DE102007021730B4 - RF transmitter and receiver unit for a radar system - Google Patents

RF transmitter and receiver unit for a radar system

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DE102007021730B4
DE102007021730B4 DE200710021730 DE102007021730A DE102007021730B4 DE 102007021730 B4 DE102007021730 B4 DE 102007021730B4 DE 200710021730 DE200710021730 DE 200710021730 DE 102007021730 A DE102007021730 A DE 102007021730A DE 102007021730 B4 DE102007021730 B4 DE 102007021730B4
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antenna
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Hans Peter Forstner
Dr. Lachner Rudolf
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    • H03BASIC ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03DDEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D9/00Demodulation or transference of modulation of modulated electromagnetic waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
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    • G01S7/03Details of HF subsystems specially adapted therefor, e.g. common to transmitter and receiver
    • G01S7/032Constructional details for solid-state radar subsystems
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/93Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S13/931Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes between land vehicles; between land vehicles and fixed obstacles

Abstract

HF-Sende- und Empfangseinheit (120) mit RF transmitting and receiving unit (120)
– einem Eingang für ein Oszillatorsignal (OSZ), - an input for an oscillator signal (OSC),
– zumindest einer Verteilereinheit (122, 125) zum Verteilen des Oszillatorsignals (OSZ) auf mehrere Signalpfade, - at least one distributor unit (122, 125) for distributing the oscillator signal (OSC) to a plurality of signal paths,
– zwei oder mehr mit der Verteilereinheit (122, 125) verbundene Mischeranordnungen (300) zum Senden eines Sendesignals (TX) oder zum Empfangen eines Empfangssignals (RX), - two or more with the distributor unit (122, 125) connected to the mixer assemblies (300) for transmitting a transmission signal (TX) or receiving a reception signal (RX),
wobei in which
die Mischeranordnungen (300) einerseits für einen reinen Empfangsbetrieb und andererseits für einen kombinierten Sende-Empfangsbetrieb der angeschlossenen Antenne konfigurierbar sind und jeweils Folgendes aufweisen: the mixer arrangements (300) on one side for a pure receiving operation and the other are configured for a combined transmit-receive operation of the connected antenna and each comprise:
– einen HF-Anschluss (301) zum Verbinden mit einer Antenne, - a RF connector (301) for connecting to an antenna,
– einem Basisbandanschluss (303), an dem ein Basisbandsignal zur Verfügung gestellt wird, - a baseband connector (303) on which a baseband signal is provided,
– einen Mischer (127) mit einem mit dem Eingang (302) für das Oszillatorsignal (OSZ) verbundenen ersten Eingang, einem mit dem HF-Anschluss (301) verbundenen zweiten Eingang und einem mit dem Basisbandanschluss (303) verbundenen Ausgang, - a mixer (127) having an input (302) for the oscillator signal (OSC) connected to the first input, a with the RF connector (301) connected to the second input and connected one to the baseband port (303) output,
– einen Richtkoppler (128), der mit dem Eingang (302) für das Oszillatorsignal (OSZ) verbunden ist und dazu ausgebildet ist, das Oszillatorsignal (OSZ) an die Antenne zu koppeln, der des Weiteren mit dem HF-HF-Anschluss (301) verbunden ist und dazu ausgebildet ist, ein von der Antenne empfangenes Signal an den zweiten Eingang des Mischers (127) zu koppeln, und mit - a directional coupler (128) for the oscillator signal (OSC) is connected to the input (302) connected and adapted to couple the oscillator signal (OSC) to the antenna, further connected to the RF RF connector (301 ) and is adapted to couple a signal received from the antenna signal to the second input of the mixer (127), and with
– einer Unterbrechereinrichtung (310; 350–355) zur Unterbrechung des Signalflusses von dem Eingang (302) für das Oszillatorsignal (OSZ) zur Antenne zur Konfiguration der jeweiligen Mischeranordnung. - an interrupt means (310; 350-355) for interrupting the signal flow from the input (302) for the oscillator signal (OSC) to the antenna used to configure the mixer arrangement.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine HF-Sende- und Empfangseinheit für ein Radarsystem, insbesondere für den Einsatz im Automobil. The invention relates to an RF transmitter and receiver unit for a radar system, particularly for automotive use.
  • Bekannte Radarsysteme, die gegenwärtig zur Abstandsmessung in Fahrzeugen zum Einsatz kommen, umfassen im Wesentlichen zwei getrennte Radargeräte, welche in unterschiedlichen Frequenzbändern arbeiten. Known radar systems which are currently the distance measurement used in vehicles, essentially comprise two separate radar devices which operate in different frequency bands. Für Abstandsmessungen im Nahbereich („Short Range Radar”) werden gegenwärtig nur Radargeräte verwendet, welche in einem Frequenzband um eine Mittenfrequenz von 24 GHz arbeiten. For distance measurements at close range ( "Short Range Radar") currently only radars used which operate in a frequency band around a center frequency of 24 GHz. Unter Nahbereich werden dabei Abstände im Bereich von 0 bis ca. 20 Meter vom Fahrzeug verstanden. Under short-range distances in the range of 0 to about 20 meters are thereby understood from the vehicle. Für Abstandsmessungen im Fernbereich, dh für Messungen im Bereich von ca. 20 Meter bis rund 200 Meter („Long Range Radar”), wird zur Zeit das Frequenzband von 76 GHz bis 77 GHz genutzt. For distance measurements in the far range, ie for measurements in the range of about 20 meters to 200 meters ( "Long Range Radar"), at the time the frequency band from 76 GHz to 77 GHz is used. Diese unterschiedlichen Frequenzen sind bei der Erstellung eines einzelnen Konzeptes für ein Radarsystem, welches in mehreren Entfernungsbereichen messen kann, hinderlich und machen im Prinzip zwei getrennte Radargeräte notwendig. These different frequencies are in the creation of a single concept for a radar system which can measure in a number of distance ranges, cumbersome and make, in principle two separate radar devices necessary.
  • Das Frequenzband von 77 GHz bis 81 GHz eignet sich grundsätzlich ebenfalls für Nahbereichs-Radaranwendungen und ist auch für diesen Zweck von den Behörden zugänglich gemacht worden, so dass nun ein Frequenzbereich von 76 GHz bis 81 GHz für automobile Radaranwendungen im Nah- und Fernbereich zur Verfügung steht. The frequency band of 77 GHz to 81 GHz is suitable in principle also for short-range radar applications and has been made available for this purpose by the authorities so that now a frequency range from 76 GHz to 81 GHz for automotive radar applications in the near and far fields available stands. Ein einzelnes Mehrbereichs-Radarsystem, welches Abstandsmessungen im Nah- und Fernbereich mit einem einzigen Hochfrequenz-Sendeeinheit (HF-Frontend) bewerkstelligt, war jedoch bisher aus unterschiedlichen Gründen nicht möglich. However, a single multi-range radar system which distance measurements in the near and far range (RF front-end) accomplished with a single radio-frequency transmission unit was not previously possible for various reasons. Der Hauptgrund dafür liegt darin, dass zum Aufbau bekannter Radarsysteme zur Zeit Schaltungen verwendet werden, welche in III/V-Halbleitertechnologien (z. B. Gallium-Arsenid Technologien) gefertigt werden. The main reason is that circuits are used for the construction of known radar systems for the time which in III / V semiconductor technologies (eg. As gallium arsenide technologies) are manufactured. Gallium-Arsenid-Technologien eignen sich zwar sehr gut für die Integration von Hochfrequenzkomponenten, jedoch ist aufgrund technologischer Beschränkungen kein derart hoher Integrationsgrad zu erreichen, wie er beispielsweise bei einer Integration von Silizium möglich wäre. Gallium arsenide technologies are indeed very good for the integration of high frequency components, but can be reached no such high degree of integration due to technological limitations, as it would be possible, for example, with an integration of silicon. Darüber hinaus wird nur ein Teil der benötigten Elektronik in GaAs-Technologie gefertigt, sodass viele unterschiedliche Komponenten zum Aufbau des Gesamtsystems notwendig sind. In addition, only part of the necessary electronics is manufactured in GaAs technology, so many different components to build the entire system are required. Problematisch ist eine hohe Anzahl von Komponenten auch deswegen, da in jeder Komponente, vor allem im Signalpfad nach dem HF-Leistungsverstärker, Verluste und Reflexionen auftreten, die sich negativ auf den Gesamtwirkungsgrad des Radarsystems auswirken. The problem a high number of components is also why, as occur in each component, especially in the signal path after the RF power amplifier, losses and reflections that have a negative impact on the overall efficiency of the radar system.
  • Darüber hinaus sind geeignete Hochfrequenzoszillatoren für die Sendestufe, welche in dem gesamten Frequenzbereich von 76 GHz bis 81 GHz abstimmbar sind, jedoch erst durch modernste Herstellungsverfahren möglich geworden. In addition, suitable high frequency oscillators for the transmitter stage, which are tunable in the entire frequency range of 76 GHz to 81 GHz, however, only made possible by modern manufacturing processes.
  • Die Druckschrift The publication DE 103 14 558 A1 DE 103 14 558 A1 beschreibt ein Radarsystem mit einem durch einen Auswertungsoszillator quasiphasenkohärent anregbaren Sendeoszillator. describes a radar system with a quasi-phase coherent excited by an evaluation oscillator transmitter oscillator. Die Druckschrift The publication US 6,404,381 B1 US 6,404,381 B1 beschreibt eine Radar-Sensorvorrichtung mit einem mittels einer Modulationsfunktion frequenzverstimmbaren Oszillator und einem durch eine Leistungssteuerungsfunktion ansteuerbaren Leistungsschalter zur Variation der Sendeleistung. describes a radar sensor device with a frequenzverstimmbaren by means of a modulation function and a controllable oscillator by a power control function circuit breaker for varying the transmission power. Die Druckschrift The publication DE 10 2004 059 915 A1 DE 10 2004 059 915 A1 beschreibt ein Radarsystem mit einem Umschalter zur Umschaltung zwischen mindestens zwei unterschiedlichen Richtcharakteristiken, insbesondere für zwei unterschiedliche Entfernungsbereiche mindest zweier Sendeantennen. describes a radar system with a changeover switch for switching between at least two different directional characteristics, in particular for two different distance ranges least two transmit antennas.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Radarsystem mit einer HF-Sende- und Empfangseinheit (HF-Frontend) zur Verfügung zu stellen, welches große Flexibilität bei hoher Integrationsdichte und hohem Wirkungsgrad gewährleistet. It is the object of the present invention to provide a radar system with an RF transmitter and receiver unit (RF front-end) are available, which ensures great flexibility in high integration density and high efficiency.
  • Diese Aufgabe wird durch eine HF-Sende- und Empfangsschaltung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. This object is achieved by an RF transmitting and receiving circuit according to claim. 1 Unterschiedliche Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Different embodiments and further developments are subject of the dependent claims.
  • Die HF-Sende- und Empfangseinheit umfasst zumindest eine Verteilereinheit zum Verteilen eines Oszillatorsignals (des Lokaloszillators) auf mehrere Signalpfade, zwei oder mehr mit der Verteilereinheit verbundene Mischeranordnungen zum Senden eines Sendesignals oder zum Empfangen eines Empfangssignals, wobei die Mischeranordnung jeweils einen Mischer und einen Verstärker zur Verstärkung des Oszillatorsignals und zur Erzeugung eines Sendesignals aufweisen. The RF transmitting and receiving unit comprises at least one distribution unit for distributing an oscillator signal (the local oscillator) onto a plurality of signal paths, two or more of the distribution unit connected mixer arrangements for transmitting a transmission signal or for receiving a reception signal, said mixer assembly each comprise a mixer and an amplifier have for amplifying the oscillator signal and for generating a transmission signal.
  • Die Mischeranordnung umfasst einen Oszillataranschluss, dem das Oszillatorsignal zugeführt ist, einen HF-Anschluss zum Anschluss einer Antenne, einem Basisbandanschluss, an dem ein Basisbandsignal zur Verfügung gestellt wird, einen Mischer mit einem mit dem Oszillatoreingang verbundenen ersten Eingang, einem mit dem HF-Anschluss verbundenen zweiten Eingang und einem mit dem Basisbandanschluss verbundenen Ausgang. The mixer arrangement comprises a Oszillataranschluss to which the oscillator signal is supplied to an RF connector for the connection of an antenna, a baseband port to which a baseband signal is provided to a mixer with a connected to the oscillator input of first input, a with the RF connector and a second input connected connected to the baseband output terminal. Die Mischeranordnung umfasst des Weiteren einen mit dem Oszillatoranschluss und dem HF-Anschluss verbundenen Richtkoppler, der dazu ausgebildet ist, das Oszillatorsignal an die Antenne zu koppeln und ein von der Antenne empfangenes Signal an den zweiten Eingang des Mischers zu koppeln. The mixer arrangement further comprises an input connected to the oscillator terminal and the RF port directional coupler adapted to couple the oscillator signal to the antenna and to couple a signal received from the antenna signal to the second input of the mixer. Die Mischeranordnung umfasst ferner eine Unterbrechereinrichtung zur Unterbrechung des Signalflusses von dem Oszillatoranschluss zu dem HF-Anschluss. The mixer assembly also comprises a breaker device for interrupting the flow of signals from the oscillator port to the RF port.
  • Bei der HF-Sende- und Empfangseinheit kann der Verstärker mit Hilfe eines Steuersignals aktivierbar und deaktivierbar sein. In the RF transmitting and receiving unit, the amplifier can be activated and deactivated by a control signal. In diesem Fall kann eben dieser Verstärker auch die Unterbrechereinrichtung der Mischeranordnung darstellen. In this case, this amplifier can just represent the chopping means the mixer arrangement.
  • Mit Hilfe der konfigurierbaren Mischeranordnung kann die HF-Sende-/Empfangseinheit einerseits für einen reinen Empfangsbetrieb und andererseits für einen kombinierten Sende-Empfangsbetrieb der angeschlossenen Antenne konfiguriert werden. With the help of the configurable mixing arrangement, the RF transmitter / receiver unit can be configured on the one hand for a pure receive mode and the other for a combined transmit-receive operation of the connected antenna.
  • Des Weiteren kann die HF-Sende-/Empfangseinheit auf einem einzigen Chip integriert und zusammen mit zumindest einer Antenne in einem Gehäuse (Package) untergebracht sein. Further, the RF transmitting / receiving unit can be integrated and housed together with at least one antenna in a casing (package) on a single chip.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to figures. Es zeigt It shows
  • 1 1 ein Beispiel der Erfindung, bei der die selbe Antenne in beiden Betriebsmodi genutzt wird an example in which the same antenna is used in both modes of operation of the invention,
  • 2 2 ein weiteres Beispiel der Erfindung, mit unterschiedlichen Antennen für die beiden Betriebsmodi another example of the invention, with different antennas for the two operating modes
  • 3 3 eine detailliertere Darstellung der Ausführungsform aus a more detailed illustration of the embodiment of 2 2
  • 4 4 eine detailliertere Darstellung zu der in a more detailed representation to that of 3 3 dargestellten Ausführungsform embodiment shown
  • 5 5 eine Alternative zu der in an alternative to the in 4 4 dargestellten Ausführungsform embodiment shown
  • 6 6 den inneren Aufbau des Sendeoszillators als Blockschaltbild the internal structure of the transmission oscillator as a block diagram
  • 7A 7A eine Mischeranordnung zum Mischen eines Empfangssignales ins Basisband, a mixer arrangement for mixing a received signal to baseband,
  • 7B 7B eine Mischeranordnung für einen kombinierten Sende-/Empfangsbetrieb einer Antenne, a mixer arrangement for a combined transmitting / receiving operation of an antenna,
  • 8A 8A eine mit Hilfe eines Steuersignales konfigurierbare Mischeranordnung im kombinierten Sende-/Empfangsbetrieb, wobei die Mischeranordnung einen durch das Steuersignal schaltbaren Verstärker aufweist, a configurable by means of a control signal mixer arrangement in the combined transmitting / receiving operation, wherein the mixer arrangement comprises a switchable by the control signal amplifier,
  • 8B 8B eine mit Hilfe eines Steuersignales konfigurierbare Mischeranordnung im reinen Empfangsbetrieb, wobei die Mischeranordnung einen durch das Steuersignal schaltbaren Verstärker aufweist, a configurable by means of a control signal mixer arrangement in the pure receiving operation, wherein the mixer arrangement comprises a switchable by the control signal amplifier,
  • 9A 9A eine mit Hilfe von Laser-Fuses konfigurierbare Mischeranordnung vor dem Aufschmelzen der Fuses, a configurable by means of laser fuses mixer assembly prior to melting of the fuses,
  • 9B 9B die Mischeranordnung aus the mixer assembly 9A 9A , die durch Aufschmelzen bestimmter Laser-Fuses für den reinen Empfangsbetrieb konfiguriert wurde, That has been configured by melting of certain laser fuses for the pure receiving operation,
  • 9B 9B die Mischeranordnung aus the mixer assembly 9A 9A , die durch Aufschmelzen bestimmter Laser-Fuses für den kombinierten Sende-/Empfangsbetrieb konfiguriert wurde, That has been configured by melting of certain laser fuses for the combined transmitting / receiving operation,
  • 10 10 den schaltbaren Verstärker aus the switchable amplifier from 8A 8A bzw. or. 8B 8B . ,
  • 11 11 ein Beispiel der Erfindung mit einer Sende-/Empfangsschaltung mit einer konfigurierbaren Mischeranordnung gemäß den an example of the invention with a transmitter / receiver circuit with a configurable mixer arrangement according to the 8A 8A und and 8B 8B
  • 12a 12a ein Schnittbild eines Beispiels der Erfindung, bei dem die HF-Sende- und Empfangsschaltung aus a sectional view of an example of the invention, in which the RF transmitting and receiving circuit of 11 11 und die Antenne auf einem gemeinsamen Silizium-Wafer angeordnet und in einem gemeinsamen Chip-Gehäuse untergebracht sind. and the antenna are arranged on a common silicon wafer and housed in a common chip package.
  • 12b 12b zeigt die Anordnung aus shows the arrangement of 12a 12a in einer Ansicht von unten. in a view from below.
  • In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten mit gleicher Bedeutung. , Like reference numerals refer unless otherwise indicated in the figures, the same components with the same meaning.
  • Die The 1 1 zeigt in einem Blockschaltbild die Grundstruktur eines Radarsystems. is a block diagram of the basic structure of a radar system. Das eigentliche Mehrbereichsradargerät MRR umfasst eine Steuer- und Verarbeitungseinheit The actual multirange radar MRR includes a control and processing unit 110 110 , welche über ein bestimmtes Interface, beispielsweise den Fahrzeugbus, mit den übrigen Fahrzeugkomponenten Which via a specific interface, for example, the vehicle bus, with the other vehicle components 100 100 in Verbindung steht. communicates. Das Mehrbereichsradargerät MRR umfasst weiter eine Hochfrequenz-Sendeeinheit The multi-range radar MRR further comprises a radio-frequency transmission unit 120 120 und ein eine oder mehrere Einzelantennen umfassendes Antennenmodul and a comprehensive one or more individual antennas in antenna module 130 130 . , Die Steuer- und Auswerteeinheit The control and evaluation 110 110 ist überwiegend in CMOS-Technik, die Hochfrequenz-Sendeeinheit is predominantly in CMOS technology, the radio-frequency transmission unit 120 120 überwiegend in Bipolar-Technik realisiert. predominantly implemented in bipolar technology. Es ist jedoch auch möglich, beide Teile in einer BiCMOS-Technologie gemeinsam zu integrieren. However, it is also possible to integrate the two parts together in a BiCMOS technology. Das Mehrbereichsradar umfasst zumindest zwei Entfernungsmessbereiche, einen Nahbereich mit Entfernungen zwischen 0 und ca. 20 Meter und einen Fernbereich mit Entfernungen von rund 20 Meter bis ca. 200 Meter. The multi-range radar includes at least two distance measuring areas, a short range of distances of between 0 and about 20 meters and a remote area with a distance of about 20 meters to about 200 meters. Da in diesen beiden Messbereichen sowohl die Sende- und Empfangscharakteristiken der aktiven Antennen als auch die benötigte Bandbreite des gesendeten Radarsignals unterschiedlich sind, sind sowohl das Antennenmodul in these two ranges, since both the transmitting and receiving characteristics of the active antennas and the required bandwidth of the transmitted radar signal are different, both the antenna module 130 130 als auch die Hochfrequenz-Sendeeinheit and the high-frequency transmission unit 120 120 mit Hilfe von Steuer-Signalen CF0 und CF1, welche von der Steuer- und Bearbeitungseinheit by means of control signals CF0 and CF1, which by the control and processing unit 110 110 erzeugt werden, entsprechend dem gewünschten Messbereich konfigurierbar. are generated, configurable according to the desired measurement range. Wie diese Konfigurationsmöglichkeit im Einzelnen aussehen, wird weiter unten noch erläutert. As this configuration opportunity to look in detail, as will be explained below.
  • Bei einer Messung im Nahbereich ist eine Antenne mit einem eher breiten Abstrahlwinkel und bei der Messung im Fernbereich eine Antenne einem schmalen Abstrahlwinkel bei hohem Antennengewinn wünschenswert. When measured in the vicinity of an antenna is desirable with a more wide viewing angle, and in the measurement in the far range, an antenna a narrow viewing angle with a high antenna gain. Aus diesem Grund können in der Antenneneinheit For this reason, in the antenna unit 130 130 beispielsweise Phased-Array-Antennen eingesetzt werden, deren Abstrahl- und Empfangswinkel sich dadurch verändern lassen, dass unterschiedliche Antennenelemente zwar mit dem gleichen Antennensignal, jedoch mit unterschiedlicher Phasenlage des Sendesignals angesteuert werden. For example, phased array antennas are used, can be changed by the emission and reception angle that different antenna elements are true, but driven by the same antenna signal with a different phase angle of the transmission signal. Das Verändern der Abstrahl- bzw. Empfangscharakteristik von Antennen durch eine entsprechende Ansteuerung wird auch als „elektronische Strahlsteuerung” oder als „Digital Beam-Forming” bezeichnet. Changing the radiating or receiving characteristics of antennas by a corresponding control is also referred to as "electronic beam steering" or "Digital Beam Forming."
  • Die Hochfrequenz-Sendeeinheit The radio-frequency transmission unit 120 120 umfasst natürlich auch den Hochfrequenzteil, der für den Empfang der reflektierten Radarsignale notwendig ist. also includes the high frequency part, which is necessary to receive the reflected radar signals. Die empfangenen Radarsignale werden mit Hilfe eines Mischers in das Basisband gemischt, das Basisbandsignal IF wird dann von der Hochfrequenz-Sendeeinheit The received radar signals are mixed by a mixer in the baseband, the baseband signal IF is then transmitted from the radio-frequency transmission unit 120 120 der Steuer- und Verarbeitungseinheit the control and processing unit 110 110 zugeführt, welche dieses Basisbandsignal IF digitalisiert und digital weiterverarbeitet. fed, which digitizes the baseband signal IF and digitally processed. Es können sowohl eine getrennte Sende- und Empfangsantenne (bistatisches Radar) vorgesehen sein, als auch eine gemeinsame Antenne (monostatisches Radar) zum Senden und Empfangen der Radarsignale verwendet werden. There may be provided both a separate transmit and receive antenna (bistatic radar) and a common antenna (monostatic radar) are used for transmitting and receiving the radar signals. Im zweiten Fall ist ein Richtkoppler zum Trennen der gesendeten und der empfangenen Signale notwendig. In the second case, a directional coupler for separating the transmitted and received signals is necessary. Der innere Aufbau der Hochfrequenz-Sendeeinheit The internal structure of the radio-frequency transmission unit 120 120 und der Antenneneinheiten and the antenna units 130 130 ist ebenfalls später noch detaillierter ausgeführt. is also explained in more detail later.
  • Eine elektronische Strahlsteuerung (digital beam-forming) erlaubt zwar eine minimale Anzahl von Komponenten, erfordert jedoch einen erheblich größeren Aufwand an Steuerlogik. Although an electronic beam steering (digital beam-forming) allows for a minimum number of components, but requires a much greater effort to control logic. Aus diesem Grund können für die unterschiedlichen Messbereiche auch unterschiedliche Antennen For this reason, for the different measuring ranges, different antennas 130a 130a und and 130b 130b verwendet werden, wie dies bei dem in der be used, as in the in the 2 2 dargestellten Ausführungsbeispiel gezeigt ist. Illustrated embodiment is shown. Das Blockschaltbild in der The block diagram in 2 2 unterscheidet sich von dem in der differs from that in the 1 1 lediglich darin, dass statt dem über das Steuersignal CF1 konfigurierbaren Antennenmodul only in that instead of the configurable via the control signal CF1 antenna module 130 130 zwei Antennenmodule two antenna modules 130a 130a und and 130b 130b vorhanden sind, deren Abstrahl- bzw. Empfangscharakteristiken nicht einstellbar sind. are present, the radiating or receiving characteristics are not adjustable. So ist beispielsweise die Antenne For example, the antenna 130a 130a lediglich für Messungen im Nahbereich und die Antenne only for measurements in the vicinity, and the antenna 130b 130b nur für Messungen im Fernbereich ausgelegt. designed for measurements in the remote area. Die Erzeugung der Sendesignale und das Mischen der empfangenen Signale findet aber in einem gemeinsamen Hochfrequenz-Sendeeinheit However, the generation of the transmission signals and the mixing of the received signals found in a common radio-frequency transmission unit 120 120 statt. instead of. Bei der Verwendung von zwei Antennen ist prinzipiell auch die gleichzeitige Messung im Nah- und im Fernbereich (Frequenzmultiplex-Betrieb) statt einer abwechselnden Messung (Zeitmultiplex-Betrieb) möglich. When using two antennas, the simultaneous measurement in the near and in the far range (frequency division multiplexing mode) instead of an alternating measurement principle (Time Division mode) is possible.
  • Die The 3 3 zeigt im Wesentlichen das selbe Ausführungsbeispiel wie die shows substantially the same embodiment as the 2 2 , jedoch sind die Steuer- und Verarbeitungseinheit However, the control and processing unit 110 110 und die Hochfrequenz-Sendeeinheit and the radio-frequency transmission unit 120 120 detaillierter dargestellt. in more detail. Die Steuer- und Verarbeitungseinheit The control and processing unit 110 110 umfasst eine Recheneinheit includes a computing unit 111 111 , einen Digital-Analog-Wandler , A digital-to-analog converter 114 114 , einen Analog-Digital-Wandler , An analog-to-digital converter 113 113 mit einem vorgeschalteten Verteilerblock with an upstream manifold block 112 112 , der beispielsweise als Multiplexer ausgebildet sein kann. Which can for example be designed as a multiplexer. Die Hochfrequenz-Sendeeinheit The radio-frequency transmission unit 120 120 umfasst eine Hochfrequenz-Oszillator comprises a high frequency oscillator 121 121 , der das Sendesignal erzeugt, eine Verteilereinheit Which generates the transmission signal, a distributor unit 122 122 , welche die Signalleistung je nach Betriebsmodus auf eine erste Sende/Empfangsschaltung Which the signal power according to the operating mode to a first transmitting / receiving circuit 123a 123a oder auf eine zweite Sende/Empfangsschaltung or to a second transmitting / receiving circuit 123b 123b (Zeit-Multiplexbetrieb) oder auch auf beide Sende/Empfangsschaltungen (Time division multiplexing) or also to both transmitting / receiving circuits 123a 123a und and 123b 123b (Frequenz-Multiplexbetrieb) verteilt. (Frequency division multiplexing) distributed.
  • Wie bereits erwähnt weist das Mehrbereichsradargerät einen ersten Betriebsmodus zur Messung von Abständen im Nahbereich und einen zweiten Betriebsmodus zur Messung von Abständen im Fernbereich auf. As mentioned above, the multi-range radar set to a first operating mode for measuring distances at close range and a second operating mode for measuring distances at long range. Der Betriebsmodus wird durch die Recheneinheit The operating mode is determined by the computer unit 111 111 mit Hilfe der von ihr zur Verfügung gestellten Steuersignale CT0, CT1 und CT2 bestimmt. determined by means of the control signals provided by it available CT0, CT1 and CT2. Die Steuersignale CT1 und CT2 aktivieren bzw. deaktivieren jeweils die Sende/Empfangsschaltungen activate the control signals CT1 and CT2 and deactivate, respectively, the transmitting / receiving circuits 123A 123A und and 123B 123B , das Steuersignal CT0 konfiguriert die Verteilereinheit , The control signal CT0 configured the Distribution Unit 122 122 entsprechend dem vorgesehenen Betriebsmodus. according to the intended mode of operation. Die Recheneinheit The computing unit 111 111 erzeugt zusätzlich ein digitales Referenzsignal REF, welches über einen Digital-Analog-Umsetzer additionally generates a digital reference signal REF, which via a digital-to-analog converter 114 114 dem Oszillator the oscillator 121 121 zugeführt ist. is supplied. Dieses Referenzsignal REF bestimmt die momentane Schwingfrequenz des Ausgangssignals OSZ des Oszillators This reference signal REF determines the instantaneous oscillation frequency of the output signal OSC of the oscillator 121 121 , welches der Verteilereinheit Which manifold unit of the 122 122 zugeführt ist. is supplied. Bei einer Messung im Nahbereich ist die Verteilereinheit When measured in the vicinity of the distributor unit is 122 122 derart konfiguriert, dass das Sendesignal nur der Sende/Empfangsschaltung configured such that the transmission signal only the send / receive circuit 123a 123a zugeführt wird, welche wiederum durch das Steuersignal CT1 aktiviert ist. is fed, which in turn is activated by the control signal CT1. Die zweite Sende/Empfangsschaltung The second transmitting / receiving circuit 123b 123b ist durch das Steuersignal CT2 deaktiviert. is disabled by the control signal CT2. Die Sende/Empfangsschaltungen The transmitter / receiver circuits 123a 123a und and 123b 123b enthalten im Wesentlichen noch eine Sende-Verstärkerendstufe über welche das Sendesignal den Antennenmodulen contain substantially still a transmitting amplifier output stage via which the transmission signal to the antenna modules 1230a 1230a bzw. or. 130b 130b zugeführt wird. is supplied.
  • Die Sende/Empfangsschaltung The transmit / receive circuit 123a 123a enthält darüber hinaus einen oder mehrere Mischer, mit deren Hilfe die von den Empfangsantennen empfangenen Radarsignale ins Basisband gemischt werden. also includes one or more mixers, the data received by the receiving antennas radar signals are mixed to baseband with the aid. Das Basisbandsignal IF1 wird dann von der Sende/Empfangsschaltung The baseband signal IF1 is then transmitted from the transmitting / receiving circuit 123a 123a dem Verteilerblock the distribution block 112 112 in der Steuer- und Verarbeitungseinheit in the control and processing unit 110 110 zur Verfügung gestellt. made available. Das Basisbandsignal IF1 besteht, je nach Anzahl der Empfangsantennen, aus mehreren Teilsignalen. The baseband signal IF1 is, depending on the number of the receiving antennas, a plurality of partial signals. Das Basisbandsignal IF1 wird von dem Verteilerblock The baseband signal IF1 of the manifold block 112 112 auf einen einen oder mehrere Kanäle aufweisenden Analog-Digital-Wandler a one or more channels having analog-to-digital converter 113 113 verteilt und von diesem Analog-Digital-Wandler and distributed from this analog-to-digital converter 113 113 in digitaler Form der Recheneinheit in digital form of the computing unit 111 111 zur Verfügung gestellt. made available. Diese Recheneinheit This computing unit 111 111 kann dann aus den digitalisierten Basisbandsignalen IF1 Objekte im „Sichtfeld” des Radars erkennen und deren Abstand zum Radargerät berechnen. can then from the digitized baseband signals IF1 properties in the "field of view" of the radar detect and calculate the distance to the radar apparatus. Diese Daten werden dann über ein Interface, beispielsweise den Fahrzeugbus BS dem restlichen Fahrzeug zur Verfügung gestellt. These data are then provided via an interface, such as the vehicle bus BS to the remaining vehicle.
  • Für eine Messung im Fernbereich ist lediglich eine Umschaltung in der Verteilereinheit For a measurement in the long range is merely a change in the distribution unit 122 122 , eine Aktivierung der Sende/Empfangsschaltung , Activation of send / receive circuit 123b 123b und eine Deaktivierung der Sende/Empfangsschaltung and a deactivation of the transmitting / receiving circuit 123a 123a mit Hilfe der Steuersignale CT0, CT1 und CT2 notwendig. with the aid of control signals CT0, CT1 and CT2 necessary. Das Senden und Empfangen erfolgt dann über die Antennen The transmitting and receiving takes place via the antennas 130b 130b , welche im vorliegenden Fall als gemeinsame Sende- und Empfangsantennen ausgeführt sind. Which are designed in this case as a common transmitting and receiving antennas. Aus diesem Grund ist zum Trennen des Sende- und Empfangssignals noch ein Richtkoppler notwendig. For this reason, for separating the transmitted and received signal, a directional coupler is necessary. Das für die erste Sende/Empfangsschaltung That for the first transmitting / receiving circuit 123a 123a Gesagte, gilt natürlich analog für die zweite Sende/Empfangsschaltung Been said, of course applies analogously to the second transmission / reception circuit 123b 123b . , Der genauere Aufbau der Sende/Empfangsschaltungen The detailed structure of the transmitter / receiver circuits 123a 123a und and 123b 123b wird anhand einer weiteren Figur noch erläutert. will be explained with reference to another figure.
  • Das Deaktivieren der Sende/Empfangsschaltungen The deactivation of the transmitter / receiver circuits 123a 123a bzw. or. 123b 123b kann auf unterschiedliche Weise geschehen. can be done in different ways. Im einfachsten Fall werden die Schaltungen (oder auch nur Schaltungsteile) von der Versorgungsspannung getrennt. In the simplest case, the circuits (or even circuit parts) separated from the supply voltage. Es ist auch möglich die Mischer in den Sende/Empfangsschaltungen abzuschalten. It is also possible to switch off the mixer in the transmitting / receiving circuits. Unabhängig davon, wie die Deaktivierung konkret erfolgt, muss jedoch sichergestellt sein, dass die Leistung des Sendesignals nicht reflektiert wird und dadurch keine anderen Schaltungskomponenten gestört werden. Regardless of how the deactivation takes place concrete, but it must be ensured that the power of the transmission signal is not reflected, and thereby are disturbed no other circuit components.
  • Die The 4 4 zeigt im Wesentlichen das gleiche Ausführungsbeispiel wie die shows substantially the same embodiment as the 3 3 , wobei die Recheneinheit Wherein the computing unit 111 111 , der Verteilerblock , The distributor block 122 122 und die Sende/Empfangsschaltungen and transmitting / receiving circuits 123a 123a und and 123b 123b detaillierter dargestellt sind. are shown in more detail. Die Sende/Empfangsschaltungen The transmitter / receiver circuits 123a 123a und and 123b 123b umfassen jeweils einen Verstärker in each case comprise an amplifier 126 126 , dem das Sendesignal zugeführt ist. , Which the transmission signal is supplied. Diese Verstärker these amplifiers 126 126 weisen mehrere Ausgänge auf, von denen mindestens einer mit einer Sendeantenne und mindestens ein zweiter mit einem Mischer have several outputs, of which at least one having a transmitting antenna and at least a second with a mixer 127 127 verbunden ist. connected is. Wenn Störsignale vorhanden sind, welche weggefiltert werden müssen, ist zwischen Verstärker If interference signals are present, which need to be filtered out, is between the amplifier 126 126 und Sendeantenne bzw. zwischen Verstärker and transmitting antenna or between the amplifier 126 126 und Mischer and mixer 127 127 je ein Filter each filter 125 125 angeordnet. arranged. In der Sende/Empfangsschaltung In the transmitting / receiving circuit 123a 123a sind die Mischer are the mixer 127 127 nicht nur mit dem Verstärker not only to the amplifier 126 126 verbunden, sondern auch mit der Empfangsantenne, so dass das empfangene Signal mit Hilfe des Sendesignals in das Basisband gemischt wird. connected, but also to the receiving antenna so that the received signal is mixed with the aid of the transmission signal in the base band.
  • In dem dargestellten Beispiel sind in dem Antennenmodul In the example shown in the antenna module 130a 130a eine Sendeantenne und zwei Empfangsantennen vorgesehen. a transmitting antenna and two receiving antennas are provided. Dies ist lediglich beispielhaft zu verstehen, prinzipiell ist eine beliebige Kombination von Sende- und Empfangsantennen möglich. This is only an example to understand in principle any combination of transmit and receive antennas is possible. Es könnten statt getrennten Sende- und Empfangsantennen auch bidirektionale Antennen verwendet werden, wie dies bei dem Antennenmodul It could take separate transmit and receive antennas and bidirectional antennas are used, as in the antenna module 130b 130b der Fall ist. the case is.
  • Die Sende/Empfangsschaltung The transmit / receive circuit 123b 123b unterscheidet sich von der oben beschriebenen Sende/Empfangsschaltung differs from the above-described transmission / reception circuit 123a 123a durch die Richtkoppler by the directional coupler 128 128 , welche es erlauben die Antennen im Antennenmodul Which allow the antennas in the antenna module 130b 130b sowohl als Sende- als auch als Empfangsantennen zu nutzen. to use both as transmitting and as receiving antennas. Die Richtkoppler the directional coupler 128 128 umfassen vier Anschlüsse, von denen ein erster Anschluss mit dem Verstärker include four ports, of which a first terminal connected to the amplifier 126 126 , ein zweiter Anschluss mit einem Abschlusswiderstand, ein dritter Anschluss mit einem Mischer A second terminal connected to a terminating resistor, a third terminal with a mixer 127 127 und ein vierter Anschluss mit einer Antenne des Antennenmoduls and a fourth connection with an antenna of the antenna module 130b 130b verbunden ist. connected is. Das Sendesignal wird von dem Verstärker The transmit signal from the amplifier 126 126 durch den Richtkoppler an die Antenne geleitet und von dieser ausgesendet. passed through the directional coupler to the antenna and emitted therefrom. Ein empfangenes Signal wird von der Antenne durch den Richtkoppler an den Mischer A received signal is from the antenna by the directional coupler to the mixer 127 127 weitergeleitet und dort mit Hilfe des ebenfalls dem Mischer forwarded and there with the help of the also the mixer 127 127 zugeführten Sendesignals in das Basisband gemischt. supplied transmission signal mixed into the baseband. Die Ausgangssignale der Mischer, dh die Basisbandsignale IF0, IF1 werden dann durch den Verteilerblock The outputs of the mixers, that the baseband signals IF0, IF1 are then through the manifold block 112 112 gemultiplext und durch den Analog-Digital-Wandler and multiplexed by the analog-to-digital converter 113 113 digitalisiert. digitized. Diese digitalisierten Signale werden von dem Analog-Digital-Umsetzer These digitized signals from the analog-to-digital converter 113 113 in einem FIFO-Speicher in a FIFO memory, 119 119 gepuffert und von einem digitalen Signalprozessor and buffered by a digital signal processor 118 118 weiterverarbeitet. further processed. Der FIFO-Speicher The FIFO memory 119 119 und der digitale Signalprozessor and the digital signal processor 118 118 sind Bestandteil der Recheneinheit are part of the computer unit 111 111 , ebenso der Taktgenerator , As the clock generator 117 117 , der ein Taktsignal für den digitalen Signalprozessor Which supplies a clock signal for the digital signal processor 118 118 und den Analog-Digital-Wandler and the analog-to-digital converter 113 113 zur Verfügung stellt. provides. Die Steuerlogik The control logic 116 116 stellt die Steuersignale CT0, CT1 und CT2 zur Verfügung und steuert ebenfalls einen Referenz-Signalgenerator provides the control signals CT0, CT1 and CT2 are available and also controls a reference signal generator 115 115 , der das digitale Referenzsignal REF für den Oszillator Which the digital reference signal REF for the oscillator 121 121 erzeugt (siehe oben). generated (see above).
  • Die Verteilereinheit The distribution unit 122 122 , welche das Oszillatorsignal OSZ auf die Sende/Empfangsschaltungen That the oscillator signal OSC to the transmitting / receiving circuits 123a 123a und and 123a 123a verteilt, umfasst im dargestellten Fall lediglich einen Schalter SW, der beispielsweise als Halbleiterschalter oder als mikromechanischer Schalter ausgeführt sein kann. distributed, in the illustrated case comprises only a switch SW, which can be designed, for example, as semiconductor switches or as micro-mechanical switch. Dieser Schalter verbindet den Oszillator This switch connects the oscillator 121 121 entweder mit der ersten Sende/Empfangsschaltung with either of the first transmitting / receiving circuit 123a 123a oder mit der zweiten Sende/Empfangsschaltung or with the second transmission / reception circuit 123b 123b . , Zwischen dem Schalter SW und den Sende/Empfangsschaltungen Between the switch SW and the transmitting / receiving circuits 123a 123a , . 123a 123a sind ebenfalls Filter are also filters 125 125 angeordnet, sofern Störsignale vorhanden sind. arranged, if interfering signals are present. Es ist auch möglich den Oszillator mit beiden Sende/Empfangsschaltungen It is also possible the oscillator with two transmitter / receiver circuits 123a 123a und and 123b 123b direkt (dh ohne einen Schalter SW vorzusehen) zu verbinden oder einen passiven Leistungsteiler vorzusehen. (Without a switch SW that is provided), to connect or to provide a passive power divider. Die Oszillatorleistung teilt sich dann auf beide Sende/Empfangsschaltungen auf. The oscillator power is then split between both transmitter / receiver circuits. Wie bereits angesprochen ist es in diesem Falle wichtig Reflexionen zu verhindern, wenn eine der Sende/Empfangsschaltungen As already mentioned, it is important to prevent reflections in this case, when one of the transmitter / receiver circuits 123a 123a , . 123b 123b deaktiviert ist. is disabled. Geeignete Abschlusswiderstände sind daher an entsprechender Stelle vorzusehen. Suitable terminators are therefore provided at the appropriate place.
  • Das in This in 4 4 dargestellte Ausführungsbeispiel eignet sich für einen sogenannten Zeit-Multiplexbetrieb, dh es wird abwechselnd vom ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand und wieder zurück gewechselt. Illustrated embodiment is suitable for a so-called time-division multiplexing operation, ie it is alternately changed back from the first operating state to the second operational state. Die Frequenzbereiche für Messungen im Nahbereich im ersten Betrieb und für Messungen im Fernbereich im zweiten Betriebszustand können sich dabei prinzipiell überlappen, da immer nur eines der beiden Antennenmodule The frequency ranges for measurements at close range in the first operation and for measurements in the remote area in the second mode of operation may overlap principle thereby, because only one of the two antenna modules 130a 130a oder or 130b 130b aktiv ist. is active.
  • Die The 5 5 zeigt ein sehr ähnliches Ausführungsbeispiel, welches im Frequenzmultiplexbetrieb arbeitet. shows a very similar embodiment, which operates in the frequency multiplex operation. Es unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel in It differs from the embodiment in 4 4 lediglich durch eine modifizierte Verteilereinheit only by a modified distribution unit 122 122 , dem zusätzlichen Referenzsignalgenerator , The additional reference signal generator 115' 115 ' mit dem zusätzlichen Digital-Analog-Wandler with the additional digital-to-analog converter 114' 114 ' . , Da im Frequenzmultiplexbetrieb im Nahbereich und im Fernbereich gleichzeitig gemessen wird ist in diesem Fall kein Multiplexer As is simultaneously measured in the frequency multiplexing in the near range and the far range is in this case no multiplexer 112 112 notwendig, der Analog-Digital-Wandler necessary, the analog-to-digital converter 113 113 muss jedoch mehrere Kanäle aufweisen, um die in das Basisband gemischten Empfangssignale parallel digitalisieren zu können. however, must have a plurality of channels, to digitize the mixed into the baseband received signals in parallel.
  • Die Verteilereinheit The distribution unit 122 122 weist bei dem in has at the in 5 5 dargestellten Ausführungsbeispiel statt eines Schalters einen zusätzlichen Mischer Embodiment shown instead of a switch a supplementary mixer 127 127 und einen zusätzlichen Oszillator and an additional oscillator 129 129 auf. on. Das Ausgangssignal OSZ des Oszillators The output signal OSC of the oscillator 121 121 wird in der Verteilereinheit is in the distribution unit 122 122 einerseits dem Mischer on the one hand to the mixer 127 127 zugeführt und andererseits über einen optionalen Filter supplied and via an optional filter 125 125 auch der Sende/Empfangsschaltung and the send / receive circuit 123b 123b weitergeleitet. forwarded. Das Spektrum des dem Mischer The spectrum of the mixer 127 127 zugeführten Signalanteils des Oszillatorsignals OSZ wird um die Schwingfrequenz des Hilfsoszillators supplied signal component of the oscillation signal OSC is the oscillation frequency of the local oscillator 129 129 frequenzverschoben und über einen Filter frequency shifted and a filter 125 125 der Sende/Empfangsschaltung the transmitting / receiving circuit 123a 123a zugeführt. fed. Die Steuerung des Hilfsoszillators The control of the local oscillator 129 129 erfolgt ebenfalls durch die Recheneinheit is also effected by the computing unit 111 111 mit Hilfe des Referenzsignalgenerators using the reference signal generator 115' 115 ' und dem damit verbundenen Digital-Analog-Wandler and the associated digital-to-analog converter 114' 114 ' dessen Ausgangssignal dem Hilfsoszillator the output signal of the local oscillator 129 129 zugeführt ist. is supplied. Mit Hilfe des Mischers With the help of the mixer 127 127 und des Hilfsoszillators and the auxiliary oscillator 129 129 wird also ein zweites, frequenzverschobenes Sendesignal erzeugt, so dass beide Sende/Empfangsschaltungen Thus, a second frequency-shifted transmission signal is generated so that both transmitting / receiving circuits 123a 123a und and 123b 123b über die beiden Antennenmodule over the two antenna modules 130a 130a bzw. or. 130b 130b auf unterschiedlichen Frequenzen gleichzeitig senden und empfangen können. can transmit simultaneously on different frequencies and received. Dadurch wird eine gleichzeitige Messung im Nahbereich und im Fernbereich möglich. Thereby, a simultaneous measurement in the near range and the far range is possible.
  • Die The 6 6 zeigt einen möglichen Aufbau des Hochfrequenzoszillators shows a possible structure of the high-frequency oscillator 121 121 , mit dessen Hilfe das Sendesignal erzeugt wird. By means of which the transmission signal is generated. Es handelt sich dabei im Wesentlichen um einen Phasenregelkreis (PLL), dem das von dem Digital-Analog-Wandler This is essentially a phase locked loop (PLL) to which the by the digital-to-analog converter 114 114 erzeugte analoge Referenzsignal REF' zugeführt ist. generated analog reference signal REF 'is supplied. Kernstück des Phasenregelkreises ist ein spannungsgesteuerter Hochfrequenzoszillator The core of the phase locked loop is a voltage controlled high frequency oscillator 143 143 , dessen Ausgangssignal einerseits einem Frequenzteiler Whose output on the one hand a frequency divider 145 145 und andererseits einem Filter and on the other hand, a filter 125 125 zugeführt ist. is supplied. Das Ausgangssignal des Filters The output of the filter 125 125 stellt das Ausgangssignal OSZ des Phasenregelkreises dar. Das Ausgangssignal des Frequenzteilers represents the output signal OSC of the phase locked loop. The output signal of the frequency divider 145 145 ist einem Mischer is a mixer 127 127 zugeführt, der mit Hilfe eines Hilfsoszillators supplied with the aid of a local oscillator 144 144 das Spektrum des frequenzgeteilten Oszillatorsignals um den Betrag der Frequenz des Hilfsoszillators the spectrum of the frequency-divided oscillator signal by the amount of the frequency of the local oscillator 144 144 zu einem geringeren Wert hin verschiebt. shifts to a lower value out. Das Ausgangssignal des Mischers wird durch einen weiteren Frequenzteiler The output signal of the mixer is through a further frequency divider 146 146 noch einmal nach unten geteilt. divided again down. Das Ausgangssignal dieses weiteren Frequenzteilers The output of this additional frequency divider 146 146 repräsentiert also das Oszillatorsignal des Hochfrequenzoszillators So represents the oscillator signal of the high frequency oscillator 143 143 , welches mit Hilfe des Phasen-Frequenz-Detektors Which by means of the phase-frequency detector 141 141 mit dem zuvor erwähnten Referenzsignal REF' verglichen wird. is compared with the above-mentioned reference signal REF '. Dieser Phasen-Frequenz-Detektor This phase frequency detector 141 141 erzeugt eine Steuerspannung abhängig von der Frequenz- und Phasendifferenz zwischen dem Ausgangssignal des Frequenzteilers generates a control voltage dependent on the frequency and phase difference between the output signal of the frequency divider 146 146 und dem Referenzsignal REF'. and the reference signal REF '. Diese Steuerspannung ist einem Schleifenfilter This control voltage is a loop filter 142 142 zugeführt, dessen Ausgang direkt mit dem spannungsgesteuerten Hochfrequenzoszillator supplied to its output directly to the voltage controlled high frequency oscillator 143 143 verbunden ist. connected is. Der spannungsgesteuerte Hochfrequenzoszillator The voltage-controlled high-frequency oscillator 143 143 wird also abhängig von der Phasen- bzw. Frequenzdifferenz zwischen dem Ausgangssignal des Frequenzteilers is thus dependent on the phase or frequency difference between the output signal of the frequency divider 146 146 , welches das Oszillatorsignal repräsentiert, und dem Referenzsignal REF' angesteuert. Which represents the oscillator signal and the reference signal REF driven '. Die Phase und die Frequenz des Ausgangssignals OSZ des Phasenregelkreises steht also in einer festen Beziehung zur Phase und zur Frequenz des Referenzsignals REF'. Thus, the phase and frequency of the output signal OSC of the phase locked loop is in a fixed relationship to the phase and frequency of reference signal REF '. Der spannungsgesteuerte Hochfrequenzoszillator The voltage-controlled high-frequency oscillator 143 143 muss in einem breiten Frequenzbereich abstimmbar sein, im vorliegenden Fall im Bereich von 76 GHz bis 81 GHz, also einer Bandbreite von 5 GHz. must be tunable over a wide frequency range, in the present case in the range from 76 GHz to 81 GHz, that a bandwidth of 5 GHz. Da sich aufgrund von Temperatureffekten und anderen parasitären Effekten auch die Mittenfrequenz verschieben kann ist in der Praxis eine Bandbreite von 8 GHz oder mehr notwendig, was nur mit der weiter oben bereits erwähnten modernen Bipolar- oder BiCMOS-Technologie zu erreichen ist. As can also move the center frequency due to temperature effects and other parasitic effects in practice a bandwidth of 8 GHz or more is necessary, which can be reached only with the already mentioned above modern bipolar or BiCMOS technology.
  • Wie in den As in 3 3 bis to 5 5 zu sehen ist, können Antennen is seen antennas 130 130 , . 130a 130a , . 130b 130b entweder als Sendeantenne, als Empfangsantenne oder als kombinierte Sende-/Empfangsantenne eingesetzt werden. are used either as transmitting antenna, as receiving antenna or as a combined transmitting / receiving antenna. Bei reinen Sendeantennen wird ein Sendesignal TX durch Verstärkung direkt aus dem Oszillatorsignal OSZ des spannungsgesteuerten Lokaloszillators For transmit antennas is a transmit signal TX by amplifying directly from the oscillator signal OSC of the voltage controlled local oscillator 121 121 erzeugt und dieses Sendesignal TX der Antenne zugeführt. generated and this transmission signal is supplied to the antenna TX. Bei einer reinen Empfangsantenne ist ein Empfangsmischer In a pure receiving antenna is a reception mixer 127 127 notwendig, der ein Empfangssignal RX ins Basisband mischt und das entsprechenden Basisbandsignal IF zur Verfügung stellt. necessary that mixes a received signal RX into the baseband and the corresponding baseband signal IF provides. Bei kombinierten Sende-/Empfangsantennen ist zusätzlich ein Richtkoppler For combined transmit / receive antennas, in addition, a directional coupler 128 128 notwendig, um das Sendesignals TX und das Empfangssignal RX zu trennen. necessary to separate the transmitting signal TX and the reception signal RX. Die Antennen können – je nach Anwendungsfall – auch mit der HF-Sende- und Empfangseinheit (dem HF-Frontend) in einem Chip-Gehäuse angeordnet sein. The antennas may - depending on the application - and to the RF transmitting and receiving unit to be (the RF front-end) arranged in a chip package. Ein diesbezügliches Beispiel ist in den An example of this is in the 12a 12a und and 12b 12b abgebildet. displayed.
  • Wie beispielsweise in Such as in 4 4 oder or 5 5 zu sehen ist, wird das Oszillatorsignal OSZ in der Sende/Empfangsschaltung can be seen, the oscillator signal OSZ in the transmitting / receiving circuit 123b 123b (bzw. (or. 123a 123a ) zunächst verstärkt, um die notwendige Sendeleistung zu Verfügung zu stellen. ) Initially strengthened to provide the necessary transmission power available. Das verstärkte (HF-)Oszillatorsignal wird dann den einzelnen Antennen und den Mischern zugeführt, wobei an jeder Komponente (Splitter, Koppler, Mischer, etc...) Reflexionen und Verluste auftreten, was sich wiederum negativ auf den Wirkungsgrad des Gesamtsystems auswirkt. The amplified radio frequency (RF) oscillator signal is then fed to the individual antennas and the mixers, wherein each component (splitters, couplers, mixers, etc ...) reflections and losses occur at, which in turn has a negative effect on the efficiency of the overall system.
  • Die The 7 7 bis to 9 9 zeigen unterschiedliche Mischeranordnungen show different mixer arrangements 300 300 mit einem Richtkoppler with a directional coupler 128 128 und einem Mischer and a mixer 127 127 , welche beispielsweise für den Aufbau einer Sende/Empfangsschaltung (ähnlich Which (for example for the construction of a transmitting / receiving circuit similar 123b 123b ) verwendet werden können. ) Can be used. Jede dieser Anordnungen Each of these arrangements 300 300 umfasst einen HF-Anschluss includes a RF connector 301 301 , einen Oszillatoranschluss , An oscillator terminal 302 302 und einen Basisbandanschluss and a baseband connection 303 303 . , Dem Oszillatoranschluss The oscillator terminal 302 302 wird das Oszillatorsignal OSZ oder ein bereits verstärktes Oszillatorsignal zugeführt, der HF-Anschluss ist mit der Antenne verbunden, welche entweder das Sendesignal TX abstrahlt und/oder ein Empfangssignal RX empfängt. the oscillator signal OSC, or an already amplified oscillator signal is supplied to the RF port is connected to the antenna, which emits either the transmitting signal TX and / or receives a receive signal RX. Am Basisbandanschluss At the baseband connection 303 303 wird ein Basisbandsignal IF zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung gestellt, wobei das Basisbandsignal IF durch Mischen mit dem Oszillatorsignal OSZ aus dem Empfangssignal RX erzeugt wird. a baseband signal IF is provided to further processing, wherein the baseband signal IF is produced by mixing with the oscillator signal OSC from the received signal RX. Die damit aufgebaute Sende/Empfangsschaltung ist in The constructed therewith transmit / receive circuit in 11 11 mit dem Bezugszeichen by the reference numeral 123c 123c versehen. Provided. Die Sende/Empfangsschaltung The transmit / receive circuit 123c 123c kann die Sende/Empfangsschaltung may the send / receive circuit 123a 123a oder or 123b 123b in den in the 3 3 oder or 4 4 ersetzen, um einen besseren Gesamtwirkungsgrad zu erzielen. replace in order to achieve a better overall efficiency.
  • Die in In the 7A 7A dargestellte Mischeranordnung Mixer arrangement shown 300 300 zeigt eine einfache Mischeranordnung shows a simple mixer arrangement 300 300 , welche als wesentliche Komponente lediglich einen Mischer Which as an essential component, only a mixer 127 127 enthält. contains. Ein erster Eingang des Mischers A first input of the mixer 127 127 ist mit dem Oszillatoranschluss is connected to the oscillator terminal 302 302 der Mischeranordnung verbunden, dem das Oszillatorsignal des Lokaloszillators (VCO) zugeführt ist. the mixer arrangement is connected, to which the oscillator signal of the local oscillator (VCO) is fed. Ein zweiter Eingang des Mischers A second input of mixer 127 127 ist mit dem HF-Anschluss is connected to the RF connector 301 301 verbunden, dem das Empfangssignal RX der Antenne zugeführt ist. connected, the the received signal is supplied to the RX antenna. Ein Ausgang des Mischers ist mit dem Basisbandanschluss An output of the mixer is connected to the baseband port 303 303 verbunden an dem das Basisbandsignal IF zur Verfügung steht. connected at the stands, the baseband signal IF available. Die eben beschriebene Anordnung kann offensichtlich nur zum Empfang verwendet werden, ein Senden ist nicht möglich. The assembly just described may obviously be used only for receiving, sending is not possible.
  • Soll die Antenne als kombinierte Sende-/Empfangsantenne arbeiten, ist noch ein Richtkoppler If the antenna is working as a combined transmitting / receiving antenna, is still a directional coupler 128 128 notwendig, wie dies in necessary, as in 7B 7B dargestellt ist. is shown. Die dort gezeigte Anordnung The arrangement shown there 300 300 umfasst als wesentliche Komponenten einen Richtkoppler as essential components, comprising a directional coupler 128 128 und einen Mischer and a mixer 127 127 . , Das Oszillatorsignal OSZ ist dem Oszillatoranschluss The oscillator signal OSZ is the oscillator terminal 302 302 der Mischeranordnung the mixer arrangement 300 300 zugeführt, der wiederum mit einem ersten Anschluss des Richtkopplers supplied in turn to a first terminal of the directional coupler 128 128 verbunden ist. connected is.
  • Das Oszillatorsignal OSZ wird durch den Richtkoppler The oscillator signal OSC is determined by the directional coupler 128 128 , wie es die Pfeile in der As the arrows in the 7B 7B andeuten, sowohl zur Antenne, als auch zum Mischer indicate both the antenna and the mixer 127 127 weitergeleitet. forwarded. Der Richtkoppler the directional coupler 128 128 koppelt also das an dem ersten Anschluss einfallende Oszillatorsignal OSZ an einen vierten Anschluss des Richtkopplers thus couples the incoming connection to the first oscillator signal OSC at a fourth terminal of the directional coupler 128 128 und an einen zweiten Anschluss des Richtkopplers and to a second terminal of the directional coupler 128 128 . , Der vierte Anschluss ist mit dem HF-Anschluss The fourth terminal connected to the RF port 301 301 und damit mit der Antenne and thus to the antenna 130 130 verbunden, der zweite Anschluss mit dem ersten Eingang des Mischers connected to the second terminal to the first input of the mixer 127 127 . ,
  • Ein empfangenes Antennensignal RX gelangt über den HF-Anschluss A received signal RX antenna passes via the RF connector 301 301 zu dem vierten Anschluss des Richtkopplers und wird durch den Richtkoppler to the fourth terminal of the directional coupler and is represented by the directional coupler 128 128 über dessen dritten Anschluss an den zweiten Eingang des Mischers via its third terminal to the second input of the mixer 127 127 gekoppelt. coupled. Der Mischer the mixer 127 127 erzeugt aus dem empfangenen Antennensignal RX und dem Oszillatorsignal OSZ das Basisbandsignal IF und stellt es an dem Basisbandanschluss generated from the received antenna signal RX and the oscillator signal OSC, the baseband signal IF and provides it to the baseband port 303 303 zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung. for further processing.
  • Wenn nun aus systemtechnischen Gründen die Antennenkonfiguration variiert werden soll oder unterschiedliche Anwendungen unterschiedliche Systemarchitekturen (und damit auch eine unterschiedliche Antennen- und Mischerkonfiguration) erfordern, so ist es wünschenswert, dass für diese unterschiedlichen Mischerkonfigurationen keine unterschiedlichen Hardwarelösungen notwendig sind, sondern dieselbe Mischerhardware für unterschiedliche Anwendungen konfigurierbar ist. If, for technical reasons, the antenna configuration to be varied or different applications, different system architectures (and therefore a different antenna and mixer configuration) require, it is desirable that any different hardware solutions are required for these different mixer configurations, but the same mixer hardware for different applications is configurable. Die The 8A 8A und and 8B 8B zeigen eine Mischeranordnung, die durch ein Steuersignal Spa zwischen einem reinen Empfangsbetrieb und einem kombinierten Sende-/Empfangsbetrieb umschaltbar ist. show a mixer arrangement, which is switchable between a receive-only mode and a combined transmit / receive mode by a control signal Spa. Die The 8A 8A zeigt dabei die Einstellungen und den Signalfluss für den kombinierten Sende-/Empfangsbetrieb und die shows the settings and the signal flow for the combined transmit / receive operation and 8B 8B für den reinen Empfangsbetrieb. for the pure receive mode.
  • Die in den In the 8A 8A und and 8B 8B dargestellte konfigurierbare Mischeranordnung shown configurable mixer assembly 300 300 umfasst neben dem Richtkoppler includes, in addition to the directional coupler 128 128 und dem Mischer and the mixer 127 127 einen Abschlusswiderstand R und einen schaltbaren Verstärker a terminating resistor R and a switchable amplifier 310 310 . , Analog zu den Mischeranordnungen aus den Analogous to the mixer assemblies from the 7A 7A und and 7B 7B umfassen die Mischeranordnungen include the mixer assemblies 300 300 aus den from the 8A 8A und and 8B 8B einen HF-Anschluss an RF pad 301 301 , einen Oszillatoranschluss , An oscillator terminal 302 302 und einen Basisbandanschluss and a baseband connection 303 303 . , Der HF-Anschluss The RF connector 301 301 ist einerseits mit der Antenne und andererseits mit dem vierten Anschluss des Richtkopplers on the one hand the antenna and on the other hand to the fourth terminal of the directional coupler 128 128 verbunden. connected. Der Oszillatoranschluss The oscillator terminal 302 302 ist mit dem Eingang des Verstärkers is connected to the input of the amplifier 310 310 und mit dem ersten Eingang des Mischers and to the first input of the mixer 127 127 verbunden, sodass das dem Oszillatoranschluss connected, so that the oscillator terminal 302 302 zugeführte Oszillatorsignal OSZ sowohl zum Mischer supplied to the mixer oscillator signal OSC both 127 127 als auch zum Verstärker and the amplifier 310 310 gelangt. arrives. Der Basisbandanschluss The baseband connection 303 303 ist wie in den bereits beschriebenen Fällen mit dem Mischerausgang verbunden. is connected as in the previously described cases with the mixer output.
  • Der Ausgang des Verstärkers The output of amplifier 310 310 ist mit dem ersten Anschluss des Richtkopplers is connected to the first terminal of the directional coupler 128 128 verbunden. connected. Bei dem in der In the in the 8A 8A dargestellten Fall ist der Verstärker durch ein Steuersignal Spa aktiviert (Spa = on). Case shown, the amplifier is enabled by a control signal Spa (Spa = on). Das Steuersignal Spa kann zwei Logikpegel annehmen (on, off), die den Verstärker entweder aktivieren oder deaktivieren. The control signal Spa can take two logic level (on, off) either enable or disable the amplifier. Bei aktiviertem Verstärker While the repeater 310 310 wird das verstärkte Oszillatorsignal ähnlich dem in der the amplified oscillator signal is similar to that in the 7B 7B dargestellten Fall an den vierten Anschluss des Richtkopplers Case shown to the fourth terminal of the directional coupler 128 128 weitergeleitet und als Sendesignal TX über die Antenne abgestrahlt. forwarded and radiated as a transmission signal via antenna TX. Ein Teil der Leistung des verstärkten Oszillatorsignals wird über den zweiten Anschluss des Richtkopplers Part of the power of the amplified oscillator signal is via the second port of the directional coupler 128 128 an den Abschlusswiderstand R geleitet. routed to the terminating resistor R. Dieser muss derart dimensioniert sein, dass keine Signalleistung reflektiert wird. This must be dimensioned such that no signal power is reflected.
  • Das Empfangssignal RX gelangt von der Antenne über den Richtkoppler The receiving signal RX passes from the antenna via the directional coupler 128 128 (wie von den Pfeilen angezeigt) zu dem zweiten Eingang des Mischers (As indicated by the arrows) to the second input of the mixer 127 127 , wo es mit Hilfe des Oszillatorsignals OSZ in das Basisband gemischt wird. Where it is mixed with the oscillator signal OSZ in the baseband. Ein Teil der Signalleistung des Empfangssignals RX wird durch den Richtkoppler A portion of the signal power of the received signal RX by the directional coupler 128 128 an den Ausgang des Verstärkers geleitet. passed to the output of the amplifier. Das Signal RX muss daher am Verstärkerausgang durch eine geeignete Impedanz terminiert sein, um unerwünschte Reflexionen zu vermeiden. Therefore, the signal RX must be terminated at the amplifier output by a suitable impedance to avoid unwanted reflections.
  • Die The 8B 8B zeigt den Fall, dass die Mischeranordnung shows the case that the mixer arrangement 300 300 als reiner Empfangsmischer arbeitet. works as a pure receiver mixer. Dabei ist der Verstärker Here, the amplifier 310 310 durch einen entsprechenden Pegel (Spa = off) des Steuersignals Spa deaktiviert und es kann kein Sendesignal zur Antenne gelangen. by a corresponding level (Spa = off) off of the control signal Spa and it may get no transmission signal to the antenna. Das Empfangssignal RX wird analog zu dem in The received signal RX is analogous to the 8A 8A gezeigten Fall verarbeitet. Case shown processed.
  • Die in den In the 8A 8A und and 8B 8B dargestellte Mischeranordnung erlaubt also eine Umschaltung von einem kombinierten Sende-/Empfangsbetrieb in einen reinen Empfangsbetrieb durch das Steuersignal Spa. So mixer arrangement shown allows a shift from a combined transmitting / receiving operation in a receive-only mode by the control signal Spa. Es kann folglich die gleiche Hardwarekomponente in unterschiedlichen Systemkonfigurationen eingesetzt werden. consequently it can be used in different system configurations, the same hardware component. Dies kann beispielsweise bei Mehrfachmischerchips eingesetzt werden, die in unterschiedlichen Konfigurationen ausgeliefert werden sollen. This may for example be used in multiple mixer chips that are to be delivered in various configurations.
  • Das in den The in 9A 9A bis to 9C 9C dargestellte Ausführungsbeispiel erlaubt keine wiederholbare Konfiguration der Mischeranordnung Illustrated embodiment does not allow repeatable configuration of the mixer arrangement 300 300 , sondern nur eine einmalige Konfiguration durch das Durchschmelzen von Laser-Fuses But only a one-time configuration through the through melting of laser fuses 350 350 bis to 355 355 oder das Aufbringen einer optionalen, abschließenden Metallisierung, durch welche die letzten fehlenden Verbindungen hergestellt werden. or the application of an optional final metallization by which the last missing connections are made. Die The zeigt die Grundkonfiguration, aus der durch Aufschmelzen von Laser-Fuses shows the basic configuration of the laser fuses by melting 350 350 bis to 355 355 , entweder die Anordnung aus , Either the arrangement comprising 9B 9B oder die Anordnung aus or the array of 9C 9C hergestellt werden kann. can be produced. Die Anordnung aus The arrangement of 9B 9B ist identisch mit der Anordnung aus is identical with the arrangement of 7A 7A , die Anordnung aus , The arrangement comprising 9C 9C entspricht der Anordnung aus der corresponds to the arrangement of the 7B 7B . ,
  • Um von der Grundkonfiguration zu einem reinen Empfangsmischer zu gelangen, wie dies in To get from the basic configuration to a pure receiver mixer, as in 7A 7A bzw. or. 9B 9B dargestellt ist, müssen die Fuses is shown, the fuses must 350 350 , . 352 352 , . 353 353 und and 355 355 aufgeschmolzen werden. are melted. Um von der Grundkonfiguration zu einem kombinierten Sende-/Empfangsmischer zu gelangen, wie dies in To get from the basic configuration to a combined transmitter / receiver mixer, as in 7B 7B bzw. or. 9C 9C dargestellt ist, müssen die Fuses is shown, the fuses must 351 351 und and 354 354 aufgeschmolzen werden. are melted.
  • Anstelle von Laserfuses Instead of laser fuses 350 350 bis to 355 355 können auch Leiterbahnunterbrechungen vorgesehen sein. also open circuits may be provided. An jenen Stellen, an denen im zuvor beschriebenen Fall die Fuses nicht aufgeschmolzen werden, werden in diesem Fall die fehlenden Brücken durch das Aufbringen einer Metallisierung hergestellt. In those positions where the fuses are not melted in the above-described case, the missing bridges are prepared by applying a metallization in this case.
  • Die The 10 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den durch das Steuersignal Spa aktivierbaren bzw. deaktivierbaren Verstärker. shows an exemplary embodiment of the activatable by the control signal Spa or deactivatable amplifier. Das Oszillatorsignal OSZ und das verstärkte Oszillatorsignal, das Sendesignal TX sind dabei differentielle, dh erdfreie Signale. The oscillator signal OSC and the amplified oscillator signal, the transmission signal TX are differential, ie floating signals. Das Oszillatorsignal OSZ wird wie von dem Pfeil angedeutet an den beiden Anschlüssen eingespeist. The oscillator signal OSC is fed to the two terminals as indicated by the arrow. Bei der ersten Verstärkerstufe In the first amplifier stage 311 311 handelt es sich um einen Emitterfolger, dessen Ausgangssignal durch den Differenzverstärker If it is an emitter follower whose output signal by the differential amplifier 313 313 nochmals verstärkt wird. is amplified again. Der Stromspiegel The current mirror 314 314 arbeitet als Stromquelle für den Differenzverstärker operates as a current source for the differential amplifier 313 313 . , Durch das Abschalten der Stromquelle kann der Verstärker deaktiviert werden. By switching off the power source of the amplifier can be disabled. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein Schalter For this purpose, such as a switch 315 315 vorgesehen sein, der den Strom im Referenzzweig des Stromspiegels be provided that the current in the reference leg of the current mirror 314 314 abschaltet. off. Das Ausgangssignal TX steht an den Ausgangsklemmen wieder als symmetrisches, dh erdfreies Signal zur Verfügung. The output signal TX is at the output terminals again as a symmetrical, ie ungrounded signal.
  • Die The 11 11 zeigt als Beispiel der Erfindung eine Sende/Empfangseinheit shows an example of the invention, a transmitter / receiver unit 120 120 , die als mögliche Alternative oder Ergänzung zu der in den That as a possible alternative or complement to the in 3 3 bis to 5 5 gezeigten Sende/Empfangseinheiten Transmitting / receiving units shown 120 120 verstanden werden kann. can be understood. Die in den In the 4 4 und and 5 5 gezeigten Sende/Empfangsschaltungen Transmitting / receiving circuits shown 123a 123a und and 123b 123b können durch die Sende/Empfangsschaltungen may be prepared by the transmission / reception circuits 123c 123c der in in 11 11 gezeigten Sende/Empfangseinheit Transmitter / receiver unit shown 120 120 ersetzt werden, da diese im Wesentlichen die selbe Funktion erfüllen. be replaced because essentially fulfill these the same function.
  • Die eine Sende/Empfangseinheit A transmitter / receiver unit 120 120 aus out 11 11 umfasst einen HF-Oszillator (zB einen spannungsgesteuerten Lokaloszillator), der nach Maßgabe des analogen Referenzsignals REF' ein Oszillatorsignal OSZ bereitstellt. includes an RF oscillator (for example, a voltage controlled local oscillator) which provides in accordance with the analog reference signal REF 'an oscillator signal OSC. Das Oszillatorsignal OSZ ist der Verteilereinheit The oscillator signal OSZ is the distribution unit 122 122 zugeführt, welche die Signalleistung je nach Betriebsmodus auf die daran angeschlossenen Sende/Empfangsschaltungen verteilt. supplied, which distributes the signal power according to the operating mode to the connected transmitting / receiving circuits. Im vorliegenden Beispiel ist der Übersicht halber lediglich die Sende/Empfangsschaltung In this example, for clarity, only the transmit / receive circuit 123c 123c dargestellt. shown. Prinzipiell können auch zwei oder mehrere Einheiten an die Verteilereinheit In principle, two or more units to the distribution unit 122 122 angeschlossen werden (siehe auch be connected (see also 3 3 bis to 5 5 ). ).
  • Die Sende/Empfangsschaltung The transmit / receive circuit 123c 123c umfasst ein optionales Filter includes an optional filter 125 125 , an dessen Ausgang zwei oder mehrere der oben beschriebenen und in den At the output of two or more of the above described and in the 8A 8A und and 8B 8B dargestellten Mischeranordnungen Mixer arrangements shown 300 300 angeschlossen sind. are connected. Anstelle des Filters Instead of the filter 125 125 ist auch eine weitere Verteilereinheit (HF-Splitter) oder eine einfache Parallelschaltung der Mischeranordnungen is also another distribution unit (RF splitter) or a simple parallel connection of the mixer assemblies 300 300 möglich. possible. Die Mischeranordnung ist des Weiteren mit einer oder mehreren Antennen ( The mixer arrangement is further provided with one or more antennas ( 130 130 ) verbunden und stellt die ins Basisband gemischten Empfangssignal IF0, IF1 zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung. ) And provides the mixed into the base band reception signal IF0, IF1 for further processing.
  • Der wesentliche Unterschied zu den in den The main difference from the in 4 4 und and 5 5 dargestellten Beispielen besteht darin, dass die Verstärkung des HF-Sendesignales nicht „zentral” vor der Verteilung auf die einzelnen Antennenzweige stattfindet (wie beispielsweise in der Sende-/Empfangsschaltung Embodiments shown is that the gain of the RF transmission signal is not "central" takes place before the distribution to the individual antenna branches (such as in the transmitting / receiving circuit 123b 123b in in 4 4 ), sondern „dezentral” in jeder einzelnen Mischeranordnung ), But "decentralized" in each mixer assembly 300 300 , nach der Verteilung des unverstärkten HF-Sendesignales. , According to the distribution of the unamplified RF transmit signal. Dies bringt neben einer nicht unbeachtlichen Verbesserung des Wirkungsgrades der gesamten Sende-/Empfangseinheit This brings besides a not inconsiderable improvement in the efficiency of the entire transmitter / receiver unit 120 120 auch eine wesentliche Flexibilisierung mit sich. a much more flexible with it. Dadurch, dass lediglich unverstärkte HF-Signale auf die einzelnen Zweige aufgeteilt werden und die Verstärkung in jedem Zweig so nah wie möglich an der Antenne stattfindet, werden die Verluste in den Splittern, Mischern, Kopplern, etc. wesentlich verringert. Characterized in that only unreinforced RF signals on the individual branches are divided and takes place the reinforcement in each branch as close as possible to the antenna, the losses in the splitters, mixers, couplers, etc. is substantially reduced. Dadurch, dass die Mischeranordnungen ( Because the mixer arrangements ( 300 300 ) durch ein Steuersignal Spa (das z. B. aus dem Steuersignal CT3 abgeleitet wird) konfigurierbar ist, ergibt sich eine enorme Flexibilisierung und Skalierbarkeit des Gesamtsystems. ) (By a control signal Spa the z. B. is derived from the control signal CT3) is configurable, there is an enormous flexibility and scalability of the overall system. So können beispielsweise auch die Antennen zusammen mit dem gesamten HF-Frontend in das Chipgehäuse (das Package) mit eingebaut werden. Thus the antennas can, for example, (the package) to be installed together with the whole RF front end in the chip housing.
  • Werden mehrere solcher Chips in einem definierten Abstand auf einem Substrat (z. B. einem PCB-board) aufgebracht, lässt sich durch die flexible Ansteuermöglichkeit ein „Phased-Array” zur elektronischen Strahl-Steuerung (Digital Beam-Forming) einfach realisieren. If a plurality of such chips is applied at a defined distance on a substrate (e.g., as a PCB board), is easy to implement a "phased-array" for electronic beam control (Digital Beam Forming) through the flexible control possibility.
  • Die The 12a 12a und and 12b 12b zeigen schematisch, wie die HF-Sende- und Empfangseinheit show schematically how the RF transmitting and receiving unit 120 120 und eine (oder mehrere Antennen) auf einem gemeinsamen Wafer and one (or multiple antennas) on a common wafer 503 503 und auf einem gemeinsamen Lead-Frame and on a common lead frame 500 500 angeordnet sind. are arranged. Die vom Chip-Gehäuse nach außen führenden Anschlüsse The leading from the chip package terminals to the outside 501 501 sind über Bonddrähte are bonding wires 502 502 mit dem Silizium-Wafer with the silicon wafer 503 503 bzw. mit der darin integrierten HF-Sende- und Empfangseinheit (dem HF-Frontend) or with the integrated therein RF transmitting and receiving unit (the RF front-end) 120 120 verbunden. connected. Neben dem HF-Frontend In addition to the RF front end 120 120 ist auf dem Wafer is on the wafer 503 503 eine oder mehrere Sende- und/oder Empfangsantenne one or more transmitting and / or receiving antenna 130 130 angeordnet. arranged. In dem dargestellten Beispiel ist aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich eine Antenne dargestellt. In the illustrated example is shown for the sake of clarity, only one antenna.
  • Zwischen der Antenne Between the antenna 130 130 und dem Silizium-Wafer and the silicon wafer 503 503 befindet sich eine dielektrische Schicht is a dielectric layer 510 510 , z. Such. B. eine Silizium-Oxidschicht und/oder eine Silizium-Nitridschicht. For example, a silicon oxide layer and / or a silicon nitride layer. Die Antenne The antenna 130 130 kann z. z can. B. als gefaltete Dipol-Antenne (folded dipole), als Patch-Antenne, als sogenannte Leaky-Wave-Antenne ausgebildet sein. For example, be formed as a folded dipole antenna (folded dipole), as a patch antenna, as so-called Leaky-wave antenna.
  • Um eine ausreichende Abstrahlung zu ermöglichen kann der Silizium-Wafer In order to allow sufficient radiation, the silicon wafer 503 503 unterhalb der Antenne below the antenna 130 130 zurückgeätzt sein, sodass unterhalb der Antenne eine Ausnehmung be etched back, so that a recess below the antenna 504b 504b entsteht. arises. Soll die Abstrahlung in Richtung des Lead-Frames If the radiation in the direction of the lead frame 500 500 erfolgen kann auch in dem Lead-Frame can also be done in the lead-frame 500 500 eine Ausnehmung a recess 504a 504a im Bereich unterhalb der Antenne vorgesehen sein. be provided in the region below the antenna. Die Antenne befindet sich dann praktisch auf einer dünnen Membran aus der dielektrischen Schicht The antenna is then located practically on a thin membrane of the dielectric layer 510 510 , die auch noch einen Rest des Silizium-Wafers Which also is a radical of the silicon wafer 503 503 umfassen kann. may comprise.

Claims (6)

  1. HF-Sende- und Empfangseinheit ( RF transmitting and receiving unit ( 120 120 ) mit – einem Eingang für ein Oszillatorsignal (OSZ), – zumindest einer Verteilereinheit ( ) With - an input for an oscillator signal (OSC), - at least one distributor unit ( 122 122 , . 125 125 ) zum Verteilen des Oszillatorsignals (OSZ) auf mehrere Signalpfade, – zwei oder mehr mit der Verteilereinheit ( ) For distributing the oscillator signal OSZ) (a plurality of signal paths, - two or more (with the distributor unit 122 122 , . 125 125 ) verbundene Mischeranordnungen ( ) Mixer assemblies connected ( 300 300 ) zum Senden eines Sendesignals (TX) oder zum Empfangen eines Empfangssignals (RX), wobei die Mischeranordnungen ( ) (For transmitting a transmission signal TX) or (RX) for receiving a reception signal, the mixer assemblies ( 300 300 ) einerseits für einen reinen Empfangsbetrieb und andererseits für einen kombinierten Sende-Empfangsbetrieb der angeschlossenen Antenne konfigurierbar sind und jeweils Folgendes aufweisen: – einen HF-Anschluss ( are) one hand, for a pure receive mode and the other for a combined transmit-receive operation of the connected antenna configurable and each comprising: - a RF ( 301 301 ) zum Verbinden mit einer Antenne, – einem Basisbandanschluss ( ) For connection to an antenna, - (a baseband connection 303 303 ), an dem ein Basisbandsignal zur Verfügung gestellt wird, – einen Mischer ( ) On which a baseband signal is provided, - a mixer ( 127 127 ) mit einem mit dem Eingang ( ) With (to the input 302 302 ) für das Oszillatorsignal (OSZ) verbundenen ersten Eingang, einem mit dem HF-Anschluss ( ) (For the oscillator signal OSC) connected to the first input, a (with the RF connector 301 301 ) verbundenen zweiten Eingang und einem mit dem Basisbandanschluss ( ) And connected to a second input (with the baseband port 303 303 ) verbundenen Ausgang, – einen Richtkoppler ( ) Output connected, - a directional coupler ( 128 128 ), der mit dem Eingang ( ), Which (to the input 302 302 ) für das Oszillatorsignal (OSZ) verbunden ist und dazu ausgebildet ist, das Oszillatorsignal (OSZ) an die Antenne zu koppeln, der des Weiteren mit dem HF-HF-Anschluss ( attachable) (for the oscillator signal OSZ) and is adapted to the oscillator signal (OSC) to the antenna, further connected to the RF-RF ( 301 301 ) verbunden ist und dazu ausgebildet ist, ein von der Antenne empfangenes Signal an den zweiten Eingang des Mischers ( ) And a signal received by the antenna signal to the second input of the mixer is configured to ( 127 127 ) zu koppeln, und mit – einer Unterbrechereinrichtung ( coupling), and - (a breaker device 310 310 ; ; 350 350 - 355 355 ) zur Unterbrechung des Signalflusses von dem Eingang ( ) For interruption of the signal flow (from the input 302 302 ) für das Oszillatorsignal (OSZ) zur Antenne zur Konfiguration der jeweiligen Mischeranordnung. ) For the oscillator signal (OSC) to the antenna used to configure the mixer arrangement.
  2. HF-Sende- und Empfangseinheit ( RF transmitting and receiving unit ( 120 120 ) gemäß Anspruch 1, bei der die Unterbrechereinrichtung ( ) According to claim 1, wherein (the breaker device 350 350 - 355 355 ) ein mit Hilfe eines Steuersignals (CT3, Spa) aktivierbarer und deaktivierbarer Verstärker ist. is) a (with the aid of a control signal CT3, Spa) activatable and deactivatable amplifier.
  3. HF-Sende- und Empfangseinheit ( RF transmitting and receiving unit ( 120 120 ) gemäß Anspruch 1, bei der die Unterbrechereinrichtung ( ) According to claim 1, wherein (the breaker device 350 350 - 355 355 ) mit Hilfe eines Lasers durchtrennbare Schmelzsicherungen umfasst. ) Comprises using a laser breakable fuse.
  4. HF-Sende- und Empfangseinheit ( RF transmitting and receiving unit ( 120 120 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, die zusätzlich einen Oszillator ( ) According to one of claims 1 to 3, which additionally contain (an oscillator 121 121 ) umfasst. ) Includes.
  5. HF-Sende- und Empfangseinheit ( RF transmitting and receiving unit ( 120 120 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, die in einem Halbleiterkörper integriert ist. ) According to one of claims 1 to 4, which is integrated in a semiconductor body.
  6. HF-Sende- und Empfangseinheit ( RF transmitting and receiving unit ( 120 120 ) gemäß Anspruch 5, bei der der Halbleiterkörper gemeinsam mit zumindest einer Antenne ( ) According to claim 5, wherein the semiconductor body (together with at least one antenna 130 130 ) in einem Gehäuse angeordnet ist. ) Is disposed in a housing.
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