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Die Erfindung betrifft einen Radarsensor, insbesondere einen Radarsensor für Kraftfahrzeuge, mit einen Oszillator zum Erzeugen eines Sendesignals und einem Mischer zum Erzeugen eines Zwischenfrequenzsignals durch Mischen eines Teils des Sendesignals mit einem Empfangssignal.
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STAND DER TECHNIK
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Radarsensoren werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen zur Erfassung des Umfelds des Fahrzeugs und zur Ortung vorausfahrender Fahrzeuge eingesetzt. Es sind beispielsweise einen Radarsensor umfassende Fahrerassistenzsysteme bekannt, die Komfortfunktionen aufweisen, beispielsweise einen Abstands- und/oder Fahrgeschwindigkeitsregler wie z. B. ein ACC-System (Adaptive Cruise Control).
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Sende- und Empfangsantennen eines Radarsensors sind üblicherweise hinter einer Abdeckung, auch als Radom bezeichnet, und/oder einer Radarlinse angeordnet. Das Sendesignal wird über eine Sendeantenne abgestrahlt, und ein Empfangssignal wird von einer Empfangsantenne empfangen. Dabei können separate Sende- und Empfangsantennen oder eine gemeinsame Sende-/Empfangsantenne verwendet werden. Das Empfangssignal wird durch Mischen mit einen Teils des Sendesignals in ein Zwischenfrequenzsignal oder Basisbandsignal heruntergemischt. Das Zwischenfrequenzsignal des Radarsensors bzw. jedes Kanals des Radarsensors wird üblicherweise in einer Auswerteschaltung durch einen Verstärker verstärkt und einem Analog/Digital-Wandler zugeführt.
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Bei einem FMCW-Radar (Frequency Modulated Continuous Wave) wird das Sendesignal frequenzmoduliert, beispielsweise gemäß einer oder mehreren Modulationsrampen. Aus dem auf dem Empfangssignal basierenden Zwischenfrequenzsignal kann dann in dem Fachmann bekannter Weise Information über die Entfernung und die Relativgeschwindigkeit eines das gesendete Signal reflektierenden Radarobjekts gewonnen werden. Dabei geht die Distanz des Radarobjektes über die Laufzeit des Radarsignals in das Empfangssignal ein und bewirkt einen Frequenzunterschied zwischen dem Empfangssignal und dem gleichzeitig, gemäß dem weiter fortgeschrittenen Modulationsrampenverlauf, ausgestrahlten Sendesignal. Die Relativgeschwindigkeit des Radarobjektes bewirkt eine entsprechende Dopplerverschiebung des reflektierten Radarsignals.
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Radarobjekte in geringer Entfernung vom Radarsensor können zu Empfangssignalen führen, deren Frequenz von dem Sendesignal nur geringfügig abweicht. Es ist daher wünschenswert, das Zwischenfrequenzsignal auch im Bereich niedriger Frequenzen auszuwerten.
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Es kann jedoch durch Reflektionen des Sendesignals unmittelbar am Radarsensor bzw. dessen Abdeckung dazu kommen, dass das Empfangssignal einen Frequenzanteil aufweist, der gleich der Sendefrequenz ist. Dies führt am Ausgang des Mischers zu einem Gleichspannungsanteil (DC-Offset) des Zwischenfrequenzsignals. Auch ein Übersprechen innerhalb der Schaltung des Radarsensors zwischen dem Sendezweig und dem Empfangszweig und/oder zwischen mehreren Kanälen des Radarsensors kann dazu führen, dass aufgrund der Mischung von Signalanteilen mit gleicher Frequenz ein Gleichspannungsanteil des Zwischenfrequenzsignals entsteht. Ein derartiger Gleichspannungsanteil des Zwischenfrequenzsignals ist unerwünscht, da er niederfrequente Signalanteile des Zwischenfrequenzsignals überdecken kann und so beispielsweise naheliegende Radarobjekte nicht zuverlässig detektiert werden können.
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DE 10 2010 002 800 A1 beschreibt einen Radarsensor, bei dem zwischen einem lokalen Oszillator zur Erzeugung des Sendesignals und einem Mischer ein einstellbares Phasenschiebeglied geschaltet ist, um dem Mischer ein gegenüber dem Sendesignal phasenverschobenes Signal zuzuführen. Eine Auswerteeinrichtung für das Zwischenfrequenzsignal umfasst einen Addierer, der eine Offset-Kompensationsgleichspannung zum Zwischenfrequenzsignal summiert, bevor die Summe einem Zwischenfrequenzverstärker mit einstellbarem Verstärkungsfaktor zugeführt wird. Der Ausgang des Zwischenfrequenzverstärkers bildet das Eingangssignal für einen Analog-Digital-Wandler. Geeignete Werte für die Phasenverschiebung, den Verstärkungsfaktor und die Offset-Korrekturspannung werden durch Vermessen des Gleichspannungsanteils des Zwischenfrequenzsignals ohne Offset-Korrekturspannung ermittelt, indem bei fester Oszillatorfrequenz ein Parameterbereich der Phasenverschiebung durchgefahren wird und ein Kurvenbereich mit möglichst geringer Variation des Gleichspannungsanteils ermittelt wird. Durch Einstellen einer Phasenverschiebung, die den ermittelten Kurvenbereich in ein für den Betrieb vorgesehenes Frequenzintervall schiebt, wird die Frequenzabhängigkeit des Gleichspannungsanteils derart verändert, dass die Variation des Gleichspannungsanteils innerhalb des benutzten Frequenzintervalls möglichst gering wird. Anhand des gemessenen Kurvenverlaufs kann auch der Parameter für die Offset-Kompensationsspannung festgelegt werden.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Nach dem Stand der Technik kann eine Kompensation eines Gleichspannungsanteils des Zwischenfrequenzsignals durch Summieren einer Kompensations-Gleichspannung zum Zwischenfrequenzsignal erfolgen. Nachteilig ist dabei, dass der Mischer durch das Auftreten des unerwünschten Gleichspannungsanteils belastet wird, so dass eine Degradation des Mischers auftreten kann. Auch im Falle eines Einspeisens einer Kompensations-Gleichspannung in den Mischer kann es zu einer Degradation des Mischers kommen. Durch eine gleichspannungsanteilsbedingte Degradation des Mischers kann die Leistung und damit die Zuverlässigkeit des Radarsensors beeinträchtigt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen neuartigen Radarsensor zu schaffen, der eine möglichst hohe Zuverlässigkeit des Mischers und eine gute Auswertbarkeit des Zwischenfrequenzsignals ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Radarsensor der eingangs genannten Art gelöst durch eine Offset-Kompensationseinheit zum Erzeugen eines oszillierenden Kompensationssignals, welches zusätzlich zu dem genannten Teil des Sendesignals dem Mischer zugeführt wird. Dies ermöglicht es, einen Gleichspannungsanteil des vom Mischer erzeugten Zwischenfrequenzsignals zu verringern.
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Indem im Sendebetrieb ein oszillierendes Kompensationssignal zugeführt wird, welches beispielsweise mit der Frequenz eines störenden Signalanteils des Empfangssignals oszilliert, kann ein störender Signalanteil, der ansonsten einen Gleichspannungsanteil des Zwischenfrequenzsignals am Ausgang des Mischers herrufen würde, bereits eingangsseitig am Mischer oder vor dem Mischer kompensiert werden. Der Mischer kann dadurch entlastet werden. Beispielsweise oszilliert das Kompensationssignal mit der Frequenz des Sendesignals. Es ist beispielsweise an das Sendesignal gekoppelt.
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Das Kompensationssignal und das Empfangssignal werden dem Mischer zugeführt. Vorzugsweise wird das oszillierende Kompensationssignal dem Mischer zugeführt, indem es im Empfangspfad bereits vor dem Mischer eingespeist wird. Beispielsweise kann das oszillierende Kondensationssignal zu dem Empfangssignal summiert werden, bevor das Empfangssignal zusammen mit dem oszillierenden Kompensationssignal dem Mischer zugeführt wird. Die Zuführung des oszillierenden Kompensationssignals kann aber auch unmittelbar am Mischer, vorzugsweise an einem Einspeisepunkt in der Nähe eines Einspeisepunktes des Empfangssignals, erfolgen.
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Vorzugsweise umfasst der Radarsensor einen Sensor zum Messen eines Gleichspannungsanteils des Zwischenfrequenzsignals und wenigstens einen Regelkreis zum Regeln einer Amplitude, einer Leistung und/oder einer Phasenlage des oszillierenden Kompensationssignals in Abhängigkeit von einem gemessenen Gleichspannungsanteil des Zwischenfrequenzsignals. Auf diese Weise kann beispielsweise während des Durchfahrens einer Modulationsrampe eines FMCW-Radarsensors wenigstens einer der genannten Parameter des Kompensationssignals nachgeregelt werden, um den Gleichspannungsanteil des Zwischenfrequenzsignals zu minimieren.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Aufgabe wird weiter gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Radarsensors, bei dem ein Oszillator ein Sendesignal erzeugt und ein Mischer einen Teil des Sendesignals mit einem empfangenen Signal mischt, dadurch gekennzeichnet, dass dem Mischer zusätzlich zu dem Teil des Sendesignals ein oszillierendes Signal zugeführt wird, so dass ein Gleichspannungsanteil eines vom Mischer erzeugten Zwischenfrequenzsignals verringert wird. Das heißt, der Gleichspannungsanteil ist geringer, als er ohne die Zuführung des oszillierenden Signals wäre.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Radarsensors;
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2 einen Regelkreis des Radarsensors;
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3 ein schematisches Blockdiagramm eines Mehrkanal-Radarsensors; und
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4 eine Variante des Radarsensors nach 1.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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1 zeigt einen FMCW-Radarsensor für Kraftfahrzeuge mit einem monolithischen integrierten Mikrowellenschaltkreis (MMIC) 10 und Antennenelementen 12, 14 zum Empfangen bzw. Senden von Radarsignalen. Der Radarsensor ist mit einer Auswerteschaltung 16 zur Auswertung von Zwischenfrequenzsignalen IF (Intermediate Frequency) des Radarsensors verbunden.
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Der MMIC 10 umfasst einen spannungsgesteuerten lokalen Oszillator 18 (VCO, Voltage Controlled Oszillator) zum Erzeugen eines Radar-Sendesignals oder LO-Signals (local oscillator), und wenigstens einen Sende-/Empfangskanal 20, der mit wenigstens einem Empfangsantennenelement 12 und wenigstens einem Sendeantennenelement 14 verbunden ist und einen Mischer 22 zum Erzeugen eines Zwischenfrequenzsignals IF aus einem Radar-Empfangssignal umfasst.
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Die Arbeitsfrequenz des Oszillators 18 liegt bei etwa 77 GHz und wird beispielsweise über eine Modulationseinrichtung 24 gesteuert. Die Modulationseinrichtung 24 ist beispielsweise dazu eingerichtet, die Oszillationsfrequenz des Oszillators 18, und damit die Frequenz des LO-Signals, gemäß einem Modulationsschema zu steuern, welches wenigstens eine Frequenzrampe umfasst.
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Das vom Oszillator 18 erzeugte LO-Signal wird über einen optionalen Bufferverstärker 26 dem Sende-Antennenelement 14 zugeführt. Ein Teil des LO-Signals wird dem Mischer 22 zugeführt.
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Das vom Empfangs-Antennenelement 12 empfangene Radarsignal wird ebenfalls dem Mischer 22 zugeführt und mit dem abgezweigten Teil des Sendesignals in an sich bekannter Weise gemischt, um das Zwischenfrequenzsignal IF zu erzeugen. Das Zwischenfrequenzsignal IF wird einem Eingang der Auswerteschaltung 16 zugeführt. Optional wird der dem Mischer 22 zugeführte Teil des LO-Signals über einen Phasenschieber 28 gegenüber dem Sendesignal phasenverschoben.
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Der Radarsensor 10 und die Auswerteschaltung 16 können beispielsweise Teil eines Fahrerassistenzsystems sein.
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Der Radarsensor 10 weist wenigstens einen Kanal 20, vorzugsweise mehrere Kanäle, beispielsweise vier Kanäle 20 auf. Das LO-Signal des Oszillators 18 wird jedem Kanal 20 zugeführt. Ein weiterer Ausgang des Oszillators 18 ist mit den Kanälen 20 verbunden, um den Kanälen 20 ein Referenzsignal ”Test” zur Verfügung zu stellen. Beispielsweise wird dazu ein Teil des LO-Signals des Oszillators 18 ausgekoppelt. Die Frequenz des Referenzsignals entspricht der Frequenz des LO-Signals. Beispielsweise kann das Referenzsignal mit dem LO-Signal gekoppelt sein.
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Der Kanal 20 umfasst optional einen Signalgenerator 30, der dazu eingerichtet ist, ein oszillierendes Kompensationssignal zu erzeugen. Im gezeigten Beispiel wird das Kompensationssignal basierend auf dem zugeführten Referenzsignal ”Test” erzeugt. Das Kompensationssignal ist über einen steuerbaren Bufferverstärker 32 und einen steuerbaren Phasenschieber 34 dem Empfangssignaleingang des Mischers 22 zuführbar. Beispielsweise umfasst der Kanal 20 einen vom Mischer 22 beabstandeten Schaltungspunkt 36, an dem das am Ausgang des Phasenschiebers 34 zur Verfügung gestellte Kompensationssignal mit dem vom Empfangsantennenelement 12 empfangenen Empfangssignal zusammengeführt oder summiert wird und mit dem Empfangssignal einem Einspeisepunkt des Mischers 22 zugeführt wird.
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Der Signalgenerator 30 kann beispielsweise durch einen Modulator oder durch einen mit dem Referenzsignal gekoppelten Oszillator gebildet werden. Während im beschriebenen Betriebsmodus des Sendebetriebs des Radarsensors 10 der Signalgenerator 30 des Kanals 20 das oszillierende Kompensationssignal erzeugt, kann beispielsweise in einem Selbsttestmodus des Radarsensors 10 der Signalgenerator 30 basierend auf dem Referenzsignal ein Testsignal zur Simulierung des Empfangsfalls erzeugen. Somit kann der Signalgenerator 30 mehrere Funktionen übernehmen.
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Das oszillierende Kompensationssignal kann, beispielsweise in einem Ausführungsbeispiel mit einer Offset-Kompensationseinheit ohne einen Signalgenerator 30, auch durch Auskoppeln aus dem Referenzsignal ”Test” oder aus dem LO-Signal über den Bufferverstärker 32 und den Phasenschieber 34 zur Verfügung gestellt werden, oder das Referenzsignal ”Test” selbst kann über den Bufferverstärker 32 und den Phasenschieber 34 der Offset-Kompensationseinheit als oszillierendes Kompensationssignal zur Verfügung gestellt werden.
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Die einstellbare Verstärkung des Bufferverstärkers 32 und die durch den Phasenschieber 34 einstellbare Phasenlage des Kompensationssignals ermöglicht es, ein Kompensationssignal zu erzeugen, mit dem der am Ausgang des Mischers 22 auftretende Gleichspannungsanteil des Zwischenfrequenzsignals IF minimiert werden kann. Der Signalgenerator 30, der Bufferverstärker 32 und der Phasenschieber 34 bilden somit eine Offset-Kompensationseinheit 35 zum wenigstens teilweisem Kompensieren eines Gleichspannungsanteils des Zwischenfrequenzsignals IF. Indem das Kompensationssignal bereits vor dem Einspeisepunkt des Mischers 22 im Empfangspfad eingespeist wird, wird der Mischer 22 von auftretenden Gleichspannungsanteilen wirksam entlastet. Dadurch kann eine durch eine Gleichstrombelastung hervorgerufene Degradation des Mischers 22 weitestgehend verhindert werden. Insbesondere kann das Kompensationssignal bezüglich seiner Phasenlage und seiner Amplitude einem im Empfangssignal unerwünschten Störsignal gleicher Frequenz entgegengerichtet sein und das Störsignal somit kompensieren.
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Der Radarsensor 10 umfasst einen Sensor 38 zum Erfassen eines Gleichspannungsanteils des Zwischenfrequenzsignals IF am Ausgang des Mischers 22. Ein vom Gleichspannungsanteil abhängiger Ausgangswert des Sensors 38 wird einer Steuereinheit 40 zugeführt. Die Steuereinheit 40 ist mit dem Bufferverstärker 32, dem Phasenschieber 34 und optional mit dem Signalgenerator 30 der Offset-Kompensationseinheit 35 verbunden, um diese in Abhängigkeit des vom Sensor 38 gemessenen Gleichspannungsanteils anzusteuern.
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Der Sensor 38 kann den Gleichspannungsanteil beispielsweise analog durch Messung des gleichspannungsgekoppelten Zwischenfrequenzsignals IF messen. Der Sensor 38 kann aber auch dazu eingerichtet sein, das Zwischenfrequenzsignal zu digitalisieren und den Gleichspannungsanteil anhand des digitalisierten Zwischenfrequenzsignals zu bestimmen. Beispielsweise kann der Sensor 38 einen A/D-Wandler umfassen. Die Bestimmung des Gleichspannungsanteils anhand des digitalisierten Zwischenfrequenzsignals kann z. B. durch Fourier-Transformation, insbesondere durch Bildung der schnellen Fourier-Transformation (FFT) erfolgen.
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Die Steuereinheit 40 kann dazu eingerichtet sein, basierend auf dem gemessenen Gleichspannungsanteil 38 und optional weiter basierend auf der Frequenz des LO-Signals oder des Referenzsignals ”Test” die Amplitude, die Leistung und/oder die Phasenlage des Kompensationssignals zu steuern. Beispielsweise kann ein die Frequenz des betreffenden Signals charakterisierendes Signal der Steuereinheit 40 zugeführt werden, etwa von der Modulationseinrichtung 24.
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Die zur Minimierung des Gleichspannungsanteils bei gegebener Signalfrequenz gewählten Parameter des Kompensationssignals, beispielsweise die Amplitude und die Phasenlage, können etwa durch Testmessungen bestimmt werden, indem während des Betriebs des Radarsensors in regelmäßigen Zeitabständen unterschiedliche Parameterwerte eingestellt und der jeweils resultierende Gleichspannungsanteil des Zwischenfrequenzsignals IF gemessen wird. Insbesondere können Abweichungen der aktuellen Parameterwerte jeweils nach unten und nach oben innerhalb einer kleinen Umgebung um die aktuellen Parameterwerte herum testweise zur Erzeugung des Kompensationssignals verwendet werden, und diejenigen Parameterwerte mit dem geringsten gemessenen Gleichspannungsanteil des Zwischenfrequenzsignals IF werden als neue Parameterwerte für den weiteren Betrieb des Radarsensors festgelegt. Auf diese Weise kann einen adaptive Nachführung der Parameterwerte erfolgen, wenn sich die im Empfangszweig auftretenden Störsignale im Laufe der Zeit ändern.
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2 zeigt schematisch einen Regelkreis für das Kompensationssignal. Der Sensor 38, die Steuereinheit 40 und die Offset-Kompensationseinheit 35 bilden einen Regelkreis, um den gemessenen Gleichspannungsanteil DCact des Zwischenfrequenzsignals IF eines Kanals 20 auf einen möglichst geringen Sollwert DCset zu regeln, beispielsweise DCset = 0. Dies ist schematisch in 2 dargestellt, wobei eine Übertragungsstrecke 42 den Sende-Empfangskanal 20 einschließlich potentieller Störsignalquellen symbolisiert.
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Im in 3 gezeigten Beispiel des Radarsensors gemäß 1 mit mehreren Kanälen 20 umfasst der MMIC 10 einen analogen Schaltungsteil 10a, einen digitalen Schaltungsteil 10b und eine Schnittstelle (Interface) 44 zum Ansteuern des analogen Schaltungsteils 10a und zur Kommunikation mit dem digitalen Schaltungsteil 10b. Der analoge Schaltungsteil 10a umfasst den Oszillator 18 und die Kanäle 20. Das Sendesignal wird den Kanälen 20 über einen optionalen Bufferverstärker 26 zugeführt. Der digitale Schaltungsteil 10b umfasst die Steuereinheit 40, die beispielsweise durch eine digitale, programmgesteuerte Verarbeitungseinheit oder CPU (Central Processing Unit) gebildet sein kann.
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Die Schnittstelle 44 umfasst beispielsweise wenigstens einen D/A-Wandler 46 zur Ansteuerung des Oszillators 18, des Signalgenerators 30, des Bufferverstärkers 32 und/oder des Phasenschiebers 34 der Offset-Kompensationseinrichtung 35 jedes Kanals 20. Weiter umfasst die Schnittstelle 44 beispielsweise mindestens einen A/D-Wandler zum Digitalisieren des Ausgangssignals des Sensors 38 des jeweiligen Kanals 20.
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Die Verarbeitungseinheit kann dazu eingerichtet sein, weitere Funktionen des Radarsensors, insbesondere des MMIC 10 zu steuern. Die Verarbeitungseinheit kann beispielsweise neben der Funktion der Steuereinheit 40 auch die Funktion der Modulationseinrichtung 24 übernehmen. Die Steuereinheit 40 kann auf einen optionalen nichtflüchtigen Speicher 50 zum Speichern eines Parameterwertes der Offset-Kompensationseinheit 35 zugreifen. Im Speicher 50 können beispielsweise die aktuellen, oben genannten Parameterwerte des Kompensationssignals gespeichert werden, so dass diese auch nach einem zeitweiligen Abschalten des Radarsensors wieder zur Verfügung stehen.
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Die Steuereinheit 40 ist optional dazu eingerichtet, ein Alarmsignal AL auszugeben, wenn die Steuereinheit 40 anhand einer Überschreitung eines Grenzwertes für den gemessenen Gleichspannungsanteil des Zwischenfrequenzsignals IF eine Degradation des betreffenden Mischers 22 erkennt. Das Alarmsignal AL kann beispielsweise der Auswerteschaltung 16 über einen Interrupteingang zugeführt werden. Auf diese Weise kann eine im MMIC 10 integrierte Überwachung der Offset-Kompensationseinheit 35 erfolgen, so dass die Zuverlässigkeit des Radarsensors weiter erhöht ist. Die Zuverlässigkeit der Auswertung der empfangenen Radarsignale wird damit verbessert. Insgesamt kann somit durch die Offset-Kompensationseinheit 35 nicht nur eine Degradation des Mischers 22 weitestgehend verhindert werden, sondern durch eine schnelle, MMIC-interne Erkennung eines unzulässig hohen Gleichspannungsanteils eine verbesserte Fehlererkennung ermöglicht werden. Beides trägt zu einer verbesserten Systemsicherheit des Radarsensors bei.
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4 zeigt eine Variante des Radarsensors gemäß 1. Einander entsprechende Komponenten sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Während beim Beispiel der 1 das Empfangssignal und das Kompensationssignal am Schaltungspunkt 36 zusammengeführt und gemeinsam dem Mischer 22 an einem Einspeisepunkt zugeführt werden, werden bei dem Beispiel der 4 das Empfangssignal und das Kompensationssignal jeweils direkt dem Mischer 22 an benachbarten Einspeisepunkten oder (gestrichelt dargestellt) an einem gemeinsamen Einspeisepunkt zugeführt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010002800 A1 [0007]
