CN212410855U - 毫米波传感芯片和毫米波传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种毫米波传感器芯片和毫米波传感器，所述毫米波传感器芯片应用于K/Ka频段，包括：射频收发端，用于收发射频信号；模拟信号处理模块，用于完成滤波以及模拟信号数字化，产生数字基带信号；调频波形产生模块，用于匹配所述射频收发端的工作范围，以产生符合功能需求的不同调频模式；传感器信号数字处理模块，用于将数字基带信号传出于多功能数字总线。通过所述毫米波传感器芯片和毫米波传感器，可以无需外接其他芯片实现独立的传感器功能，从而降低了系统成本。

Description

毫米波传感芯片和毫米波传感器

技术领域

本实用新型涉及芯片技术，特别是涉及一种毫米波传感芯片和毫米波传感器。

背景技术

随着人工智能和物联网应用的推广与扩大，多维度的感知传感技术应用需求正在逐步成长，其中毫米波传感器是这其中的重要组成部分。毫米波雷达工作在毫米波段。通常毫米波是指30～300GHz频段(波长为1～10mm)。毫米波导引头具有体积小、质量轻、空间分辨率高、抗干扰等优点，在通信、雷达、制导、遥感技术、射电天文学和波谱学方面都有重大的意义。

传统的毫米波雷达一般由TR组件，本振信号发生包含调频模式产生等，中频模拟信号处理包含滤波以及模数转换，基带数字信号处理以及微处理器用于实际应用中的控制与判断。一般具有系统复杂，成本高功耗大等缺点，因此并不能满足人工智能与毫米波在实际应用中，低成本小尺寸以及低功耗的需求。

在现有技术中，K/Ka频段的传感器芯片一般只为简单的TR组件或包含简单的压控振荡器用于产生射频信号，例如英飞凌公司的BGT24系列芯片。其他近期技术研究如中国专利公布CN110927675A都是基于外接压控振荡器控制信号与输出中频信号的模式，功能单一需要大量的外围芯片支持，因而急剧地拉高了系统成本。同时外接和输出模拟信号也对全系统设计提出了更高的要求。

实用新型内容

本实用新型实施例所要解决的技术问题是如何解决现有技术中存在的毫米波传感器芯片功能单一而导致的系统成本高的问题。

为了解决上述问题，本实用新型提供的技术方案如下：

一种毫米波传感器芯片，其中，应用于K/Ka频段，包括：射频收发端，用于收发射频信号；模拟信号处理模块，用于完成滤波以及模拟信号数字化，产生数字基带信号；调频波形产生模块，用于匹配所述射频收发端的工作范围，以产生符合功能需求的不同调频模式；传感器信号数字处理模块，用于将数字基带信号传出于多功能数字总线。

较优的，上述的毫米波传感器芯片中，还包括可扩展本振通路；所述可扩展本振通路连接于所述调频波形产生模块，用于实现多芯片的射频收发，并同步本振输出和输入，以扩展为多芯片组成的多发多收阵列。

较优的，上述的毫米波传感器芯片，所述传感器信号数字处理模块包括：自定义数字串行接口或者低电压差分信号接口，以使所述毫米波传感器芯片适用于不多于32pin的QFN封装。

较优的，上述的毫米波传感器芯片中，所述传感器信号数字处理模块包括硬件加速单元，用于实现对所述数字基带信号的降采样滤波和快速傅里叶分析。

较优的，上述的毫米波传感器芯片中，所述传感器信号数字处理模块还包括集成MCU或数字逻辑单元，用于对物联网应用场景信号处理结果进行判断，并将判断结果发送至多功能数字总线或反馈至外设设备。

较优的，上述的毫米波传感器芯片中，所述毫米波传感器芯片集成DCDC电源。

较优的，上述的毫米波传感器芯片中，所述毫米波传感器芯片产生基带同步信号，用于对采用同一本振的基带处理之间进行互相同步对准。

为了解决上述的技术问题，本实用新型还公开了一种毫米波传感器，包括，如上所述的毫米波传感器芯片；与所述传感器芯片中集成的晶振电路相适配的晶振；采用微带线设计的收发天线。

较优的，上述的毫米波传感器，其中，还包括与所述毫米波传感器芯片连接的MCU。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下优点：

本实用新型中，通过调频波形产生模块，匹配射频收发端的工作范围，产生完整的调频连续波射频信号，发送至模拟中频信号处理和数字基带处理，从而实现符合功能需求的不同调频模式，从而在毫米波芯片内部即可完成完整的调频连续波毫米波感知功能，无需外接其他芯片实现独立的传感器功能。

附图说明

图1是本实用新型实施例的一种毫米波传感器芯片的架构示意图；

图2是本实用新型实施例的一种毫米波传感器芯片的主要输入输出结构示意图；

图3是本实用新型实施例的一种毫米波传感器芯片应用的硬件电路示意图。

附图标记

射频收发机101

中频滤波器102

ADC电路103

调频波形产生器104

可扩展本振通路105

自定义数字串行接口106

LVDS 107

硬件加速装置108

DCDC电源109

晶振电路110

全芯片编程接口111

发射波201

回波202

本振输出203

本振输入204

基带同步信号205

传出于多功能数字总线206

毫米波传感器芯片301

晶振302

MCU 303

微带线设计304

具体实施方式

在传统毫米波雷达传感器中，由于通常仅包含简单的TR组件或简单的压控振荡器，用以产生射频信号，结构简单且功能单一，需要大量的外围芯片提供支持，因此极大地提高了系统成本。同时为了适配其外接和输出模拟信号，也对全系统设计提出了更高地要求。本实施例的一种毫米波传感器芯片以及毫米波传感器，通过调频波形产生模块，匹配射频收发端的工作范围，从而产生了完整的调频连续波射频信号，再发送至模拟中频信号处理和数字基带处理，从而实现符合功能需求的不同调频模式，因此在毫米波芯片内部即可完成完整的调频连续波的毫米波感知功能，无需外接其他芯片实现独立的传感器功能，从而克服了现有毫米波传感器成本高昂，系统设计要求高的缺点。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

实施例1

结合图1～3所示，本实施例的一种毫米波传感器芯片包括射频收发端101，模拟信号处理模块(包括中频滤波器102和ADC电路103)，调频波形产生模块104以及传感器信号数字处理模块。

所述射频收发端101为一发两收或一发一收，具有高带宽，涵盖范围达23G～27.5GHz，用于收发射频信号。在将内部产生的本振信号直接或倍频后发射201；在接收回波202后，通过内部本振信号直接或倍频后，解调产生零中频基带信号，该基带信号具有带宽高动态范围大的特点。

通过片内集成的模拟信号处理模块，包括中频滤波器102可完成滤波和高动态范围(16bits 2.5MSp/S或者12bits 50M Sp/s以上)处理，以及ADC电路103，用于完成模拟信号的数字化，最终产生数字基带信号。

所述毫米波传感器芯片内置集成高扫频范围，多功能及数字多功能的调频波形产生器104，以匹配所述射频收发端101的工作范围，并产生符合功能需求的不同调频模式。所述多功能调频波形发生器可以通过全芯片编程接口111，利用同步外设接口(SerialPeripheral Interface，SPI)，集成电路总线(Inter Integrated Circuit，IIC)或通用异步串行口(Universal Asynchronous Receive Transmitter，UART)等方式进行编程设置。

本实施例的毫米波传感器芯片还可以包括可扩展本振通路105。所述可扩展本振通路105连接于所述射频收发端101，所述模拟信号处理模块102以及所述调频波形产生器104。通过所述可扩展本振通路105，可以实现对多颗芯片的射频发射与接收，因此可以同步本振输出203和输入204，从而扩展为多芯片组成的多发多收阵列。

模数转换装置103产生的数字基带信号可以采用多种方式进行处理。在本实施例中，为适应不多于32pin方形扁平无引脚封装(Quad Flat No-leadPackage，QFN)，所述毫米波传感器芯片中包括自定义数字串行接口106或者低电压差分信号接口(Low-VoltageDifferential Signaling，LVDS)107，分别连接于所述模数转换装置103，将原始数据直接传出至多功能数字总线206。LVDS接口又称RS-644总线接口，具有低功耗、低误码率、低串扰和低辐射等特点，在对信号完整性、低抖动及共模特性要求较高的系统中有广泛的应用。通过采用自定义数字串口或者lvds端口来传输基带数据，可以降低模数转换后需要的芯片管脚数。

如图1所示，在本实施例中，所述毫米波传感器芯片还可以将模数转换装置103所产生的数字基带信号经过硬件加速装置108进行信号处理。所述硬件加速装置上固化降采样滤波器，256点快速傅里叶分析以及二维快速傅里叶分析，因此不需要额外数字处理中断优先寄存器。通过集成MCU或者自建简单数字逻辑，可完成简单物联网应用场景下的信号处理结果的判断从而极大降低数据传输要求，其结果可通过可编程传感器接口以SPI或者UART以及简单的GPIO电平等形式向多功能数字总线206传递或直接输出控制，用于控制外设。

如图2所示，所述毫米波传感器芯片亦会产生基带同步信号205，用于对采用同一本振的基带处理之间互相同步对准。通过互相对准的射频本振通路105，和基带信号处理时钟分布，以及基带信号处理的同步信号，使得多芯片间易于实现级联或并联，从而实现物联网传感器的扩容。

本实施例的毫米波传感器采用CMOS工艺，可以有效降低芯片硬件成本较低。进一步的，在片上集成DCDC电源109可进一步降低全系统的成本。

除基本的阻容器件和普通电源芯片外，本实施例还公开了一种毫米波传感器。如图3所示，本实施例的毫米波传感器芯片301在系统应用上只需要晶振302配合，而晶振电路110集成于毫米波传感器芯片301内，收发天线304可采用微带线设计，最后将数据或结果发送给MCU303。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (9)

1.一种毫米波传感器芯片，其特征在于，应用于K/Ka频段，包括：

射频收发端，用于收发射频信号；

模拟信号处理模块，用于完成滤波以及模拟信号数字化，产生数字基带信号；

调频波形产生模块，用于匹配所述射频收发端的工作范围，以产生符合功能需求的不同调频模式；

传感器信号数字处理模块，用于将数字基带信号传出于多功能数字总线。

2.如权利要求1所述的毫米波传感器芯片，其特征在于，

还包括可扩展本振通路；

所述可扩展本振通路连接于所述调频波形产生模块，用于实现多芯片的射频收发，并同步本振输出和输入，以扩展为多芯片组成的多发多收阵列。

3.如权利要求1所述的毫米波传感器芯片，其特征在于，所述传感器信号数字处理模块包括：自定义数字串行接口或者低电压差分信号接口，以使所述毫米波传感器芯片适用于不多于32pin的QFN封装。

4.如权利要求1所述的毫米波传感器芯片，其特征在于，所述传感器信号数字处理模块包括硬件加速单元，用于实现对所述数字基带信号的降采样滤波和快速傅里叶分析。

5.如权利要求4所述的毫米波传感器芯片，其特征在于，所述传感器信号数字处理模块还包括集成MCU或数字逻辑单元，用于对物联网应用场景信号处理结果进行判断，并将判断结果发送至多功能数字总线或反馈至外设设备。

6.如权利要求1所述的毫米波传感器芯片，其特征在于，所述毫米波传感器芯片集成DCDC电源。

7.如权利要求1所述的毫米波传感器芯片，其特征在于，所述毫米波传感器芯片产生基带同步信号，用于对采用同一本振的基带处理之间进行互相同步对准。

8.一种毫米波传感器，其特征在于，包括，如权利要求1～7任一项所述的毫米波传感器芯片；与所述传感器芯片中集成的晶振电路相适配的晶振；采用微带线设计的收发天线。

9.如权利要求8所述的毫米波传感器，其特征在于，还包括与所述毫米波传感器芯片连接的MCU。

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