该中频信号经由滤波器306滤波后，被送至模拟放大器307，经放大后由模数转换器308进行采样。采样数字化后的信号被送至基带后端电路装置BB进行数字滤波和数字信号处理。

应当理解的是，上述附图及具体实施方式中所描述的仅仅是本实用新型的示例性实施例，而并非对本实用新型的可能实施方式的穷尽，本领域技术人员可以 在本实用新型的保护范围内对上述具体实施方式加以各种改动，而不背离本实用新型的主旨。

Claims (10)

1.一种单片微波集成电路，其具有微波功能模块，所述微波功能模块至少包括用于生成发送微波信号的微波信号发生器，其特征在于，所述单片微波集成电路还具有与所述微波功能模块互连的模拟功能模块，其中所述模拟功能模块至少包括用于向所述微波信号发生器提供输入控制电压的数模转换器。

2.如权利要求1所述的单片微波集成电路，其特征在于，所述微波信号发生器包括压控振荡器，该压控振荡器基于所述数模转换器提供的输入控制电压生成微波信号。

3.如权利要求2所述的单片微波集成电路，其特征在于，所述微波信号发生器还包括倍频器，用于对压控振荡器产生的微波信号进行倍频。

4.一种单片微波集成电路，其具有微波功能模块，所述微波功能模块至少包括用于对接收微波信号进行混频的混频器，其特征在于，所述单片微波集成电路还具有与所述微波功能模块互连的模拟功能模块，其中所述模拟功能模块至少包括用于对所述混频器输出的中频信号进行采样的模数转换器。

5.如权利要求4所述的单片微波集成电路，其特征在于，所述模拟功能模块还包括中频信号放大器，由所述混频器生成的中频信号先经所述中频信号放大器被放大后，再由所述模数转换器进行采样。

6.如权利要求5所述的单片微波集成电路，其特征在于，所述中频信号先经滤波后再被送入所述中频信号放大器进行放大。

7.一种单片微波集成电路，其具有微波功能模块，所述微波功能模块包括用于生成发送微波信号的微波信号发生器和用于对接收微波信号进行混频的混频器，其特征在于，所述单片微波集成电路还具有与所述微波功能模块互连的模拟功能模块，其中所述模拟功能模块至少包括用于向所述微波信号发生器提供输入控制电压的数模转换器和用于对所述混频器输出的中频信号进行采样的模数转换器。

8.一种射频前端电路装置，其包括如权利要求1至7中任一项所述的单片微波集成电路，以及所述与单片微波集成电路相连的发送天线单元和/或接收天线单元，其中所述单片微波集成电路向所述发送天线单元提供发送微波信号，所述接收天线单元向所述单片微波集成电路提供接收微波信号。

9.如权利要求8所述的射频前端电路装置，其特征在于，所述发送天线单元和/或接收天线单元被集成在一射频电路板上，所述单片微波集成电路被嵌入到该射频电路板上，并与所述发送天线单元和/或接收天线单元电连接。

10.一种车载雷达传感器设备，其包括一个或多个如权利要求8至9中任一项所述的射频前端电路装置、用于驱动所述射频前端电路装置并对所述射频前端电路装置输出的信号进行处理的基带后端电路装置、所述用于封装所述射频前端电路装置和所述基带后端电路装置的壳体、以及用于向外部输出电信号的总线接口。